DE102007036933A1 - Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug mit einem ersten und zweiten Abgasturbolader - Google Patents

Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug mit einem ersten und zweiten Abgasturbolader Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (10), insbesondere Otto- und/oder Dieselmotor, für ein Kraftfahrzeug mit einem ersten und einem zweiten Abgasturbolader (12a, 12b) zum Vorverdichten eines durch einen Ansaugtrakt (14) der Brennkraftmaschine (10) führbaren Luftstroms, wobei der erste und der zweite Abgasturbolader (12a, 12b) jeweils einen Verdichter (16a, 16b) im Ansaugtrakt (14) sowie eine drehfest mit dem jeweiligen Verdichter (16a, 16b) gekoppelte Abgasturbine (18a, 18b) in einem Abgastrakt (20) der Brennkraftmaschine (10) umfassen, wobei im Ansaugtrakt (14) eine Schaltvorrichtung (26) vorgesehen ist, welche zwischen einem Zweistufigkeitsbetriebsmodus, in welchem der Luftstrom seriell durch den Verdichter (16a) des ersten Abgasturboladers (12a) und den Verdichter (16b) des zweiten Abgasturboladers (12b) führbar ist, und einem Registerbetriebsmodus, in welchem der Luftstrom parallel durch die Verdichter (16a, 16b) des ersten und des zweiten Abgasturboladers (12a, 12b) führbar ist, zu schalten ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Otto- und/oder einen Dieselmotor, für ein Kraftfahrzeug mit einem ersten und einem zweiten Abgasturbolader der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
  • Eine derartige Brennkraftmaschine ist dabei beispielsweise bereits aus der DE 10 2005 046 507 A1 als bekannt zu entnehmen und umfasst einen ersten und einen zweiten Abgasturbolader zum Vorverdichten eines durch einen Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine führbaren Luftstroms. Das Laufzeug der beiden Abgasturbolader umfasst jeweils einen Verdichter im Ansaugtrakt sowie eine drehfest mit dem jeweiligen Verdichter gekoppelte Abgasturbine in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine. Die beiden Abgasturbolader sind in Reihe geschaltet, wobei der erste, motorfern angeordnete Abgasturbolader als groß bauende Niederdruckstufe und der zweite, motornah angeordnete Abgasturbolader als klein bauende Hochdruckstufe ausgebildet ist. In Strömungsrichtung gesehen ist damit im Ansaugtrakt der Verdichter des ersten dem Verdichter des zweiten vorgelagert, wohingegen im Abgastrakt die Abgasturbine des ersten der Abgasturbine des zweiten Abgasturboladers nachgelagert ist. Zur Begrenzung des Ladedrucks umfasst die Brennkraftmaschine zusätzlich eine elektronische Ladedruckregelung.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, welche einen verbesserten Gesamtwirkungsgrad ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Eine Brennkraftmaschine, welche einen verbesserten Gesamtwirkungsgrad ermöglicht, ist erfindungsgemäß dadurch geschaffen, dass im Ansaugtrakt eine Schaltvorrichtung vorgesehen ist, welche zwischen einem Zweistufigkeitsbetriebsmodus, in welchem der Luftstrom seriell durch den Verdichter des ersten und den Verdichter des zweiten Abgasturboladers führbar ist, und einem Registerbetriebsmodus, in welchem der Luftstrom parallel durch die Verdichter des ersten und des zweiten Abgasturboladers führbar ist, zu schalten ist. Mit anderen Worten ist eine Schaltvorrichtung vorgesehen, mittels welcher zwischen seriell geschalteten Verdichtern und parallel geschalteten Verdichtern umgeschaltet werden kann, so dass das Aufladesystem der Brennkraftmaschine wahlweise als zweistufiges oder als Register-Aufladesystem genutzt werden kann. Dies ermöglicht eine signifikante Verbesserung des Gesamtwirkungsgrads sowie eine deutlich erhöhte Variabilität zur Steigerung der Motordurchsatzfähigkeit der beiden Verdichter. Der Registerbetriebsmodus ist beispielsweise bei als Ottomotor ausgebildeten Brennkraftmaschinen von Vorteil, da diese vergleichsweise hohe Drehzahlen ermöglichen und entsprechend hohe Durchsatzspreizungen erfordern, welche jedoch bei ein- oder zweistufigen Aufladesystemen nur durch Zugeständnisse beim Momentenmaximum der Brennkraftmaschine möglich sind. Umgekehrt ist im Bereich eines Momentenmaximums der Brennkraftmaschine weiterhin eine zweistufige Aufladung im Zweistufigkeitsbetriebsmodus möglich, so dass aufgrund der dadurch ermöglichten hohen Ladedrücke entsprechend hohe spezifische Leistungen der Brennkraftmaschine erzielbar sind. Dies führt aufgrund des verbesserten Gesamtwirkungsgrads zu entsprechenden Senkungen des Kraftstoffverbrauchs sowie der Abgasemissionen der Brennkraftmaschine. Zudem werden die Leistungsbereitstellungseigenschaften der Brennkraftmaschine aufgrund der optimalen Anpassbarkeit des Betriebsmodus an die jeweilige Betriebssituation erheblich verbessert. Die mittels der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung erhöhte Variabilität der Motordurchsatzfähigkeit ermöglicht die genannten Verbesserungen hinsichtlich Gesamtwirkungsgrad, Kraftstoffverbrauch, Abgasemissionswerten und Ansprechverhalten bzw. Leistungsbereitstellung jedoch ebenso bei als Dieselmotor ausgebildeten Brennkraftmaschinen. Alternativ oder zusätzlich ist aufgrund der Effizienzsteigerung ein sogenanntes "Downsizing" der Brennkraftmaschine möglich, welche mit anderen Worten kleiner und leichter ausgebildet werden kann.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schaltvorrichtung zum Empfangen von Steuersignalen mit einer Motorsteuerungseinrichtung der Brennkraftmaschine gekoppelt und in Abhängigkeit der Steuersignale zu schalten ist. Dies erlaubt ein optimal an den jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine anpassbares Schalten der Schaltvorrichtung zwischen dem Zweistufigkeits- und dem Registerbetriebsmodus unter Berücksichtigung aller relevanten Betriebsparameterwerte der Brennkraftmaschine.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Abgasturbolader als Niederdruckstufe und der zweite Abgasturbolader als Hochdruckstufe ausgebildet ist. Dies ermöglicht eine Minimierung des sog. Turbolochs, da der zweite, kleiner bauende Abgasturbolader aufgrund seiner geringeren Massenträgheit schnell hochdreht und daher für niedrige Drehzahlen der Brennkraftmaschine verwendet werden kann. Ab einer bestimmten Drehzahl steht auch für den größer bauenden, ersten Abgasturbolader genügend Luftmasse und Druck zur Verfügung, so dass das für höhere Drehzahlen benötigte hohe Luftvolumen bereitgestellt werden kann. Die beiden Abgasturbolader können somit optimal auf unterschiedliche Drehzahlbereiche der Brennkraftmaschine abgestimmt werden. Zur Vermeidung von zu hohen Ladedrücken oder Drehzahlen der Abgasturbolader können entsprechende, dem Fachmann geläufige Ladedruckregelsysteme vorgesehen sein.
  • Dabei hat es sich als vorteilhaft gezeigt, dass im Abgastrakt die Abgasturbine des zweiten Abgasturboladers stromauf der Abgasturbine des ersten Abgasturbolader angeordnet ist. Dadurch kann das unter hohem Druck stehende Abgas zum Antrieb der kleiner bauenden Abgasturbine des zweiten Abgasturboladers verwendet werden, so dass aufgrund der geringen Massenträgheit des Laufzeugs ein spontanes Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine sichergestellt wird.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist im Abgastrakt eine Ventileinrichtung vorgesehen, mittels welcher eine jeweilige Leistungsaufnahme der Abgasturbinen des ersten und des zweiten Abgasturboladers stufenlos einzustellen ist. Da im Zweistufigkeitsbetriebsmodus der engste Querschnitt der hintereinandergeschalteten Verdichter, im Registerbetriebsmodus jedoch die Summe der engsten Querschnitte beider Verdichter die maximale Durchsatzfähigkeit bestimmt, wird mit Hilfe einer derartigen Ventileinrichtung insbesondere beim Umschalten zwischen dem Zweistufigkeits- und dem Registerbetriebsmodus sichergestellt, dass die beiden mit den Abgasturbinen gekoppelten Verdichter mit dem jeweils erforderlichen Druckniveau betrieben werden. Eine derartige Ventileinrichtung sowie ihre vorteilhafte Anordnung im Bereich der Abgasturbine des ersten Abgasturboladers ist bereits in der DE 10 2005 046 507 A1 beschrieben, deren Inhalt explizit als mitumfasst zu betrachten ist. Die Dosierung der Leistungsaufnahme der beiden Verdichter kann somit über die jeweiligen Abgasturbinen mit einer Anordnung eines Drallventils an der Abgasturbine des ersten Abgasturboladers erfolgen, welche vorteilhafterweise für eine Druckgefälleaufteilung der beiden Abgasturbinen entsprechend dem Registerbetriebsmodus einzustellen ist. Das variable Drallventil erlaubt hierbei die stufenlose Aufteilung des Gesamtdruckgefälles in Abhängigkeit des jeweiligen Betriebsmodus der Schaltvorrichtung.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schaltvorrichtung eine Drehschiebereinrichtung umfasst. Drehschiebereinrichtungen stellen eine konstruktiv einfache und robuste Verstelleinheit dar und bieten verschiedene Vorteile wie geringer Platzbedarf, rasche Schließ- und Umschaltmöglichkeit, geringe Strömungsverluste sowie eine einfache Ausbildung als Mehrwegehahn.
  • Dabei hat es sich weiterhin als vorteilhaft gezeigt, dass die Drehschiebereinrichtung über eine erste, den Verdichter des ersten Abgasturboladers überbrückende Leitung mit dem Ansaugtrakt, über eine zweite Leitung mit dem Verdichter des ersten Abgasturboladers, über eine dritte Leitung mit dem Verdichter des zweiten Abgasturboladers und über eine vierte, den Verdichter des zweiten Abgasturboladers überbrückende Leitung mit dem Ansaugtrakt gekoppelt ist. Dies ermöglicht eine konstruktiv einfache und bauraumsparende Ausgestaltung der Schaltvorrichtung und eine entsprechend einfaches und schnelles Umschalten zwischen dem Zweistufigkeits- und dem Registerbetriebsmodus.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Leitung ein Rückschlagventil umfasst, mittels welchem ein Durchgang des Luftstroms durch die erste Leitung entgegen einer vorgegebenen Strömungsrichtung des Ansaugtrakts zu verunmöglichen ist. Dieses Rückschlagventil stellt somit eine konstruktiv einfache Möglichkeit zur Aufrechterhaltung der vorgegebenen Strömungsrichtung von einem Luftfilter zur Brennkraftmaschine dar. Zudem kann mit Hilfe des Rückschlagventils sichergestellt werden, dass der Verdichter des zweiten Abgasturboladers erst nach Erreichen eines Betriebszustands zugeschaltet wird, in welchem er das Druckniveau des Verdichters des ersten Turboladers selbsttätig abstützen kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Leitung einen Ladeluftkühler umfasst, mittels welchem eine Temperatur des mittels des Verdichters des ersten Abgasturboladers vorverdichteten Luftstroms zu senken ist. Dadurch kann die vom Verdichter des ersten Abgasturboladers erhitzte Luft im Zweistufigkeitsbetriebsmodus abgekühlt werden, bevor sie durch den Verdichter des zweiten Abgasturboladers weiter vorverdichtet wird. Die dadurch erhöhte Luftmasse ermöglicht das Einspritzen einer entsprechend größeren Kraftstoffmenge in der Brennkraftmaschine, wodurch deren Leistung entsprechend gesteigert wird. Entsprechendes gilt auch für den Registerbetriebsmodus, wobei hier ein oder mehrere zusätzliche, den beiden Abgasturboladern nachgeschaltete Ladeluftkühler vorgesehen sein können, um auch die vom Verdichter des zweiten Abgasturboladers verdichtete Luft vorteilhaft abkühlen zu können.
  • Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass mittels der Drehschiebereinrichtung im Zweistufigkeitsbetriebsmodus nur die zweite und die dritte Leitung bzw. im Registerbetriebsmodus die erste und die dritte Leitung sowie die zweite und die vierte Leitung miteinander gekoppelt sind. Dies ermöglicht in Kombination mit einer Drehschiebereinrichtung ein simultanes Öffnen und Schließen der verschiedenen Leitungen, so dass sehr schnelle Schaltzeiten beim Umschalten zwischen dem Zweistufigkeits- und dem Registerbetriebsmodus sichergestellt sind.
  • Dabei hat es sich weiterhin als vorteilhaft gezeigt, dass die Drehschiebereinrichtung drei konzentrisch gelagerte Drehventileinheiten umfasst, wobei mittels der ersten Drehventileinheit die zweite und die dritte Leitung, mittels der zweiten Drehventileinheit die erste und die dritte Leitung und mittels der dritten Drehventileinheit die zweite und die vierte Leitung miteinander koppelbar sind. Durch die konzentrische Lagerung der Drehventileinheiten kann das Umschalten zwischen dem Zweistufigkeits- und dem Registerbetriebsmodus durch einfaches Verdrehen der Lagerachse durchgeführt werden.
  • Dabei wird in weiterer Ausgestaltung eine besonders bauraumsparende Anordnung der Leitungen dadurch ermöglicht, dass die erste Drehventileinheit als 180°-Ventil und/oder die zweite Drehventileinheit als 90°-Ventil und/oder die dritte Drehventileinheit als 90°-Ventil ausgebildet ist bzw. sind.
  • Um eine zuverlässige Abdichtung der Strömungsbereiche innerhalb der einzelnen Leitungen sicherzustellen, hat es sich in weiterer Ausgestaltung als vorteilhaft gezeigt, dass die drei Drehventileinheiten insbesondere mittels zugeordneter Kolbenringe gegeneinander abgedichtet sind.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit zwei Abgasturboladern und einer Schaltvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 2 eine schematische seitliche Schnittansicht einer Drehschiebereinrichtung der in 1 gezeigten Schaltvorrichtung;
  • 3a eine schematische Aufsicht einer ersten Drehventileinheit der Drehschiebereinrichtung entlang der in 2 gezeigten Schnittebene A-A, wobei die Schaltvorrichtung in einen Zweistufigkeitsbetriebsmodus geschaltet ist;
  • 3b eine schematische Aufsicht einer zweiten Drehventileinheit der Drehschiebereinrichtung entlang der in 2 gezeigten Schnittebene B-B, wobei die Schaltvorrichtung in den Zweistufigkeitsbetriebsmodus geschaltet ist;
  • 3c eine schematische Aufsicht einer dritten Drehventileinheit der Drehschiebereinrichtung entlang der in 2 gezeigten Schnittebene C-C, wobei die Schaltvorrichtung in den Zweistufigkeitsbetriebsmodus geschaltet ist;
  • 4a eine schematische Aufsicht der ersten Drehventileinheit der Drehschiebereinrichtung entlang der in 2 gezeigten Schnittebene A-A, wobei die Schaltvorrichtung in einen Registerbetriebsmodus geschaltet ist;
  • 4b eine schematische Aufsicht der zweiten Drehventileinheit der Drehschiebereinrichtung entlang der in 2 gezeigten Schnittebene B-B, wobei die Schaltvorrichtung in den Registerbetriebsmodus geschaltet ist; und
  • 4c eine schematische Aufsicht der dritten Drehventileinheit der Drehschiebereinrichtung entlang der in 2 gezeigten Schnittebene C-C, wobei die Schaltvorrichtung in den Registerbetriebsmodus geschaltet ist.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer als Otto- oder Dieselmotor ausgebildeten Brennkraftmaschine 10 für ein Kraftfahrzeug – ein NFZ oder ein PKW – mit einem ersten Abgasturbolader 12a und einem zweiten Abgasturbolader 12b zum Vorverdichten eines durch einen Ansaugtrakt 14 der Brennkraftmaschine 10 führbaren Luftstroms, wobei der erste und der zweite Abgasturbolader 12a, 12b jeweils einen Verdichter 16a, 16b im Ansaugtrakt 14 sowie eine drehfest mit dem jeweiligen Verdichter 16a, 16b gekoppelte Abgasturbine 18a, 18b in einem Abgastrakt 20 der Brennkraftmaschine 10 umfassen. Die Verdichter 16a, 16 sind dabei drehfest über jeweilige Wellen 22a, 22b mit ihren zugeordneten Abgasturbinen 18a, 18b verbunden und bilden somit das Laufzeug der Abgasturbolader 12a, 12b. Dabei ist der erste Abgasturbolader 12a als groß bauende Niederdruckstufe ausgebildet, wohingegen der zweite Abgasturbolader 12b als klein bauende Hochdruckstufe ausgebildet ist. Im Abgastrakt 20 strömt damit das von der Brennkraftmaschine 10 kommende Abgas zunächst durch die motornahe Abgasturbine 18b des zweiten Abgasturboladers 12b, wird nach dem Verlassen mit verringertem Druck der Abgasturbine 18a des ersten Abgasturboladers 12a zugeführt und treibt diese mit dem verbliebenen Energiepotenzial an. Nach dem vollständigen Entspannen wird das Abgas schließlich über ein Abgasreinigungssystem 24 ausgeleitet. Zum Überbrücken der Abgasturbine 18b des zweiten Abgasturboladers 12b insbesondere bei hohen Drehzahlen ist eine Bypassleitung 19 vorgesehen, mittels welcher der Luftstrom an der Abgasturbine 18b vorbei zur Abgasturbine 18a des ersten Abgasturboladers 12a zu leiten ist.
  • Im Ansaugtrakt 14 ist zwischen dem ersten und dem zweiten Abgasturbolader 12a, 12b eine Schaltvorrichtung 26 vorgesehen, welche zwischen einem Zweistufigkeitsbetriebsmodus und einem Registerbetriebsmodus zu schalten ist und deren Aufbau und Funktionsweise im Folgenden näher erläutert werden wird. Im Zweistufigkeitsbetriebsmodus wird der Luftstrom seriell zunächst durch den Verdichter 16a des ersten Abgasturboladers 12a und anschließend durch den Verdichter 16b des zweiten Abgasturboladers 12b geführt. Im Registerbetriebsmodus wird der Luftstrom hingegen parallel durch die Verdichter 16a, 16b des ersten und des zweiten Abgasturboladers 12a, 12b geführt. Die Schaltvorrichtung 26 ist mit einer Motorsteuereinrichtung 28 gekoppelt und wird von dieser über entsprechende Steuersignale S zwischen dem Zweistufigkeits- und dem Registerbetriebsmodus geschaltet. Mit Hilfe der Motorsteuereinrichtung 28 können zudem im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Sperrventil 30 einer Abgasrückführungseinrichtung 32 gesteuert und Motorbetriebspunkte M der Brennkraftmaschine 10 sowie ein Ladedruck p im stromab der Verdichter 16a, 16b gelegenen Ansaugtrakt 14 ermittelt werden. Darüber hinaus wird mittels der Motorsteuereinrichtung 28 eine der Abgasturbine 18a des ersten Abgasturboladers 12a zugeordnete Ventileinrichtung 34 mit einem Drallventil (nicht abgebildet) zur Dosierung einer Leistungsaufnahme der Abgasturbinen 18a, 18b und damit der Verdichter 12a, 12b gesteuert. Der Aufbau, die Funktionsweise und die erzielbaren Vorteile der Ventileinrichtung 34 sind dabei der DE 10 2005 046 507 A1 zu entnehmen, deren Offenbarung als mitumfasst zu betrachten ist.
  • Die Schaltvorrichtung 26 umfasst eine Drehschiebereinrichtung 36, welche über eine erste, den Verdichter 16a des ersten Abgasturboladers 12a überbrückende Leitung 38a mit dem Ansaugtrakt 14 stromauf des Verdichters 16a gekoppelt ist. Weiterhin ist die Drehschiebereinrichtung 36 über eine zweite Leitung 38b mit dem Verdichter 16a des ersten Abgasturboladers 12a, über eine dritte Leitung 38c mit dem Verdichter 16b des zweiten Abgasturboladers 12b und über eine vierte, den Verdichter 16b des zweiten Abgasturboladers 12b überbrückende Leitung 38d mit dem Ansaugtrakt 14 stromab der Verdichter 16a, 16b gekoppelt. Die erste Leitung 38a umfasst ein Rückschlagventil 40, mittels welchem ein Durchgang des Luftstroms durch die erste Leitung 38a entgegen der vorgegebenen Strömungsrichtung zur Brennkraftmaschine 10 hin zu verunmöglichen ist. Das Rückschlagventil 40 öffnet zudem beim Umschalten der Schaltvorrichtung 26 erst dann, wenn der Verdichter 16b einen Betriebszustand erreicht hat, in welchem er das Druckniveau des Verdichters 16a selbsttätig abstützen kann bzw. sobald sich eine Durchströmung des Verdichters 16b auf einen Druckzustand einstellt, in welchem der Druck innerhalb der vom Verdichter 16b abgehenden Leitung 38e gleich dem Druck innerhalb der Leitung 38d ist.
  • Die zweite Leitung 38b umfasst ihrerseits einen ersten Ladeluftkühler 42a, mittels welchem eine Temperatur des mittels des Verdichters 16a vorverdichteten Luftstroms unabhängig vom jeweiligen Betriebsmodus der Schaltvorrichtung 26 zu senken ist. Stromab befindet sich im Ansaugtrakt 14 ein größer dimensionierter, zweiter Ladeluftkühler 42b, mittels welchem sowohl der vorverdichtete Luftstrom des Verdichters 16a als auch der des Verdichters 16b zu kühlen sind. Ein dritter Ladeluftkühler 42c befindet sich innerhalb der Abgasrückführungseinrichtung 32 und kühlt das heiße, vom Abgastrakt 20 stammende Abgas.
  • 2 zeigt eine schematische seitliche Schnittansicht der Drehschiebereinrichtung 36 der in 1 gezeigten Schaltvorrichtung 26, welche drei konzentrisch gelagerte und um eine gemeinsame Drehachse II verdrehbare Drehventileinheiten 44a–c umfasst. Dabei sind mittels der ersten Drehventileinheit 44a die zweite und die dritte Leitung 38b, 38c, mittels der zweiten Drehventileinheit 44b die erste und die dritte Leitung 38a, 38c und mittels der dritten Drehventileinheit 44c die zweite und die vierte Leitung 38b, 38d miteinander koppelbar. Zur Vermeidung von Leckagen sowie zum Abdichten der einzelnen Strömungsbereiche sind die drei Drehventileinheiten 44a–c mittels zugeordneter Kolbenringe 46 gegeneinander abgedichtet. Es ist dabei zu betonen, dass sich in der Praxis die Dimensionen der einzelnen Drehventileinheiten 44a–c zur Verwirklichung optimaler Strömungsbereiche deutlich voneinander unterscheiden können.
  • 3a bis 3c, welche in Zusammenschau erläutert werden, zeigen jeweils schematische Aufsichten der Drehventileinheiten 44a–c der Drehschiebereinrichtung 36 entlang den jeweiligen, in 2 gezeigten Schnittebenen A-A, B-B bzw. C-C wobei die Schaltvorrichtung 26 bzw. die Drehschiebereinrichtung 36 vorliegend in den Zweistufigkeitsbetriebsmodus geschaltet ist. Wie aus 3a erkennbar ist, ist die erste Drehventileinheit 44a als 180°-Ventil ausgebildet, wohingegen die zweite und die dritte Drehventileinheit 44b, 44c jeweils als 90°-Ventile ausgebildet sind. Im Zweistufigkeitsbetriebsmodus sind über die erste Drehventileinheit 44a nur die zweite und die dritte Leitung 38b, 38c luftdurchgängig gekoppelt, wohingegen die zweite und die dritte Drehventileinheit 44b, 44c in eine Sperrstellung bewegt sind. Dadurch wird die Luft – wie aus 1 ersichtlich – über den ersten Verdichter 16a durch die zweite Leitung 38b dem ersten Ladeluftkühler 42a zugeführt und dort gekühlt. Anschließend wird die Luft seriell durch die erste Drehventileinheit 44a in die dritte Leitung 38c, den zweiten Verdichter 16b und über die Leitung 38e zum zweiten Ladeluftkühler 42b und schließlich in die Brennkraftmaschine 10 geleitet. Ein Luftdurchgang durch die erste Leitung 38a entgegen der Strömungsrichtung ist über das Rückschlagventil 40 verunmöglicht.
  • 4a bis 4c, welche ebenfalls in Zusammenschau erläutert werden, zeigen jeweils schematische Aufsichten der Drehventileinheiten 44a–c der Drehschiebereinrichtung 36 entlang den jeweiligen, in 2 gezeigten Schnittebenen A-A, B-B bzw. C-C. Im Unterschied zu 3a bis 3c ist die Schaltvorrichtung 26 bzw. die Drehschiebereinrichtung 36 durch gemeinsames Verdrehen der Drehventileinheiten 44a–c um die Drehachse II in den Registerbetriebsmodus geschaltet. Dadurch ist der Durchgang von der zweiten in die dritte Leitung 38b, 38c mittels der ersten Drehventileinheit 44a gesperrt. Demgegenüber sind jetzt die erste und die dritte Leitung 38a, 38c sowie die zweite und die vierte Leitung 38b, 38d mit Hilfe der Drehventileinheiten 44b, 44c miteinander gekoppelt. Dadurch wird die Luft – wie aus 1 ersichtlich – über den ersten Verdichter 16a und die zweite Leitung 38b durch die zweite Drehventileinheit 44b in die vierte Leitung 38d geführt. Parallel dazu wird die Luft zusätzlich über die erste Leitung 38a direkt durch die dritte Drehventileinheit 44c und ohne Durchströmung des ersten Verdichters 16a zum zweiten Verdichter 16b geführt, welcher somit auf dem gleichen Eintrittsdruckniveau wie der erste Verdichter 16a ansaugt. Über die Leitung 38e wird die verdichtete Luft anschließend zum zweiten Ladeluftkühler 42b geführt, wobei sich die Leitung 38e und die vierte Leitung 38d mit der vom ersten Verdichter 16a verdichteten Luft zuvor wieder vereinigen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102005046507 A1 [0002, 0009, 0028]

Claims (13)

  1. Brennkraftmaschine (10), insbesondere Otto- und/oder Dieselmotor, für ein Kraftfahrzeug mit einem ersten und einem zweiten Abgasturbolader (12a, 12b) zum Vorverdichten eines durch einen Ansaugtrakt (14) der Brennkraftmaschine (10) führbaren Luftstroms, wobei der erste und der zweite Abgasturbolader (12a, 12b) jeweils einen Verdichter (16a, 16b) im Ansaugtrakt (14) sowie eine drehfest mit dem jeweiligen Verdichter (16a, 16b) gekoppelte Abgasturbine (18a, 18b) in einem Abgastrakt (20) der Brennkraftmaschine (10) umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass im Ansaugtrakt (14) eine Schaltvorrichtung (26) vorgesehen ist, welche zwischen einem Zweistufigkeitsbetriebsmodus, in welchem der Luftstrom seriell durch den Verdichter (16a) des ersten Abgasturboladers (12a) und den Verdichter (16b) des zweiten Abgasturboladers (12b) führbar ist, und einem Registerbetriebsmodus, in welchem der Luftstrom parallel durch die Verdichter (16a, 16b) des ersten und des zweiten Abgasturboladers (12a, 12b) führbar ist, zu schalten ist.
  2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (26) zum Empfangen von Steuersignalen (S) mit einer Motorsteuerungseinrichtung (28) der Brennkraftmaschine (10) gekoppelt und in Abhängigkeit der Steuersignale (S) zu schalten ist.
  3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abgasturbolader (12a) als Niederdruckstufe und der zweite Abgasturbolader (12b) als Hochdruckstufe ausgebildet ist.
  4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgastrakt (20) die Abgasturbine (18b) des zweiten Abgasturboladers (12b) stromauf der Abgasturbine (18a) des ersten Abgasturbolader (12a) angeordnet ist.
  5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgastrakt (20) eine Ventileinrichtung (34) vorgesehen ist, mittels welcher eine jeweilige Leistungsaufnahme der Abgasturbinen (18a, 18b) des ersten und des zweiten Abgasturboladers (12a, 12b) stufenlos einzustellen ist.
  6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (26) eine Drehschiebereinrichtung (36) umfasst.
  7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehschiebereinrichtung (36) über eine erste, den Verdichter (16a) des ersten Abgasturboladers (12a) überbrückende Leitung (38a) mit dem Ansaugtrakt (14), über eine zweite Leitung (38b) mit dem Verdichter (16a) des ersten Abgasturboladers (12a), über eine dritte Leitung (38c) mit dem Verdichter (16b) des zweiten Abgasturboladers (12b) und über eine vierte, den Verdichter (16b) des zweiten Abgasturboladers (12b) überbrückende Leitung (38d) mit dem Ansaugtrakt (14) gekoppelt ist.
  8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitung (38a) ein Rückschlagventil (40) umfasst, mittels welchem ein Durchgang des Luftstroms durch die erste Leitung (38a) entgegen einer vorgegebenen Strömungsrichtung des Ansaugtrakts (14) zu verunmöglichen ist.
  9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Leitung (38b) einen Ladeluftkühler (42a) umfasst, mittels welchem eine Temperatur des mittels des Verdichters (16a) des ersten Abgasturboladers (12a) vorverdichteten Luftstroms zu senken ist.
  10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Drehschiebereinrichtung (36) im Zweistufigkeitsbetriebsmodus nur die zweite und die dritte Leitung (38b, 38c) und im Registerbetriebsmodus die erste und die dritte Leitung (38a, 38c) sowie die zweite und die vierte Leitung (38b, 38d) miteinander gekoppelt sind.
  11. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehschiebereinrichtung (36) drei konzentrisch gelagerte Drehventileinheiten (44a–c) umfasst, wobei mittels der ersten Drehventileinheit (44a) die zweite und die dritte Leitung (38b, 38c), mittels der zweiten Drehventileinheit (44b) die erste und die dritte Leitung (38a, 38c) und mittels der dritten Drehventileinheit (44c) die zweite und die vierte Leitung (38b, 38d) miteinander koppelbar sind.
  12. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drehventileinheit (44a) als 180°-Ventil und/oder die zweite Drehventileinheit (44b) als 90°-Ventil und/oder die dritte Drehventileinheit (44c) als 90°-Ventil ausgebildet ist.
  13. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Drehventileinheiten (44a–c) insbesondere mittels zugeordneter Kolbenringe (46) gegeneinander abgedichtet sind.
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