-
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, der mindestens zwei Auslassventile aufweist, die mit Abgassträngen verbunden sind, in denen Turbinen von Abgasturboladern angeordnet sind, die Verdichter für die Ladeluft der Brennkraftmaschinen aufweisen, wobei stromabwärts der Verdichter eine Zusammenführung für die Ladeluftströme der Verdichter angeordnet und den Verdichtern ein gemeinsamer Ladeluftkühler nachgeschaltet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennkraftmaschine.
-
Im Stand der Technik sind Brennkraftmaschinen bekannt, die pro Zylinder mindestens zwei Auslassventile haben, wobei die Auslassventile unterschiedlichen Abgassträngen zugeordnet sind, und wobei jeder Abgasstrang eine Turbine eines Abgasturboladers aufweist, die einem Verdichter für Ladeluft der Brennkraftmaschine zugeordnet ist. Zum Betreiben der Abgasturbolader werden die Auslassventile in einer solchen Art und Weise angesteuert, dass in einem Niedrig- oder Teillastbetrieb ein Auslassventil geschlossen ist, so dass nur die Turbine des Abgasturboladers läuft, die in dem Abgasstrang angeordnet ist, dessen zugeordnete Auslassventile geöffnet sind. Bei Momentanforderungen und insbesondere im Volllastbereich werden auch die weiteren Auslassventile geöffnet, die mit dem weiteren Abgasstrang verbunden sind, so dass auch der diesem zugeordnete Abgasturbolader den Betrieb aufnimmt und Ladeluft für die Brennkraftmaschine fördert. Im Niedrig- beziehungsweise Teillastbetrieb wird demzufolge mit nur einem der beiden Abgasturbolader gefahren, während im Volllastbetrieb oder bei plötzlicher Momentanforderung beide Abgasturbolader in Betrieb genommen werden. Das Zuschalten des zweiten Abgasturboladers erfolgt hierbei durch das Öffnen der weiteren Auslassventile die dem jeweiligen Abgasstrang zugeordnet sind. Eine solche Anordnung ist beispielsweise aus der
DE 10 2005 055 996 und aus der
EP 1 645 735 A1 bekannt.
-
An diesen Ausführungsformen ist nachteilig, dass sich Ladeluft bei inaktivem zweitem Abgasturbolader (also geschlossenen zweiten Auslassventilen), die vom ersten Abgasturbolader in das Saugrohr gefördert wird, aus dem Bereich des Saugrohrs entgegen der beabsichtigten Strömungsrichtung in den Bereich des Verdichters des zweiten Abgasturboladers verschleichen kann und zu unerwünschten Druckabfällen und Ladeluftverlust und damit zu Ungleichförmigkeiten im Betriebsverhalten führt. Um dies zu vermeiden, sind Anordnungen bekannt, in denen stromabwärts des zweiten Verdichters ein Rückschlagventil angeordnet ist, das mit einer gewissen Hysterese nach Zuschalten des zweiten Verdichters durch Öffnen der zweiten Auslassventile und Beaufschlagung der zweiten Turbine, die dem zweiten Verdichter zugeordnet ist, öffnet. Hierdurch erfolgt eine unerwünschte Druckungleichförmigkeit, zum Beispiel ein unerwünschter Druckstoß, wenn sich das Rückschlagventil bei Erreichen der vorgegebenen Druckschwelle bei vorgegebener Förderleistung des zweiten Verdichters öffnet, der zu einer fast schlagartigen Momentänderung im Betrieb der Brennkraftmaschine führt. Der Drehmomentaufbau in der Brennkraftmaschine erfolgt in einer unkomfortablen und für den Fahrer unter Umständen sogar unangenehmen Art und Weise, wobei bei sehr leistungsstarken Brennkraftmaschinen die Beherrschbarkeit des Fahrzeugs unter sehr ungünstigen Betriebsbedingungen leiden kann.
-
Weiterhin ist aus dem Stand der Technik die Druckschrift
DE 10 2007 009 354 A1 bekannt. Diese betrifft ein Frischgasmodul für eine Frischgasanlage zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit Frischgas, mit einem Frischgasverteiler, der zumindest einen Frischgaseinlass und zumindest einen Frischgasauslass aufweist. Um bei einer aufgeladenen Brennkraftmaschine einen Bauraumvorteil zu erzielen, umfasst das Frischgasmodul außerdem einen Frischgaskühler, der einerseits in einen Frischgas vom wenigstens einen Frischgaseinlass zum wenigstens einen Frischgasauslass führenden Frischgaspfad und andererseits in einen Kühlmedium führenden Kühlkreis eingebunden ist.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, die die genannten Nachteile vermeidet, und ein Verfahren zu ihrem Betrieb bereitzustellen.
-
Die Aufgabe wird mit einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorgeschlagen wird hierbei eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, der mindestens zwei Auslassventile aufweist, die mit Abgassträngen verbunden sind, in denen Turbinen von Abgasturboladern angeordnet sind, die Verdichter für die Ladeluft der Brennkraftmaschine aufweisen. Es ist vorgesehen, dass stromabwärts der Verdichter eine Zusammenführung für die Ladeluftströme der Verdichter angeordnet und den Verdichtern ein gemeinsamer Ladeluftkühler nachgeschaltet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mindestens eine extern steuerbare Luftklappe stromabwärts mindestens eines der Verdichter sowie stromaufwärts der Zusammenführung angeordnet ist. Das Zuschalten der einzelnen Verdichter beziehungsweise der diese antreibenden Turbinen der Abgasturbolader erfolgt in der bekannten Art und Weise dadurch, dass die dem jeweiligen (insbesondere zweiten) Abgasturbolader und seinem Abgasstrang zugeordneten Auslassventile geöffnet werden. Hierdurch nimmt der Abgasturbolader durch Abgasbeaufschlagung seiner Turbine den Betrieb auf, wodurch der Verdichter Ladeluft zu fördern beginnt. Die Ladeluftströme der Verdichter werden in einer Zusammenführung, die stromabwärts der Verdichter angeordnet ist, zusammengeführt. Stromabwärts mindestens eines der Verdichter und stromaufwärts eben dieser Zusammenführung ist hierbei die Luftklappe angeordnet, die extern steuerbar ist, also insbesondere nicht vom Ladeluftstrom und seinem am Ventil anliegenden Staudruck abhängig ist, und die die Steuerung dieses mindestens einen Ladeluftstroms in Hinblick auf den Volumen- beziehungsweise Massendurchsatz an Ladeluft gestattet. Die Ansteuerung dieser Luftklappe erfolgt hierbei extern, insbesondere nämlich über eine vorhandene Motorsteuerung, beispielsweise ein aus dem Stand der Technik bekanntes Motorsteuergerät.
-
Die erfindungsgemäß vorliegende Luftklappe gestattet es, den Ladeluftstrom nicht nur abzusperren oder freizugeben, sondern insbesondere auch in einer bevorzugt stufenlosen Art und Weise zu variieren. Die Luftklappe kann hierbei in sehr strömungsgünstiger Art und Weise ausgebildet werden, nämlich insbesondere so, dass unerwünschte Verwirbelungen der Ladeluft im Ladeluftstrom im Bereich der Luftklappe unterbunden oder doch reduziert werden.
-
Die Zusammenführung weist einen Luftzusammenführraum auf, in dem die Luftklappe angeordnet ist. Die Zusammenführung hat demzufolge zum Zwecke des Zusammenführens der Ladeluftströme den Luftzusammenführraum. In diesem ist die Luftklappe angeordnet.
-
Gemäß der Erfindung ist in dem Luftzusammenführraum die Luftklappe derart angeordnet, dass wahlweise der von dem einen Verdichter kommende Ladeluftstrom oder der von dem anderen Verdichter kommende Ladeluftstrom abgesperrt oder gedrosselt werden kann oder dass beide Ladeluftströme freigegeben werden können. Die Luftklappe kann demzufolge den Ladeluftstrom eines jeden Verdichters absperren, freigeben oder drosseln. Es ist beispielsweise möglich, den Ladeluftstrom des ersten Verdichters vollständig freizugeben und den Ladeluftstrom des zweiten Verdichters aus einem zunächst abgesperrten Zustand heraus kontinuierlich freizugeben, also die Luftklappe hinsichtlich dieses zweiten Ladeluftstroms immer weiter zu öffnen, bis letztlich beide Ladeluftströme freigegeben sind. Auf diese Weise wird sehr vorteilhaft der in bekannten Anordnungen vorhandene Druckstoß im Ladeluftstrang in das Saugrohr hinein vermieden, so dass ein schlagartiger Momentenaufbau, der insbesondere ungeübte Fahrer sehr leistungsstarker Fahrzeuge überfordern könnte, vermieden wird. Der Ladedruck der Ladeluftströme im Saugrohr und die Ladeluftmenge erhöht sich vielmehr graduell, wodurch auch ein gradueller Momentenaufbau in der Brennkraftmaschine erfolgt. Ein plötzlicher Druckstoß oder eine unerwünschte Druckungleichförmigkeit bleibt demzufolge aus. Gleichwohl kann die Luftklappe derart ausgebildet sein, dass sie zwar graduell, aber innerhalb einer sehr kurzen Zeit vollständig öffnet. Auf diese Weise wird die Dynamik der Brennkraftmaschine nicht beeinträchtigt. Vielmehr ist aufgrund der von Anfang an beginnenden Öffnung der Luftklappe anders als bei Ausführungen mit einfachen Rückschlagventilen keine Verzögerung aufgrund der Hysterese des Rückschlagventils zu beobachten, sondern der Momentaufbau erfolgt bereits mit dem Zuschalten des zweiten Verdichters.
-
Erfindungsgemäß ist den Verdichtern ein gemeinsamer Ladeluftkühler nachgeschaltet, wobei besonders bevorzugt die Luftklappe baueinheitlich mit dem Ladeluftkühler ausgebildet ist. Die Luftklappe ist insbesondere dem Ladeluftkühler äußerlich oder auch inwändig, also in den Ladeluftkühler beziehungsweise dessen Gehäuse integriert, ausgeführt. Auf diese Weise wird eine sehr vorteilhafte Modulanordnung erreicht, die betriebliche Montage-, Bauraum- und Kostenvorteile bringt.
-
In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform weist mindestens ein Abgasstrang einen vorzugsweise durch ein Bypassventil regelbaren Bypass zur Turbine auf. Durch einen solchen Bypass, der bevorzugt durch das Bypassventil regelbar ist, kann die Beaufschlagung der Turbine mit dem Abgasmassenstrom des Abgasstrangs reguliert werden, indem ein Teil des Abgasmassenstroms an der Turbine vorbeigeleitet wird, sofern das Bypassventil öffnet.
-
In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform brückt der Bypass eine erste Turbine eines den ersten Auslassventilen zugeordneten ersten Abgasstrangs. Der Bypass ist demzufolge parallel zur ersten Turbine angeordnet, die im ersten Abgasstrang angeordnet ist, der den ersten Auslassventilen zugeordnet ist. Dies ist die Turbine, die unabhängig von der Schaltung der zweiten Turbine (im zweiten Abgasstrang und damit den zweiten Auslassventilen zugeordnet) immer mit Abgas beaufschlagt wird, wobei ihr Laufverhalten durch den Bypass beeinflusst werden kann. Insbesondere ist es somit möglich, das Betriebsverhalten der ersten Turbine auf das Zuschalten der zweiten Turbine, die dem zweiten Abgasstrang mit den zweiten Auslassventilen zugeordnet ist, anzupassen und damit die Förderleistung des angeschlossenen Verdichters.
-
Weiter wird ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, insbesondere nach einer oder mehrerer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, wobei die Brennkraftmaschine mindestens einen Zylinder aufweist, der mindestens zwei Auslassventile besitzt, die mit Abgassträngen verbunden sind, in denen Turbinen von Abgasturboladern angeordnet sind, die Verdichter für die Ladeluft der Brennkraftmaschine aufweisen. Dabei ist vorgesehen, dass stromabwärts der Verdichter die Ladeluftströme der Verdichter in einer Zusammenführung zusammengeführt werden und den Verdichtern ein gemeinsamer Ladeluftkühler nachgeschaltet ist. Zudem ist vorgesehen, dass stromabwärts mindestens eines der Verdichter und stromaufwärts der Zusammenführung mittels einer extern steuerbaren Luftklappe ein Absperren oder Drosseln mindestens eines der Ladeluftströme erfolgen kann. Die Luftklappe ist baueinheitlich mit dem Ladeluftkühler ausgebildet. Zudem werden die Ladeluftströme in einem in dem Ladeluftkühler ausgebildeten Luftzusammenführraum zusammengeführt. Die Luftklappe ist in dem Luftzusammenführraum derart angeordnet, dass wahlweise der von dem einen Verdichter kommende Ladeluftstrom oder der von dem anderen Verdichter kommende Ladeluftstrom abgesperrt oder gedrosselt werden kann oder das beide Ladeluftströme freigegeben werden können. Das Absperren, Öffnen oder Drosseln mindestens eines der Ladeluftströme erfolgt demzufolge extern gesteuert, nicht über interne Druckverhältnisse im Ladeluftstrang.
-
In einer bevorzugten Verfahrensausbildung erfolgt die externe Steuerung des Ventils über, eine Softwarefunktion, insbesondere eines Motorsteuergeräts der Brennkraftmaschine. Aus dem Stand der Technik bekannte, moderne Brennkraftmaschinen werden hinsichtlich ihrer Betriebsführung, abhängig von Betriebszuständen, mittels Motorsteuergeräte gesteuert. In sehr vorteilhafter weise lässt sich die Steuerung der Luftklappe mittels einer Softwarefunktion in solche Motorsteuergeräte implementieren. Ein separates Steuergerät ist hierdurch unnötig. Insbesondere ist hierdurch auch gewährleistet, dass mittels der Softwarefunktion die Steuerung der Luftklappe in die Betriebsführung der Brennkraft-maschine vollständig integriert werden kann.
-
In einer weiteren Verfahrensausbildung berücksichtigt die Softwarefunktion die Öffnung nur eines oder mehrerer Auslassventile der Brennkraftmaschine. Die Steuerung der Luftklappe mittels der Softwarefunktion erfolgt demzufolge in Abhängigkeit mindestens auch des Öffnungszustandes eines oder mehrerer Auslassventile der Brennkraftmaschine. Wird beispielsweise bei erhöhter Leistungsanforderung das jeweils zweite Auslassventil des jeweiligen Zylinders geöffnet, sodass der zweite Abgasturbolader mit Abgas der Brennkraftmaschine angeströmt wird und der diesen zugeordnete Verdichter Ladeluft fördert, wird durch die Softwarefunktion die Luftklappe geöffnet. Auf diese Weise erfolgt bei hinreichendem Ladeluftdruck vom zweiten Verdichter die Freigabe des Ladeluftstroms in Richtung Saugrohr.
-
In einer weiteren bevorzugten Verfahrensausbildung ist berücksichtigt, dass die Softwarefunktion den Ladeluftdruck im Ansaugtrakt, insbesondere den Ladeluftdruck vor Drosselklappe, berücksichtigt. Auf diese Weise wird sehr vorteilhaft vermieden, dass der zum Betrieb der Brennkraftmaschine in einem bestimmten Lastzustand oder bei einer Momentanforderung vor Drosselklappe erwünschte Ladeluftdruck unterschritten oder überschritten wird oder in einer unerwünschten Art und Weise schwankt. Es ist demzufolge möglich, den Ladeluftdruck im Ansaugtrakt, insbesondere nämlich vor Drosselklappe, den gewünschten Verhältnissen dynamisch anzupassen. Durch die Softwarefunktion wird hierbei eine solche Steuerung der Luftklappe vorgenommen, dass der zweite Verdichter, dem die Luftklappe zugeordnet ist, einen solchen Ladeluftdruck beziehungsweise Ladeluftstrom bereitstellt, dass sich, zusammen mit dem Ladeluftstrom des ersten Verdichters, der erwünschte Ladeluftdruck vor Drosselklappe einstellt. Insbesondere ist hierbei eine dynamische Steuerung möglich, die ohne nennenswerte Verzögerung erfolgt und somit eine sehr dynamische Betriebsführung der Brennkraftmaschine zulässt. Insbesondere lässt sich dadurch der zur Öffnung der Luftklappe bestmögliche Zeitpunkt bestimmen und wählen.
-
In einer weiteren Verfahrensausbildung berücksichtigt die Softwarefunktion einen Abgasmassenstrom über mindestens eine Turbine und/oder den Ladeluftdruck nach mindestens einem der Verdichter. Weiter ist vorgesehen, dass die Softwarefunktion in einer Verfahrensausbildung die Öltemperatur und/oder die Kühlmitteltemperatur, die Ansauglufttemperatur und/oder die Ladelufttemperatur berücksichtigt. Derartige Parameter gestatten eine feine Abstimmung der Ventilöffnung beziehungsweise der Absperrung, der Freigabe oder der Drosselung des Ladeluftstroms über den jeweils der Luftklappe zugeordneten Verdichter, insbesondere nämlich dem zweiten Verdichter, in Abhängigkeit einer Vielzahl von Betriebszuständen der Brennkraftmaschine. Insbesondere kann eine sehr differenzierte Betriebsführung vorgenommen werden, die in Hinblick auf erwünschte Leistungswerte und/oder eine besondere Energieeffizienz der Brennkraftmaschine die Betriebsführung optimiert. Der Ladeluftstrom kann auf diese Weise nämlich sehr vorteilhaft den jeweils vorherrschenden Bedingungen angepasst werden.
-
In einer besonders bevorzugten Verfahrensausbildung berücksichtigt die Softwarefunktion solche Parameter, insbesondere wie vorstehend beschrieben, die dem Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine bereit zur Verfügung stehen. Hiermit ist gemeint, dass für die Softwarefunktion zur Steuerung der Luftklappe keine weitere Sensorik aufgewendet werden muss, sondern dass Parameter verwendet werden, die das Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine ohnehin bereits verarbeitet, die also insbesondere von zum Betrieb der Brennkraftmaschine bereits vorhandenen Sensoren stammen, wie dies in der prinzipiellen Steuerungs- und Softwarearchitektur und der entsprechenden konstruktiven Auslegung des Motorsteuergeräts der Brennkraftmaschine vorgesehen ist.
-
Besonders bevorzugt berücksichtigt die Softwarefunktion Totzeiten beziehungsweise Hysteresen bei der Ansteuerung der Luftklappe. Schaltverzögerungen, wie sie durch mechanische Einflüsse insbesondere der Luftklappe selbst oder eines die Luftklappe betätigenden Aktors vorliegen, beziehungsweise Schaltverzögerung ebenso erwünschter wie un-erwünschter Art werden durch die Softwarefunktion berücksichtigt, nämlich entweder als gegebene Vorgabewerte, beispielsweise auch als für eine bestimmte Serie gemittelte Werte, aus beispielsweise einem Speicherbereich ausgelesen und im Betrieb verwendet, oder aber von der Softwarefunktion, abhängig von der Betriebsführung der Luftklappe, ermittelt und zur weiteren Verwendung gespeichert und dann verwendet. Hierbei lassen sich auch Anlaufverzögerungen von Verdichtern beziehungsweise Verzögerungen im Momentenaufbau der Brennkraftmaschine sehr vorteilhaft kompensieren. Beispielsweise ist es möglich, die Luftklappe über einen bestimmten Öffnungszeitpunkt hinaus geschlossen zu halten und dann beschleunigt zu öffnen, oder aber es kontinuierlich bereits vor dem eigentlich vorgesehenen Öffnungszeitpunkt zu öffnen, um einen langsamen, stetigen Druckaufbau vorzunehmen, sofern dies in der Betriebsführung der Brennkraftmaschine erforderlich oder sinnvoll ist.
-
In einer bevorzugten Verfahrensausbildung steuert die Softwarefunktion die Öffnung oder Schließung des Bypass, insbesondere die Ansteuerung des Bypassventils. Die Softwarefunktion, die das Öffnen und Schließen der Luftklappe steuert, steuert hierbei auch den Bypass. Hierdurch ist eine Betriebsführung in Hinblick auf die Steuerung des Ventils und des Bypass, somit hinsichtlich der Beaufschlagung der ersten Turbine, möglich, um ein abgestimmtes Betriebsverhalten und eine sehr harmonische Leistungsentfaltung zu erreichen.
-
Bevorzugt erfolgt die Ansteuerung des Bypassventils in Abhängigkeit davon, ob pro Zylinder ein Auslassventil oder zwei Auslassventile geöffnet sind. Hierdurch können insbesondere Ungleichförmigkeiten im Betriebsverhalten der beiden Turbolader vermieden werden, beispielsweise ein unerwünschter Druckabfall oder ein unerwünschter Druckanstieg bei Zuschalten der zweiten Turbine beziehungsweise des zweiten Turboladers durch Freigabe des zweiten Verdichters, wenn die zweiten Auslassventile der Brennkraftmaschine geöffnet werden. Der Abgasmassenstrom, der nunmehr beide Turbinen beider Turbolader beaufschlagt, wenn beide Auslassventile geöffnet sind und damit beide Turbolader beider Abgasstränge mit Abgas beaufschlagt werden, wird hinsichtlich des Anteiles der ersten Turbine über den Bypass vor oder bei Öffnen der zweiten Auslassventile so eingestellt, dass das Betriebsverhalten der ersten Turbine so gesteuert wird, dass eine Ungleichförmigkeit im Ladeluftdruckaufbau bei Öffnen der zweiten Auslassventile und Zuschalten der zweiten Turbine und des zweiten Verdichters nicht erfolgt.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Ansteuerung des Bypassventils in Abhängigkeit von einem Abgasmassenausstoß in die Abgasstränge zur Beaufschlagung der Turbinen der Abgasturbolader. Hierbei wird an eine Erfassung des Abgasmassenausstoßes angeknüpft, nicht oder nicht allein an die Öffnung der zweiten Auslassventile. Ziel ist auch hier, Ungleichförmigkeiten im Ladeluftdruckaufbau zu vermeiden.
-
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus Kombinationen derselben.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, ohne aber hierauf beschränkt zu sein.
-
Figurenliste
-
- Figur eine Brennkraftmaschine mit zwei Abgasturboladern in zwei Abgassträngen sowie einer Ladeluftzusammenführung mit einer extern steuerbaren Luftklappe.
-
Die Figur zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit vier Zylindern 2, wobei jedem Zylinder 2 zwei Auslassventile 3 zugeordnet sind, nämlich ein erstes Auslassventil 4 und ein zweites Auslassventil 5. Jedes erste Auslassventil 4 ist hierbei einem ersten Abgasstrang 6 und jedes zweite Abgasventil einem zweiten Abgasstrang 7 zugeordnet. In jedem Abgasstrang 6, 7 ist eine Turbine 8 eines Abgasturboladers 9 angeordnet, nämlich eine erste Turbine 10 im ersten Abgasstrang 6 und eine zweite Turbine 11 im zweiten Abgasstrang 7. Der ersten Turbine 18 im ersten Abgasstrang 6 ist hierbei ein Bypass 12 mit einem regulierbaren Bypassventil 13 zur zumindest teilweise regelbaren Umgebung der ersten Turbine 10 zugeordnet. Der ersten Turbine 10 ist weiter ein erster Verdichter 14 und der zweiten Turbine 11 ein zweiter Verdichter 15 zugeordnet, die Ladeluft 16 über einen Luftfilter 17 über jeweils einen dem ersten Verdichter 14 beziehungsweise zweiten Verdichter 15 zugeordneten ersten Ladeluftkanal 18 beziehungsweise zweiten Ladeluftkanal 19 einem Ladeluftkühler 20 zuführen, wobei die hierbei ausgebildeten Ladeluftströme 21 in einem im Ladeluftkühler 20 ausgebildeten Luftzusammenführraum 22 zusammengeführt werden, der als Zusammenführung 23 der Ladeluftströme 21 ausgebildet ist, von dem aus die Ladeluftströme zusammengeführt einem Saugrohr 24' der Brennkraftmaschine 1 zugeführt werden. In dem Luftzusammenführraum 22 ist ein extern steuerbares Ventil 25 angeordnet, das als Luftklappe 26 ausgebildet ist. Dessen Ansteuerung erfolgt über eine nicht hier dargestellte Steuerelektronik, insbesondere eines Motorsteuergeräts der Brennkraftmaschine 1, wobei die Betätigung der Luftklappe 26 über einen hier nicht dargestellten Aktor erfolgt. Die Luftklappe 26 kann hierbei jeden einzelnen der Ladeluftströme 21 absperren, freigeben oder teilweise freigeben beziehungsweise beide Ladeluftströme 21 gleichzeitig freigeben.
-
In Betrieb der Brennkraftmaschine 1 wird beispielsweise im Niedriglast- und Teillastbetrieb mit geschlossenem zweiten Auslassventil 5 gefahren, so dass nur über das erste Auslassventil 4 Abgas 27 auf die erste Turbine 10 geleitet wird. Der Betrieb der ersten Turbine 10 kann hierbei mittels des Bypassventils 13 fein reguliert werden. Im Volllastbereich oder bei plötzlicher Momentenanforderung werden die zweiten Auslassventile 5, beispielsweise über eine Nockenwellenverstellung (hier nicht dargestellt), zugeschaltet, so dass Abgas 27 der Brennkraftmaschine 1 auch über den zweiten Abgasstrang 7 der zweiten Turbine 11 zugeführt wird. Hierdurch wird der zweite Verdichter 15 in Betrieb genommen und beginnt ebenfalls Ladeluft 16 in Richtung auf den Ladeluftkühler 20, insbesondere nämlich die Zusammenführung 23, zu fördern. Die Luftklappe 26 ist hierbei noch geschlossen, so dass der zweite Verdichter 15 gegen die geschlossene Luftklappe 26 arbeitet. Hierdurch wird vermieden, dass ein Ladeluftdruck aus der Zusammenführung 23 beziehungsweise dem Saugrohr 24, der sich aus dem voll arbeitenden ersten Verdichter 14 ergibt sich, entgegen der beabsichtigten Förderrichtung auf den zweiten Verdichter 15 hin verschleicht und zu einem unerwünschten Druckabfall beziehungsweise hiermit einhergehendem Leistungsverlust der Brennkraftmaschine 1 führt. Erst wenn der zweite Verdichter 15 eine hinreichend hohe Förderleistung erreicht hat und einen entsprechenden Ladedruck in der zweiten Ladeluftführung 19 aufgebaut hat, wird die Luftklappe 26 graduell, aber sehr zügig geöffnet, so dass auch die Förderleistung an Ladeluft 16 des zweiten Verdichters 15 in die Zusammenführung 23 gelangt und über den Ladeluftkühler 20 dem Saugrohr 24 und letztlich der Verbrennung in der Brennkraftmaschine 1 zugeführt wird. Auf diese Weise lässt sich ein sauberer, sanfter Einsatz des zweiten Verdichters 15 erreichen, der nicht mit einem für einen Fahrer eines Kraftfahrzeugs, in dem die Brennkraftmaschine 1 eingesetzt ist, unangenehmen Momentenwechsel einhergeht. Vielmehr wird der Ladedruck im Saugrohr 24 durch beide Verdichter 14, 15 zwar graduell, aber sehr zügig aufgebaut, so dass die Dynamik der Brennkraftmaschine 1 nicht beeinträchtigt ist. Unerwünschte Erscheinungen aus bekannten Biturboanordnungen entfallen hierbei. Die Steuerung der Öffnung der Luftklappe 26 berücksichtigt hierbei Totzeiten beziehungsweise Hysteresen, um eine unerwünscht frühe Öffnung beziehungsweise ein Schließen zu einem unerwünschten Zeitpunkt zu verhindern. Die Steuerung berücksichtigt hierbei insbesondere ein im Motorsteuergerät (nicht dargestellt) auslesbares Flag, das anzeigt, ob bereits einer oder mehrere Zylinder 2 Abgas 27 auch durch das jeweils zweite Auslassventil 5 als Abgasmassenstrom ausschieben. Bevorzugt wird ferner der Druck im Saugrohr 24 berücksichtigt, beispielsweise der Ladeluftdruck vor der nicht dargestellten Drosselklappe. Weiter wird bevorzugt berücksichtigt der Massestrom an Ladeluft 16, der über die Verdichter 14, 15 gefördert wird, insbesondere über den zweiten Verdichter 15, oder der Druck nach dem jeweiligen Verdichter 14, 15, wobei der Druck auch aus dem vorgenannten Massenstrom berechnet werden kann. Um ein harmonisches Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine 1 zu erzielen, werden ferner bevorzugt deren weitere Betriebszustände, insbesondere eine Öltemperatur oder ersatzweise eine Kühlmitteltemperatur, eine Einsauglufttemperatur beziehungsweise Kombinationen aus diesen Temperaturen berücksichtigt. Dies erlaubt nicht nur eine harmonische Betriebsführung der Brennkraftmaschine 1, sondern insbesondere auch eine Betriebsführung, die die Brennkraftmaschine 1 oder deren Komponenten nicht unangemessen belastet. Hierdurch wird der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 besonders betriebssicher und die Langlebigkeit gesteigert. Der Übergang von dem aktiven ersten Verdichter 14 auf den zusätzlich zum ersten Verdichter 14 betriebenen zweiten Verdichter 15 lässt sich hierbei hinsichtlich des Drehmomentaufbaus durch die jeweils geförderten Ladeluftströme 21 durch den Einsatz der Luftklappe 26 optimieren. Durch eine gezielte Öffnung der Luftklappe 26, wie vorstehend beschrieben, lässt sich ferner das Hochlaufen der zweiten Turbine 11 und des mit dieser drehfest gekoppelten zweiten Verdichters 15 verbessern.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Brennkraftmaschine
- 2
- Zylinder
- 3
- Auslassventil
- 4
- erstes Auslassventil
- 5
- zweites Auslassventil
- 6
- erster Abgasstrang
- 7
- zweiter Abgasstrang
- 8
- Turbine
- 9
- Abgasturbolader
- 10
- erste Turbine
- 11
- zweite Turbine
- 12
- Bypass
- 13
- Bypassventil
- 14
- erster Verdichter
- 15
- zweiter Verdichter
- 16
- Ladeluft
- 17
- Luftfilter
- 18
- erster Ladeluftkanal
- 19
- zweiter Ladeluftkanal
- 20
- Ladeluftkühler
- 21
- Ladeluftstrom
- 22
- Luftzusammenführraum
- 23
- Zusammenführung
- 24
- Saugrohr
- 25
- Ventil
- 26
- Luftklappe
- 27
- Abgas
