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Die Erfindung betrifft eine Aufladeeinheit gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen Verbrennungsmotor gemäß Oberbegriff des Anspruchs 9.
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Aufladeeinheiten für Verbrennungsmotoren und Verbrennungsmotoren der hier angesprochenen Art sind bekannt. Eine solche Aufladeeinheit wird durch vom Verbrennungsmotor heranströmendes Abgas angetrieben und dient der Verdichtung von dem Verbrennungsmotor zugeführter Ladeluft. Zweistufige Aufladeeinheiten, welche einen Hochdruck- und einen Niederdruckteil umfassen, dienen der Effizienzsteigerung der Verdichtung und der besseren Ausnutzung der Energie des Abgasstroms. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 27 52 988 A1 ist eine Aufladeeinheit für einen Verbrennungsmotor bekannt, die eine von Abgas des Verbrennungsmotors durchströmte Hochdruckturbine aufweist, welche einen Hochdruckverdichter zu einer Drehbewegung um eine erste Achse antreibt. Sie umfasst weiterhin eine Niederdruckturbine, die ebenfalls von Abgas durchströmt ist, wobei diese einen Niederdruckverdichter zu einer Drehbewegung um eine zweite Achse antreibt. Die Hochdruckturbine und der Hochdruckverdichter sind auf einer gemeinsamen Welle angeordnet, deren Drehachse die erste Achse definiert. Die Niederdruckturbine und der Niederdruckverdichter sind auf einer zweiten Welle angeordnet, deren Drehachse die zweite Achse definiert. Die erste und die zweite Achse sind senkrecht zueinander angeordnet. Von dem Verbrennungsmotor kommendes Abgas strömt zunächst durch die Hochdruckturbine und gelangt von dieser – in Strömungsrichtung gesehen – zu der Niederdruckturbine. Ladeluft für den Verbrennungsmotor wird zunächst durch den Niederdruckverdichter verdichtet und sodann zur weiteren Verdichtung dem Hochdruckverdichter zugeführt. Es zeigt sich, dass diese Anordnung einen vergleichsweise großen Bauraum braucht, wobei auch die strömungstechnische Anordnung der beiden Turbinen und Verdichter zueinander nicht optimal ist.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2007 017 777 A1 geht eine Turboladeranordnung, insbesondere in oder für ein Kraftfahrzeug, hervor, welche mindestens eine Turboladerstufe aufweist, die eine Turbine und einen Verdichter aufweist, welche mechanisch voneinander entkoppelt sind.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2005 003 714 A1 geht eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Turbocompound-System hervor. Das Turbocompound-System umfasst einen Abgasturbolader, einen Ladeluftkühler sowie eine Nutzturbine. Die Nutzturbine ist über ein Getriebe mit Dämpfungskupplung mit der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine verbindbar. In einem mehrflutigen Ansaugrohr ist ein zuschaltbarer Verdichter aufgenommen, der entweder mit der Nutzturbine oder mit der Verbrennungskraftmaschine kuppelbar ist. Zudem zeigen die
DE 103 12 993 A1 , die
US 2009 / 0 060 719 A1 und die
EP 2 042 705 A1 ebenfalls Anordnungen von zweistufigen Aufladeeinheiten.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Aufladeeinheit und einen Verbrennungsmotor zu schaffen, wobei die Aufladeeinheit eine besonders kompakte Bauweise und eine strömungstechnisch besonders günstige Anordnung sowohl der Reihenschaltung von Hochdruck- und Niederdruckturbinen als auch von Niederdruck- und Hochdruckverdichter aufweist.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem eine Aufladeeinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen wird.
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Die Aufladeeinheit zeichnet sich dadurch aus, dass die Hochdruckturbine drehfest auf einer ersten Welle angeordnet ist. Der Hochdruckverdichter ist drehfest auf einer zweiten Welle angeordnet, wobei die erste und die zweite Welle parallel zueinander orientiert und – in einer Richtung senkrecht zu ihren Längsachsen gesehen – versetzt zueinander angeordnet sind. Die erste und die zweite Welle stehen vorzugsweise mechanisch in Wirkverbindung miteinander, so dass der Hochdruckverdichter durch die Hochdruckturbine antreibbar ist. Statt einer gemeinsamen Welle sind also zwei verschiedene Wellen für die Hochdruckturbine einerseits und den Hochdruckverdichter andererseits vorgesehen, die parallel zueinander ausgerichtet und versetzt zueinander angeordnet sind. Dadurch ist die Baulänge des Hochdruckteils der Aufladeeinheit im Vergleich zu der Anordnung von Hochdruckturbine und Hochdruckverdichter auf einer gemeinsamen Welle verkürzt, und die Hochdruckturbine und der Hochdruckverdichter können besonders kompakt relativ zu dem Niederdruckteil bestehend aus der Niederdruckturbine und dem Niederdruckverdichter angeordnet werden. Hierdurch ist es insbesondere auch möglich, die strömungstechnische Anordnung von Hochdruckturbine zu Niederdruckturbine einerseits und von Niederdruckverdichter zu Hochdruckverdichter andererseits günstiger zu gestalten, als dies bekannt ist. Die vorzugsweise mechanische Wirkverbindung der ersten Welle mit der zweiten Welle gewährleistet, dass der Hochdruckverdichter durch die Hochdruckturbine antreibbar ist.
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Dabei ist vorgesehen, dass die erste und die zweite Achse in einem Winkel von mindestens 80° bis höchstens 120° zueinander angeordnet sind. Bevorzugt sind sie in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet. Damit steht die zweite Achse, um die der Niederdruckverdichter drehbar ist, senkrecht sowohl auf der ersten als auch auf der zweiten Welle, wobei die Drehachse der zweiten Welle die erste Achse definiert. Die Anordnung des Hochdruckteils und des Niederdruckteils der Aufladeeinheit ist so besonders kompakt möglich, wobei quasi der Niederdruckverdichter und die Niederdruckturbine quer zu dem Hochdruckverdichter einerseits und der Hochdruckturbine andererseits angeordnet werden können. Hierdurch wird auch die strömungstechnische Verbindung der Teile untereinander verbessert.
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Es ist weiter vorgesehen, dass der Niederdruckverdichter und die Niederdruckturbine auf einer gemeinsamen, dritten Welle drehfest angeordnet sind. In diesem Fall definiert die Drehachse der dritten Welle die zweite Achse. Die dritte Welle ist vorzugsweise quer über der ersten Welle einerseits und der zweiten Welle andererseits angeordnet, wodurch die Anordnung besonders kompakt und strömungstechnisch günstig gestaltet ist.
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Es wird auch eine Aufladeeinheit bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die erste und die zweite Welle durch einen Zahnradtrieb miteinander mechanisch wirkverbunden sind. Dabei ist es möglich, dass die erste Welle ein erstes Zahnrad umfasst, welches drehfest auf ihr angeordnet ist, wobei die zweite Well ein drehfest auf ihr angeordnetes, zweites Zahnrad umfasst, und wobei das erste Zahnrad mit dem zweiten Zahnrad unmittelbar zusammenwirkt. Auf diese Weise wird eine besonders einfache mechanische Wirkverbindung zwischen der Hochdruckturbine und dem Hochdruckverdichter bereitgestellt. Das erste und das zweite Zahnrad können einen gleichen Durchmesser oder verschiedene Durchmesser aufweisen. Weisen sie verschiedene Durchmesser auf, ist eine Über- oder Untersetzung zwischen der Hochdruckturbine und dem Hochdruckverdichter realisierbar. Alternativ ist es möglich, dass mindestens ein drittes Zahnrad zwischen dem ersten Zahnrad und dem zweiten Zahnrad angeordnet ist. Insbesondere ist es möglich, dass ein Getriebe zwischen dem ersten und dem zweiten Zahnrad angeordnet ist, welches mindestens zwei weitere Zahnräder umfasst. Auch bei einem solchen Ausführungsbeispiel ist es möglich, eine Übersetzung zwischen dem ersten und dem zweiten Zahnrad zu verwirklichen. Außerdem ist es möglich, die Hochdruckturbine durch Einleitung eines Antriebsmoments in das Getriebe mechanisch zu unterstützen und so den Hochdruckverdichter zusätzlich anzutreiben.
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Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, dass die erste und die zweite Welle mittels einer sogenannten elektrischen Welle wirkverbunden sind. Dabei treibt die Hochdruckturbine über die erste Welle einen Generator an, der elektrischen Strom erzeugt, der bereitgestellt wird, um einen Elektromotor zu betreiben, dessen Antrieb die zweite Welle darstellt oder mit der zweiten Welle wirkverbunden ist, so dass der Hochdruckverdichter durch den Elektromotor antreibbar ist. Dieses Ausführungsbeispiel ermöglicht eine noch flexiblere Anordnung der Hochdruckturbine und des Hochdruckverdichters relativ zueinander.
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Es wird auch eine Aufladeeinheit bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der Zahnradtrieb ein erstes, drehfest auf der ersten Welle angeordnetes Zahnrad, ein zweites, drehfest auf der zweiten Welle angeordnetes Zahnrad, und mindestens ein drittes Zahnrad aufweist. Dabei steht das erste Zahnrad mit dem zweiten Zahnrad vermittelt über das mindestens eine dritte Zahnrad in Wirkverbindung. Vorzugsweise ist das dritte Zahnrad auf einer vierten Welle drehfest angeordnet. Dabei ist es möglich, dass das erste, das zweite und das dritte Zahnrad einen gleichen Durchmesser oder verschiedene Durchmesser aufweisen. Dabei ist es auch möglich, dass jeweils zwei Zahnräder einen gleichen Durchmesser aufweisen, wobei das verbleibende Zahnrad einen abweichenden Durchmesser aufweist. Auf diese Weise ist eine Unter- oder Übersetzung zwischen der Hochdruckturbine und dem Hochdruckverdichter realisierbar. Jedenfalls ist der Hochdruckverdichter vermittelt über den Zahnradtrieb bestehend aus dem ersten, dem zweiten und dem dritten Zahnrad durch die Hochdruckturbine antreibbar.
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In diesem Zusammenhang wird eine Aufladeeinheit bevorzugt, die sich durch eine Antriebseinheit auszeichnet, die mit der vierten Welle in Wirkverbindung bringbar ist. Hierdurch ist ein Antriebsdrehmoment von der Antriebseinheit in den Zahnradtrieb, nämlich in das dritte Zahnrad einleitbar. Die Hochdruckturbine kann so mechanisch unterstützt werden, beziehungsweise der Hochdruckverdichter kann zusätzlich oder gegebenenfalls auch alternativ zu dem durch die Hochdruckturbine bereitgestellten Antrieb auch, insbesondere unterstützend, durch die Antriebseinheit angetrieben werden. Dies ist insbesondere vorgesehen, um ein sogenanntes Turboloch bei niedrigen Drehzahlen des Verbrennungsmotors zu überbrücken, bei welchen noch kein ausreichender Abgasstrom bereitsteht, um den Hochdruckverdichter effizient anzutreiben. Insbesondere im niedrigen Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors ist es dabei auch möglich, dass der Hochdruckverdichter nahezu ausschließlich oder ausschließlich durch die Antriebseinheit angetrieben wird, während die Hochdruckturbine aufgrund einer ungenügenden Abgasströmung quasi außer Funktion ist.
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Es wird auch eine Aufladeeinheit bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Antriebseinheit eine Abtriebswelle aufweist, die mit Hilfe einer Kupplung mit der vierten Welle in Wirkverbindung bringbar ist. Damit ist es möglich, die Antriebseinheit bei Bedarf zuzuschalten und sie mechanisch von der vierten Welle zu trennen, wenn sie nicht benötigt wird. Hierdurch wird insbesondere vermieden, dass die Antriebseinheit in bestimmten Funktionszuständen von der Hochdruckturbine mitgeschleppt werden muss, insbesondere wenn eine hinreichende Abgasströmung vorhanden ist, so dass es einer zusätzlichen Unterstützung durch die Antriebseinheit nicht bedarf. Somit wird vermieden, dass von der Hochdruckturbine abgegebene Leistung zum Mitschleifen der Antriebseinheit abgezweigt wird. Die volle Antriebsleistung der Hochdruckturbine steht vielmehr dem Hochdruckverdichter zur Verfügung, wenn die Antriebseinheit mit Hilfe der Kupplung von der vierten Welle mechanisch getrennt ist.
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Schließlich wird eine Aufladeeinheit bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Antriebseinheit als Elektromotor ausgebildet ist. Dies ist günstig, weil es in diesem Fall keiner mechanischen Wirkverbindung mit dem Verbrennungsmotor bedarf, so dass die Antriebseinheit flexibel positionierbar und flexibel ansteuerbar ist.
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Schließlich wird eine Aufladeeinheit bevorzugt, die sich durch ein Ventil auszeichnet, durch das ein Strömungspfad für das Abgas freigebbar ist, durch welchen Abgas von dem Verbrennungsmotor zu der Niederdruckturbine strömen kann. Dabei führt der Strömungspfad an der Hochdruckturbine vorbei, er ist demnach als Hochdruckturbinen-Bypass ausgebildet. Der Strömungspfad ist bevorzugt auch durch das Ventil sperrbar. Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Ventil demnach genau zwei Zustände auf, wobei der Strömungspfad in einem Öffnungszustand des Ventils freigebbar und in einem Schließzustand desselben sperrbar ist. Ist der Strömungspfad gesperrt, strömt das gesamte vom Verbrennungsmotor kommende Abgas durch die Hochdruckturbine und von dieser weiter zu der Niederdruckturbine. Ist der Strömungspfad dagegen freigegeben, strömt zumindest ein Teil des vom Verbrennungsmotor kommenden Abgases durch den Strömungspfad an der Hochdruckturbine vorbei und unmittelbar zu der Niederdruckturbine. Je nach Betriebspunkt des Verbrennungsmotors ist es so möglich, die Verdichtungsleistung der Aufladeeinheit zu variieren, indem entweder beide Turbinen in Reihe angeströmt werden, oder indem die Hochdruckturbine zumindest teilweise umgangen wird. Dabei steht in der Aufladeeinheit eine geringere Verdichtungsleistung zur Verfügung, wenn die Hochdruckturbine zumindest teilweise umgangen wird.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Ventil regelbar ausgebildet, wobei es mindestens eine diskrete Zwischenstufe zwischen dem Schließzustand und dem Öffnungszustand einnehmen kann, vorzugsweise jedoch kontinuierlich zwischen diesen Zuständen bezüglich seines Durchtritts querschnittsvariabel ist. In diesem Fall kann die Verdichtungsleistung der Aufladeeinheit besonders flexibel an den Betriebspunkt des Verbrennungsmotors angepasst werden. Vorzugsweise ist das Ventil durch ein Motorsteuergerät abhängig vom Betriebspunkt des Verbrennungsmotors ansteuerbar, so dass die Verdichtungsleistung der Aufladeeinheit von dem Motorsteuergerät regelbar ist. Es wird demnach eine zweistufig geregelte Aufladung realisiert.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 9 geschaffen wird. Dieser zeichnet sich durch eine Aufladeeinheit nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aus. Es verwirklichen sich insoweit in Hinblick auf den Verbrennungsmotor die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Aufladeeinheit beschrieben wurden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Aufladeeinheit.
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Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Aufladeeinheit 1, die einen Hochdruckverdichter 3 umfasst, der durch eine Hochdruckturbine 5 zu einer Drehbewegung um eine erste Achse A1 antreibbar ist.
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Es ist außerdem ein Niederdruckverdichter 7 vorgesehen, der durch eine Niederdruckturbine 9 zu einer Drehbewegung um eine zweite Achse A2 antreibbar ist.
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Von einem nicht dargestellten Verbrennungsmotor heranströmendes Abgas wird – wie durch einen Pfeil P1 dargestellt – zuerst der Hochdruckturbine 5 zugeführt, die es durchströmt, wobei es die Hochdruckturbine 5 antreibt. Von dieser wird es entlang eines Pfeils P2 weitergeleitet und der Niederdruckturbine 9 zugeführt, die es durchströmt und dabei antreibt. Aus dieser strömt es – wie durch einen Pfeil P3 schematisch dargestellt – weiter zu einem nicht dargestellten und nicht näher erläuterten Abgassystem. Die Hochdruckturbine 5 und die Niederdruckturbine 9 sind demnach – in Strömungsrichtung des Abgases gesehen – in Reihe geschaltet.
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Ladeluft für den Verbrennungsmotor strömt zunächst – wie durch einen Pfeil P4 schematisch dargestellt – in den Niederdruckverdichter 7 ein, wo sie in einer ersten Stufe verdichtet wird. Durch einen Pfeil P5 ist schematisch dargestellt, dass die vorverdichtete Ladeluft von dem Niederdruckverdichter 7 weiterströmt zu dem Hochdruckverdichter 3. In diesem wird sie in einer zweiten Stufe weiter verdichtet und schließlich – wie durch einen Pfeil P6 schematisch dargestellt – dem Verbrennungsmotor zugeführt.
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Insgesamt wird so in an sich bekannter Weise die Energie der Abgasströmung genutzt, um die Ladeluft für den Verbrennungsmotor zu verdichten.
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Die Hochdruckturbine 5 ist drehfest auf einer ersten Welle 11 angeordnet. Der Hochdruckverdichter 3 ist drehfest auf einer zweiten Welle 13 angeordnet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die erste Welle 11 und die zweite Welle 13 durch einen Zahnradtrieb 15 mechanisch miteinander wirkverbunden. Strömt demnach Abgas durch die Hochdruckturbine 5, wird die erste Welle 11 angetrieben und treibt über den Zahnradtrieb 15 ihrerseits die zweite Welle 13 an, so dass hierdurch auch der Hochdruckverdichter 3 angetrieben wird.
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Es zeigt sich, dass die erste Welle 11 und die zweite Welle 13 parallel zueinander ausgerichtet sind. Sie weisen jeweils eine Längsachse auf, wobei hier die Längsachse der zweiten Welle 13 mit der ersten Achse A1 zusammenfällt. Es zeigt sich, dass die Wellen 11, 13 – in einer Richtung senkrecht zu ihren Längsachsen gesehen – versetzt zueinander angeordnet sind.
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Der Niederdruckverdichter 7 und die Niederdruckturbine 9 sind auf einer gemeinsamen, dritten Welle 17 drehfest angeordnet. Sie sind demnach unmittelbar über die dritte Welle 17 mechanisch miteinander wirkverbunden, so dass der Niederdruckverdichter 7 zu einer Drehbewegung angetrieben wird, wenn Abgas durch die Niederdruckturbine 9 strömt und diese zu einer Drehbewegung um die zweite Achse A2 antreibt. Die dritte Welle 17 weist dabei eine Drehachse auf, die hier mit der zweiten Achse A2 zusammenfällt.
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Es zeigt sich, dass die erste Achse A1 und die zweite Achse A2 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel senkrecht zueinander angeordnet sind. Somit sind auch die dritte Welle 17 einerseits sowie die erste und die zweite Welle 11, 13 andererseits senkrecht zueinander angeordnet. Dabei ist die dritte Welle 17 quasi quer über der ersten Welle 11 und der zweiten Welle 13 angeordnet, wobei der Niederdruckverdichter 7 über dem Hochdruckverdichter 3 angeordnet ist, und wobei weiter die Niederdruckturbine 9 über der Hochdruckturbine 5 angeordnet ist.
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Dabei spricht der Begriff „über“ hier die Darstellung gemäß der Figur an. Selbstverständlich ist es möglich, dass bei einer konkreten Realisierung der Niederdruckverdichter 7 – in vertikaler Richtung gesehen – über dem Hochdruckverdichter 3 angeordnet ist, wobei weiter die Niederdruckturbine 9 über der Hochdruckturbine 5 angeordnet ist. Es ist jedoch bei einem anderen Ausführungsbeispiel auch möglich, dass der Niederdruckverdichter 7 neben dem Hochdruckverdichter 3 angeordnet ist, wobei die Niederdruckturbine 9 neben der Hochdruckturbine 5 angeordnet ist. Auch eine in zwei Richungen versetzte Anordnung – in Richtung einer Achse gesehen, die auf der Bildebene der Figur senkrecht steht und in der Bildebene wie in der Figur dargestellt – zwischen dem Niederdruckverdichter 9 und der Niederdruckturbine 7 einerseits und dem Hochdruckverdichter 3 und der Hochdruckturbine 5 andererseits ist möglich. Die Darstellung gemäß der einzigen Figur entspricht demnach bevorzugt einer Projektion auf die Bildebene, wobei die Aufladeeinheit 1 vorzugsweise von der Seite oder bei einem anderen Ausführungsbeispiel bevorzugt von oben oder auch von unten dargestellt ist.
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Die Anordnung gemäß der Figur ist besonders günstig, weil die sich so ergebende Positionierung der Wellen 11, 13, 17 sowie des Zahnradtriebs 15 entlang der vier Seiten eines Rechtecks eine besonders kompakte, verschachtelte Anordnung der Aufladeeinheit 1 ermöglicht. Außerdem werden Strömungswege zwischen der Hochdruckturbine 5 und der Niederdruckturbine 9 einerseits und zwischen dem Niederdruckverdichter 7 und dem Hochdruckverdichter 3 andererseits verkürzt und ohne überflüssige Umlenkungen besonders einfach und mit geringen Druckverlusten ausgestaltet.
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Der Zahnradtrieb 15 umfasst ein erstes, drehfest auf der ersten Welle 11 angeordnetes Zahnrad 19, ein zweites, drehfest auf der zweiten Welle 13 angeordnetes zweites Zahnrad 21, und ein drittes Zahnrad 23. Dabei steht das erste Zahnrad 19 mit dem zweiten Zahnrad 21 vermittelt über das dritte Zahnrad 23 in Wirkverbindung. Das erste Zahnrad 19 wirkt also mit dem dritten Zahnrad 23 zusammen, so dass dieses drehangetrieben wird, wenn die Hochdruckturbine 5 durch Abgas angetrieben wird. Das dritte Zahnrad 23 wirkt wiederum mit dem zweiten Zahnrad 21 zusammen, so dass dieses angetrieben wird, wenn das dritte Zahnrad 23 angetrieben wird. Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Zahnräder 19, 21, 23 gleich groß ausgebildet, so dass insofern eine 1:1-Umsetzung der Drehbewegung der Hochdruckturbine in eine Drehbewegung des Hochdruckverdichters erfolgt. Es ist möglich, die Durchmesser der Zahnräder 19, 21, 23 relativ zueinander zu variieren, um eine Über- oder Untersetzung zwischen der Drehbewegung der Hochdruckturbine 5 einerseits und des Hochdruckverdichters 3 andererseits zu verwirklichen.
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Ebenfalls ist es bei einem Ausführungsbeispiel möglich, dass das erste Zahnrad 19 unmittelbar mit dem zweiten Zahnrad 21 zusammenwirkt, ohne dass ein drittes Zahnrad 23 vorgesehen ist. Auch ist es möglich, dass bei einem Ausführungsbeispiel mehr als ein drittes Zahnrad 23 vorgesehen ist, wobei insbesondere ein Getriebe zwischen dem ersten Zahnrad 19 und dem zweiten Zahnrad 21 vorgesehen sein kann.
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Das dritte Zahnrad 23 ist hier drehfest auf einer vierten Welle 25 angeordnet.
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Es ist eine Antriebseinheit 27 vorgesehen, die vorzugsweise als Elektromotor ausgebildet ist, und die eine Abtriebswelle 29 aufweist. Diese ist über eine Kupplung 31 mit der vierten Welle 25 in Wirkverbindung bringbar. Dabei ist es möglich, bei Bedarf ein von der Antriebseinheit 27 aufgebrachtes, zusätzliches Drehmoment in den Zahnradtrieb 15 und insbesondere in das dritte Zahnrad 23 einzuleiten, um die Hochdruckturbine 5 zu unterstützen beziehungsweise den Hochdruckverdichter 3 anzutreiben. Dies wird insbesondere bevorzugt, um ein Turboloch bei niedrigen Drehzahlen des Verbrennungsmotors zu überbrücken.
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Dabei ist vorgesehen, dass die Antriebseinheit 27 und vorzugsweise auch die Kupplung 31 durch ein nicht dargestelltes Motorsteuergerät ansteuerbar sind, so dass die Antriebseinheit 27 aktiviert und über die Kupplung 31 mit dem Zahnradtrieb 15 wirkverbunden werden kann, wenn der Verbrennungsmotor einen Betriebspunkt aufweist, bei welchem eine zusätzliche Antriebsleistung in den Zahnradtrieb 15 eingeleitet werden soll. Umgekehrt ist es möglich, dass die Kupplung 31 insbesondere durch das Motorsteuergerät geöffnet wird, wobei zugleich vorzugsweise die Antriebseinheit 27 deaktiviert wird, wenn der Verbrennungsmotor einen Betriebspunkt aufweist, in dem keine zusätzliche Antriebsleistung in den Zahnradtrieb 15 eingeleitet werden soll. Ist dann die mechanische Wirkverbindung über die Kupplung 31 zwischen der vierten Welle 25 und der Antriebseinheit 27 gelöst, muss diese nicht durch die Hochdruckturbine 5 mitgeschleppt werden, sondern die von dieser zur Verfügung gestellte Antriebsleistung wird vielmehr vollständig dem Hochdruckverdichter 3 zugeführt.
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Die Aufladeeinheit 1 umfasst außerdem ein vorzugsweise regelbares Ventil 33, das ebenfalls bevorzugt durch ein Motorsteuergerät ansteuerbar ist, um einen Strömungspfad 35 freizugeben oder zu sperren beziehungsweise bevorzugt kontinuierlich bezüglich eines Durchtrittsquerschnitts zu variieren, wobei die Hochdruckturbine 5 über den Strömungspfad 35 umgehbar ist. Das Ventil 33 wird auch als sogenannter Turbinen-Bypass bezeichnet. Bevorzugt abhängig von einem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors kann so entweder der vollständige Abgasstrom der Hochdruckturbine 5 und anschließend der Niederdruckturbine 9 zugeführt werden, oder es kann zumindest ein Teil des Abgasstroms oder auch der gesamte Abgasstrom durch das Ventil 33 in den Strömungspfad 35 abgezweigt und unter Umgehung der Hochdruckturbine 5 direkt der Niederdruckturbine 9 zugeleitet werden.
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Betriebspunktabhängig ist es demnach möglich, die Verdichtungsleistung der Aufladeeinheit 1 bevorzugt kontinuierlich zu variieren.
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Insgesamt zeigt sich, dass bei der Aufladeeinheit 1 und dem Verbrennungsmotor eine kompakte, strömungstechnisch günstige Anordnung einer Hochdruck- und einer Niederdruckturbine sowie eines Niederdruck- und eines Hochdruckverdichters zueinander möglich sind, so dass in Zusammenhang mit dem Verbrennungsmotor Bauraum gespart und zugleich eine effiziente Aufladung gewährleistet werden kann.
