DE102014202399A1

DE102014202399A1 - Mehrrotoriger turbolader

Info

Publication number: DE102014202399A1
Application number: DE102014202399.8A
Authority: DE
Inventors: Keith D. Miazgowicz
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-02-15
Filing date: 2014-02-11
Publication date: 2014-08-21
Also published as: US9500198B2; CN204226227U; US20140234072A1; RU149938U1

Abstract

Es werden Systeme und Verfahren für einen mehrrotorigen Motorturbolader beschrieben. In einem beispielhaften Ansatz umfasst ein mehrrotoriger Turbolader einen Verdichter, der mehrere gegenläufige Verdichterrotoren enthält, und eine Turbine, die mehrere gegenläufige Turbinenrotoren enthält.

Description

Die Verkleinerung von Verbrennungsmotoren sowie zunehmende Leistungsanforderungen führen zu höherer spezifischer Motorleistung bei aufgeladenen Anwendungen. Entsprechend der gestiegenen Anforderungen müssen auch bei Turboladern Durchflussleistung und Aufladungsgrade zur Erzielung eines höheren Leistungsstands (PS) gesteigert werden. Die zunehmende Größe von Turboladern ist für die Leistungswerte im unteren Bereich nachteilig, darunter Pumpen, Drehmomentspitze im unteren Bereich und instationäre Betriebsprofile, darunter die Zeitspanne bis zum Drehmomentaufbau und Tip-in-Beschleunigung.
Die Erfinder haben die vorgenannten Einschränkungen erkannt und einen mehrrotorigen Turbolader für einen Motor entwickelt. In einem beispielhaften Ansatz umfasst ein mehrrotoriger Turbolader einen Verdichter mit mehreren sich in einer Richtung drehenden Verdichterrotoren und eine Turbine mit mehreren sich in einer Richtung drehenden Turbinenrotoren. In einem zweiten beispielhaften Ansatz umfasst ein mehrrotoriger Turbolader einen Verdichter mit mehreren gegenläufigen Verdichterrotoren und eine Turbine mit mehreren gegenläufigen Turbinenrotoren.
Ein solcher mehrrotoriger Turbolader bietet den potentiellen Vorteil des Betriebs als kleinere Turbine über einen größeren Betriebsbereich hinweg und ist letztendlich, aus dem Blickwinkel der Leistung betrachtet, verkleinert. Des Weiteren können solche mehrrotorigen Turbolader die Durchflussleistung eines Turboladers ohne negative Auswirkungen auf die Leistungswerte des Verbrennungsmotors im unteren Bereich steigern. Ein solcher mehrrotoriger Turbolader kann beispielsweise anstelle eines Zwillings-Turbosystems verwendet werden und kann das Zwillings-Turbosystem insbesondere im unteren Betriebsbereich des Motors überbieten.
Bauteile eines mehrrotorigen Turboladers können zudem im Vergleich zu herkömmlichen Turboladersystemen verkleinert werden, was zu einer potentiellen Verringerung des Durchmessers oder der Größe des Turboladers und zu einem einfacheren Einbau führt, wobei eine Verringerung bei der Rotormasse in Turboladern zu einer Steigerung der Pumpreserve und zu einer Verminderung der Trägheit jedes Rotors führt, was letzterem ein leichteres Beschleunigen erlaubt, um instationären Fahrzeugbetrieb, wie z.B. Beschleunigung und Zeitspanne bis zum Drehmomentaufbau, zu verbessern.
Des Weiteren kann jeder Rotor eines mehrrotorigen Turboladersystems zur Bewerkstelligung verschiedener Aufgaben bei verschiedenen Betriebsprofilen im Motorsystem ausgelegt werden. Beispielsweise kann ein zweirotoriger Turbolader so ausgelegt sein, dass jeder Rotor zum Ausgleichen aerodynamischer und mechanischer Belastungen im System mit einem ähnlichen Profil betrieben wird. Die Drehzahl eines Rotors kann zum Herunterfahren geregelt werden, oder die Luftströmung durch einen Rotor kann im System zur Herabsetzung der Motorpumparbeit umgeleitet werden, und eine weitere Ausweitung des Betriebsbereichs des Motors kann im unteren Bereich erreicht werden. Rotoren können zur gezielten Ausführung verschiedener Aufgaben und bei erheblichen Kosteneinsparungen, verringerter Größe und verbessertem Einbau, als Ersatz für komplizierte Systeme, wie eine kombinierte mechanische Aufladung/Turboaufladung, elektrische (e-Boost) Aufladungssysteme und/oder serielle sequentielle und duale Aufladungssysteme, ausgelegt werden.
Die konzentrischen Wellen des mehrrotorigen Turboladers können zusätzlich zum Drehen in entgegengesetzten Richtungen (zum gegenläufigen Drehen) konzipiert werden. Solch gegenläufiges Drehen kann den Wegfall variabler Zwischenstufenstatoren oder anderer Strömungsänderungsbauteile mit sich bringen und so Strömungsverluste im Turbolader verringern und die Leistungsabgabe der Turbine steigern.
Die obigen Vorteile sowie andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung sind, alleine betrachtet, oder in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen der folgenden ausführlichen Beschreibung leicht zu entnehmen.
Es versteht sich, dass die obige Zusammenfassung zur Vorstellung Form einer Auswahl von Ideen in vereinfachter Form, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden, bereitgestellt wird. Sie ist nicht zur Erkennung von Schlüssel- oder wichtigen Merkmalen des beanspruchten Gegenstands vorgesehen, dessen Schutzumfang einzig durch die der ausführlichen Beschreibung folgenden Ansprüche bestimmt ist. Weiterhin ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen begrenzt, die irgendwelche obigen oder sonstwo in dieser Offenbarung erwähnten Nachteile beheben.
1 zeigt eine schematische Abbildung eines Turbomotors.
2 zeigt eine schematische Abbildung eines mehrrotorigen Turboladers gemäß der Offenbarung.
3A zeigt einen beispielhaften mehrrotorigen Turbolader gemäß der Offenbarung.
3B zeigt einen beispielhaften gegenläufigen mehrrotorigen Turbolader gemäß der Offenbarung.
4 zeigt beispielhafte Turboladergeschwindigkeitsdreiecksdiagramme.
5 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Betrieb eines mehrrotorigen Turboladers.
Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf einen mehrrotorigen Turbolader in einem Verbrennungsmotor, wie dem in 1 gezeigten Motor. Wie in 2, 3A und 3B gezeigt, weist ein solcher mehrrotoriger Turbolader einen mehrere Verdichterrotoren oder -stufen aufweisenden Verdichter und eine mehrere Turbinenrotoren oder -stufen aufweisende Turbine auf. Jeder Verdichterrotor kann über eine Welle mit einem entsprechenden Turbinenrotor gekoppelt sein, und verschiedene Wellen für verschiedene Rotorpaare können zum Drehen in der gleichen Richtung oder in gegenläufigen Richtungen ausgestaltet sein, um die Strömung zwischen verschiedenen Stufen des Verdichters und der Turbine zu steigern. Wie in den Geschwindigkeitsdiagrammen in 4 dargestellt, kann solch ein gegenläufiger mehrrotoriger Turbolader bei gleicher Drehzahl eine im Vergleich zu einem einstufigen Turbolader gesteigerte Leistungsabgabe aufweisen. Wie weiter im Verfahren der 5 gezeigt, kann jeder Rotor eines mehrrotorigen Turboladersystems zur Bewerkstelligung verschiedener Aufgaben bei verschiedenen Betriebsprofilen im Motorsystem ausgelegt werden.
Bezugnehmend auf 1 wird der mehrere Zylinder umfassende Verbrennungsmotor 10, wovon ein Zylinder in 1 gezeigt wird, vom elektronischen Motorsteuergerät 12 gesteuert. Der Motor 10 weist eine Verbrennungskammer 30 und Zylinderwände 32 mit dem darin befindlichen und mit der Kurbelwelle 40 verbundenen Kolben 36 auf. Die Verbrennungskammer 30 ist als über das entsprechende Einlassventil 52 und Auslassventil 54 mit dem Einlassverteiler 44 und Auslassverteiler 48 in Verbindung stehend gezeigt. Jedes Einlass- und Auslassventil kann von einem Einlassnocken 51 und einem Auslassnocken 53 betätigt werden. Die Stellung des Einlassnockens 51 kann vom Einlassnockensensor 55 bestimmt werden. Die Stellung des Auslassnockens 53 kann vom Auslassnockensensor 57 bestimmt werden.
Das Kraftstoffeinspritzventil 66 ist in der Stellung zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder 30 gezeigt, was dem Fachmann als Direkteinspritzung bekannt ist. Als Alternative dazu kann Kraftstoff in einen Einlasskanal gespritzt werden, was dem Fachmann als Einlasskanaleinspritzung bekannt ist. Das Kraftstoffeinspritzventil 66 liefert flüssigen Kraftstoff proportional zu einer vom Steuergerät 12 bereitgestellten Impulsbreite. Kraftstoff wird von einem Kraftstoffsystem (nicht dargestellt), enthaltend einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und eine Kraftstoffleitung (nicht dargestellt), an das Kraftstoffeinspritzventil 66 geliefert.
Der Motor 10 enthält einen mehrrotorigen Turbolader 103, welcher einen Verdichter 162 und eine Turbine 164 enthält. Der Einlasskrümmer 44 wird vom Verdichter 162 mit Luft gespeist. Abgase drehen einen oder mehrere Rotoren innerhalb der mit der Welle 161 gekoppelten Turbine 164 und treiben so einen oder mehrere Rotoren im Verdichter 162 an. Wie unten bezüglich der 2 und 3 genauer beschrieben, kann der Verdichter 162 mehrere verschiedene Rotoren enthalten, die innerhalb des Verdichters verschiedene Stufen bilden. Der Verdichter 162 kann beispielsweise Radialrotoren, Axialrotoren und/oder Mischstromrotoren enthalten, worin ein Mischstromrotor eine zwischen einer radialen und einer axialen Auslegung liegende Geometrie aufweist.
Die Turbine 164 kann ebenfalls mehrere verschiedene Rotoren enthalten, die innerhalb der Turbine verschiedene Stufen bilden. Die Turbine 164 kann beispielsweise Radialrotoren, Axialrotoren und/oder Mischstromrotoren enthalten. Wie unten genauer beschrieben, kann die Welle 161 ferner mehrere Wellen enthalten, wobei jede der mehreren Wellen einen Rotor im Verdichter an einen zugehörigen Rotor in der Turbine koppelt.
In einigen Beispielen kann ein Umgehungskanal 77 enthalten sein, so dass Abgase die Turbine 164 unter ausgewählten Betriebsbedingungen umgehen können. Die Strömung durch den Umgehungskanal 77 kann über das Wastegate 75 reguliert werden. Ferner kann in einigen Beispielen ein Umgehungskanal 86 zur Begrenzung des vom Verdichter 162 bereitgestellten Drucks bereitgestellt sein. Die Strömung durch den Umgehungskanal 86 kann durch das Ventil 85 reguliert werden. Zusätzlich ist der Einlasskrümmer 44 als mit der zentralen Drosselklappe 62, welche die Stellung einer Drosselplatte 64 zur Steuerung der Luftströmung vom Motorlufteinlass 42 einstellt, in Verbindung stehend gezeigt. Die zentrale Drosselklappe 62 kann elektrisch betrieben werden.
Das verteilerlose Zündsystem 88 stellt der Verbrennungskammer 30 über die Zündkerze 92 als Reaktion auf das Steuergerät 12 einen Zündfunken zum Zünden eines Luft-Kraftstoff-gemisches bereit. In anderen Beispielen kann es sich beim Motor um einen Selbstzündungsmotor ohne Zündsystem, wie z.B. einen Dieselmotor, handeln. Die Universal-Lambdasonde (Universal Exhaust Gas Oxygen Sensor) 126 ist in der Darstellung stromaufwärts des Katalysators 70 mit dem Abgaskrümmer 48 gekoppelt. Als Alternative kann die Universal-Lambdasonde 126 durch eine Zweizustands-Lambdasonde ersetzt werden.
In einem Beispiel kann der Katalysator 70 mehrere Katalysatorbricks enthalten. In einem anderen Beispiel können mehrere Abgasreinigungsvorrichtungen, jeweils mit mehreren Bricks, verwendet werden. In einem Beispiel kann es sich beim Katalysator 70 um einen Dreiwege-Katalysator handeln.
Das Steuergerät 12 ist in 1 als ein herkömmlicher Mikrorechner gezeigt, enthaltend: die Mikroprozessoreinheit 102, die Eingabe-/Ausgabeports (I/O) 104, den Festwertspeicher (ROM) 106, den Arbeitsspeicher (RAM) 108, den Erhaltungsspeicher (KAM) 110 und einen herkömmlichen Datenbus. In der Darstellung empfängt das Steuergerät 12, zusätzlich zu den oben besprochenen Signalen, verschiedene Signale von an den Motor 10 gekoppelten Sensoren, wie: Motorkühlmitteltemperatur (ECT) vom an die Kühlhülse gekoppelten Temperatursensor 112; einen an das Gaspedal 130 gekoppelten Stellungsensor 134 zum Abtasten der vom Fuß 132 eingestellten Gaspedalstellung; eine Messung des Motorkrümmerdrucks (MAP) vom an den Einlasskrümmer 44 gekoppelten Drucksensor 122; einen Motorstellungsensor von einem die Stellung der Kurbelwelle 40 abtastenden Hall-Effekt-Sensor 118; eine Messung der in den Motor eintretenden Luftmenge vom Sensor 120 (z.B. einem Heißdraht-Luftmengenmesser); und eine Messung der Drosselklappenstellung vom Sensor 58. Der Luftdruck kann zur Verarbeitung durch das Steuergerät 12 auch abgetastet werden (Sensor nicht dargestellt). In einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Beschreibung erzeugt der Motorstellungsensor 118 bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle eine vorbestimmte Zahl gleichmäßig beabstandeter Impulse, nach denen sich die Motordrehzahl bestimmen (U/min) lässt.
In einigen Beispielen kann der Motor an ein System mit elektrischem Motor und Batterie in einem Hybridfahrzeug gekoppelt sein. Das Hybridfahrzeug kann eine Parallelkonfiguration, eine Reihenkonfiguration oder eine Kombination hiervon aufweisen. Des Weiteren können bei einigen Ausführungsformen andere Motorkonfigurationen, zum Beispiel ein Dieselmotor, angewendet werden.
Während des Betriebs durchläuft jeder Zylinder im Motor 10 typischerweise einen Viertaktprozess; der Prozess umfasst den Ansaughub, den Verdichtungshub, den Arbeitshub und den Auslasshub. Im Allgemeinen schließt sich das Auslassventil 54 während des Ansaughubs und das Einlassventil 52 öffnet sich. Über den Einlasskrümmer 44 gelangt Luft in die Verbrennungskammer 30, und der Kolben 36 bewegt sich zum Zylinderboden, um das Volumen innerhalb der Verbrennungskammer 30 zu erhöhen. Die Stellung, in der sich der Kolben 36 nahe dem Zylinderboden und am Ende seines Hubs befindet (z.B. wenn die Verbrennungskammer 30 ihr größtes Volumen erreicht hat), wird vom Fachmann typischerweise als unterer Totpunkt (UT) bezeichnet. Während des Verdichtungshubs sind das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 geschlossen. Der Kolben 36 bewegt sich zum Zylinderkopf hin, um die Luft innerhalb der Verbrennnungs-kammer 30 zu verdichten. Der Punkt, an dem sich der Kolben 36 am Ende seines Hubs und am nächsten zum Zylinderkopf befindet (z.B. wenn die Verbrennungskammer 30 ihr kleinstes Volumen erreicht hat), wird vom Fachmann typischerweise als oberer Totpunkt (OT) bezeichnet. In einem Vorgang, im Folgenden als Einspritzung bezeichnet, wird Kraftstoff in die Verbrennungskammer eingebracht. In einem Vorgang, im Folgenden als Zündung bezeichnet, wird der eingespritzte Kraftstoff von bekannten Zündungsmitteln, wie einer Zündkerze 92, gezündet, was eine Verbrennung auslöst. Während des Arbeitshubs wird der Kolben von den expandierenden Gasen zum UT zurück gedrückt. Die Kurbelwelle 40 wandelt die Kolbenbewegung zu einem Drehmoment der Drehwelle um. Während des Auslasshubs öffnet sich schließlich das Auslassventil 54, um das verbrannte Luft-Kraftstoffgemisch an den Auslasskrümmer 48 abzugeben, und der Kolben kehrt zum OT zurück. Es ist zu beachten, dass das Vorstehende lediglich als Beispiel aufgeführt ist, und dass die Öffnungs- und/oder Schließzeitpunkte der Einlass- und Auslassventile zur Bereitstellung einer positiven oder negativen Ventilüberschneidung, eines späten Schließzeitpunkts des Einlassventils oder verschiedener anderer Beispiele abweichend sein können.
2 zeigt eine schematische Querschnittsabbildung eines mehrrotorigen Turboladers 103. Der Turbolader 103 enthält einen Verdichter 162 und eine über ein Wellensystem 161 gekoppelte Turbine 164. Wie unten genauer beschrieben, kann das Wellensystem 161 mehrere konzentrische Wellen, die verschiedene im Verdichter und in der Turbine enthaltene Rotorpaare koppeln, enthalten. Der Verdichter 162 enthält einen Lufteinlass 218, z.B. einen Frischlufteinlass, und einen Druckluftauslass 220. Die Turbine 164 enthält einen Abgaseinlass 222 und einen Abführauslass 224. Der Einlass 218 kann beispielsweise Frischluft vom in 1 gezeigten Einlass 42 empfangen und verdichtete Luft über den Auslass 220 in den Einlasskrümmer 44 des Motors 10 abgeben. Der Turbineneinlass 222 kann Abgase vom Abgaskrümmer 48 empfangen, die zum Antreiben von Turbinenrotoren in der Turbine verwendet werden können. Das Abgas kann vor Austritt in die Atmosphäre über den Turbinenauslass 224 in ein Abgasnachbehandlungssystem, z.B. eine Abgasreinigungsvorrichtung 70, abgeführt werden.
Der Verdichter 162 enthält mehrere Verdichterrotoren 202, z.B. einen oder mehrere Verdichterrotoren, und die Turbine 164 enthält mehrere Turbinenrotoren 204, z.B. einen oder mehrere Turbinenrotoren. In einigen Beispielen können die mehreren Verdichterrotoren 202 mindestens einen ersten Verdichterrotor 206 und einen zweiten Verdichterrotor 208 enthalten, und die mehreren Turbinenrotoren 204 können mindestens einen ersten Turbinenrotor 210 und einen zweiten Turbinenrotor 212 enthalten. Der Verdichter und die Turbine können jeweils eine beliebige Anzahl von Rotoren enthalten, z.B. kann der Verdichter zwei, drei oder vier verschiedene Rotoren und die Turbine kann zwei, drei oder vier verschiedene Rotoren enthalten. Die im Verdichter und in der Turbine enthaltenen Rotoren können eine beliebige Ausgestaltung aufweisen. Die mehreren Verdichterrotoren 202 im Verdichter 162 können beispielsweise nur Radial- oder Zentrifugalrotoren, nur Axialrotoren, nur Mischstromrotoren oder Kombinationen von Radial-, Axial- und/oder Mischstromrotoren enthalten. Ebenso können die mehreren Turbinenrotoren 204 in der Turbine 164 möglicherweise nur Radial- oder Zentrifugalrotoren, nur Axialrotoren, nur Mischstromrotoren oder Kombinationen von Radial-, Axial- und/oder Mischstromrotoren enthalten.
Beispielsweise kann die erste Verdichter-Einlassstufe 206 radial, die zweite Verdichter-Auslassstufe 208 axial, die erste Turbinen/Einlassstufe 210 axial und die zweite Turbinen-Auslassstufe 212 radial sein. Als weiteres Beispiel kann die erste Verdichter-Einlassstufe 206 axial, die zweite Verdichter-Auslassstufe 208 radial, die erste Turbinen-Einlassstufe 210 radial und die zweite Turbinen-Auslassstufe 212 axial sein. Als noch ein weiteres Beispiel kann es sich bei der ersten Verdichter-Einlassstufe 206 und/oder der zweiten Verdichter-Auslassstufe 212 um eine Mischstromstufe handeln. Es versteht sich, dass andere Kombinationen von Axial-, Radial- und Mischstromrotoren im Turbolader 103 enthalten sein können. Jeder der Rotoren des mehrrotorigen Turboladers 103 kann zur Bewerkstelligung verschiedener Aufgaben bei verschiedenen Betriebsprofilen im Motorsystem ausgelegt sein, wie dies in Bezug auf 5 weiter beschrieben wird.
Jeder Rotor im Turbolader 103 enthält mehrere Schaufeln, die dazu ausgestaltet sind den Rotor in Drehung zu versetzen, wenn Luft in einem Einfallswinkel auf die Schaufeln geleitet wird. Die Drehrichtung eines Rotors kann durch den Schaufelwinkel vorgegeben werden. Beispielsweise enthält der erste Verdichterrotor 206 Schaufeln 226, enthält der zweite Verdichterrotor 208 Schaufeln 228, enthält der erste Turbinenrotor 210 Schaufeln 230 und enthält der zweite Turbinenrotor 212 Schaufeln 232.
Jeder Rotor im Turbolader 103 ist mechanisch an eine Welle gekoppelt. Beispielsweise ist der erste Verdichterrotor 206 an die Welle 214 gekoppelt, und der zweite Verdichterrotor 208 ist an die Welle 216 gekoppelt. Jeder Verdichterrotor kann einen zugehörigen Turbinenrotor aufweisen und kann an eine gemeinsame Welle als zugehöriger Turbinenrotor gekoppelt sein. Beispielsweise kann der zweite Turbinenrotor 212 zum ersten Verdichterrotor 206 gehören und auch an die Welle 214 gekoppelt sein. Ebenso kann der erste Turbinenrotor 210 zum zweiten Verdichterrotor 208 gehören und auch an die Welle 216 gekoppelt sein. Wellen, die verschiedene zugehörige Verdichter- und Turbinenrotorenpaare aneinander koppeln, können zum Drehen in verschiedenen Richtungen ausgestaltet sein. Beispielsweise kann die die Rotoren 206 und 212 aneinander koppelnde Welle 214 in einer ersten Richtung drehbar sein, wohingegen die die Rotoren 208 und 212 aneinander koppelnde Welle 216 in einer zweiten, zur ersten Richtung gegenläufigen Richtung drehbar sein kann. Beispielsweise kann die Welle 214 im Gegenuhrzeigersinn drehbar sein, wohingegen die Welle 216 im Uhrzeigersinn drehbar sein kann. So kann das Wellensystem 161 mehrere verschiedene Wellen, die verschiedene Turbinen- und Verdichterrotorenpaare aneinander koppeln, enthalten, und jede Welle im Wellensystem 161 kann zum von anderen Wellen im Wellensystem 161 unabhängigen Drehen ausgestaltet sein, so dass sich abwechselnde, zueinander gehörende Turbinen- und Verdichterrotorenpaare in verschiedenen Richtungen um ihre jeweilige Wellen drehen können.
Beispielsweise können der erste Verdichterrotor 206 und der zweite Verdichterrotor 214 zum Drehen in einer ersten Richtung um die Welle 214 ausgestaltet sein, wohingegen ein dem Verdichterrotor 206 benachbarter Verdichterrotor und ein dem Turbinenrotor 212 benachbarter Turbinenrotor zum Drehen in einer zweiten, zur ersten Richtung gegenläufigen Richtung ausgestaltet sein können. Beispielsweise kann der Verdichter 162, in Richtung der Luftströmung durch den Verdichter 162 einen ersten Rotor, an den sich ein zweiter Rotor anschließt, an den sich ein dritter Rotor anschließt usw., enthalten. In diesem Beispiel kann sich der erste Rotor in einer ersten Richtung drehen, der zweite Rotor kann sich in einer zweiten, zur ersten Richtung gegenläufigen Richtung drehen, und der dritte Rotor kann sich auch in der ersten Richtung drehen, so dass sich die Drehrichtungen zwischen aufeinander folgenden Verdichter- und Turbinenstufen abwechseln. Auf diese Weise kann Luft zum Einfallen auf die Schaufeln jeder aufeinander folgenden Rotorstufe im Verdichter und in der Turbine gelenkt werden, ohne dass Leitschaufeln oder Statoren zur Umlenkung der Luftströmung zwischen verschiedenen Stufen des Turboladers verwendet werden, was sich in einer Verringerung von Gasströmungsverlusten beim Durchfluss durch den Turbolader und in einer Leistungssteigerung des Turboladers niederschlägt.
In einigen Beispielen kann unter gewissen Bedingungen die Gasströmung durch einen oder mehrere Rotoren im Turbolader 103 umgeleitet werden. So kann in einigen Beispielen mindestens ein Rotor im Turbolader 103 einen Umgehungsdurchgang, der zur Ablenkung der Gasströmung von dem Rotor weg ausgestaltet ist, enthalten. Beispielsweise kann eine Umgehung 234 zur Ablenkung von Gasströmung von dem Verdichterrotor 206 oder dessen Umgebung weg im Turbolader 103 enthalten sein, eine Umgehung 236 kann zur Ablenkung von Gasströmung von dem Verdichterrotor 208 weg ausgestaltet sein, eine Umgehung 238 kann zur Ablenkung von Gasströmung von dem Turbinenrotor 210 weg ausgestaltet sein, und eine Umgehung 240 kann zur Ablenkung von Gasströmung von dem Turbinenrotor 212 weg ausgestaltet sein. In dieser Weise können unter gewissen Bedingungen verschiedene Rotoren gezielt zur Luftverdichtung oder zum Antrieb des Turboladers verwendet werden.
Beispielsweise kann es unter einer ersten Bedingung wünschenswert sein, dass verdichtete Luft nur unter Verwendung des ersten Rotors 206 an einen Motor geliefert wird. In diesem Beispiel kann die Umgehung 236 zur Ablenkung der Luftströmung von dem Verdichterrotor 208 weg in Betrieb gesetzt werden, so dass verdichtete Luft von dem Rotor 206 nicht durch den Rotor 208 fließt, sondern dem Motor über den Auslass 220 bereitgestellt wird. In einem anderen Beispiel kann es unter einer zweiten Bedingung wünschenswert sein, dass verdichtete Luft nur unter Verwendung des zweiten Rotors 208 an einen Motor gespeist wird. In diesem Beispiel kann die Umgehung 234 zur Ablenkung der Luftströmung von dem Verdichterrotor 208 weg in Betrieb gesetzt werden, so dass vom Durchgang 218 empfangene Einlassluft den Rotor 206 umgeht und zur Verdichtung zum Rotor 208 gelenkt wird.
Ebenso können gewisse Turbinenrotoren unter gewissen Bedingungen zum Antrieb des Turboladers umgangen werden. Beispielsweise kann es unter einer ersten Bedingung wünschenswert sein, dass die Turbine nur unter Verwendung des ersten Turbinenrotors 210 angetrieben wird. In diesem Beispiel kann die Umgehung 240 zur Lenkung der Luftströmung um den Turbinenrotor 212 in Betrieb gesetzt werden, so dass Abgase von dem Rotor 210 nicht durch den Rotor 212 fließen, sondern über den Auslass 224 an die Atmosphäre abgeführt werden. In einem anderen Beispiel kann es unter einer zweiten Bedingung wünschenswert sein, dass die Turbine nur unter Verwendung des zweiten Turbinenrotors 212 angetrieben wird. In diesem Beispiel kann die Umgehung 238 zur Ablenkung der Gasströmung von dem Turbinenrotor 210 weg in Betrieb gesetzt werden, so dass vom Durchgang 222 empfangene Abgase den Rotor 210 umgehen und zur Welle 212 gelenkt werden.
3A zeigt einen ersten beispielhaften mehrrotorigen Turbolader 103 mit einem zweistufigen Verdichter 162 und einer zweistufigen Turbine 164. Gleiche Zahlen in der 3A entsprechen Elementen mit gleichen Zahlen, wie in der oben beschriebenen 2 gezeigt. In diesem Beispiel enthält der Verdichter 162 einen ersten Axialstufenrotor 206 und einen zweiten Mischstromstufenrotor 208, und die Turbine 164 enthält einen ersten Mischstromstufenrotor 210 und einen zweiten Axialstufenrotor 212. Beispielsweise kann es sich bei dem Rotor 206 um ein axiales Niederdruckverdichterrad handeln, wohingegen es sich bei dem Rotor 208 um ein radiales Hochdruckverdichterrad handeln kann. Ebenso kann es sich bei dem Rotor 212 um ein axiales Niederdruckturbinenrad handeln, und bei dem Rotor 210 kann es sich um ein radiales Hochdruckturbinenrad handeln. Obschon die 3A eine erste Axialverdichterstufe, eine zweite Mischstromverdichterstufe, eine erste Mischstromturbinenstufe und eine zweite Axialturbinenstufe zeigt, versteht sich, dass andere Ausgestaltungen, die Kombinationen von Axial-, Radial- und/oder Mischstromstufen verwenden, verwendet werden können. Beispielsweise kann es sich bei der ersten Verdichterstufe und der zweiten Turbinenstufe um Radialstufen handeln, und/oder es kann sich bei der zweiten Verdichterstufe und der ersten Turbinenstufe um Radial- oder Axialstufen handeln usw.
Der erste Verdichterrotor 206 und der zweite Turbinenrotor 212 sind beide an eine erste Welle 214 gekoppelt. Der zweite Verdichterrotor 208 und der erste Turbinenrotor 210 sind an eine von der ersten Welle 214 verschiedene Welle 216 gekoppelt. In diesem Beispiel sind die Rotoren 206 und 212 sowie die Welle 214 zum Drehen in der Richtung 302 ausgestaltet, z.B. im Gegenuhrzeigersinn, und die Rotoren 208 und 210 sowie die Welle 216 sind zum Drehen in der gleichen Richtung 304 wie die Richtung 302 ausgestaltet. In diesem Beispiel kann der Turbolader 103 zwischen den beiden Stufen jeweils der Turbine und des Verdichters mehrere Statoren oder Leitschaufeln 233 und 235 zur Lenkung von Gasströmung zwischen den verschiedenen Turboladerstufen enthalten.
3B zeigt ein weiteres Beispiel eines mehrrotorigen Turboladers 103 mit einem zweistufigen Verdichter 162 und einer zweistufigen Turbine 164. Gleiche Zahlen in der 3B entsprechen Elementen mit gleichen Zahlen, wie in der oben beschriebenen 2 gezeigt. In diesem Beispiel enthält der Verdichter 162 einen ersten Axialstufenrotor 206 und einen zweiten Mischstromstufenrotor 208, und die Turbine 164 enthält einen ersten Mischstromstufenrotor 210 und einen zweiten Axialstufenrotor 212. Beispielsweise kann es sich bei dem Rotor 206 um ein axiales Niederdruckverdichterrad handeln, wohingegen es sich bei dem Rotor 208 um ein radiales Hochdruckverdichterrad handeln kann. Ebenso kann es sich bei dem Rotor 212 um ein axiales Niederdruckturbinenrad handeln, und bei dem Rotor 210 kann es sich um ein radiales Hochdruckturbinenrad handeln. Obschon die 3B eine erste Axialverdichterstufe, eine zweite Mischstromverdichterstufe, eine erste Mischstromturbinenstufe und eine zweite Axialturbinenstufe zeigt, versteht sich, dass andere Ausgestaltungen, die Kombinationen von Axial-, Radial- und/oder Mischstromstufen verwenden, verwendet werden können. Beispielsweise kann es sich bei der ersten Verdichterstufe und der zweiten Turbinenstufe um Radialstufen handeln, und/oder es kann sich bei der zweiten Verdichterstufe und der ersten Turbinenstufe um Radial- oder Axialstufen handeln usw.
Der erste Verdichterrotor 206 und der zweite Turbinenrotor 212 sind beide an eine erste Welle 214 gekoppelt. Der zweite Verdichterrotor 208 und der erste Turbinenrotor 210 sind an eine von der ersten Welle 214 verschiedene zweite Welle 216 gekoppelt. In diesem Beispiel sind die Rotoren 206 und 212 sowie die Welle 214 zum Drehen in einer ersten Richtung 302 ausgestaltet, z.B. im Gegenuhrzeigersinn, wohingegen die Rotoren 208 und 210 sowie die Welle 216 zum Drehen in einer zur ersten Richtung gegenläufigen zweiten Richtung 304 ausgestaltet sind, z.B. im Uhrzeigersinn. Da die zwei Verdichter- und Turbinenstufen zum gegenläufigen Drehen ausgestaltet sind, kann der Turbolader 103 zwischen den beiden Stufen jeweils der Turbine und des Verdichters keine Statoren oder Leitschaufeln enthalten.
4 zeigt beispielhafte typische Turboladergeschwindigkeitsdreiecksdiagramme für eine einstufige Turbine bei 402, eine zweistufige Turbine bei 404 und eine zweistufige gegenläufige Turbine bei 406. Beispielsweise kann das bei 406 gezeigte Geschwindigkeitsdreieck für ein Geschwindigkeitsdreieck der oben beschriebenen und in 3 gezeigten Turbine 164 gelten. Dabei stellt V absolute Geschwindigkeitsvektoren dar, und W stellt relative Geschwindigkeitsvektoren dar, U ist die Drehkörperdrehzahl, Position 1 ist der Einlass zur Stufe und Position 2 ist der Auslass.
Wie in 4 gezeigt, ändern an der bei 406 gezeigten gegenläufigen Turbine die Ausgangsvektoren V₂ und W₂ihre Richtung drastisch im Vergleich zu den sich in einer Drehrichtung bewegenden bei 402 und 404 gezeigten Turbinen. Durch die Verwendung einer zweistufigen Turbine kann die Energieabgabe der Turbine gegenüber einer einstufigen Turbine gesteigert werden, was sich bei ähnlicher transienter Leistung in höherer spezifischer Motorleistung oder in einer gesteigerten Pumpreserve und einer kürzeren Zeitspanne bis zum Drehmomentaufbau für den Betrieb des Motors niederschlägt. Aufgrund des Wegfalls der Zwischenstufenstatoren und deren Strömungsverlusten in einer, wie in 3 gezeigten, zweistufigen gegenläufigen Turbine können die Gesamtwirkungsgrade höher als bei einer herkömmlichen Turbine ausfallen, wo sich die Wellen nur in einer Richtung drehen. Zudem konnte die gegenläufige Drehzahl konstant gleich der Einzelrichtungsdrehzahl gehalten werden, was das Druckverhältnis des zweistufigen Verdichters bei ähnlicher Pumpreserve steigert und den in den Verbrennungsmotor eintretenden Ladedruck steigert, was die spezifische Leistung steigern kann. Umgekehrt können der Turbinendrehkörper und Verdichterdrehkörper verkleinert werden, was zu einer ähnlichen stationären Analyse in Bezug auf eine in einer Richtung drehende Turbine führt. Die geringere Trägheit der Räder der zweistufigen Turbine kann sich in einem Nutzen bei der transienten Leistung, wie in einer geringeren Turbo-Verzögerung oder der Verkürzung der Zeitspanne bis zum Drehmomentaufbau, niederschlagen.
5 zeigt eine Verfahrensbeispiel 500 zum Betrieb eines mehrrotorigen Turboladers, wie die in 2 und 3 gezeigten, vorstehend beschriebenen Turbolader. Wie vorstehend bemerkt, kann jeder Rotor eines mehrrotorigen Turboladersystems zur Bewerkstelligung verschiedener Aufgaben bei verschiedenen Betriebsprofilen im Motorsystem ausgestaltet werden. Beispielsweise kann ein zweirotoriger Turbolader so ausgelegt sein, dass jeder Rotor zum Ausgleichen aerodynamischer und mechanischer Belastungen im System mit einem ähnlichen Profil betrieben wird. Die Drehzahl eines Rotors kann zum Herunterfahren geregelt werden, oder die Luftströmung durch einen Rotor kann im System zur Herabsetzung der Motorpumparbeit umgeleitet werden, und eine weitere Ausweitung des Betriebsbereichs des Motors kann im unteren Bereich erreicht werden.
Bei 502 umfasst das Verfahren 500 Bestimmen, ob Zugangsbedingungen erfüllt worden sind. Zugangsbedingungen können aufgeladene Motorzustände umfassen, die durch Änderungen bei verschiedenen Motorbetriebsparametern, wie einem Tip-in- oder Tip-out-Vorgang oder einer Änderung der Motordrehzahl oder -last, ausgelöst werden können.
Sind die Zugangsbedingungen bei 502 erfüllt, geht das Verfahren zu 504 über. Bei 504 umfasst das Verfahren 500 gegenläufige Turboladerstufen. Wie vorstehend bemerkt, können verschiedene Verdichterstufen zum Drehen in gegenläufigen Richtungen ausgestaltet sein, und verschiedene Turbinenstufen können zum Drehen in verschiedenen Richtungen ausgestaltet sein. Aufgrund von gegenläufigen, aufeinander folgenden Verdichter- oder Turbinenstufen kann der Turbolader keine sich zwischen den aufeinander folgenden Stufen befindlichen Leitschaufeln oder Statoren enthalten. Der Wegfall dieser Bauteile kann sich in einer Verringerung von Strömungsverlusten und in einer Leistungssteigerung niederschlagen.
Bei 506 umfasst das Verfahren 500 Bestimmen der Betriebsbedingungen. Beispielsweise können Motorbetriebsbedingungen, wie Motortemperatur, Abgastemperatur, Motordrehzahl, Motorlast usw. zur Einstellung des Betriebs des mehrrotorigen Turboladers verwendet werden, so dass jede Turboladerstufe gezielt zum Betrieb auf Grundlage der Motorbetriebsbedingungen eingesetzt wird. Beispielsweise kann bei einer niedrigen Motordrehzahl oder -last eine Niederdruckstufe im Verdichter und/oder in der Turbine zur Bereitstellung von verdichteter Luft an den Motor und/oder zum Antrieb der Turbine eingesetzt werden, wohingegen bei einer Bedingung hoher Motordrehzahl oder -last eine Hochdruckstufe im Verdichter und/oder in der Turbine zur Bereitstellung von verdichteter Luft an den Motor und/oder zum Antrieb der Turbine eingesetzt werden kann. Als weiteres Beispiel können zum Ausgleichen aerodynamischer und mechanischer Belastungen im System beide Rotoren sowohl im Verdichter als auch in der Turbine mit einem ähnlichen Profil betrieben werden, z.B. während eines instationären Zustands.
Bei 508 umfasst das Verfahren 500 Bestimmen, ob eine erste Bedingung vorliegt. Beispielsweise kann es sich bei der ersten Bedingung um eine niedrige Motordrehzahl oder eine niedrige Motorlast handeln. Beispielsweise kann es sich beim Bestimmen, ob eine erste Bedingung vorliegt, um das Bestimmen, ob eine Motordrehzahl oder Motorlast unter einem Schwellenwert liegt, handeln. Falls eine erste Bedingung bei 508 vorliegt, geht das Verfahren zu 510 über.
Bei 510 umfasst das Verfahren 500 Speisen mit verdichteter Luft von einer ersten Turboladerstufe. Beispielsweise kann es sich bei der ersten Turboladerstufe um eine Niederdruckstufe handeln, wie die in 2 gezeigten axialen Niederdruckstufen 206 und 212. Während des Motorbetriebs bei niedriger Motordrehzahl/-last kann diese erste Turbolader-Niederdruckstufe zur Bereitstellung von verdichteter Luft an den Motor, z.B. über den Rotor 206, und den Antrieb der Turbine, z.B. über den Rotor 212, verwendet werden. In einigen Beispielen kann unter einer ersten Bedingung eine zweite Stufe im Turbolader umgangen werden. Zum Beispiel kann die Umgehung 236 eingeschaltet werden, so dass der Rotor 208 nicht zur Versorgung des Motors mit verdichteter Luft verwendet wird. Als weiteres Beispiel kann die Umgehung 238 eingeschaltet werden, so dass der Turbinenrotor 210 nicht zum Antrieb des Turboladers unter der ersten Bedingung verwendet werden kann.
Bei 512 umfasst das Verfahren 500 Einstellen von Motorbetriebsbedingungen. Beispiele für Motorbetriebsparameter, die eingestellt werden können, sind u.a. Verhältnis von Luft zu Kraftstoff, Drosselklappenstellung, Ventilüberschneidung, Zündzeitpunkt usw. Beispielsweise kann die Ventilüberschneidung vergrößert werden und/oder die Zündverzögerung kann vergrößert werden, z.B. kann der Zündzeitpunkt nach spät verstellt werden. Beispielsweise kann der Motor mit einem ersten Ausmaß an positiver Ventilüberschneidung bei mindestens einem Motorzylinder betrieben werden, und/oder der Motor kann mit einem ersten Ausmaß an Zündverstellung in mindestens einem Zylinder des Motors nach spät betrieben werden. In einigen Beispielen kann der Motor mit einer ersten, gesteigerten Kraftstoffmenge betrieben werden.
Falls bei 508 die erste Bedingung nicht vorliegt, geht das Verfahren zu 514 über, um das Vorliegen einer zweiten Bedingung festzustellen. Beispielsweise kann es sich bei der zweiten Bedingung um eine Bedingung einer hohen Motordrehzahl oder Motorlast handeln. Beispielsweise kann es sich beim Feststellen des Vorliegens der zweiten Bedingung um das Feststellen, ob eine Motordrehzahl oder Motorlast größer ist als ein Schwellenwert, handeln. Falls die zweite Bedingung bei 514 vorliegt, geht das Verfahren zu 516 über.
Bei 516 umfasst das Verfahren 500 das Speisen mit verdichteter Luft aus der zweiten Turboladerstufe. Beispielsweise kann es sich bei der zweiten Turboladerstufe um eine Hochdruckstufe handeln, wie z.B. die in 2 gezeigten radialen Hochdruckstufen 208 und 210. Während des Betriebs mit hoher Motordrehzahl/Motorlast kann diese zweite Turbolader-Hochdruckstufe zur Bereitstellung von verdichteter Luft, z.B. über den Rotor 208, für den Motor und zum Antrieb der Turbine, z.B. über den Rotor 210, verwendet werden. In einigen Beispielen kann die erste Turboladerstufe unter der zweiten Bedingung umgangen werden. Beispielsweise kann die Umgehung 234 eingeschaltet werden, so dass der Rotor 206 nicht zur Speisung des Motors mit verdichteter Luft verwendet wird. Als weiteres Beispiel kann die Umgehung 240 eingeschaltet werden, so dass der Turbinenrotor 212 nicht zum Antrieb des Turboladers unter der zweiten Bedingung verwendet wird. Bei 518 umfasst das Verfahren 500, wie oben in Bezug auf den Schritt 512 beschrieben, das Einstellen von Betriebsbedingungen.
Falls bei 515 die zweite Bedingung nicht vorliegt, geht das Verfahren 500 zu 520 über, um festzustellen, ob eine dritte Bedingung vorliegt. Beispielsweise kann es sich bei der dritten Bedingung um einen instationären Zustand handeln, in dem der Turbolader hochgefahren oder heruntergefahren wird, z.B. als Reaktion auf einen vom Fahrer ausgehenden Tip-in oder Tip-out. Falls die dritte Bedingung bei 520 vorliegt, geht das Verfahren zu 522 über.
Bei 522 umfasst das Verfahren Speisen von verdichteter Luft von der ersten und zweiten Turboladerstufe. Beispielsweise können sowohl der erste als auch der zweite Verdichterrotor 206 und 208 aufeinander folgend im Gegenlauf zum Verdichten von Luft zur Speisung des Motors verwendet werden. Des Weiteren können sowohl der erste als auch der zweite gegenläufige Turbinenrotor 210 und 212 zum Antrieb des Turboladers benutzt werden. Beispielsweise können das instationäre Ansprechverhalten gesteigert und die aerodynamischen und mechanischen Belastungen im System ausgeglichen werden, indem beide Rotoren jeweils im Verdichter und in der Turbine unter der dritten Bedingung verwendet werden. Bei 524 umfasst das Verfahren 500, wie oben in Bezug auf den Schritt 512 beschrieben, das Einstellen von Betriebsbedingungen.
Erwartungsgemäß sind die hier offenbarten Ausgestaltungen und Verfahren beispielhaft, und diese konkreten Ausführungsformen sind, da zahlreiche Varianten möglich sind, nicht als einschränkend zu betrachten. Beispielsweise kann die obige Technik auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12, Boxer-4- und andere Motortypen angewandt werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Ausgestaltungen sowie andere hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften ein.
Die folgenden Ansprüche verweisen insbesondere auf bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen, die als neuartig und nicht offensichtlich betrachtet werden. Diese Ansprüche können auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element, oder ein entsprechendes Äquivalent Bezug nehmen. Solche Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie den Einbezug von einem oder mehreren solcher Elemente beinhalten und zwei oder mehr solcher Elemente weder benötigen noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, ob weitergefasst, enger gefasst, vom Rahmen her gleich oder verschieden gegenüber den ursprünglichen Ansprüchen, werden auch als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.

Claims

Mehrrotoriger Turbolader, umfassend: einen mehrere Verdichterrotoren aufweisenden Verdichter; und eine mehrere in einer Richtung oder in gegenläufiger Richtung drehbare Turbinenrotoren aufweisende Turbine.
Turbolader nach Anspruch 1, wobei die mehreren Verdichterrotoren mindestens einen ersten und zweiten Verdichterrotor aufweisen und die mehreren Turbinenrotoren, die sich in einer Richtung oder in gegenläufiger Richtung drehen, mindestens einen ersten und zweiten Turbinenrotor aufweisen, wobei der erste Verdichterrotor über eine erste, in einer ersten Richtung drehbaren Welle mit dem zweiten Turbinenrotor gekoppelt ist und der zweite Verdichterrotor über eine zweite, in einer zweiten, der ersten Richtung entsprechenden oder einer dazu gegenläufigen Richtung drehbaren Welle mit dem ersten Turbinenrotor gekoppelt ist.
Turbolader nach Anspruch 2, wobei der erste Verdichterrotor axial, der zweite Verdichterrotor radial, der erste Turbinenrotor radial und der zweite Turbinenrotor axial ist.
Turbolader nach Anspruch 2, wobei der erste Verdichterrotor radial, der zweite Verdichterrotor axial, der erste Turbinenrotor axial und der zweite Turbinenrotor radial ist.
Turbolader nach Anspruch 2, wobei der erste und zweite Verdichterrotor axial sind und/oder der erste und zweite Turbinenrotor axial sind.
Turbolader nach Anspruch 2, wobei es sich bei dem ersten Verdichterrotor und/oder dem zweiten Verdichterrotor und/oder dem ersten Turbinenrotor und/oder dem zweiten Turbinenrotor um einen Mischstromwelle handelt.
Turbolader nach Anspruch 1, wobei mindestens einer der mehreren gegenläufigen Verdichterrotoren und der mehreren gegenläufigen Turbinenrotoren eine Umgehung, die zur Ablenkung von Gasströmung von dem Rotor weg ausgestaltet ist, aufweist.
Turbolader nach Anspruch 1, wobei jeder der mehreren gegenläufigen Verdichterrotoren und der mehreren gegenläufigen Turbinenrotoren eine Umgehung, die zur Ablenkung der Gasströmung von dem Rotor weg ausgestaltet ist, aufweist.
Turbolader nach Anspruch 1, wobei der Turbolader keine zwischen aufeinander folgenden Verdichterrotoren oder aufeinander folgenden Turbinenrotoren befindlichen Leitschaufeln aufweist.
Mehrwellen-Turbolader, umfassend: einen mindestens einen ersten und zweiten Verdichterrotor aufweisenden Verdichter; eine mindestens einen ersten und zweiten Turbinenrotor aufweisende Turbine, wobei der erste Verdichterrotor über eine erste, in einer ersten Richtung drehbare Welle mit dem zweiten Turbinenrotor gekoppelt ist und der zweite Verdichterrotor über eine zweite, in einer zweiten, zur ersten Richtung gegenläufigen Richtung drehbare Welle mit dem ersten Turbinenrotor gekoppelt ist.
Turbolader nach Anspruch 10, wobei es sich bei dem ersten Verdichterrotor um einen Axialwelle, bei dem zweiten Verdichterrotor um einen Mischstromrotor, bei dem ersten Turbinenrotor um einen Mischstromrotor und bei dem zweiten Turbinenrotor um einen Axialwelle handelt.
Turbolader nach Anspruch 10, wobei es sich bei dem ersten Verdichterrotor um einen Radialrotor, bei dem zweiten Verdichterrotor um einen Mischstromrotor, bei dem ersten Turbinenrotor um einen Mischstromrotor und bei dem zweiten Turbinenrotor um einen Radialrotor handelt.
Turbolader nach Anspruch 10, wobei es sich bei dem ersten Verdichterrotor und/oder dem zweiten Verdichterrotor und/oder dem ersten Turbinenrotor und/oder dem zweiten Turbinenrotor um einen Mischstromrotor handelt und dieser eine Umgehung, die zur Ablenkung von Gasströmung von dem Rotor weg ausgestaltet ist, aufweist.
Turbolader nach Anspruch 10, wobei der erste Verdichterrotor, der zweite Verdichterrotor, der erste Turbinenrotor und der zweite Turbinenrotor jeweils eine Umgehung, die zur Ablenkung von Gasströmung von der Welle weg ausgestaltet ist, aufweisen.
Turbolader nach Anspruch 10, wobei der Turbolader keine zwischen dem ersten und zweiten Verdichterrotor oder dem ersten und zweiten Turbinenrotor befindlichen Leitschaufeln aufweist.
Verfahren zum Betrieb eines mehrrotorigen Turboladers in einem Motor, umfassend: gegenläufige erste und zweite Verdichterrotoren und erste und zweite Turbinenrotoren des Turboladers; und Speisen des Motors mit verdichteter Luft von dem ersten Verdichterrotor unter einer ersten Bedingung; Speisen des Motors mit verdichteter Luft von dem zweiten Verdichterrotor unter einer zweiten Bedingung; Speisen des Motors mit verdichteter Luft von sowohl dem ersten als auch zweiten Verdichterrotor unter einer dritten Bedingung.
Verfahren nach Anspruch 16, weiter umfassend Umgehen des zweiten Verdichterrotors unter der ersten Bedingung und Umgehen des ersten Verdichterrotors unter der zweiten Bedingung.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei es sich bei dem ersten Verdichterrotor um einen Niederdruckrotor handelt und es sich bei der ersten Bedingung um eine Niedrigmotorlast- und/oder Langsamlaufbetriebsbedingung handelt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei es sich bei dem zweiten Verdichterrotor um einen Hochdruckrotor handelt und es sich bei der zweiten Bedingung um eine Hochmotorlast- und/oder Schnelllaufbetriebsbedingung handelt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei es sich bei der dritten Bedingung um einen instationären Betriebszustand handelt.