DE102014218345A1

DE102014218345A1 - Aufgeladene Brennkraftmaschine mit in Reihe angeordneten Abgasturboladern

Info

Publication number: DE102014218345A1
Application number: DE102014218345.6A
Authority: DE
Inventors: Helmut Kindl; Andreas Kuske; Jörg Kemmerling; Vanco Smiljanovski; Franz Arnd Sommerhoff; Franz J. Brinkmann; Norbert Schorn
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2016-03-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit – einem Ansaugsystem zum Zuführen von Ladeluft, – einem Abgasabführsystem (1) zum Abführen des Abgases, – mindestens einer Abgasrückführung, und – mindestens zwei in Reihe geschalteten Abgasturboladern (2, 4), die jeweils eine im Abgasabführsystem (1) angeordnete Turbine (2a, 4a) und einen im Ansaugsystem angeordneten Verdichter (3, 5) umfassen und von denen ein erster Abgasturbolader (2) als Niederdruckstufe (2) und ein zweiter Abgasturbolader (4) als Hochdruckstufe (4) dient, wobei die zweite Turbine (4a) des zweiten Abgasturboladers (4) stromaufwärts der ersten Turbine (2a) des ersten Abgasturboladers (2) angeordnet ist. Es soll eine aufgeladene Brennkraftmaschine der oben genannten Art bereitgestellt werden, mit der die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwunden werden und deren Aufladeverhalten verbessert ist. Erreicht wird dies durch eine Brennkraftmaschine der oben genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass – die zweite Turbine (4a) eine Radialturbine (4a) ist, deren Austrittsbereich (4f) koaxial zur Welle (4c) der Radialturbine (4a) verläuft und ausgebildet ist, so dass die Abströmung des Abgases aus der Radialturbine (4a) im Wesentlichen axial erfolgt, und – die erste Turbine (2a) eine Axialturbine (2a) ist, deren Eintrittsbereich (2e) koaxial zur Welle (2c) der Axialturbine (2a) und koaxial zum Austrittsbereich (4f) der zweiten Turbine (4a) verläuft und ausgebildet ist, so dass die Zuströmung des Abgases zur Axialturbine (2a) im Wesentlichen axial erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit

– einem Ansaugsystem zum Zuführen von Ladeluft,
– einem Abgasabführsystem zum Abführen des Abgases,
– mindestens einer Abgasrückführung, und
– mindestens zwei in Reihe geschalteten Abgasturboladern, die jeweils eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine und einen im Ansaugsystem angeordneten Verdichter umfassen und von denen ein erster Abgasturbolader als Niederdruckstufe und ein zweiter Abgasturbolader als Hochdruckstufe dient, wobei die zweite Turbine des zweiten Abgasturboladers stromaufwärts der ersten Turbine des ersten Abgasturboladers angeordnet ist.

Eine Brennkraftmaschine der genannten Art beschreibt beispielsweise die EP 1 640 596 A1 . Eine derartige Brennkraftmaschine wird als Kraftfahrzeugantrieb eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Brennkraftmaschine Dieselmotoren und Ottomotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, die ein Hybrid-Brennverfahren nutzen, und Hybrid-Antriebe, die neben der Brennkraftmaschine eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare Elektromaschine umfassen, welche Leistung von der Brennkraftmaschine aufnimmt oder als zuschaltbarer Hilfsantrieb zusätzlich Leistung abgibt.
In den letzten Jahren hat sich eine Entwicklung hin zu kleinen, hochaufgeladenen Motoren vollzogen, wobei die Aufladung in erster Linie ein Verfahren zur Leistungssteigerung ist, bei dem die für den motorischen Verbrennungsprozess benötigte Luft verdichtet wird. Die wirtschaftliche Bedeutung dieser Motoren für die Automobilbauindustrie nimmt weiter ständig zu.
Häufig wird für die Aufladung ein Abgasturbolader eingesetzt, bei dem ein Verdichter und eine Turbine auf derselben Welle angeordnet sind. Der heiße Abgasstrom wird der Turbine zugeführt und entspannt sich unter Energieabgabe in der Turbine, wodurch die Welle in Drehung versetzt wird. Die vom Abgasstrom an die Turbine und schließlich an die Welle abgegebene Energie wird für den Antrieb des ebenfalls auf der Welle angeordneten Verdichters genutzt. Der Verdichter fördert und komprimiert die ihm zugeführte Ladeluft, wodurch eine Aufladung der Zylinder erreicht wird. Vorteilhafterweise wird ein Ladeluftkühler stromabwärts des Verdichters im Ansaugsystem vorgesehen, mit dem die komprimierte Ladeluft vor Eintritt in den mindestens einen Zylinder gekühlt wird. Der Kühler senkt die Temperatur und steigert damit die Dichte der Ladeluft, so dass auch der Kühler zu einer besseren Füllung der Zylinder, d. h. zu einer größeren Luftmasse, beiträgt. Es erfolgt eine Verdichtung durch Kühlung.
Der Vorteil eines Abgasturboladers im Vergleich zu einem mechanischen Lader besteht darin, dass keine mechanische Verbindung zur Leistungsübertragung zwischen Lader und Brennkraftmaschine besteht bzw. erforderlich ist. Während ein mechanischer Lader die für seinen Antrieb benötigte Energie vollständig von der Brennkraftmaschine bezieht und somit die bereitgestellte Leistung mindert und auf diese Weise den Wirkungsgrad nachteilig beeinflusst, nutzt der Abgasturbolader die Abgasenergie der heißen Abgase.
Die Aufladung dient – wie bereits erwähnt – der Leistungssteigerung. Die für den Verbrennungsprozess benötigte Luft wird verdichtet, wodurch jedem Zylinder pro Arbeitsspiel eine größere Luftmasse zugeführt werden kann. Dadurch können die Kraftstoffmasse und damit der Mitteldruck gesteigert werden.
Die Aufladung ist ein geeignetes Mittel, bei unverändertem Hubraum die Leistung einer Brennkraftmaschine zu steigern oder bei gleicher Leistung den Hubraum zu reduzieren. In jedem Fall führt die Aufladung zu einer Erhöhung der Bauraumleistung und einer günstigeren Leistungsmasse. Wird der Hubraum verringert, lässt sich so das Lastkollektiv zu höheren Lasten hin verschieben, bei denen der spezifische Kraftstoffverbrauch niedriger ist. Durch Aufladung in Kombination mit geeigneten Getriebeauslegungen kann auch ein sogenanntes Downspeeding realisiert werden, bei dem ebenfalls ein geringerer spezifischer Kraftstoffverbrauch erzielt werden kann.
Die Aufladung unterstützt folglich das ständige Bemühen in der Entwicklung von Brennkraftmaschinen, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren, d. h. den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu verbessern.
Ein weiteres grundsätzliches Ziel ist es, die Schadstoffemissionen zu reduzieren. Bei der Lösung dieser Aufgabe kann die Aufladung ebenfalls zielführend sein. Bei gezielter Auslegung der Aufladung können nämlich Vorteile im Wirkungsgrad und bei den Abgasemissionen erzielt werden.
Schwierigkeiten bereitet die Auslegung der Abgasturboaufladung, wobei grundsätzlich eine spürbare Leistungssteigerung in allen Drehzahlbereichen angestrebt wird. Nach dem Stand der Technik wird aber ein starker Drehmomentabfall bei Unterschreiten einer bestimmten Drehzahl beobachtet.
Verständlich wird dieser Drehmomentabfall, wenn berücksichtigt wird, dass das Ladedruckverhältnis vom Turbinendruckverhältnis abhängt. Wird die Motordrehzahl verringert, führt dies zu einem kleineren Abgasmassenstrom und damit zu einem kleineren Turbinendruckverhältnis. Folglich nimmt das Ladedruckverhältnis zu niedrigeren Drehzahlen hin ebenfalls ab. Dies ist gleichbedeutend mit einem Drehmomentabfall.
In der Praxis führen die vorstehend beschriebenen Zusammenhänge häufig dazu, dass ein kleiner Abgasturbolader, d. h. ein Abgasturbolader mit einem kleinen Turbinenquerschnitt eingesetzt wird, wodurch das Turbinendruckverhältnis erhöht werden kann. Dies verschlechtert aber die Aufladung bei hohen Drehzahlen und verschiebt den Drehmomentabfall lediglich hin zu niedrigen Drehzahlen. Zudem sind dieser Vorgehensweise, d. h. der Verkleinerung des Turbinenquerschnittes, Grenzen gesetzt, da die gewünschte Aufladung und Leistungssteigerung auch bei hohen Drehzahlen uneingeschränkt und in dem gewünschten Maße möglich sein soll.
Die Drehmomentcharakteristik einer aufgeladenen Brennkraftmaschine wird nach dem Stand der Technik durch unterschiedliche Maßnahmen zu verbessern versucht.
Beispielsweise durch eine kleine Auslegung des Turbinenquerschnittes und gleichzeitiger Abgasabblasung, wobei die Abgasabblasung mittels Ladedruck oder mittels Abgasdruck gesteuert werden kann, in der Regel mittels Vakuum, d. h. Unterdruck, elektrisch oder hydraulisch gesteuert wird. Eine derartige Turbine wird auch als Waste-Gate-Turbine bezeichnet. Überschreitet der Abgasmassenstrom eine kritische Größe wird ein Teil des Abgasstromes im Rahmen der sogenannten Abgasabblasung mittels einer Bypassleitung an der Turbine vorbei geführt. Diese Vorgehensweise hat aber – wie bereits oben angesprochen – den Nachteil, dass das Aufladeverhalten bei höheren Drehzahlen unzureichend ist.
Die Drehmomentcharakteristik einer aufgeladenen Brennkraftmaschine kann des Weiteren durch mehrere parallel angeordnete Turbolader, d. h. durch mehrere parallel angeordnete Turbinen von kleinerem Turbinenquerschnitt verbessert werden, wobei mit steigender Abgasmenge Turbinen sukzessive zugeschaltet werden.
Die Drehmomentcharakteristik kann auch mittels mehrerer in Reihe geschalteter Abgasturbolader vorteilhaft beeinflusst werden. Durch das in Reihe Schalten von zwei Abgasturboladern, von denen ein Abgasturbolader als Hochdruckstufe und ein Abgasturbolader als Niederdruckstufe dient, kann das Motorkennfeld in vorteilhafter Weise aufgeweitet werden und zwar sowohl hin zu höheren Lasten als auch hin zu höheren Drehzahlen. Auch die Brennkraftmaschine, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, verfügt zwecks Aufladung über mindestens zwei in Reihe angeordnete, d. h. in Reihe geschaltete Abgasturbolader.
Insbesondere ist bei dem als Hochdruckstufe dienenden Abgasturbolader ein Verschieben der Pumpgrenze hin zu kleineren Verdichterströmen möglich, wodurch auch bei kleinen Verdichterströmen hohe Ladedruckverhältnisse erzielt werden können, was im unteren Drehzahlbereich die Drehmomentcharakteristik deutlich verbessert. Erreicht wird dies durch eine Auslegung der Hochdruckturbine auf kleine Abgasmassenströme und Vorsehen einer Bypassleitung, mit der bei zunehmendem Abgasmassenstrom zunehmend Abgas an der Hochdruckturbine vorbeigeführt wird. Die Bypassleitung zweigt hierzu stromaufwärts der Hochdruckturbine vom Abgasabführsystem ab und mündet stromaufwärts der Niederdruckturbine wieder in das Abgasabführsystem. In der Bypassleitung ist ein Absperrelement angeordnet, um den an der Hochdruckturbine vorbeigeführten Abgasstrom zu steuern.
Des Weiteren ist das Ansprechverhalten einer derartig aufgeladenen Brennkraftmaschine deutlich verbessert gegenüber einer vergleichbaren Brennkraftmaschine mit einstufiger Aufladung. Die kleinere Hochdruckstufe ist weniger träge, weil sich das Laufzeug eines kleiner dimensionierten Abgasturboladers schneller beschleunigen lässt.
Bei der Auslegung der Abgasturboaufladung ist man bemüht, die Turbine bzw. die Turbinen möglichst nahe am Auslass der Brennkraftmaschine, d. h. nahe der Auslassöffnungen der Zylinder, anzuordnen, um auf diese Weise die Abgasenthalpie der heißen Abgase, die maßgeblich vom Abgasdruck und der Abgastemperatur bestimmt wird, optimal nutzen zu können und ein schnelles Ansprechverhalten des Turboladers zu gewährleisten. Nicht nur der Weg der heißen Abgase zur Turbine verkürzt sich durch eine motornahe Anordnung, auch das Volumen des Abgasabführsystems stromaufwärts der Turbine nimmt ab. Die thermische Trägheit des Abgasabführsystems nimmt ebenfalls ab und zwar durch Reduzierung der Masse und der Länge des Teilstückes des Abgasabführsystems bis hin zur Turbine.
Aus den vorstehend genannten Gründen wird auch der Abgaskrümmer nach dem Stand der Technik häufig im Zylinderkopf integriert. Die Integration des Abgaskrümmers gestattet darüber hinaus ein dichtes Packaging der Antriebseinheit. Zudem kann von einer gegebenenfalls im Zylinderkopf vorgesehenen Flüssigkeitskühlung partizipiert werden, so dass der Krümmer nicht aus thermisch hoch belastbaren Werkstoffen gefertigt werden muss, die kostenintensiv sind.
Naturgemäß bereitet bei einer zweistufigen Aufladung die motornahe Anordnung der Turbine der Niederdruckstufe größere Probleme. Zu berücksichtigen ist dabei auch, dass die Turbine eines Abgasturboladers in der Regel in Radialbauweise ausgeführt wird, d. h. die Anströmung der Laufschaufeln erfolgt im Wesentlichen radial. Im Wesentlichen radial bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass die Geschwindigkeitskomponente in radialer Richtung größer ist als die axiale Geschwindigkeitskomponente. Der Geschwindigkeitsvektor der Strömung schneidet die Welle des Abgasturboladers in einem rechten Winkel, falls die Anströmung exakt radial verläuft.
Folglich muss das Abgas nach Durchströmen der Hockdruckturbine zunächst via Abgasabführsystem umgeleitet bzw. umgelenkt werden, um stromabwärts der Hockdruckturbine der Radialturbine der Niederdruckstufe zugeführt werden zu können. Dies vergrößert nicht nur die Wegstrecke, sondern auch das Volumen und die thermische Trägheit zwischen den beiden Turbinen erheblich.
Um die Abgasenergie möglichst effizient nutzen zu können, sollte das Abgas möglichst wenig umgelenkt werden. Jede Richtungsänderung der Abgasströmung, beispielsweise infolge einer Krümmung des Abgasabführsystems, hat einen Druckverlust in der Abgasströmung und damit einen Enthalpieverlust zur Folge. Es sollte aber alles vermieden werden, was den Druck im Abgas reduziert und die an der Turbine noch zur Verfügung stehende Abgasenergie verringert.
Um die Laufschaufeln radial anströmen zu können, wird der Eintrittsbereich zur Zuführung des Abgases nach dem Stand der Technik als rundum verlaufendes Spiral- oder Schneckengehäuse ausgebildet, so dass die Zuströmung des Abgases zur Turbine im Wesentlichen radial erfolgt. Eine derartige Radialturbine wird beispielsweise in der EP 1 710 415 A1 beschrieben.
Die Zuführung des Abgases zur Niederdruckturbine mittels Spiral- oder Schneckengehäuse erfordert die mehrfache Umlenkung des Abgases bzw. der Abgasströmungen mit großen Richtungsänderungen. Wie bereits ausgeführt, bedingt aber jede Richtungsänderung einen Druckverlust in der Abgasströmung, weshalb dem Abgas an der Niederdruckturbine weniger Energie entzogen werden kann.
Gelegentlich wird die Niederdruckturbine eines Abgasturboladers auch als Axialturbine ausgeführt, d. h. die Anströmung der Laufradschaufeln erfolgt im Wesentlichen axial. Im Wesentlichen axial bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass die Geschwindigkeitskomponente in axialer Richtung größer ist als die radiale Geschwindigkeitskomponente. Der Geschwindigkeitsvektor der Anströmung im Bereich des Laufrades verläuft dabei vorzugsweise parallel zur Welle des Abgasturboladers, falls die Anströmung exakt axial verläuft.
Nach dem Stand der Technik wird aber auch bei Axialturbinen der Eintrittsbereich zur Zuführung des Abgases häufig als rundum verlaufendes Spiral- oder Schneckengehäuse ausgebildet, so dass zumindest im Eintrittsbereich die Strömung des Abgases schräg bzw. radial zur Welle verläuft bzw. geführt wird, wozu eine Umlenkung des Abgases zwischen den Turbinen erforderlich ist bzw. wird. Einbußen bei der am Turbinenlaufrad zur Verfügung stehenden Abgasenthalpie müssen dabei in Kauf genommen werden. Die EP 1 710 415 A1 beschreibt eine derartige Axialturbine.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine aufgeladene Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, mit der die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwunden werden und deren Aufladeverhalten verbessert ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit

– einem Ansaugsystem zum Zuführen von Ladeluft,
– einem Abgasabführsystem zum Abführen des Abgases,
– mindestens einer Abgasrückführung, und
– mindestens zwei in Reihe geschalteten Abgasturboladern, die jeweils eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine und einen im Ansaugsystem angeordneten Verdichter umfassen und von denen ein erster Abgasturbolader als Niederdruckstufe und ein zweiter Abgasturbolader als Hochdruckstufe dient, wobei die zweite Turbine des zweiten Abgasturboladers stromaufwärts der ersten Turbine des ersten Abgasturboladers angeordnet ist,

– die zweite Turbine eine Radialturbine ist, deren Austrittsbereich koaxial zur Welle der Radialturbine verläuft und ausgebildet ist, so dass die Abströmung des Abgases aus der Radialturbine im Wesentlichen axial erfolgt, und
– die erste Turbine eine Axialturbine ist, deren Eintrittsbereich koaxial zur Welle der Axialturbine und koaxial zum Austrittsbereich der zweiten Turbine verläuft und ausgebildet ist, so dass die Zuströmung des Abgases zur Axialturbine im Wesentlichen axial erfolgt.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist mit einer Niederdruckturbine in Axialbauweise ausgestattet, wobei der Eintrittsbereich dieser Axialturbine koaxial zur Welle der Niederdruckstufe und koaxial zum Austrittsbereich der Hochdruckturbine verläuft und ausgebildet ist. Die radiale Zuführung des Abgases zur Niederdruckturbine mittels Spiral- oder Schneckengehäuse und die damit verbundenen Nachteile entfallen.
Das Abgas wird nach Durchströmen der Hockdruckturbine nicht umgelenkt, um der Niederdruckstufe zugeführt zu werden. Eine Umlenkung bzw. Richtungsänderung der Abgasströmung unterbleibt, so dass unnötige Druckverluste in der Abgasströmung infolge Strömungsumlenkung vermieden werden und ein möglichst energiereiches Abgas an der Niederdruckturbine bereitgestellt wird.
Die Verwendung einer Axialturbine als Niederdruckturbine zusammen mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Eintrittsbereich gestattet ein dichtes Packaging, insbesondere eine Reduzierung der Wegstrecke, des Volumens, der Masse und damit der thermischen Trägheit des Abgasabführsystems zwischen den beiden Turbinen.
Dadurch wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich eine aufgeladene Brennkraftmaschine bereitgestellt, mit der die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwunden werden und deren Aufladeverhalten verbessert ist.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist mit mindestens einer Abgasrückführung ausgestattet.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen eine Abgasrückführung vorgesehen ist, welche eine Leitung umfasst, die stromaufwärts der beiden Turbinen aus dem Abgasabführsystem abzweigt und in das Ansaugsystem mündet, vorzugsweise stromabwärts der Verdichter.
Um zukünftige Grenzwerte für Stickoxidemissionen einzuhalten, wird zunehmend häufig eine Abgasrückführung eingesetzt, d. h. die Rückführung von Abgasen von der Auslassseite auf die Einlassseite, bei der mit zunehmender Abgasrückführrate die Stickoxidemissionen deutlich gesenkt werden können. Die Abgasrückführrate x_AGR bestimmt sich dabei mit x_AGR = m_AGR/(m_AGR + m_Frischluft), wobei m_AGR die Masse an zurückgeführtem Abgas und m_Frischluft die zugeführte – gegebenenfalls durch einen Verdichter geführte und komprimierte – Frischluft bzw. Verbrennungsluft bezeichnet.
Die Abgasrückführung eignet sich auch zur Reduzierung der Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Teillastbereich.
Um eine deutliche Senkung der Stickoxidemissionen zu erreichen, sind hohe Abgasrückführraten erforderlich, die in der Größenordnung von x_AGR ≈ 60% bis 70% liegen können.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen die Leitung zur Abgasrückführung stromabwärts eines Ladeluftkühlers in das Ansaugsystem mündet. Auf diese Weise wird der Abgasstrom nicht durch den Ladeluftkühler geführt und kann folglich diesen Kühler nicht durch Ablagerungen von im Abgasstrom enthaltenen Schadstoffen, insbesondere Rußpartikeln und Öl, verschmutzen.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen in der Leitung zur Abgasrückführung ein zusätzlicher Kühler vorgesehen ist. Dieser zusätzliche Kühler senkt die Temperatur im heißen Abgasstrom und steigert damit die Dichte der Abgase. Die Temperatur der Zylinderfrischladung, die sich bei der Mischung der Frischluft mit den rückgeführten Abgasen einstellt, wird hierdurch folglich weiter gesenkt, wodurch auch der zusätzliche Kühler zu einer besseren Füllung des Brennraums mit Ladeluft beiträgt.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen in der Leitung zur Abgasrückführung ein Absperrelement vorgesehen ist. Dieses Absperrelement dient der Steuerung der Abgasrückführrate bzw. des Massenanteils an Verbrennungsprodukten.
Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen eine Abgasrückführung vorgesehen ist, welche eine Leitung umfasst, die stromabwärts der beiden Turbinen aus dem Abgasabführsystem abzweigt und in das Ansaugsystem mündet, vorzugsweise stromaufwärts der Verdichter.
Im Gegensatz zu der bereits erwähnten Hochdruck-AGR, die stromaufwärts der Turbinen Abgas aus dem Abgasabführsystem entnimmt und stromabwärts der Verdichter in das Ansaugsystem einbringt, wird bei einer Niederdruck-AGR Abgas auf die Einlassseite zurückgeführt, welches die Turbinen bereits durchströmt hat. Hierzu umfasst die Niederdruck-AGR eine Rückführleitung, die stromabwärts der Turbinen aus dem Abgasabführsystem abzweigt und stromaufwärts der Verdichter in das Ansaugsystem mündet.
Das mittels Niederdruck-AGR auf die Einlassseite zurückgeführte und vorzugsweise gekühlte Abgas wird stromaufwärts der Verdichter mit Frischluft gemischt. Die auf diese Weise erzeugte Mischung aus Frischluft und rückgeführtem Abgas bildet die Ladeluft, die den Verdichtern zugeführt und verdichtet wird.
Dabei ist es unschädlich, dass im Rahmen der Niederdruck-AGR Abgas durch die Verdichter hindurchgeführt wird, da in der Regel Abgas verwendet wird, welches stromabwärts der Turbinen einer Abgasnachbehandlung, insbesondere im Partikelfilter, unterzogen wurde.
Ablagerungen im Verdichter, welche die Geometrie des Verdichters, insbesondere die Strömungsquerschnitte, verändern und auf diese Weise den Wirkungsgrad des Verdichters verschlechtern, sind daher nicht zu befürchten.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Brennkraftmaschine werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der zweite Verdichter des zweiten Abgasturboladers stromabwärts des ersten Verdichters des ersten Abgasturboladers im Ansaugsystem angeordnet ist.
Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der zweite Verdichter des zweiten Abgasturboladers und der erste Verdichter des ersten Abgasturboladers parallel im Ansaugsystem angeordnet sind.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der erste Verdichter größer ausgelegt ist als der zweite Verdichter.
Ist die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit zwei in Reihe geschalteten, im Abgasabführsystem angeordneten Turbinen und zwei in Reihe geschalteten, im Ansaugsystem angeordneten Verdichtern ausgestattet, ist es vorteilhaft, den ersten Verdichter größer auszulegen als den zweiten Verdichter, da bei dieser Anordnung der zweite Verdichter die bereits in der Niederdruckstufe vorverdichtete Luft komprimiert, d. h. die Hochdruckstufe bildet.
Aus demselben Grund sind Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen die erste Turbine größer ausgelegt ist als die zweite Turbine. Denn die zweite Turbine dient als Hochdruckturbine, während sich in der ersten Turbine ein Abgasstrom entspannt, der bereits infolge des Durchlaufens der Hochdruckstufe einen geringeren Druck und eine geringere Dichte aufweist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die zweite Turbine des zweiten Abgasturboladers eine variable Turbinengeometrie aufweist.
Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die erste Turbine des ersten Abgasturboladers eine variable Turbinengeometrie aufweist.
Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen eine erste Bypassleitung vorgesehen ist, in der ein Absperrelement angeordnet ist und die stromaufwärts der zweiten Turbine vom Abgasabführsystem abzweigt und stromabwärts dieser zweiten Turbine wieder in das Abgasabführsystem mündet.
Vorliegend verfügt die Turbine der Hochdruckstufe über eine variable Turbinengeometrie und/oder über eine Bypassleitung, mittels der bei Umgehung der Turbine Abgas an der Hochdruckturbine vorbei geleitet werden kann.
Eine variable Turbinengeometrie erhöht die Flexibilität der Aufladung. Sie gestattet eine stufenlose Anpassung der Turbinengeometrie an den jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, insbesondere an den momentanen Abgasmassenstrom, weshalb die Turbine in einem weiten Drehzahl- bzw. Lastbereich für eine befriedigende Aufladung sorgt, nämlich den gewünschten Ladedruck auf der Einlassseite.
Insbesondere gestattet die Kombination aus Turbine mit variabler Turbinengeometrie und einer diese Turbine überbrückenden Bypassleitung die Auslegung der Hochdruckturbine auf sehr kleine Abgasmassenströme und damit auf den unteren Teillastbereich. Folglich können auch bei niedrigen Drehzahlen bzw. auch bei sehr geringen Abgasmassenströmen hohe Turbinendruckverhältnisse erzielt werden.
Bei entsprechender Auslegung des Hochdruckverdichters wird die Pumpgrenze hin zu kleineren Verdichterströmen verschoben, wodurch auch bei kleinen Abgasströmen bzw. Verdichterströmen hohe Ladedruckverhältnisse erzielt werden können, wodurch die Aufladung im unteren Teillastbereich optimiert wird. In diesem Lastbereich wird der überwiegende Anteil des Abgasstromes durch die zweite Turbine geleitet. Es kann aber auch der gesamte Abgasstrom vollständig durch die zweite Turbine des zweiten Abgasturboladers geleitet werden. Zur Generierung hoher Ladedrücke im unteren und mittleren Teillastbereich wird der Abgasstrom im Wesentlichen durch die kleine Turbine der Hochdruckstufe geleitet.
Mit zunehmender Last bzw. zunehmender Abgasmenge wird ein zunehmender Anteil des Abgasstromes über die erste Bypassleitung an der Hochdruckturbine vorbei geleitet. Stromabwärts der Hochruckturbine durchströmt das Abgas dann die erste Turbine, d. h. die Turbine der Niederdruckstufe. Diese erste Turbine kann auf große Abgasmassenströme ausgelegt werden, so dass der erste Abgasturbolader bei hohen Drehzahlen bzw. bei großen Abgasmassenströmen, wie diese bei hohen Lasten, insbesondere bei Volllast, auftreten, für einen ausreichend hohen Ladedruck sorgt.
Folglich kann in sämtlichen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine ein hoher Ladedruck realisiert werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Aufladekonzepten muss kein Kompromiss bei der Auslegung des Abgasturboladers eingegangen werden, um in sämtlichen Drehzahlbereichen eine mehr oder weniger zufriedenstellende Aufladung zu realisieren.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen zum Zwecke der Abgasabblasung eine zweite Bypassleitung vorgesehen ist, die stromaufwärts der ersten Turbine vom Abgasabführsystem abzweigt und vorzugsweise stromabwärts dieser ersten Turbine wieder in das Abgasabführsystem mündet, wobei vorteilhafterweise zur Steuerung der Abgasabblasung ein Absperrelement in der zweiten Bypassleitung vorgesehen ist.
Insbesondere wenn die Niederdruckturbine eine feste, nicht veränderbare Geometrie aufweist, kann mit zunehmendem Abgasstrom ein größerer Anteil des Abgases über die zweite Bypassleitung an der Turbine vorbei geführt werden. Zur Steuerung der Abgasabblasung ist ein Absperrelement in der Bypassleitung vorgesehen. Eine derartige Waste-Gate-Turbine ist kostengünstiger als eine Turbine mit variabler Geometrie. Zudem ist die Steuerung einfacher und daher ebenfalls kostengünstiger als bei einer variablen Turbinengeometrie.
Gemäß der in Rede stehenden Ausführungsform wird die Turbine der Niederdruckstufe nicht auf die maximal anfallenden Abgasmengen ausgelegt, so dass bei diesen Abgasmengen auch bei der größer dimensionierten Niederdruckturbine eine Abgasabblasung zu erfolgen hat.
Vorteilhaft können dennoch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen die erste Turbine eine variable Turbinengeometrie aufweist. Das weiter oben für die Hochdruckturbine Gesagte hat analog Gültigkeit für die Niederdruckturbine, weshalb auf diese Ausführungen Bezug genommen wird.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der erste Verdichter mit einer dritten Bypassleitung ausgestattet ist, die stromabwärts des ersten Verdichters aus dem Ansaugsystem abzweigt.
Die dritte Bypassleitung kann der Ladeluftabblasung dienen und kann stromaufwärts des ersten Verdichters wieder in das Ansaugsystem münden, wodurch die im ersten Verdichter komprimierte Ladeluft nicht abgeblasen, sondern lediglich zurückgeführt wird. Zur Steuerung der abgeblasenen bzw. rückgeführten Ladeluft ist ein Absperrelement in der Bypassleitung vorgesehen.
Die dritte Bypassleitung kann aber auch zum Ansaugen von Ladeluft dienen und zwar in den Fällen, in denen kaum Abgas die erste große Turbine durchströmt, sondern die zweite kleinere Turbine und daher der zweite kleinere Verdichter zumindest die überwiegende Verdichterarbeit leistet. Dann stellt der erste Verdichter lediglich einen Strömungswiderstand für die vom zweiten Verdichter angesaugte Ladeluft dar. Die dritte Bypassleitung gestattet die Umgehung des ersten Verdichters und damit eine Entdrosselung. Die dritte Bypassleitung mündet vorzugsweise stromaufwärts des ersten Verdichters wieder in das Ansaugsystem.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der erste Verdichter eine feste, nicht veränderbare Verdichtergeometrie aufweist.
Vorteilhaft können aber auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen der erste Verdichter eine variable Verdichtergeometrie aufweist. Vorteile bietet die veränderbare Verdichtergeometrie des ersten Verdichters insbesondere in den Betriebszuständen, in denen kaum Abgas durch die erste, größere Turbine strömt und daher kaum Leistung von der ersten Turbine zur Verdichtung der Ladeluft bereitgestellt wird. In diesen Fällen stellt der erste Verdichter lediglich einen Strömungswiderstand für die vom zweiten Verdichter angesaugte Frischluft dar. Eine variable Verdichtergeometrie gestattet dann die Entdrosselung der Ansaugleitung durch Vergrößerung des Strömungsquerschnittes des ersten Verdichters.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen eine vierte Bypassleitung vorgesehen ist, die stromaufwärts des zweiten Verdichters vom Ansaugsystem abzweigt und stromabwärts dieses zweiten Verdichters wieder in das Ansaugsystem mündet, wobei in dieser vierten Bypassleitung ein Absperrelement angeordnet ist.
Die vierte Bypassleitung gestattet die Umgehung des Hochdruckverdichters. Dies ermöglicht die Abstimmung des durch den Hochdruckverdichter geführten Ladeluftmassenstromes auf den durch die Hochdruckturbine geführten Abgasmassenstrom und damit an die zur Verfügung stehende Turbinenleistung.
In den Fällen, in denen das Abgas überwiegend bzw. vollständig die erste große Turbine durchströmt und daher die zweite, kleinere Turbine nahezu keine bzw. keine Leistung abgibt und der erste, große Verdichter nahezu alleine bzw. vollständig den notwendigen Ladedruck generiert, stellt der zweite Verdichter lediglich einen Strömungswiderstand für die vom ersten Verdichter angesaugte und komprimierte Ladeluft auf dem Weg zu den Zylindern dar. Eine vierte Bypassleitung gestattet dann die Umgehung des zweiten Verdichters.
Das Absperrelement gestattet die Aufteilung des Ladeluftstroms in Teilströme, nämlich in einen Teilstrom, der durch die vierte Bypassleitung geführt wird, und einen Teilstrom, der durch den Hochdruckverdichter geleitet wird.
Vorteilhaft können auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen der zweite Verdichter eine variable Verdichtergeometrie (VVG) aufweist. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, wenn die Turbine des zweiten Abgasturboladers über eine variable Turbinengeometrie verfügt, da die Verdichtergeometrie kontinuierlich an die Turbinengeometrie angepasst werden kann.
Insbesondere, wenn nur ein geringer Abgasmassenstrom durch die zweite Turbine geleitet wird, erweist sich eine variable Verdichtergeometrie als vorteilhaft, da durch Verstellen der Schaufeln die Pumpgrenze des Verdichters im Verdichterkennfeld hin zu kleinen Verdichterströmen verschoben werden kann und so ein Arbeiten des Verdichters jenseits der Pumpgrenze vermieden wird.
Vorteile bietet die veränderbare Verdichtergeometrie des zweiten Verdichters aber insbesondere in den Betriebszuständen, in denen das Abgas überwiegend bzw. vollständig die erste große Turbine durchströmt und die zweite, kleinere Turbine nahezu keine bzw. keine Leistung abgibt und der erste, große Verdichter nahezu alleine bzw. vollständig den notwendigen Ladedruck generiert. In diesen Fällen stellt der zweite Verdichter lediglich einen Strömungswiderstand für die vom ersten Verdichter angesaugte und komprimierte Frischluft auf dem Weg zu den Zylindern dar. Eine variable Verdichtergeometrie gestattet dann die Entdrosselung der Ansaugleitung durch Vergrößerung des Strömungsquerschnittes des zweiten Verdichters. Eine variable Verdichtergeometrie kann im Einzelfall die vierte Bypassleitung entbehrlich machen, da der Verdichter dem Ladeluftstrom angepasst werden kann. Hierzu muss die Geometrie des Verdichters bzw. der Strömungsquerschnitt des Verdichters in einem weiten Bereich verstellbar sein, so dass der Verdichter sowohl sehr kleinen als auch sehr großen Ladeluftströmen angepasst werden kann.
Vorteilhaft können aber auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen der zweite Verdichter eine feste, nicht veränderbare Verdichtergeometrie aufweist. Im Gegensatz zu dem zuvor beschriebenen Verdichter mit variabler Geometrie entfällt eine Steuerung. Es ergeben sich Kostenvorteile.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen stromabwärts der Verdichter ein Ladeluftkühler im Ansaugsystem angeordnet ist. Der Ladeluftkühler senkt die Lufttemperatur und steigert damit die Dichte der Luft, wodurch auch der Kühler zu einer besseren Füllung des Brennraums mit Luft, d. h. zu einer größeren Luftmasse beiträgt.
Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen zwischen den Verdichtern ein Ladeluftkühler im Ansaugsystem angeordnet ist. Der Ladeluftkühler senkt die Temperatur der in der Niederdruckstufe komprimierten Ladeluft und steigert damit auch die Dichte der Ladeluft, wodurch die Verdichtung in der Hochdruckstufe verbessert wird und die Austrittstemperatur der Hochdruckstufe bei gleichem Gesamtdruckverhältnis der Aufladegruppe abgesenkt werden kann. Dies bietet auch einen Schutz vor thermischer Überbeanspruchung.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Axialturbine über mindestens ein Laufrad verfügt, wobei stromaufwärts des mindestens einen Laufrades eine Leiteinrichtung im Eintrittsbereich vorgesehen ist. Der Geschwindigkeitsvektor der Anströmung im Bereich des mindestens einen Laufrades weist vorzugsweise auch eine radiale bzw. tangentiale Komponente zur Welle der Axialturbine auf, wodurch der Wirkungsgrad der Turbine erhöht wird.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Radialturbine über mindestens ein Laufrad verfügt, wobei stromaufwärts des mindestens einen Laufrades eine Leiteinrichtung im Eintrittsbereich vorgesehen ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen sich ein zwischen dem Austrittsbereich der Radialturbine und dem Eintrittsbereich der Axialturbine vorgesehener Abschnitt des Abgasabführsystems verjüngt.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Axialturbine über einen Austrittsbereich zum Abführen des Abgases verfügt, wobei dieser Austrittsbereich über ein Spiralgehäuse verfügt. Ein radiales Abströmen der Axialturbine via Spiralgehäuse führt zu einem symmetrischen Aufbau der Abgasturboaufladung, d. h. der Kombination aus zwei Abgasturboladern und einer kompakten Bauweise, wodurch ein dichtes Packaging ermöglicht wird.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das Absperrelement in der ersten, zweiten, dritten und/oder vierten Bypassleitung ein Ventil oder eine Drosselklappe ist.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen, bei denen das Absperrelement elektrisch, hydraulisch, pneumatisch, mechanisch oder magnetisch steuerbar ist, vorzugsweise mittels Motorsteuerung.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß 1 näher beschrieben. Hierbei zeigt:
1 schematisch die Abgasturboaufladung einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine, teilweise geschnitten.
1 zeigt schematisch die Abgasturboaufladung einer ersten Ausführungsform der aufgeladenen Brennkraftmaschine.
Zum Abführen der heißen Abgase aus den Zylindern verfügt die Brennkraftmaschine über ein Abgasabführsystem 1. Ein Ansaugsystem dient dem Zuführen von Ladeluft. Zwecks Aufladung der Zylinder sind zwei in Reihe geschaltete, d. h. in Reihe angeordnete, Abgasturbolader 2, 4 vorgesehen, die jeweils eine im Abgasabführsystem 1 angeordnete Turbine 2a, 4a und einen im Ansaugsystem angeordneten Verdichter 3, 5 umfassen.
Ein erster Abgasturbolader 2 bildet die Niederdruckstufe 2 und ein zweiter Abgasturbolader 4 die Hochdruckstufe 4, wobei die zweite Turbine 4a des zweiten Abgasturboladers 4 als Radialturbine 4a ausgebildet ist und stromaufwärts der ersten Turbine 2a des ersten Abgasturboladers 2 im Abgasabführsystem 1 angeordnet ist. Die erste Turbine 2a ist eine Axialturbine 2a.
Die zweite in Radialbauweise ausgeführte Turbine 4a verfügt über ein rundum verlaufendes Spiralgehäuse 4b, so dass die Abgasströmung im Eintrittsbereich 4e und die Anströmung des Laufrades 4d im Wesentlichen radial erfolgt. Der Austrittsbereich 4f der Radialturbine 4a verläuft koaxial zur Welle 4c der zweiten Abgasturboladers 4, so dass die Abströmung des Abgases im Austrittsbereich 4f der Radialturbine 4a im Wesentlichen axial erfolgt.
Die erste Turbine 2a der Niederdruckstufe 2 ist in Axialbauweise ausgeführt, deren Eintrittsbereich 2e koaxial zur Welle 2c der Axialturbine 2a verläuft, so dass die Zuströmung des Abgases zum Laufrad 2d der Axialturbine 2a im Wesentlichen axial erfolgt. Zudem verläuft der Eintrittsbereich 2e koaxial zum Austrittsbereich 4f der stromaufwärts gelegenen Radialturbine 4a, so dass das Abgas nach Durchströmen der Radialturbine 4a nicht umgelenkt wird bzw. nicht umgelenkt werden muss, um der Axialturbine 2a zugeführt zu werden. Durch Strömungsumlenkung verursachte Druckverluste werden auf diese Weise vermieden, so dass ein energiereiches Abgas im Eintrittsbereich 2e der Axialturbine 2a stromaufwärts des Laufrades 2d bereitsteht. Dem Abgas kann daher mehr Energie in der Niederdruckstufe 2 entzogen werden. Der Wirkungsgrad der Abgasturboaufladung wird dadurch verbessert, d. h. erhöht.
Die koaxiale Ausbildung des Austrittsbereichs 4f der Radialturbine 4a mit dem Eintrittsbereich 2e der Axialturbine 2a führt zu einem sehr kompakten Zwischenstück 6 im Abgasabführsystem 1 zwischen den Turbinen 2a, 4a, das kurz ist, ein kleines Volumen und eine geringe Masse aufweist und damit nur über eine geringe thermische Trägheit verfügt.
Die Axialturbine 2a verfügt austrittsseitig über ein rundum verlaufendes Spiralgehäuse 2b, über welches das Abgas im Austrittsbereich 2f der Axialturbine 2a im Wesentlichen radial abgeführt wird.
Die erste Turbine 2a ist größer ausgelegt als die zweite Turbine 4a, da sich in der ersten Turbine 2a ein Abgasstrom entspannt, der bereits infolge des Durchlaufens der Hochdruckstufe 4 einen geringeren Druck und eine geringere Dichte aufweist.
Bei der in der 1 dargestellten Ausführungsform verfügt die erste Turbine 2a über eine Leiteinrichtung 2g, die im Abschnitt 6 des Abgasabführsystems 1 zwischen den Turbinen 2a, 4a angeordnet ist. Der Geschwindigkeitsvektor der Anströmung im Eintrittsbereich 2e der Axialturbine 2a erhält dadurch eine radiale Komponente zur Welle der Axialturbine 2a, wodurch der Wirkungsgrad der Turbine 2a nochmals erhöht wird.
Bezugszeichenliste

1: Abgasabführsystem
2: erster Abgasturbolader, Niederdruckstufe
2a: erste Turbine, Axialturbine
2b: erstes Turbinengehäuse, Gehäuse der ersten Turbine
2c: Welle der ersten Turbine
2d: Laufrad der ersten Turbine
2e: Eintrittsbereich der ersten Turbine
2f: Austrittsbereich der ersten Turbine
2g: Leiteinrichtung
3: erster Verdichter
4: zweiter Abgasturbolader, Hochdruckstufe
4a: zweite Turbine, Radialturbine
4b: zweites Turbinengehäuse, Gehäuse der zweiten Turbine
4c: Welle der zweiten Turbine
4d: Laufrad der zweiten Turbine
4e: Eintrittsbereich der zweiten Turbine
4f: Austrittsbereich der zweiten Turbine
5: zweiter Verdichter
6: Abschnitt des Abgasabführsystems, Zwischenstück
AGR: Abgasrückführung
m_AGR: Masse an zurückgeführtem Abgas
m_Frischluft: Masse an zugeführter Frischluft bzw. Verbrennungsluft
x_AGR: Abgasrückführrate

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1640596 A1 [0002]
EP 1710415 A1 [0024, 0027]

Claims

Aufgeladene Brennkraftmaschine mit – einem Ansaugsystem zum Zuführen von Ladeluft, – einem Abgasabführsystem (1) zum Abführen des Abgases, – mindestens einer Abgasrückführung, und – mindestens zwei in Reihe geschalteten Abgasturboladern (2, 4), die jeweils eine im Abgasabführsystem (1) angeordnete Turbine (2a, 4a) und einen im Ansaugsystem angeordneten Verdichter (3, 5) umfassen und von denen ein erster Abgasturbolader (2) als Niederdruckstufe (2) und ein zweiter Abgasturbolader (4) als Hochdruckstufe (4) dient, wobei die zweite Turbine (4a) des zweiten Abgasturboladers (4) stromaufwärts der ersten Turbine (2a) des ersten Abgasturboladers (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die zweite Turbine (4a) eine Radialturbine (4a) ist, deren Austrittsbereich (4f) koaxial zur Welle (4c) der Radialturbine (4a) verläuft und ausgebildet ist, so dass die Abströmung des Abgases aus der Radialturbine (4a) im Wesentlichen axial erfolgt, und – die erste Turbine (2a) eine Axialturbine (2a) ist, deren Eintrittsbereich (2e) koaxial zur Welle (2c) der Axialturbine (2a) und koaxial zum Austrittsbereich (4f) der zweiten Turbine (4a) verläuft und ausgebildet ist, so dass die Zuströmung des Abgases zur Axialturbine (2a) im Wesentlichen axial erfolgt.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Verdichter (5) des zweiten Abgasturboladers (4) stromabwärts des ersten Verdichters (3) des ersten Abgasturboladers (2) im Ansaugsystem angeordnet ist.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Verdichter (5) des zweiten Abgasturboladers (4) und der erste Verdichter (3) des ersten Abgasturboladers (2) parallel im Ansaugsystem angeordnet sind.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verdichter (3) größer ausgelegt ist als der zweite Verdichter (5).
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Turbine (2a) größer ausgelegt ist als die zweite Turbine (4a).
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Turbine (4a) des zweiten Abgasturboladers (4) eine variable Turbinengeometrie aufweist.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Bypassleitung vorgesehen ist, in der ein Absperrelement angeordnet ist und die stromaufwärts der zweiten Turbine (4a) vom Abgasabführsystem (1) abzweigt und stromabwärts dieser zweiten Turbine (4a) wieder in das Abgasabführsystem (1) mündet.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zwecke der Abgasabblasung eine zweite Bypassleitung vorgesehen ist, die stromaufwärts der ersten Turbine (2a) vom Abgasabführsystem (1) abzweigt und stromabwärts dieser ersten Turbine (2a) wieder in das Abgasabführsystem (1) mündet, wobei zur Steuerung der Abgasabblasung ein Absperrelement in der zweiten Bypassleitung vorgesehen ist.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verdichter (3) mit einer dritten Bypassleitung ausgestattet ist, die stromabwärts des ersten Verdichters (3) aus dem Ansaugsystem abzweigt.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verdichter (3) eine feste, nicht veränderbare Verdichtergeometrie aufweist.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine vierte Bypassleitung vorgesehen ist, die stromaufwärts des zweiten Verdichters (5) vom Ansaugsystem abzweigt und stromabwärts dieses zweiten Verdichters (5) wieder in das Ansaugsystem mündet, wobei in dieser vierten Bypassleitung ein Absperrelement angeordnet ist.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Verdichter (3, 5) ein Ladeluftkühler im Ansaugsystem angeordnet ist.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialturbine (2a) über mindestens ein Laufrad (2d) verfügt, wobei stromaufwärts des mindestens einen Laufrades (2d) eine Leiteinrichtung (2g) im Eintrittsbereich (2e) vorgesehen ist.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialturbine (4a) über mindestens ein Laufrad (4d) verfügt, wobei stromaufwärts des mindestens einen Laufrades (4d) eine Leiteinrichtung im Eintrittsbereich (4e) vorgesehen ist.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein zwischen dem Austrittsbereich (4f) der Radialturbine (4a) und dem Eintrittsbereich (2e) der Axialturbine (2a) vorgesehener Abschnitt (6) des Abgasabführsystems (1) verjüngt.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialturbine (2a) über einen Austrittsbereich (2f) zum Abführen des Abgases verfügt, wobei dieser Austrittsbereich (2f) über ein Spiralgehäuse (2b) verfügt.