DE102015015101B3

DE102015015101B3 - Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung sowie entsprechende Antriebseinrichtung

Info

Publication number: DE102015015101B3
Application number: DE102015015101.0A
Authority: DE
Inventors: Torsten Rausch; Perry Betzler; Martin Gruber; Nils Arnold
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2015-11-21
Filing date: 2015-11-21
Publication date: 2017-03-23
Anticipated expiration: 2035-11-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (1), die eine Brennkraftmaschine (2) mit ersten Zylindern (3) und zweiten Zylindern (4) sowie einen ersten Abgasturbolader (7) und einen zweiten Abgasturbolader (10) aufweist, wobei an den ersten Abgasturbolader (7) eine erste Abgasleitung (13), die mit den ersten Zylindern (3) und den zweiten Zylindern (4) verbunden ist, und an den zweiten Abgasturbolader (10) eine zweite Abgasleitung (14), die mit den zweiten Zylindern (4) verbunden ist, angeschlossen ist, wobei die erste Abgasleitung (13) und die zweite Abgasleitung (14) stromaufwärts der Abgasturbolader (7, 10) miteinander strömungsverbunden sind, und wobei die Abgasturbolader (7, 10) über eine gemeinsame Frischgasleitung (25) an die Brennkraftmaschine (2) angeschlossen sind. Dabei ist vorgesehen, dass stromabwärts der Abgasturbolader (7, 10) ein elektrisch angetriebener Verdichter (27) an die Frischgasleitung (25) angeschlossen ist, der zumindest in einem ersten Betriebsbereich (36) und/oder einem ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine (2) zum Zuführen von Frischgas zu der Brennkraftmaschine (2) betrieben wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung, die eine Brennkraftmaschine mit ersten Zylindern und zweiten Zylindern sowie einen ersten Abgasturbolader und einen zweiten Abgasturbolader aufweist, wobei an den ersten Abgasturbolader eine erste Abgasleitung, die mit den ersten Zylindern und den zweiten Zylindern verbunden ist, und an den zweiten Abgasturbolader eine zweite Abgasleitung, die mit den zweiten Zylindern verbunden ist, angeschlossen ist, wobei die erste Abgasleitung und die zweite Abgasleitung stromaufwärts der Abgasturbolader miteinander strömungsverbunden sind, und wobei die Abgasturbolader über eine gemeinsame Frischgasleitung an die Brennkraftmaschine angeschlossen sind. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung.
Die Antriebseinrichtung dient beispielsweise dem Antreiben eines Kraftfahrzeugs, insoweit also dem Bereitstellen eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Drehmoments. Die Antriebseinrichtung verfügt über die Brennkraftmaschine, mittels welcher das Drehmoment erzeugt werden kann. Die Brennkraftmaschine verfügt ihrerseits über die ersten Zylinder und die zweiten Zylinder, welche derselben Zylinderbank oder unterschiedlichen Zylinderbänken der Brennkraftmaschine zugeordnet sein können. Stets sind die ersten Zylinder und die zweiten Zylinder jedoch voneinander verschieden.
Es kann vorgesehen sein, dass die ersten Zylinder und die zweiten Zylinder derselben Zylinderbank zugeordnet sind, also beispielsweise gemeinsam eine Brennkraftmaschine mit einer einzigen Zylinderbank ausbilden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die ersten Zylinder einer ersten Zylinderbank und die zweiten Zylinder einer zweiten Zylinderbank der Brennkraftmaschine zugeordnet sind, wobei die beiden Zylinderbänke derselben Brennkraftmaschine zugeordnet sind. Die Zylinderbänke können grundsätzlich in einer beliebigen Anordnung vorliegen. Beispielsweise sind die Zylinderbänke in V-Anordnung zueinander angeordnet.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift JP H03-033430 A beziehungsweise JP 1991-033430 bekannt. Diese zeigt ebenfalls eine Antriebseinrichtung mit einer Brennkraftmaschine sowie zwei Abgasturboladern. Aus dem Stand der Technik sind weiterhin die Druckschriften DE 20 2014 105 002 U1 und DE 10 2009 060 339 A1 bekannt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere in unterschiedlichen Lastbereichen der Antriebseinrichtung stets eine optimale Leistung bei bestmöglicher Effizienz zur Verfügung stellt. Zusätzlich oder alternativ dient des Verfahren einer Senkung der Schadstoffmenge, welche von der Brennkraftmaschine erzeugt wird, sowie einer Verringerung der Schadstoffemissionen, welche von der Antriebseinrichtung ausgestoßen werden, insbesondere durch einen schnelleren Warmlauf einer Abgasnachbehandlungseinrichtung.
Die wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass stromabwärts der Abgasturbolader ein elektrisch angetriebener Verdichter an die Frischgasleitung angeschlossen ist, der zumindest in einem ersten Betriebsbereich und/oder einem ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine zum Zuführen von Frischgas zu der Brennkraftmaschine betrieben wird.
Der Brennkraftmaschine sind mehrere Abgasturbolader, nämlich der erste Abgasturbolader und der zweite Abgasturbolader zugeordnet. Die Abgasturbolader dienen einer Erhöhung der Effizienz und/oder einer Erhöhung der Leistung der Brennkraftmaschine. Den Abgasturboladern ist von der Brennkraftmaschine erzeugtes Abgas zuführbar. Die Abgasturbolader können dem Abgas Strömungsenergie und/oder Enthalpie entnehmen und in kinetische Energie umwandeln. Diese wird wiederum zum Verdichten von Frischgas aufgewandt, welches der Brennkraftmaschine während ihres Betriebs zugeführt wird.
Vorzugsweise weist der Abgasturbolader eine erste Abgasturbine sowie einen ersten Verdichter und der zweite Abgasturbolader eine zweite Abgasturbine sowie einen zweiten Verdichter auf. Die erste Abgasturbine ist mit dem ersten Verdichter und die zweite Abgasturbine mit dem zweiten Verdichter wirkverbunden, insbesondere jeweils ausschließlich. Die erste Abgasturbine dient insoweit dem Antreiben des ersten Verdichters und die zweite Abgasturbine dem Antreiben des zweiten Verdichters. Das Abgas der Brennkraftmaschine wird während ihres Betriebs entweder nur der ersten Abgasturbine, nur der zweiten Abgasturbine oder beiden Abgasturbinen zugeführt. Selbstverständlich kann es auch vorgesehen sein, dass Abgas der Brennkraftmaschine um die Abgasturbinen herumzuführen, sodass keine der Abgasturbinen mit dem Abgas beaufschlagt wird.
Die Antriebseinrichtung weist weiterhin die erste Abgasleitung sowie die zweite Abgasleitung auf. Die erste Abgasleitung ist einerseits mit den ersten Zylindern und den zweiten Zylindern verbunden beziehungsweise strömungsverbunden, während sie andererseits an den ersten Abgasturbolader angeschlossen ist. Über die erste Abgasleitung kann also Abgas von den ersten Zylindern und den zweiten Zylindern dem ersten Abgasturbolader zugeführt werden. Die zweite Abgasleitung ist einerseits mit den zweiten Zylindern verbunden beziehungsweise strömungsverbunden und andererseits an den zweiten Abgasturbolader angeschlossen. Vorzugsweise ist die zweite Abgasleitung auf ihrer dem zweiten Abgasturbolader abgewandten Seite nur an die zweiten Zylinder, also nicht an die ersten Zylinder angeschlossen. Über die zweite Abgasleitung ist folglich Abgas der zweiten Zylinder dem zweiten Abgasturbolader beziehungsweise dessen Abgasturbine zuführbar.
Die beiden Abgasleitungen, nämlich die erste Abgasleitung und die zweite Abgasleitung, sind stromaufwärts der Abgasturbolader miteinander strömungsverbunden oder zumindest strömungsverbindbar. Das bedeutet, dass in wenigstens einer Betriebsart der Antriebseinrichtung Abgas aus der ersten Abgasleitung in die zweite Abgasleitung oder umgekehrt strömen kann. Anders ausgedrückt kommunizieren die beiden Abgasleitungen stromaufwärts der Abgasturbolader beziehungsweise der Abgasturbinen miteinander. In der Strömungsverbindung zwischen der ersten Abgasleitung und der zweiten Abgasleitung kann eine Querschnittsverstelleinrichtung vorliegen, mittels welcher ein Durchströmungsquerschnitt der Strömungsverbindung einstellbar ist. Bevorzugt ist dabei die Strömungsverbindung mittels der Querschnittsverstelleinrichtung unterbrechbar, insoweit also wahlweise entweder zumindest teilweise freigegeben oder unterbrochen.
Die Abgasturbolader sind über die gemeinsame Frischgasleitung an die Brennkraftmaschine angeschlossen. Entsprechend führen die Verdichter der beiden Abgasturbolader das von ihnen geförderte beziehungsweise verdichtete Frischgas der Frischgasleitung und über diese der Brennkraftmaschine zu. Das Frischgas kann Frischluft sein oder – im Falle einer externen Abgasrückführung – ein Frischluft-Abgas-Gemisch mit beliebigen Anteilen an Frischgas und Abgas. Ist die Abgasrückführung vorgesehen, so wird das Abgas stromaufwärts der Abgasturbolader beziehungsweise der Verdichter der Frischluft zur Erzeugung des Abgas-Frischluft-Gemischs zugeführt.
Zusätzlich zu den beiden Abgasturboladern ist der elektrisch angetriebene Verdichter vorgesehen, mittels welchem ebenfalls Frischluft beziehungsweise das Abgas-Frischluft-Gemisch der Brennkraftmaschine zugeführt werden kann. Vorzugsweise wird der Verdichter ausschließlich elektrisch angetrieben, ist also nicht Bestandteil eines dritten Abgasturboladers, wenn gleich dies selbstverständlich ebenfalls vorgesehen sein kann. Auch der erste Abgasturbolader und/oder der zweite Abgasturbolader können selbstverständlich mit einer elektrischen Maschine ausgerüstet sein, mittels welchen sie unterstützbar sind. Das bedeutet, dass der Verdichter des jeweiligen Abgasturboladers nicht lediglich mithilfe der entsprechenden Abgasturbine, sondern zusätzlich mithilfe der elektrischen Maschine angetrieben werden kann. Besonders bevorzugt ist den Abgasturboladern jedoch keine derartige elektrische Maschine zugeordnet, sodass die Verdichter der Abgasturbolader ausschließlich mithilfe der jeweiligen Abgasturbine antreibbar sind.
Der elektrisch angetriebene Verdichter ist stromabwärts der Abgasturbolader an die Frischgasleitung angeschlossen. Der Frischgasleitung kann also mittels des ersten Abgasturboladers, des zweiten Abgasturboladers und des dritten Verdichters Frischgas zugeführt werden, jeweils mit beliebigen Massenströmen. Insoweit kann es vorgesehen sein, dass lediglich mithilfe des ersten Abgasturboladers, lediglich mithilfe des zweiten Abgasturboladers oder lediglich mithilfe des Verdichters der Frischgasleitung das Frischgas zugeführt wird. Auch beliebige Kombinationen sind jedoch realisierbar, sodass beispielsweise der Frischgasleitung Frischgas von dem ersten Abgasturbolader mit einem ersten Frischgasmassenstrom, von dem zweiten Abgasturbolader mit einem zweiten Frischgasmassenstrom und von dem elektrisch angetriebenen Verdichter mit einem dritten Frischgasmassenstrom zugeführt wird, wobei jeder der Frischgasmassenströme beliebig gewählt, insbesondere auch gleich null sein kann.
Besonders bevorzugt ist der elektrische angetriebene Verdichter parallel zu dem ersten Abgasturbolader und dem zweiten Abgasturbolader an die Frischgasleitung angeschlossen. Alternativ kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass der elektrisch angetriebene Verdichter mit diesen in Reihe geschaltet ist, wobei er vorzugsweise eine Bypassleitung aufweist, also nicht permanent betrieben werden muss. Über die Bypassleitung kann in diesem Fall von dem ersten Abgasturbolader und/oder dem zweiten Abgasturbolader bereitgestelltes Frischgas um den elektrisch angetriebenen Verdichter herumgeführt werden.
Der elektrisch angetriebene Verdichter wird zumindest in dem ersten Betriebsbereich und/oder dem ersten Betriebszustand verwendet, um der Brennkraftmaschine beziehungsweise der Frischgasleitung Frischgas zuzuführen. Der erste Betriebsbereich ist beispielsweise ein Niedrigstlastbereich, bei welchem die Drehzahl der Brennkraftmaschine kleiner ist als eine erste Drehzahlschwelle und/oder das Drehmoment der Brennkraftmaschine kleiner ist als eine erste Drehmomentschwelle. Zusätzlich oder alternativ kann der elektrisch angetriebene Verdichter in dem ersten Betriebszustand betrieben werden.
Der erste Betriebszustand ist beispielsweise ein Kaltstartbetriebszustand der Brennkraftmaschine oder ein Transientbetriebszustand, in welchem die Brennkraftmaschine mit sich verändernder Drehzahl und/oder sich veränderndem Drehmoment betrieben wird. Der Kaltstartbetriebszustand der Brennkraftmaschine liegt beispielsweise vor, wenn die Brennkraftmaschine nach einer längeren Standzeit des Kraftfahrzeugs gestartet wird, oder wenn sie bei dem Start eine Temperatur aufweist, die kleiner ist als eine erste Temperaturschwelle.
Der erste Betriebsbereich umfasst wenigstens eine, vorzugsweise mehrere Betriebspunkte der Brennkraftmaschine. Der Betriebspunkt beziehungsweise die Betriebspunkte zeichnen sich durch Vorliegen einer bestimmten Drehzahl und/oder eines bestimmten Drehmoments aus. Der erste Betriebsbereich umfasst insoweit beispielsweise einen ersten Drehzahlbereich und/oder einen ersten Drehmomentbereich. Liegt die momentane Drehzahl der Brennkraftmaschine in dem ersten Drehzahlbereich und/oder das momentan von der Brennkraftmaschine erzeugte Drehmoment in dem ersten Drehmomentbereich, so liegt entsprechend der momentane Betriebspunkt der Brennkraftmaschine in dem ersten Betriebsbereich, sodass der elektrisch angetriebene Verdichter betrieben wird, um der Brennkraftmaschine Frischgas zuzuführen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass in dem ersten Betriebsbereich nur die zweiten Zylinder betrieben werden. Entsprechend liegt eine Teilabschaltung der Brennkraftmaschine beziehungsweise eine Zylinderabschaltung der ersten Zylinder vor, welche in dem ersten Betriebsbereich stillgelegt, also nicht betrieben werden. Durch die Verwendung lediglich eines Teils der Zylinder, nämlich der zweiten Zylinder, kann in dem ersten Betriebsbereich, in welchem ohnehin lediglich eine geringe Drehzahl beziehungsweise ein geringes Drehmoment bereitgestellt werden soll, die Effizienz der Brennkraftmaschine deutlich verbessert werden.
Durch das Betreiben ausschließlich der zweiten Zylinder wird zunächst lediglich der zweiten Abgasleitung Abgas zugeführt. Wobei jedoch die beiden Abgasleitungen miteinander in Strömungsverbindung stehen beziehungsweise in Strömungsverbindung bringbar sind, kann es vorgesehen sein, dass Abgas aus der zweiten Abgasleitung der ersten Abgasleitung zugeführt wird. Es kann weiter vorgesehen sein, dass in dem ersten Betriebsbereich lediglich der zweite Abgasturbolader betrieben wird, welchem also über die zweite Abgasleitung Abgas der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass in dem ersten Betriebsbereich der erste Abgasturbolader und der zweite Abgasturbolader stillgelegt sind, wozu beispielsweise das von der Brennkraftmaschine in dem ersten Betriebsbereich erzeugte Abgas um die Abgasturbolader herumgeführt wird. Zu diesem Zweck kann zumindest dem zweiten Abgasturbolader ein Wastegate zugeordnet sein.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass in einem zweiten Betriebsbereich und/oder einem zweiten Betriebszustand der Brennkraftmaschine nur der zweite Abgasturbolader zum Zuführen von Frischgas zu der Brennkraftmaschine betrieben wird und nur die zweiten Zylinder betrieben werden. Der zweite Betriebsbereich zeichnet sich durch eine höhere Drehzahl und/oder ein höheres Drehmoment aus als der erste Betriebsbereich. Insbesondere entspricht die Drehzahl zumindest der ersten Drehzahlschwelle und/oder das Drehmoment zumindest der ersten Drehmomentschwelle. Vorzugsweise ist in dem zweiten Betriebsbereich jedoch die Drehzahl kleiner als eine zweite Drehzahlschwelle und/oder das Drehmoment kleiner als eine zweite Drehmomentschwelle.
In dem zweiten Betriebsbereich sind der erste Abgasturbolader und der elektrisch angetriebene Verdichter stillgelegt, sodass lediglich der zweite Abgasturbolader betrieben wird, um der Brennkraftmaschine Frischgas zuzuführen. Weiterhin sind die ersten Zylinder stillgelegt, sodass analog zu dem ersten Betriebsbereich und/oder dem ersten Betriebszustand lediglich die zweiten Zylinder betrieben werden.
Diese Vorgehensweise kann auch bei Vorliegen des zweiten Betriebszustands durchgeführt werden. Der zweite Betriebszustand ist beispielsweise ein Warmlaufbetriebszustand der Brennkraftmaschine oder ein Zylinderabschaltungsbetriebszustand, welcher wiederum insbesondere bei Vorliegen des momentanen Betriebspunkts der Brennkraftmaschine in dem zweiten Betriebsbereich vorgenommen wird. Der Warmlaufbetriebszustand liegt vorzugsweise vor, wenn die Temperatur zumindest der ersten Temperaturschwelle entspricht, jedoch kleiner ist als eine zweite Temperaturschwelle. Die zweite Temperaturschwelle ist dabei größer als die erste Temperaturschwelle und entspricht beispielsweise einer Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass in einem dritten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine nur der zweite Abgasturbolader zum Zuführen von Frischgas zu der Brennkraftmaschine betrieben wird und die ersten Zylinder sowie die zweiten Zylinder betrieben werden. In dem dritten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine entspricht die momentane Drehzahl der Brennkraftmaschine zumindest der zweiten Drehzahlschwelle und/oder das momentane erzeugte Drehmoment der zweiten Drehmomentschwelle. Vorzugsweise ist jedoch die Drehzahl kleiner als eine dritte Drehzahlschwelle und/oder das Drehmoment kleiner als eine dritte Drehmomentschwelle. Auf diese Art und Weise ist zum Beispiel ein effizienter Betrieb der Brennkraftmaschine möglich, wenn bei vergleichsweise geringer Drehzahl ein hohes Drehmoment bereitgestellt werden soll.
In dem dritten Betriebsbereich ist der erste Abgasturbolader stillgelegt. Es werden jedoch alle Zylinder der Brennkraftmaschine, nämlich sowohl die ersten Zylinder als auch die zweiten Zylinder befeuert betrieben. Vorzugsweise ist in dem dritten Betriebsbereich der elektrisch angetriebene Verdichter stillgelegt, wird also nicht zum Zuführen von Frischgas zu der Brennkraftmaschine betrieben.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass in einem vierten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine nur der erste Abgasturbolader zum Zuführen von Frischgas zu der Brennkraftmaschine betrieben wird und die ersten Zylinder sowie die zweiten Zylinder betrieben werden. In dem vierten Betriebsbereich entspricht vorzugsweise die Drehzahl zumindest der dritten Drehzahlschwelle und/oder das Drehmoment zumindest der dritten Drehmomentschwelle. Besonders bevorzugt ist jedoch die Drehzahl kleiner als eine vierte Drehzahlschwelle und/oder das Drehmoment kleiner als eine vierte Drehmomentschwelle. Analog zu dem dritten Betriebsbereich werden in dem vierten Betriebsbereich alle Zylinder der Brennkraftmaschine befeuert betrieben, also sowohl die ersten Zylinder als auch die zweiten Zylinder. Im Gegensatz zu dem dritten Betriebsbereich wird der erste Abgasturbolader, nicht jedoch der zweite Abgasturbolader betrieben, um der Brennkraftmaschine Frischgas zuzuführen. Vielmehr ist in dem vierten Betriebsbereich der zweite Abgasturbolader stillgelegt. Dies gilt besonders bevorzugt auch für den elektrisch angetriebenen Verdichter.
Schließlich kann in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass in einem fünften Betriebsbereich der Brennkraftmaschine beide Abgasturbolader zum Zuführen von Frischgas zu der Brennkraftmaschine und die ersten Zylinder sowie die zweiten Zylinder betrieben werden. In dem fünften Betriebsbereich entspricht vorzugsweise die Drehzahl zumindest der vierten Drehzahlschwelle und/oder das Drehmoment zumindest der vierten Drehmomentschwelle. Besonders bevorzugt sind für den fünften Betriebsbereich die Drehzahl und/oder das Drehmoment nicht nach oben begrenzt. In dem fünften Betriebsbereich kann insoweit die maximale Leistung der Brennkraftmaschine abgerufen werden.
Entsprechend werden beide Abgasturbolader betrieben, um der Brennkraftmaschine eine ausreichende Menge an Frischgas bereitzustellen. Ebenso werden sowohl die ersten Zylinder als auch die zweiten Zylinder befeuert betrieben. Es kann vorgesehen sein, dass in dem fünften Betriebsbereich zusätzlich der elektrisch angetriebene Verdichter der Brennkraftmaschine Frischgas zuführt, sodass die Frischgasmenge weiter erhöht wird. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der elektrisch angetriebene Verdichter in dem fünften Betriebsbereich zumindest zeitweise, insbesondere durchgehend, stillgelegt ist.
Eingangs wurde erläutert, dass der elektrisch angetriebene Verdichter in dem ersten Betriebszustand betrieben werden soll, wobei dieser beispielsweise als Transientbetriebszustand vorliegt. Unter dem Transientbetriebszustand ist dabei ein Betriebszustand der Brennkraftmaschine zu verstehen, in welchem sich beispielsweise die Drehzahl und/oder das Drehmoment ändert oder in welchem ein Übergang zwischen einem der vorstehend erläuterten Betriebsbereiche in einen anderen der Betriebsbereiche vorliegt.
Es kann insoweit vorgesehen sein, dass der elektrisch angetriebene Verdichter innerhalb des momentanen Betriebsbereichs stillgelegt ist und lediglich betrieben wird, wenn aus einem der Betriebsbereiche in einen anderen der Betriebsbereiche gewechselt wird, um beispielsweise das Umschalten zwischen den Abgasturboladern möglichst übergangsfrei zu gestalten. Wird beispielsweise bei dem Wechsel des Betriebsbereichs einer der Abgasturbolader stillgelegt, während der jeweils andere Abgasturbolader in Betrieb genommen wird, so kann es ohne den elektrisch angetriebenen Verdichter zu einem vorübergehenden Leistungsabfall der Brennkraftmaschine kommen. Dies wird durch entsprechenden Betrieb des elektrisch angetriebenen Verdichters vorzugsweise kompensiert.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der elektrisch angetriebene Verdichter stets betrieben wird, wenn sich die Drehzahl und/oder das Drehmoment der Brennkraftmaschine verändern, also ein transienter Betrieb der Brennkraftmaschine vorliegt. Entsprechend wird der elektrisch angetriebene Verdichter nur dann stillgelegt, wenn die Brennkraftmaschine quasistationär betrieben wird, also die Drehzahl und/oder das Drehmoment im Wesentlichen konstant bleiben. Beispielsweise wird der elektrisch angetriebene Verdichter zum Zuführen von Frischgas verwendet, wenn sich die Drehzahl und/oder das Drehmoment der Brennkraftmaschine erhöhen, nicht jedoch bei einer Verringerung von Drehzahl und/oder Drehmoment.
Es soll darauf hingewiesen werden, dass die Betriebsbereiche, also der erste Betriebsbereich, der zweite Betriebsbereich, der dritte Betriebsbereich, der vierte Betriebsbereich und der fünfte Betriebsbereich bezüglich der Drehzahl und/oder des Drehmoments benachbart, insbesondere unmittelbar aneinander angrenzend, sein oder überlappend, insbesondere nur teilweise überlappend, vorliegend können.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der ersten Abgasleitung ein erstes Abgasmassenstromstellelement und der zweiten Abgasleitung ein zweites Abgasmassenstromstellelement zugeordnet ist, wobei mittels des ersten Abgasmassenstromstelleelements ein erster Abgasmassenstrom durch die erste Abgasleitung und mittels des zweiten Abgasmassenstromstellelements ein zweiter Abgasmassenstrom durch die zweite Abgasleitung eingestellt wird. Zusätzlich oder alternativ kann mithilfe des ersten Abgasmassenstromstellelements der erste Abgasmassenstrom durch den ersten Abgasturbolader beziehungsweise dessen Abgasturbine und mithilfe des zweiten Abgasmassenstromstellelements der zweite Abgasmassenstrom durch den zweiten Abgasturbolader beziehungsweise dessen Abgasturbine eingestellt werden.
Entsprechend dienen die Abgasmassenstromstellelemente dem Einstellen der Abgasmassenströme, welche den Abgasturboladern zugeführt werden. Grundsätzlich können die Abgasmassenstromstellelemente beliebig in den Abgasleitungen vorliegen. Vorzugsweise ist jedoch das erste Abgasmassenstromstellelement stromabwärts des ersten Abgasturboladers in der ersten Abgasleitung und das zweite Abgasmassenstromstellelement stromabwärts des zweiten Abgasturboladers in der zweiten Abgasleitung angeordnet. Selbstverständlich kann alternativ das erste Abgasmassenstromstellelement und/oder das zweite Abgasmassenstromstellelement stromaufwärts des jeweiligen Abgasturboladers vorliegen, vorzugsweise jedoch stromabwärts der Strömungsverbindung zwischen der ersten Abgasleitung und der zweiten Abgasleitung.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei die Antriebseinrichtung eine Brennkraftmaschine mit ersten Zylindern und zweiten Zylindern sowie einen ersten Abgasturbolader und einen zweiten Abgasturbolader aufweist, wobei an den ersten Abgasturbolader eine erste Abgasleitung, die mit den ersten Zylindern und den zweiten Zylindern verbunden ist, und an den zweiten Abgasturbolader eine zweite Abgasleitung, die mit den zweiten Zylindern verbunden ist, angeschlossen ist, wobei die erste Abgasleitung und die zweite Abgasleitung stromaufwärts der Abgasturbolader miteinander strömungsverbunden sind, und wobei die Abgasturbolader über eine gemeinsame Frischgasleitung an die Brennkraftmaschine angeschlossen sind. Dabei ist vorgesehen, dass stromabwärts der Abgasturbolader ein elektrisch angetriebener Verdichter an die Frischgasleitung angeschlossen ist, der zumindest in einem ersten Betriebsbereich und/oder einen ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine zum Zuführen von Frischgas zu der Brennkraftmaschine betreibbar ist.
Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Antriebseinrichtung beziehungsweise einer derartigen Vorgehensweise wurde bereits hingewiesen. Sowohl die Antriebseinrichtung als auch das Verfahren können gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
Wie bereits erläutert, ist der elektrisch angetriebene Verdichter vorzugsweise parallel zu dem ersten Abgasturbolader und/oder dem zweiten Abgasturbolader an die Frischgasleitung angeschlossen. Der Verdichter kann auf seiner der Frischgasleitung abgewandten Seite, also auf seiner Saugseite, an einen Luftfilter der Antriebseinrichtung angeschlossen sein. Entsprechend fördert der elektrisch angetriebene Verdichter Frischgas beziehungsweise Frischluft über den Luftfilter aus einer Außenumgebung der Antriebseinrichtung. Selbstverständlich können auch der erste Abgasturbolader und/oder der zweite Abgasturbolader an denselben Luftfilter angeschlossen sein. Vorzugsweise fördern diese jedoch über einen separaten weiteren Luftfilter Frischgas beziehungsweise Frischluft aus der Außenumgebung.
Alternativ kann es selbstverständlich vorgesehen sein, dass der elektrisch angetriebene Verdichter Frischgas aus einem Ladeluftkühler fördert, über welchen der erste Abgasturbolader und/oder der zweite Abgasturbolader an die Frischgasleitung angeschlossen sind. In diesem Fall kann es vorgesehen sein, dass der elektrisch angetriebene Verdichter einer Nachverdichtung des bereits mithilfe des ersten Abgasturboladers und/oder des zweiten Abgasturboladers vorverdichteten Frischgases dient, welches dem elektrisch angetriebenen Verdichter über den Ladeluftkühler zugeführt wird.
Selbstverständlich kann der Ladeluftkühler auch derart ausgestaltet sein, dass er ein Zuführen von Frischgas zu dem elektrisch angetriebenen Verdichter auch dann ermöglicht, wenn der erste Abgasturbolader und/oder der zweite Abgasturbolader stillgelegt sind. Bei einer derartigen Ausgestaltung der Antriebseinrichtung kann der elektrisch angetriebene Verdichter über den Ladeluftkühler Frischgas beziehungsweise Frischluft ansaugen, insbesondere unmittelbar aus der Außenumgebung. In diesem Fall ist beispielsweise der vorstehend erwähnte Luftfilter stromaufwärts des Ladeluftkühlers vorgesehen und beispielsweise über ein Rückschlagventil an den Ladeluftkühler angeschlossen. In diesem Fall dient der Ladeluftkühler dem Kühlen des von dem elektrisch angetriebenen Verdichter angesaugten Frischgases vor seiner Verdichtung.
Selbstverständlich kann der Ladeluftkühler stromabwärts des elektrisch angetriebenen. Verdichters in der Frischgasleitung vorliegen, sodass mithilfe des Ladeluftkühlers das von dem ersten Abgasturbolader, dem zweiten Abgasturbolader und/oder dem elektrisch angetriebenen Verdichter bereitgestellte Frischgas gekühlt werden kann, bevor es der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass der Ladeluftkühler strömungstechnisch zwischen dem ersten Abgasturbolader und dem zweiten Abgasturbolader einerseits und dem elektrisch angetriebenen Verdichter andererseits vorliegt, wobei stromaufwärts des elektrisch angetriebenen Verdichters ein weiterer Ladeluftkühler in der Frischgasleitung vorliegt. Entsprechend kann mithilfe des Ladeluftkühlers das von dem ersten Abgasturbolader und/oder dem zweiten Abgasturbolader verdichtete Frischgas gekühlt werden. Dieses Frischgas und/oder das von dem elektrisch angetriebenen Verdichter zusätzlich zugeführte Frischgas kann nachfolgend mithilfe des weiteren Ladeluftkühlers weitergekühlt werden.
In einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen der Frischgasleitung und dem zweiten Abgasturbolader ein erstes Rückschlagventil, zwischen der Frischgasleitung und dem zweiten Abgasturbolader ein zweites Rückschlagventil und zwischen der Frischgasleitung und dem elektrisch angetriebenen Verdichter ein drittes Rückschlagventil strömungstechnisch angeschlossen ist. Die Rückschlagventile dienen der Verhinderung einer Rückströmung des Frischgases in Richtung des jeweiligen Abgasturboladers beziehungsweise Verdichters, wenn dieser nicht in Betrieb ist oder auf seiner Druckseite einen zu geringen Druck bereitstellt. Das erste Rückschlagventil und das zweite Rückschlagventil können stromaufwärts des Ladeluftkühlers vorliegen, also strömungstechnisch zwischen dem ersten Abgasturbolader und dem zweiten Abgasturbolader und dem Ladeluftkühler.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die ersten Zylinder und die zweiten Zylinder jeweils zumindest ein erstes Gasauslassventil und zumindest ein zweites Gasauslassventil aufweisen, wobei die erste Abgasleitung an die ersten Gasauslassventile und die zweiten Gasauslassventile der ersten Zylinder sowie an die ersten Gasauslassventile der zweiten Zylinder und die zweite Abgasleitung an die zweiten Gasauslassventile der zweiten Zylinder angeschlossen ist. Jeder Zylinder der Brennkraftmaschine, also sowohl alle ersten Zylinder als auch alle zweiten Zylinder, sind mit mehreren Gasauslassventilen, nämlich zumindest dem ersten Gasauslassventil und dem wenigstens einen zweiten Gasauslassventil ausgestattet. Die Gasauslassventile dienen dem Auslassen von Abgas aus dem jeweiligen Zylinder in Richtung der entsprechenden Abgasleitung.
Die erste Abgasleitung ist nun an alle Gasauslassventile der ersten Zylinder, also sowohl an die ersten Gasauslassventile als auch die zweiten Gasauslassventile, strömungstechnisch angeschlossen. Entsprechend wird während des Betriebs der Brennkraftmaschine das gesamte in den ersten Zylindern anfallende Abgas in die erste Abgasleitung ausgestoßen. Zusätzlich ist die erste Abgasleitung an die ersten Gasauslassventile der zweiten Zylinder angeschlossen, sodass zumindest zeitweise auch Abgas der zweiten Zylinder in Richtung der ersten Abgasleitung aus diesen ausgestoßen wird.
Die zweite Abgasleitung ist dagegen lediglich an die zweiten Gasauslassventile der zweiten Zylinder unmittelbar angeschlossen. Während somit das Abgas aus den ersten Zylindern stets der ersten Abgasleitung unmittelbar zugeführt wird, kann durch entsprechendes Ansteuern der ersten Gasauslassventile und der zweiten Gasauslassventile der zweiten Zylinder festgelegt werden, ob das Abgas aus den zweiten Zylindern nur der ersten Abgasleitung, nur der zweiten Abgasleitung oder sowohl der ersten Abgasleitung als auch der zweiten Abgasleitung unmittelbar zugeführt wird. Selbstverständlich kann jedoch aufgrund der Strömungsverbindung zwischen den Abgasleitungen auch Abgas von den ersten Zylindern der zweiten Abgasleitung zugeführt werden, jedoch nicht aufgrund einer (nicht vorhandenen) unmittelbaren Anbindung der zweiten Abgasleitung an die ersten Zylinder, sondern lediglich mittelbar über die erste Abgasleitung. Umgekehrt gilt entsprechendes.
Bei geringeren Lasten sind die zweiten Gasauslassventile der zweiten Zylinder deaktiviert, bleiben also geschlossen, während sie für höhere Lasten aktiviert sind, wobei Abgas über sie in die zweite Abgasleitung gelangt. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass_. die zweiten Gasauslassventile zumindest der zweiten Zylinder in dem ersten Betriebsbereich deaktiviert und in dem zweiten Betriebsbereich aktiviert sind. Dies kann zusätzlich oder optional ebenso für die zweiten Gasauslassventile der ersten Zylinder gelten.
Schließlich ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der erste Abgasturbolader und der zweite Abgasturbolader für unterschiedliche Maximalabgasmassenströme ausgelegt sind. Beispielsweise ist der erste Abgasturbolader für einen größeren Maximalabgasmassenstrom ausgelegt als der zweite Abgasturbolader. Unter dem Maximalabgasmassenstrom ist vorzugsweise derjenige Abgasmassenstrom zu verstehen, welcher maximal durch den jeweiligen Abgasturbolader hindurchströmen kann. Der Maximalabgasmassenstrom ist beispielsweise durch einen Durchströmungsquerschnitt der jeweiligen Abgasturbine begrenzt, in welchem bei Vorliegen des Maximalabgasmassenstroms eine Überschallströmung erreicht wird.
Eine besonders bevorzugte weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der erste Abgasturbolader und der zweite Abgasturbolader über einen gemeinsamen Ladeluftkühler oder jeweils über einen Ladeluftkühler an die Frischgasleitung angeschlossen sind. Auf das mögliche Vorliegen des Ladeluftkühlers wurde vorstehend bereits hingewiesen. Es kann vorgesehen sein, dass beide Abgasturbolader das von Ihnen geförderte Frischgas demselben Ladeluftkühler zuführen, sodass dieser als gemeinsamer Ladeluftkühler vorliegt. Alternativ können selbstverständlich separate Ladeluftkühler vorliegen, wobei ein erster Ladeluftkühler zwischen dem ersten Abgasturbolader und der Frischgasleitung und ein zweiter Ladeluftkühler zwischen dem zweiten Abgasturbolader und der Frischgasleitung, wobei der zweite Abgasturbolader von dem ersten Abgasturbolader verschieden ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung mit einer Brennkraftmaschine sowie mehreren Abgasturboladern, und
2 ein Diagramm, in welchem ein Drehmoment über einer Drehzahl aufgetragen ist und unterschiedliche Betriebsbereiche der Brennkraftmaschine dargestellt sind.
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung 1, die eine Brennkraftmaschine 2 aufweist. Die Brennkraftmaschine 2 weist mehrere erste Zylinder 3 sowie mehrere zweite Zylinder 4 auf. Die ersten Zylinder 3 sind beispielsweise einem ersten Zylinderblock 5 und die zweiten Zylinder 4 einem zweiten Zylinderblock 6 zugeordnet. Weiterhin verfügt die Antriebseinrichtung 1 über einen ersten Abgasturbolader 7 mit einer ersten Abgasturbine 8 sowie einem ersten Verdichter 9 und über einen zweiten Abgasturbolader 10, der eine zweite Abgasturbine 11 und einen zweiten Verdichter 12 aufweist. Der erste Verdichter 9 ist dabei mittels der ersten Abgasturbine 8 und der zweite Verdichter 12 mittels der zweiten Abgasturbine 11 antreibbar. Zu diesem Zweck sind die Verdichter 9 und 12 der Abgasturbolader 7 und 10 mit der jeweiligen Abgasturbine 8 beziehungsweise 11 wirkverbunden, insbesondere über eine gemeinsame Welle. Die Abgasturbolader 7 und 10 beziehungsweise ihre Abgasturbinen 8 und 11 sind vorzugsweise auf unterschiedliche Maximalabgasmassenströme ausgelegt.
Der erste Abgasturbolader 7 beziehungsweise seine Abgasturbine 8 ist über eine erste Abgasleitung 13 an die Brennkraftmaschine angeschlossen. Der zweite Abgasturbolader 10 dagegen beziehungsweise seine Abgasturbine 11 ist über eine zweite Abgasleitung 14 mit der Brennkraftmaschine 2 strömungsverbunden. Es ist erkennbar, dass die erste Abgasleitung 13 sowohl an die ersten Zylinder 3 als auch an die zweiten Zylinder 4 angeschlossen ist, wohingegen die zweite Abgasleitung 14 lediglich an die zweiten Zylinder 4 angeschlossen ist. Dies ist beispielsweise realisiert, indem jeder der Zylinder 3 und 4 über jeweils zwei hier nicht dargestellte Auslassventile verfügt, nämlich über ein erstes Auslassventil und ein zweites Auslassventil.
Die erste Abgasleitung 13 ist nun sowohl an die ersten Auslassventile als auch an die zweiten Auslassventile der ersten Zylinder 3 und zusätzlich an die ersten Auslassventile der zweiten Zylinder 4 angeschlossen. Die zweite Abgasleitung 14 ist dagegen lediglich an die zweiten Auslassventile der zweiten Zylinder 4 angeschlossen. Beispielsweise ist den ersten Zylindern 3 beziehungsweise ihren Auslassventilen ein gemeinsamer Abgaskrümmer 15 zugeordnet, über welchen die erste Abgasleitung 13 mit den ersten Zylindern 3 strömungsverbunden ist. Ein weiterer Abgaskrümmer 16 ist einerseits an die ersten Auslassventile der zweiten Zylinder 4 und andererseits an die erste Abgasleitung 13 angeschlossen. Noch ein Abgaskrümmer 17 ist einerseits an die zweiten Auslassventile der zweiten Zylinder 4 und andererseits an die zweite Abgasleitung 14 angeschlossen.
Vorzugsweise sind die Abgasleitungen 13 und 14 stromaufwärts der Abgasturbolader 7 und 10 miteinander strömungsverbunden, insbesondere über eine Verbindungsleitung 18. Beispielsweise ist die Verbindungsleitung 18 an die Abgaskrümmer 15, 16 und 17 angeschlossen, wobei die Abgaskrümmer 15 und 16 einen Teil der Abgasleitung 13 und der Abgaskrümmer 17 einen der das Abgasleitung 14 darstellen. Es ist vorgesehen, dass stromaufwärts der Verbindungsleitung 18 das Abgas der ersten Zylinder 3, das durch die ersten Auslassventile austretende Abgas der zweiten Zylinder 4 und das durch die zweiten Auslassventile austretende Abgas der zweiten Zylinder 4 jeweils für sich genommen bereits zusammengeführt ist.
Stromabwärts des ersten Abgasturboladers 7 ist in der ersten Abgasleitung 13 ein erstes Abgasmassenstromstellelement 19 vorgesehen. Mithilfe des ersten Abgasmassenstromstellelements 19 ist der Abgasmassenstrom durch den ersten Abgasturbolader 7 beziehungsweise dessen Abgasturbine 8 einstellbar. Analog hierzu ist stromabwärts des zweiten Abgasturboladers 10 in der zweiten Abgasleitung 14 ein zweites Abgasmassenstromstellelement 20 vorgesehen, mittels welchem ein zweiter Abgasmassenstrom durch den zweiten Abgasturbolader 10 beziehungsweise dessen Abgasturbine 11 eingestellt werden kann.
Die Abgasturbolader 7 und 10 beziehungsweise ihre Verdichter 9 und 12 dienen dem Ansaugen und Verdichten von Frischgas. Beispielsweise wird das Frischgas auf Saugseiten 21 und 22 der Verdichter 9 und 12 angesaugt und in Richtung von Druckseiten 23 und 24 der Verdichter 9 und 12 gefördert. Von dort wird das Frischgas einer Frischgasleitung 25 zugeführt, über welche die Abgasturbolader 7 und 10 beziehungsweise ihre Verdichter 9 und 12 an die Brennkraftmaschine 2 angeschlossen sind. Beispielsweise ist die Frischgasleitung 25 auf ihrer den Abgasturboladern 7 und 10 abgewandten Seite an Einlassventile der Zylinder 3 und 4, vorzugsweise also aller Zylinder 3 und 4 der Brennkraftmaschine angeschlossen.
Zwischen den Abgasturboladern 7 und 10 und der Brennkraftmaschine 2 beziehungsweise ihren Zylindern 3 und 4 kann ein Ladeluftkühler 26 vorliegen. Dieser ist also strömungstechnisch zwischen den Verdichtern 9 und 12 einerseits sowie der Frischgasleitung 25 andererseits angeschlossen. Stromabwärts der Abgasturbolader 7 und 10 ist ein elektrisch angetriebener Verdichter 27 an die Frischgasleitung 25 angeschlossen. Der elektrisch angetriebene Verdichter 27 wird mittels einer elektrischen Maschine 28 angetrieben und fördert Frischgas von seiner Saugseite 29 auf seine Druckseite 30. Auf seiner Saugseite 29 ist der Verdichter 27 vorzugsweise an einen Luftfilter 31 angeschlossen, über welchen er Frischgas in Form von Frischluft unmittelbar aus einer Außenumgebung der Antriebseinrichtung 1 fördern kann.
Alternativ kann der Verdichter 27 auf seiner Saugseite 29 jedoch auch an den Ladeluftkühler 26 angeschlossen sein. Weiterhin kann alternativ eine Stellventileinrichtung vorgesehen sein, mittels welcher der elektrisch angetriebene Verdichter 27 wahlweise in Reihe oder parallel zu den Verdichtern 9 und 12 geschaltet werden kann. Bei einer Parallelschaltung ist beispielsweise der hier gezeigte Aufbau vorgesehen, während in der Reihenschaltung dem Verdichter 27 Frischgas von den Verdichtern 9 und 12 zugeführt und von dem Verdichter 27 weiter verdichtet und anschließend in Richtung der Brennkraftmaschine 2 gefördert wird.
Um ein Rückströmen von verdichtetem Frischgas aus der Frischgasleitung 25 in Richtung der Verdichter 9, 12 und 27 zu verhindern, sind Rückschlagventile 32, 33 und 34 vorgesehen. Das Rückschlagventil 32 liegt dabei strömungstechnisch zwischen dem Verdichter 9 und der Frischgasleitung 25 beziehungsweise dem Ladeluftkühler 26 und das Rückschlagventil 33 zwischen dem Verdichter 12 und der Frischgasleitung 25 beziehungsweise dem Ladeluftkühler 26 vor. Das Rückschlagventil 34 ist zwischen dem elektrisch angetriebenen Verdichter 27 und der Frischgasleitung 25 vorgesehen, insbesondere stromabwärts des Ladeluftkühlers 26. Bevorzugt lassen die Rückschlagventile 32, 33 und 34 lediglich eine Strömungsrichtung in Richtung der Frischgasleitung 25 zu und unterbinden eine Strömung in die umgekehrte Richtung, also in Richtung des Verdichters 9, 12 oder 27.
Die 2 zeigt ein Diagramm, in welchem ein Drehmoment M der Brennkraftmaschine 2 über ihrer Drehzahl n aufgetragen ist. Eine Kennlinie 35 beschreibt das bei ihrer Drehzahl n mögliche maximale Drehmoment M_max. Angedeutet sind unterschiedliche Betriebsbereiche der Brennkraftmaschine 2, welche jedoch rein exemplarisch sind. Nach unten ist die Kennlinie 35 von einer Leerlaufdrehzahl n₀ der Brennkraftmaschine 2 begrenzt. Für alle Betriebsbereiche gilt insoweit, dass n ≥ n₀ sein muss. In einem ersten Betriebsbereich 36 gilt n₀ ≤ n < n₁ und M < M₁. Ein zweiter Betriebsbereich 37 liegt in den Grenzen n₀ ≤ n < n₁ und M₁ ≤ M < M₂ sowie ein dritter Betriebsbereich 38 in dem Bereich n₀ ≤ n < n₁ sowie M₂ ≤ M < M₃ vor.
Auch können die Betriebsbereiche 36, 37, 38, 39 und 40 grundsätzlich beliebig definiert sein, also in beliebigen Bereichen vorliegen. Die Betriebsbereiche 36, 37, 38, 39 und 40 können, müssen jedoch nicht unmittelbar aneinander angrenzen, insbesondere hinsichtlich der Drehzahl n und/oder des Drehmoments M. Für einen vierten Betriebsbereich 39 gelten die Grenzen n₁ ≤ n < n₂ und M₀ ≤ M < M₃. Ein fünfter Betriebsbereich 40 schließt sich für n₂ ≤ n und M₀ ≤ M an. Der fünfte Betriebsbereich 40 ist in Richtung größerer Drehzahlen n und größerer Drehmomente M nicht beziehungsweise nur durch die Kennlinie 37 begrenzt.
Weiterhin kann die Brennkraftmaschine 2 in unterschiedlichen Betriebszuständen vorliegen, nämlich beispielsweise einem ersten Betriebszustand und einem zweiten Betriebszustand. Der erste Betriebszustand liegt beispielsweise bei einem Kaltstartbetriebszustand und/oder einem Transientbetriebszustand der Brennkraftmaschine 2 vor, während der zweite Betriebszustand einem Warmlaufbetriebszustand der Brennkraftmaschine 2 entspricht. Der Kaltstartbetriebszustand ist beispielsweise gegeben, wenn bei einem Starten der Brennkraftmaschine 2 ihre Temperatur kleiner ist als eine bestimmte erste Temperatuschwelle. Ist dagegen die erste Temperaturschwelle von der Temperatur der Brennkraftmaschine 2 überschritten, ist jedoch weiterhin kleiner als eine zweite Temperaturschwelle, so liegt der Warmlaufbetriebszustand vor. Die zweite Temperaturschwelle entspricht beispielsweise einer Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine.
Der Transientbetriebszustand liegt beispielsweise bei einem Wechsel des Betriebsbereichs von einem mit der Betriebsbereiche 36, 37, 38, 39 beziehungsweise 40 in einen anderen der Betriebsbereiche 36, 37, 38, 39 oder 40 vor. Alternativ kann der Transientbetriebszustand auch stets dann vorliegen, wenn sich die Drehzahl n der Brennkraftmaschine 2 und/oder das von ihr bereitgestellte Drehmoment M verändern, insbesondere auch innerhalb der Betriebsbereiche 36, 37, 38, 39 und 40.
Es ist vorgesehen, dass in dem ersten Betriebsbereich und/oder dem ersten Betriebszustand der elektrisch angetriebene Verdichter 27 betrieben wird, um der Brennkraftmaschine 2 Frischgas zuzuführen. Liegt der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 2, welcher sich durch Drehzahl n und/oder Drehmoment M zusammensetzt, in dem ersten Betriebsbereich 36, so sind vorzugsweise die Abgasturbolader 7 und 10 abgestellt. Ebenso kann es vorgesehen sein, dass in dem ersten Betriebsbereich nur die zweiten Zylinder 4 betrieben werden, während die ersten Zylinder 3 abgestellt sind. Beispielsweise wird der elektrisch angetriebene Verdichter 27 ausschließlich in dem ersten Betriebsbereich 36 und/oder bei Vorliegen des ersten Betriebszustands betrieben.
Zusammenfassend ist es also in dem ersten Betriebsbereich 36 vorgesehen, der Brennkraftmaschine 2 lediglich mittels des elektrisch angetriebenen Verdichters 27 Frischgas zuzuführen, während zudem nur die zweiten Zylinder 4 betrieben werden. Liegt dagegen der erste Betriebszustand vor, so kann es unabhängig von dem Betriebsbereich 36, 37, 38, 39 oder 40 vorgesehen sein, den elektrisch angetriebenen Verdichter 27 zum Zuführen von Frischgas zu der Brennkraftmaschine 2 zu betreiben, insbesondere unabhängig davon, ob die ersten Zylinder 3, die zweiten Zylinder 4 oder sowohl die ersten Zylinder 3 als auch die zweiten Zylinder 4 betrieben werden.
In dem zweiten Betriebsbereich 37 ist es dagegen vorgesehen, dass nur der zweite Abgasturbolader 10 zum Zuführen von Frischgas zu der Brennkraftmaschine 2 betrieben wird und zudem nur die zweiten Zylinder 4 betrieben werden. Dies kann zu dem unabhängig von dem Betriebsbereich 36, 37, 38, 39 oder 40 der Fall sein, wenn der zweite Betriebszustand vorliegt, also beispielsweise der Warmlaufbetriebszustand.
In dem dritten Betriebsbereich 38 soll nur der zweite Abgasturbolader 10 zum Zuführen von Frischgas zu der Brennkraftmaschine 2 betrieben werden. Im Gegensatz zu dem zweiten Betriebsbereich 37 werden in dem dritten Betriebsbereich 38 jedoch sowohl die ersten Zylinder 3 als auch die zweiten Zylinder 4 befeuert betrieben. Der vierte Betriebsbereich 39 ermöglicht einen äußerst effizienten Betrieb der Brennkraftmaschine 2, auch bei einem hohen Drehmoment M, jedoch nur bei begrenzter Drehzahl, nämlich für n < n₂. In dem vierten Betriebsbereich 39 wird nur der erste Abgasturbolader 7 zum Zuführen von Frischgas zu der Brennkraftmaschine 2 betrieben. Analog zu dem dritten Betriebsbereich 38 werden alle Zylinder 3 und 4 an der Brennkraftmaschine 2 befeuert betrieben.
Der fünfte Betriebsbereich 40 stellt schließlich ein Hochleistungsbetriebsbereich dar. In ihm werden beide Abgasturbolader 7 und 10 zum Zuführen von Frischgas zu der Brennkraftmaschine 2 verwendet. Zudem werden alle Zylinder 3 und 4 der Brennkraftmaschine 2 befeuert betrieben. Zusätzlich kann es in dem fünften Betriebsbereich 40 vorgesehen sein, den elektrisch angetriebenen Verdichter 27 zu verwenden, um den Frischgasmassenstrom in Richtung der Brennkraftmaschine 2 weiter zu erhöhen.
Mit der beschriebenen Vorgehensweise zum Betreiben der Antriebseinrichtung 1 beziehungsweise der Brennkraftmaschine 2 kann bereits bei niedrigen Drehzahlen n ein hohes Drehmoment M erzielt werden. Dies ermöglicht eine sportliche Beschleunigung des Kraftfahrzeugs, insbesondere ausgehend aus einem Stillstand. Durch die Verwendung des elektrisch angetriebenen Verdichters 27 in dem ersten Betriebszustand beziehungsweise dem Transientbetriebszustand ist es möglich, zwischen den Abgasturboladern 7 und 10 ohne Drehmomenteinbruch umzuschalten, also beispielsweise von dem zweiten Abgasturbolader 10 auf den ersten Abgasturbolader 7 bei einem Wechsel von dem zweiten Betriebsbereich 37 oder dem dritten Betriebsbereich 38 in den vierten Betriebsbereich 39 oder den fünften Betriebsbereich 40.
Auch können mit der dargestellten Vorgehensweise die Rohemissionen der Brennkraftmaschine 2 verringert werden, also die Emission, welche von der Brennkraftmaschine 2 unmittelbar ausgestoßen werden. Zudem ermöglicht sie einen schnelleren Warmlauf beziehungsweise ein schnelleres Erreichen einer Betriebstemperatur einer Abgasnachbehandlungseinrichtung.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (1), die eine Brennkraftmaschine (2) mit ersten Zylindern (3) und zweiten Zylindern (4) sowie einen ersten Abgasturbolader (7) und einen zweiten Abgasturbolader (10) aufweist, wobei an den ersten Abgasturbolader (7) eine erste Abgasleitung (13), die mit den ersten Zylindern (3) und den zweiten Zylindern (4) verbunden ist, und an den zweiten Abgasturbolader (10) eine zweite Abgasleitung (14), die mit den zweiten Zylindern (4) verbunden ist, angeschlossen ist, wobei die erste Abgasleitung (13) und die zweite Abgasleitung (14) stromaufwärts der Abgasturbolader (7, 10) miteinander strömungsverbunden sind, und wobei die Abgasturbolader (7, 10) über eine gemeinsame Frischgasleitung (25) an die Brennkraftmaschine (2) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Abgasturbolader (7, 10) ein elektrisch angetriebener Verdichter (27) an die Frischgasleitung (25) angeschlossen ist, der zumindest in einem ersten Betriebsbereich (36) und/oder einem ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine (2) zum Zuführen von Frischgas zu der Brennkraftmaschine (2) betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Betriebsbereich (36) nur die zweiten Zylinder (4) betrieben werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Betriebsbereich (37) und/oder einem zweiten Betriebszustand der Brennkraftmaschine (2) nur der zweite Abgasturbolader (10) zum Zuführen von Frischgas zu der Brennkraftmaschine (2) betrieben wird und nur die zweiten Zylinder (4) betrieben werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Betriebsbereich (38) der Brennkraftmaschine (2) nur der zweite Abgasturbolader (10) zum Zuführen von Frischgas zu der Brennkraftmaschine (2) betrieben wird und die ersten Zylinder (3) sowie die zweiten Zylinder (4) betrieben werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vierten Betriebsbereich (39) der Brennkraftmaschine (2) nur der erste Abgasturbolader (7) zum Zuführen von Frischgas zu der Brennkraftmaschine (2) betrieben wird und die ersten Zylinder (3) sowie die zweiten Zylinder (4) betrieben werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem fünften Betriebsbereich (40) der Brennkraftmaschine (2) beide Abgasturbolader (7, 10) zum Zuführen von Frischgas zu der Brennkraftmaschine (2) und die ersten Zylinder (3) sowie die zweiten Zylinder (4) betrieben werden.
Antriebseinrichtung (1), die eine Brennkraftmaschine (2) mit ersten Zylindern (3) und zweiten Zylindern (4) sowie einen ersten Abgasturbolader (7) und einen zweiten Abgasturbolader (10) aufweist, wobei an den ersten Abgasturbolader (7) eine erste Abgasleitung (13), die mit den ersten Zylindern (3) und den zweiten Zylindern (4) verbunden ist, und an den zweiten Abgasturbolader (10) eine zweite Abgasleitung (14), die mit den zweiten Zylindern (4) verbunden ist, angeschlossen ist, wobei die erste Abgasleitung (13) und die zweite Abgasleitung (14) stromaufwärts der Abgasturbolader (7, 10) miteinander strömungsverbunden sind, und wobei die Abgasturbolader (7, 10) über eine gemeinsame Frischgasleitung (25) an die Brennkraftmaschine (2) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Abgasturbolader (7, 10) ein elektrisch angetriebener Verdichter (27) an die Frischgasleitung (25) angeschlossen ist, der zumindest in einem ersten Betriebsbereich (36) und/oder einem ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine (2) zum Zuführen von Frischgas zu der Brennkraftmaschine (2) betreibbar ist.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Frischgasleitung (25) und dem ersten Abgasturbolader (7) ein erstes Rückschlagventil (43), zwischen der Frischgasleitung (25) und dem zweiten Abgasturbolader (10) ein zweites Rückschlagventil (33) und zwischen der Frischgasleitung (25) und dem elektrisch angetriebenen Verdichter (27) ein drittes Rückschlagventil (34) strömungstechnisch angeschlossen ist.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Zylinder (3) und die zweiten Zylinder (4) jeweils zumindest ein erstes Gasauslassventil und zumindest ein zweites Gasauslassventil aufweisen, wobei die erste Abgasleitung (13) an die ersten Gasauslassventile und die zweiten Gasauslassventile der ersten Zylinder (3) sowie an die ersten Gasauslassventile der zweiten Zylinder (4) und die zweite Abgasleitung (14) an die zweiten Gasauslassventile der zweiten Zylinder (4) angeschlossen ist.
Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abgasturbolader (7) und der zweite Abgasturbolader (10) für unterschiedliche Maximalabgasmassenströme ausgelegt sind.