DE102016200988A1

DE102016200988A1 - Verfahren zum Betreiben einer parallel aufgeladenen Brennkraftmaschine mit Waste-Gate-Turbine und Brennkraftmaschine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens

Info

Publication number: DE102016200988A1
Application number: DE102016200988.5A
Authority: DE
Inventors: Klemens Grieser; Ulrich Kramer; Helmut Ruhland; Ludwig Stump
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-01-25
Filing date: 2016-01-25
Publication date: 2017-07-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei der – jeder Zylinder (3) mindestens zwei Auslassöffnungen (4, 4a, 4b) aufweist, von denen mindestens eine als zuschaltbare Auslassöffnung (4a) ausgebildet ist, – die Abgasleitungen (5a) der zuschaltbaren Auslassöffnungen (4a) zu einer ersten Gesamtabgasleitung (7a) zusammenführen, welche mit der Turbine (8a) eines ersten Abgasturboladers (8) verbunden ist, – die Abgasleitungen (5b) der anderen Auslassöffnungen (4b) zu einer zweiten Gesamtabgasleitung (7b) zusammenführen, welche mit der Turbine (9a) eines zweiten Abgasturboladers (9) verbunden ist, – die zweit Turbine (9a) mit einer zweiten Bypassleitung (9c) ausgeführt ist, und – jede zuschaltbare Auslassöffnung (4a) mit einem schaltbaren Hubventil ausgestattet ist. Es soll ein Verfahren aufgezeigt werden, mit dem sich das transiente Verhalten der Brennkraftmaschine verbessern lässt. Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren, bei dem – die erste Turbine (8a) aktiviert wird, indem die zu den schaltbaren Auslassöffnungen (4a) gehörenden schaltbaren Hubventile sukzessive zugeschaltet werden, und – eine durch die zweite Turbine (9a) hindurchgeführte abnehmende Abgasmenge durch Verstellen des in der zweiten Bypassleitung (9c) vorgesehenen Absperrelements (9a) kompensiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf mit mindestens zwei Zylindern, bei der

– jeder Zylinder mindestens zwei Auslassöffnungen zum Abführen der Abgase aufweist, von denen mindestens eine als zuschaltbare Auslassöffnung ausgebildet ist, wobei sich an jede Auslassöffnung eine Abgasleitung zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem anschließt,
– mindestens zwei Abgasturbolader vorgesehen sind, wobei jeder Abgasturbolader eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine umfasst,
– die Abgasleitungen der zuschaltbaren Auslassöffnungen der mindestens zwei Zylinder unter Ausbildung eines ersten Abgaskrümmers zu einer ersten Gesamtabgasleitung zusammenführen, welche mit der Turbine des ersten Abgasturboladers verbunden ist,
– die Abgasleitungen der anderen Auslassöffnungen der mindestens zwei Zylinder unter Ausbildung eines zweiten Abgaskrümmers zu einer zweiten Gesamtabgasleitung zusammenführen, welche mit der Turbine des zweiten Abgasturboladers verbunden ist,
– die Turbine des zweiten Abgasturboladers als Waste-Gate-Turbine ausgeführt ist, wobei stromaufwärts dieser zweiten Turbine eine zweite Bypassleitung unter Ausbildung eines zweiten Knotenpunktes vom Abgasabführsystem abzweigt und ein Absperrelement in der zweiten Bypassleitung vorgesehen ist, und
– jede zuschaltbare Auslassöffnung mit einem schaltbaren Hubventil ausgestattet ist, wobei ein abgeschaltetes Hubventil die zugehörige Auslassöffnung abschaltet und sich ein zugeschaltetes Hubventil zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung unter Ausbildung eines Ventilhubs ∆h_max bewegt und dabei die zugehörige Auslassöffnung während einer Öffnungsdauer ∆t_max freigibt.

Des Weiteren betrifft die Erfindung eine aufgeladene Brennkraftmaschine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Brennkraftmaschine insbesondere Ottomotoren, aber auch Dieselmotoren und Hybrid-Brennkraftmaschinen, die ein Hybrid-Brennverfahren nutzen, sowie 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.
Brennkraftmaschinen verfügen über einen Zylinderblock und mindestens einen Zylinderkopf, die zur Ausbildung der Zylinder an einer Montage-Stirnseite miteinander verbunden werden. Um den Ladungswechsel zu steuern, benötigt eine Brennkraftmaschine Steuerorgane – in der Regel in Gestalt von Hubventilen – und Betätigungseinrichtungen zur Betätigung dieser Steuerorgane. Jedes Hubventil bewegt sich unter Ausbildung, d. h. Vollziehen eines Ventilhubs zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung und gibt dabei die ventilzugehörige Öffnung während einer Öffnungsdauer frei. Der für die Bewegung des Ventils erforderliche Ventilbetätigungsmechanismus einschließlich des Ventils selbst wird als Ventiltrieb bezeichnet. Häufig dient der Zylinderkopf zur Aufnahme der Ventiltriebe.
Im Rahmen des Ladungswechsels erfolgt das Ausschieben der Verbrennungsgase über die Auslassöffnungen der Zylinder und das Füllen mit Ladeluft über die Einlassöffnungen. Es ist die Aufgabe der Ventiltriebe die Einlass- und Auslassöffnungen rechtzeitig freizugeben bzw. zu schliessen, wobei in der Regel eine schnelle Freigabe möglichst großer Strömungsquerschnitte angestrebt wird, um die Drosselverluste in den ein- bzw. ausströmenden Gasströmungen gering zu halten und eine möglichst gute Füllung der Zylinder sowie ein effektives Abführen der Abgase zu gewährleisten. Nach dem Stand der Technik werden die Zylinder daher auch häufig mit zwei oder mehr Einlass- bzw. Auslassöffnungen ausgestattet. Auch die mindestens zwei Zylinder der Brennkraftmaschine, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, sind mit mindestens zwei Auslassöffnungen ausgestattet.
Die Ansaugleitungen, die zu den Einlassöffnungen führen, und die Abgasleitungen, die sich an die Auslassöffnungen anschließen, sind nach dem Stand der Technik zumindest teilweise im Zylinderkopf integriert. Die Abgasleitungen der Zylinder werden in der Regel zu einer gemeinsamen Gesamtabgasleitung oder aber – wie bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine – gruppenweise zu zwei oder mehreren Gesamtabgasleitungen zusammengeführt. Die Zusammenführung von Abgasleitungen zu einer Gesamtabgasleitung wird im Allgemeinen und im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Abgaskrümmer bezeichnet, wobei das Teilstück der Gesamtabgasleitung, welches stromaufwärts einer in der Gesamtabgasleitung angeordneten Turbine liegt, erfindungsgemäß als zum Abgaskrümmer gehörend angesehen wird.
Stromabwärts der Krümmer werden die Abgase vorliegend zwecks Aufladung der Brennkraftmaschine den Turbinen von mindestens zwei Abgasturboladern zugeführt und gegebenenfalls einem oder mehreren Systemen zur Abgasnachbehandlung.
Die Vorteile eines Abgasturboladers beispielsweise im Vergleich zu einem mechanischen Lader bestehen 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.
Ein Abgasturbolader umfasst einen Verdichter und eine Turbine, die 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 mindestens zwei Zylinder erreicht wird. Gegebenenfalls ist eine Ladeluftkühlung vorgesehen, mit der die komprimierte Ladeluft vor Eintritt in die Zylinder gekühlt wird.
Die Aufladung dient in erster Linie der Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine. Die für den Verbrennungsprozess benötigte Luft wird dabei 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 Verbrennungsmotoren, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren, d. h. den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu verbessern.
Grundsätzlich ist man bemüht, die Turbine eines Abgasturboladers möglichst nahe an den Auslassöffnungen der Zylinder anzuordnen, um auf diese Weise zum einen die Abgasenthalpie der heißen Abgase, die maßgeblich vom Abgasdruck und der Abgastemperatur bestimmt wird, optimal nutzen zu können und zum anderen ein schnelles Ansprechverhalten der Turbine und damit des Turboladers zu gewährleisten. In diesem Zusammenhang wird daher auch grundsätzlich angestrebt, die thermische Trägheit und das Volumen des Leitungssystems zwischen den Auslassöffnungen der Zylinder und der Turbine zu minimieren, was durch Reduzierung der Masse und der Länge der Abgasleitungen erreicht werden kann.
Die Auslegung der Abgasturboladung bereitet häufig Schwierigkeiten, 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 beispielsweise die Motordrehzahl verringert, führt dies zu einem kleineren Abgasmassenstrom und damit zu einem kleineren Turbinendruckverhältnis. Dies hat zur Folge, dass zu niedrigeren Drehzahlen hin das Ladedruckverhältnis und der Ladedruck ebenfalls abnehmen, was gleichbedeutend ist mit einem Drehmomentabfall.
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. Eine derartige Turbine wird auch als Waste-Gate-Turbine bezeichnet. Überschreitet die Abgasmenge eine kritische Größe wird ein Teil des Abgasstroms im Rahmen der sogenannten Abgasabblasung mittels einer Bypassleitung an der Turbine vorbei geführt. Diese Vorgehensweise hat den Nachteil, dass das Aufladeverhalten bei höheren Drehzahlen bzw. größeren Abgasmengen unzureichend ist.
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 Verdichterkennfeld in vorteilhafter Weise aufgeweitet werden und zwar sowohl hin zu kleineren Verdichterströmen als auch hin zu größeren Verdichterströmen.
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, wobei in der Bypassleitung ein Absperrelement angeordnet ist, um den an der Hochdruckturbine vorbeigeführten Abgasstrom zu steuern. Das Ansprechverhalten einer derartig aufgeladenen Brennkraftmaschine ist deutlich verbessert gegenüber einer vergleichbaren Brennkraftmaschine mit einstufiger Aufladung, da die kleinere Hochdruckstufe weniger träge ist, d. h. sich das Laufzeug eines kleiner dimensionierten Abgasturboladers schneller beschleunigen lässt.
Die Drehmomentcharakteristik einer aufgeladenen Brennkraftmaschine kann des Weiteren durch mehrere parallel angeordnete Turbolader, d. h. durch mehrere parallel angeordnete Turbinen mit kleinerem Turbinenquerschnitt verbessert werden, wobei mit steigender Abgasmenge Turbinen sukzessive zugeschaltet werden.
Eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit mindestens zwei parallel angeordneten Turbinen ist auch Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Mindestens eine Turbine ist als zuschaltbare Turbine ausgebildet, welche nur bei größeren Abgasmengen mit Abgas beaufschlagt wird, d. h. aktiviert wird.
Um die Drehmomentcharakteristik weiter zu verbessern, wird jeder Zylinder der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit mindestens einer zuschaltbaren Auslassöffnung ausgestattet. Die Abgasleitungen von mindestens zwei Zylindern werden dann gruppenweise in der Art zusammen geführt, dass die Abgasleitungen der zuschaltbaren Auslassöffnungen und die Abgasleitungen der anderen Auslassöffnungen jeweils unter Ausbildung eines Abgaskrümmers zu einer Gesamtabgasleitung zusammengeführt werden.
Die Abgasleitungen der zuschaltbaren Auslassöffnungen führen zu der Turbine des ersten Abgasturboladers und die Abgasleitungen der anderen Auslassöffnungen zu der Turbine des zweiten Abgasturboladers. Die den zuschaltbaren Auslassöffnungen zugeordnete erste Turbine ist damit als zuschaltbare Turbine ausgebildet. Nur bei größeren Abgasmengen werden die zuschaltbaren Auslassöffnungen im Rahmen des Ladungswechsels geöffnet und dadurch die zuschaltbare Turbine aktiviert, d. h. mit Abgas beaufschlagt.
Im Vergleich zu Konzepten, bei denen stromaufwärts der beiden Turbinen ein einziges zusammenhängendes Abgasleitungssystem vorgesehen ist, verbessert sich durch die vorstehend beschriebene Gruppierung, d. h. die Verwendung zweier voneinander getrennter Abgassysteme, das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine insbesondere bei kleinen Abgasmengen spürbar; auch weil das Leitungsvolumen stromaufwärts der kontinuierlich von Abgas durchströmten zweiten Turbine durch diese Maßnahme verkleinert wird, was bei niedrigen Lasten bzw. Drehzahlen, d. h. geringen Abgasmengen, vorteilhaft ist und insbesondere das Ansprechverhalten verbessert.
Es ergeben sich aber auch Nachteile. Die Drehzahl der zuschaltbaren Turbine fällt bei Deaktivierung stark ab, so dass bei erneutem Zuschalten das Laufzeug dieser Turbine zunächst beschleunigt werden muss, um verdichterseitig den gewünschten Ladedruck generieren und bereitstellen zu können. Das Ansprechverhalten verschlechtert sich somit.
Um eine Mindestdrehzahl der zuschaltbaren Turbine sicherzustellen, könnte die zuschaltbare Turbine auch bei abgeschalteten Auslassöffnungen mit einem kleinen Abgasstrom versorgt werden. Hierzu müsste eine entsprechende Leitung den zweiten Abgaskrümmer mit der ersten Turbine gegebenenfalls unter Verwendung mindestens eines zusätzlichen Absperrelementes verbinden, wodurch aber die Komplexität und der Raumbedarf des Abgasleitungssystems stromaufwärts der Turbinen in unvorteilhafter Weise zunehmen. Darüber hinaus würde durch die Leitung eine Verbindung zwischen beiden Abgaskrümmern geschaffen und die oben beschriebene Gruppierung aufgehoben werden. Die durch die Verwendung zweier voneinander getrennter Abgaskrümmer erzielten Effekte würden zumindest abgeschwächt werden.
Ein weiterer Nachteil bei Einsatz einer zuschaltbaren Turbine der vorstehend beschriebenen Art, bei der zuschaltbare Auslassöffnungen als Mittel zum Schalten Verwendung finden, besteht darin, dass beim Zuschalten der Auslassöffnungen zwecks Zuschalten der ersten Turbine der durch die zweite Turbine geführte Abgasstrom schlagartig abnimmt, da dem Abgas während des Ladungswechsels nunmehr je Zylinder eine weitere Auslassöffnung, nämlich die zugeschaltete Auslassöffnung, zur Verfügung steht. Beim Zuschalten der ersten Turbine vermindert sich dann der mit dem zweiten Verdichter generierte Ladedruck abrupt. Der mit dem Ladedruckabfall einhergehende Drehmomentabfall ist unerwünscht. Insofern sind Maßnahmen erforderlich, um das transiente Verhalten der Abgasturboaufladung beim Zuschalten der ersten Turbine zu verbessern.
Vor dem Hintergrund des Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, mit dem sich die Abgasturboaufladung und die Drehmomentcharakteristik der Brennkraftmachine, insbesondere das transiente Verhalten, weiter verbessern lässt.
Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine aufgeladene Brennkraftmaschine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens bereitzustellen.
Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf mit mindestens zwei Zylindern, bei der

– jeder Zylinder mindestens zwei Auslassöffnungen zum Abführen der Abgase aufweist, von denen mindestens eine als zuschaltbare Auslassöffnung ausgebildet ist, wobei sich an jede Auslassöffnung eine Abgasleitung zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem anschließt,
– mindestens zwei Abgasturbolader vorgesehen sind, wobei jeder Abgasturbolader eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine umfasst,
– die Abgasleitungen der zuschaltbaren Auslassöffnungen der mindestens zwei Zylinder unter Ausbildung eines ersten Abgaskrümmers zu einer ersten Gesamtabgasleitung zusammenführen, welche mit der Turbine des ersten Abgasturboladers verbunden ist,
– die Abgasleitungen der anderen Auslassöffnungen der mindestens zwei Zylinder unter Ausbildung eines zweiten Abgaskrümmers zu einer zweiten Gesamtabgasleitung zusammenführen, welche mit der Turbine des zweiten Abgasturboladers verbunden ist,
– die Turbine des zweiten Abgasturboladers als Waste-Gate-Turbine ausgeführt ist, wobei stromaufwärts dieser zweiten Turbine eine zweite Bypassleitung unter Ausbildung eines zweiten Knotenpunktes vom Abgasabführsystem abzweigt und ein Absperrelement in der zweiten Bypassleitung vorgesehen ist, und
– jede zuschaltbare Auslassöffnung mit einem schaltbaren Hubventil ausgestattet ist, wobei ein abgeschaltetes Hubventil die zugehörige Auslassöffnung abschaltet und sich ein zugeschaltetes Hubventil zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung unter Ausbildung eines Ventilhubs ∆h_max bewegt und dabei die zugehörige Auslassöffnung während einer Öffnungsdauer ∆t_max freigibt, und

– ausgehend von abgeschalteten Auslassöffnungen die erste Turbine bei Überschreiten einer vorgebbaren Abgasmenge aktiviert wird, indem die zu den schaltbaren Auslassöffnungen gehörenden schaltbaren Hubventile sukzessive zugeschaltet und betätigt werden, um eine durch die erste Turbine hindurchgeführte Abgasmenge zu erhöhen, und
– eine durch die zweite Turbine hindurchgeführte abnehmende Abgasmenge durch Verstellen des in der zweiten Bypassleitung vorgesehenen Absperrelements kompensiert wird, in dem Umfang, dass ein angeforderter Ladedruck bereitgestellt wird.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die zuschaltbaren Auslassöffnungen, d. h. die zu den schaltbaren Auslassöffnungen gehörenden schaltbaren Hubventile beim Aktivieren der ersten Turbine nicht in einem Schritt zugeschaltet, sondern sukzessive nach und nach. D. h. nicht sämtliche schaltbaren Hubventile werden gleichzeitig und vollumfänglich zugeschaltet und betätigt. Das erfindungsgemäße sukzessive Zuschalten kann dabei ganz unterschiedlich erfolgen, d. h. ganz unterschiedliche Ausprägungen haben.
Eine erfindungsgemäße Variante ist dadurch charakterisiert, dass die Anzahl der zugeschalteten Auslassöffnungen beim Aktivieren der ersten Turbine sukzessive erhöht wird. Auf diese Weise wird die via den zugeschalteten Auslassöffnungen aus den Zylindern abgeführte Abgasmenge, d. h. der Abgasvolumenstrom, beim Zuschalten der ersten Turbine ebenfalls sukzessive, d. h. nach und nach, erhöht und nicht wie im Stand der Technik schlagartig in vollem Umfang. Infolgedessen nimmt der durch die zweite Turbine geführte Abgasstrom beim Zuschalten der ersten Turbine auch nicht abrupt ab und der aus dem Stand der Technik beobachtete Drehmomentabfall infolge eines Ladedruckverlustes wird vermindert.
Gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Variante sind die zuschaltbaren Auslassöffnungen mit Hubventilen ausgestattet, die nicht nur schaltbar sind, d. h. nicht nur zugeschaltet und abgeschaltet werden können. Vielmehr sind die für die zuschaltbaren Auslassöffnungen verwendeten Hubventile verstellbar in der Art, dass das Hubventil im Hinblick auf den Ventilhub ∆h und/oder die Öffnungsdauer ∆t verstellbar ist. Ein in diesem Sinne verstellbares Hubventil ist ein zumindest teilweise variables Hubventil, das mindestens drei unterschiedliche Ventilhübe ∆h₁, ∆h₂, ∆h₃ und/oder mindestens drei unterschiedliche Öffnungsdauern ∆t₁, ∆t₂, ∆t₃ zulässt.
Ein beispielsweise im Ventilhub ∆h verstellbares Hubventil ermöglicht erfindungsgemäß neben dem abgeschalteten Zustand ohne Hub und dem zugeschalteten Modus mit normalem Hub ∆h_max mindestens einen weiteren zugeschalteten Betätigungsmodus mit verringertem Hub oder mehrerer weitere zugeschaltete Betätigungsmodi mit verschiedenen Hüben. Als Hub wird dabei der maximale Hub des Ventils beim Durchlaufen der Ventilerhebungskurve des jeweiligen Modus angesehen und bezeichnet.
Ein verstellbares Hubventil im vorstehend genannten Sinne gestattet es, den Ventilhub ∆h sukzessive zu vergrößern. Auf diese Weise kann die via zugeschalteter Auslassöffnung aus einem Zylinder abgeführte Abgasmenge, d. h. der Abgasvolumenstrom, beim Zuschalten der ersten Turbine ebenfalls sukzessive, d. h. nach und nach, erhöht werden und braucht nicht schlagartig in vollem Umfang realisiert zu werden. Infolgedessen nimmt der durch die zweite Turbine geführte Abgasstrom beim Zuschalten der ersten Turbine auch nicht so abrupt ab und der aus dem Stand der Technik beobachtete Drehmomentabfall infolge eines Ladedruckverlustes bleibt aus bzw. schwächt sich ab.
Beim Zuschalten der schaltbaren Auslassöffnungen zwecks Aktivierung der ersten Turbine wird der Abgasstrom, mit welchem die erste Turbine beaufschlagt wird, nach und nach erhöht. Dabei wird das Laufzeug der zugeschalteten Turbine mit und mit beschleunigt. Dem Verdichter des ersten Abgasturboladers bleibt während dieser Anlaufphase genügend Zeit, um sich am Aufbau des Ladedrucks zu beteiligen, d. h. selbst Ladedruck aufzubauen. Das transiente Verhalten der Abgasturboaufladung beim Zuschalten der ersten Turbine verbessert sich deutlich, insbesondere weil der zweite Verdichter während dieser Zuschaltphase unvermindert und ungestört den gewünschten Ladedruck bereitstellt.
Erreicht wird dies durch eine sukzessive Erhöhung des der ersten Turbine zugeführten Abgasvolumenstroms, indem die zuschaltbaren Auslassöffnungen nach und nach zugeschaltet werden, d. h. die Anzahl der zugeschalteten Auslassöffnungen sukzessive erhöht wird, und/oder der Hub der schaltbaren Hubventile sukzessive erhöht.
Die vorstehend für das Zuschalten der schaltbaren Auslassöffnungen bzw. der ersten Turbine dargelegten Vorteile ergeben sich in analoger Weise auch beim Abschalten.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden beim Zuschalten der abgeschalteten Auslassöffnungen weitere Maßnahmen durchgeführt, um einem Drehmomentabfall beim Aktivieren der ersten Turbine zumindest entgegen zu wirken. So wird die an der zweiten Turbine vorbeigeführte Abgasmenge durch Verstellen des in der zweiten Bypassleitung vorgesehenen Absperrelements beeinflusst, vorzugsweise durch zumindest teilweises Schließen dieses Absperrelements reduziert, um die an der zweiten Turbine generierte Leistung, die als Verdichterleistung zur Verfügung steht, zu steuern. Dadurch kann einer Abnahme der durch die zweite Turbine geführten Abgasmenge entgegen gewirkt werden und zwar vorzugsweise in dem Umfang, dass ein angeforderter Ladedruck bereitgestellt wird.
Werden die abgeschalteten Auslassöffnungen zwecks Aktivierung der ersten Turbine sukzessive zugeschaltet, wird die via den zugeschalteten Auslassöffnungen aus den Zylindern abgeführte Abgasmenge, d. h. der Abgasstrom, der nun an der zweiten Turbine fehlt, durch Verstellen des in der zweiten Bypassleitung vorgesehenen Absperrelements in Richtung Schließstellung kompensiert, und zwar in dem Umfang, dass der angeforderte Ladedruck bereitgestellt wird bzw. der bestehende Ladedruck aufrechterhalten wird.
Der durch die zweite Turbine geführte Abgasstrom nimmt beim Zuschalten der ersten Turbine zwar ab. Der aus dem Stand der Technik beobachtete Drehmomentabfall infolge eines Ladedruckverlustes bleibt aber erfindungsgemäß aus.
Das erfindungsgemäße Verfahren löst die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, nämlich ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, mit dem sich die Abgasturboaufladung und Drehmomentcharakteristik der Brennkraftmachine, insbesondere das transiente Verhalten, weiter verbessern lässt.
Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine kann auch zwei Zylinderköpfe aufweisen. Es können auch drei Abgasturbolader vorgesehen werden.
Nach dem Stand der Technik werden Drei-Zylinder-Reihenmotoren selten mit zwei parallel angeordneten Turbinen ausgestattet. Die erfindungsgemäße Zusammenführung der Abgasleitungen lässt dies aber problemlos zu, obwohl Drei-Zylinder-Reihenmotoren einer Gruppierung, insbesondere einer Zylindergruppierung, üblicherweise nur schwer zugänglich sind.
Vorteilhaft sind daher auch Ausführungsformen, bei denen die Brennkraftmaschine einen Zylinderkopf mit drei Zylindern aufweist.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die erste Turbine aktiviert wird, indem die zu den schaltbaren Auslassöffnungen gehörenden Hubventile zylinderweise zugeschaltet werden. Hat jeder Zylinder beispielsweise zwei schaltbare Auslassöffnungen, werden zunächst die beiden Auslassöffnungen eines ersten Zylinders zugeschaltet und dies nachfolgend für die verbleibenden Zylinder sukzessive wiederholt. Hat jeder Zylinder eine schaltbare Auslassöffnung, wird zunächst die schaltbare Auslassöffnung eines ersten Zylinders zugeschaltet und dann nachfolgend sukzessive die schaltbaren Auslassöffnungen der verbleibenden Zylinder.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die erste Turbine aktiviert wird, indem die zu den schaltbaren Auslassöffnungen gehörenden Hubventile in aufeinanderfolgenden Arbeitsspielen zugeschaltet werden. Diese Verfahrensvariante konstituiert die schnellstmögliche Aktivierung der ersten Turbine entsprechend einer erfindungsgemäßen Vorgehensweise.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die erste Turbine aktiviert wird, indem die zu den schaltbaren Auslassöffnungen gehörenden Hubventile im Abstand einer vorgebbaren Anzahl an Arbeitsspielen zugeschaltet werden. Die zu den schaltbaren Auslassöffnungen gehörenden Hubventile können beispielsweise im Abstand von zwei oder drei Arbeitsspielen zugeschaltet werden. Der Abstand kann bei mehreren schaltbaren Auslassöffnungen auch variieren, beispielsweise fortschreitend kleiner werden.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen ein abgeschaltetes Hubventil die zugehörige Auslassöffnung abschaltet und versperrt. Dabei wird der deaktivierten Turbine kein Abgas mehr zugeführt, d. h. die Beaufschlagung der ersten Turbine mit Abgas wird vollständig unterbunden. Im Hinblick auf die Aufrechterhaltung einer Mindestdrehzahl der abgeschalteten ersten Turbine ist diese Vorgehensweise aber weniger vorteilhaft.
Vorteilhaft sind daher auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen ein abgeschaltetes Hubventil mit einem verkleinerten Hub ∆h_low mit ∆h_low < ∆h_max beim Öffnen betrieben wird, so dass die der ersten abgeschalteten Turbine zugeführte Abgasmenge verringert wird.
Entsprechend der vorstehenden Verfahrensvariante werden die Ventile der schaltbaren Auslassöffnungen bei deaktivierter erster Turbine gar nicht abgeschaltet im eigentlichen Sinne, sondern durchgehend mit einem verkleinerten Hub ∆h_low weiter betrieben und betätigt.
Der abgeschalteten ersten Turbine wird dann eine verringerte Abgasmenge zugeführt und dies unter Verwendung der den schaltbaren Auslassöffnungen zugehörigen schaltbaren Hubventilen, d. h. durch Verkleinerung des Hubs der zugehörigen Auslassventile.
Auf diese Weise fällt die Drehzahl der abgeschalteten ersten Turbine weniger stark ab und eine Mindestdrehzahl der Laderwelle kann sichergestellt bzw. aufrechterhalten werden. Letzteres hat noch einen weiteren Vorteil.
Wird die Abgaszufuhr zur deaktivierten Turbine nämlich zwecks Abschaltens vollständig unterbunden, kann infolge der abfallenden Drehzahl der Laderwelle die Dichtung der Lagerung dieser ölgeschmierten Laderwelle lecken. Eine Ölleckage hat sowohl abgasseitig als auch ansaugseitig gravierende Nachteile. Gelangt Öl via der schaltbaren ersten Turbine in das Abgassystem, werden stromabwärts vorgesehene Abgasnachbehandlungssysteme, d. h. Katalysatoren sowie Partikelfilter, mit Öl kontaminiert, wodurch sich die Konvertierungsrate dieser Abgasnachbehandlungssysteme deutlich verschlechtern kann. Gegebenenfalls verkürzt sich sogar die Lebensdauer der Abgasnachbehandlungssysteme, deren Funktionstüchtigkeit auch grundsätzlich gefährdet sein kann. Gelangt Öl via dem zugehörigen ersten Verdichter in das Ansaugsystem, beeinflusst die mit Öl kontaminierte den Zylindern zugeführte Frischladung den Verbrennungsprozess nachteilig, wodurch sich insbesondere die Partikelrohemissionen stark erhöhen können. Das Öl kann sich auch an den Innenwandungen des Ansaugsystems ablagern und die Strömungsbedingungen im Ansaugsystem bzw. im Verdichter verschlechtern sowie einen stromabwärts angeordneten Ladeluftkühler verunreinigen.
Sowohl in den Fällen, in denen ein abgeschaltetes Hubventil die zugehörige Auslassöffnung abschaltet und versperrt, als auch in den Fällen, in denen ein abgeschaltetes Hubventil mit einem verkleinerten Hub betrieben wird, können zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei der das schaltbare Hubventil ein im Hinblick auf den Ventilhub ∆h verstellbares Hubventil ist, Ausführungsformen des Verfahrens vorteilhaft sein, bei denen ein abgeschaltetes Hubventil zugeschaltet wird, indem der zugehörige Ventilhub zunehmend auf den Ventilhub ∆h_max vergrößert wird.
Werden Hubventile verwendet, die nicht nur schaltbar sind, d. h. nicht nur zugeschaltet und abgeschaltet werden können, sondern im Hinblick auf den Ventilhub ∆h verstellbar sind, kann der Ventilhub ∆h sukzessive vergrößert werden. Auf diese Weise kann der via zugeschalteter Auslassöffnung aus einem Zylinder abgeführte Abgasstrom sukzessive, d. h. nach und nach, erhöht werden und braucht nicht schlagartig in vollem Umfang realisiert zu werden.
Ein im vorstehenden Sinne im Hinblick auf den Ventilhub ∆h verstellbares Hubventil ist ein Hubventil, das mindestens drei unterschiedliche Ventilhübe ∆h₁, ∆h₂, ∆h₃ zulässt. Ein im Ventilhub ∆h verstellbares Hubventil ermöglicht erfindungsgemäß neben dem abgeschalteten Zustand ohne Hub bzw. mit verkleinertem Hub ∆h_low und dem zugeschalteten Modus mit normalem Hub ∆h_max mindestens einen weiteren Betätigungsmodus mit verringertem Hub oder mehrere weitere Betätigungsmodi mit verschiedenen Hüben. Als Hub wird dabei der maximale Hub des Ventils beim Durchlaufen der Ventilerhebungskurve im jeweiligen Modus angesehen und bezeichnet.
Zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei der das schaltbare Hubventil ein im Hinblick auf den Ventilhub ∆h stufenlos verstellbares Hubventil ist, können in diesem Zusammenhang Verfahrensvarianten vorteilhaft sein, die dadurch gekennzeichnet sind, dass ein abgeschaltetes Hubventil zugeschaltet wird, indem der zugehörige Ventilhub kontinuierlich auf den Ventilhub ∆h_max vergrößert wird.
Zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei der das schaltbare Hubventil ein im Hinblick auf den Ventilhub ∆h zweistufig verstellbares Hubventil ist, können in diesem Zusammenhang Verfahrensvarianten vorteilhaft sein, die dadurch gekennzeichnet sind, dass ein abgeschaltetes Hubventil zugeschaltet wird, indem der zugehörige Ventilhub in einem Schritt auf den Ventilhub ∆h_max vergrößert wird.
Zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei der das schaltbare Hubventil ein im Hinblick auf den Ventilhub ∆h mehrstufig verstellbares Hubventil ist, können Verfahrensvarianten vorteilhaft sein, die dadurch gekennzeichnet sind, dass ein abgeschaltetes Hubventil zugeschaltet wird, indem der zugehörige Ventilhub stufenweise auf den Ventilhub ∆h_max vergrößert wird.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen ein abgeschaltetes Hubventil für eine verkürzte Öffnungsdauer ∆t_short geöffnet wird und die zugehörige Auslassöffnung freigibt, so dass die der ersten Turbine zugeführte Abgasmenge verringert wird. Die weiter oben im Zusammenhang mit dem verkleinerten Hub ∆h_low gemachten Ausführungen gelten in analoger Weise.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen ein abgeschaltetes Hubventil zugeschaltet wird, indem die zugehörige Öffnungsdauer auf die Öffnungsdauer ∆t_max verlängert wird.
Versperrt ein abgeschaltetes Hubventil die zugehörige Auslassöffnung, können Ausführungsformen des Verfahrens vorteilhaft sein, bei denen die schaltbaren Auslassöffnungen intermittierend in der Art betrieben werden, dass diese Auslassöffnungen für eine erste vorgebbare Anzahl an Arbeitsspielen abgeschaltet werden und geschlossen bleiben und für eine zweite vorgebbare Anzahl an Arbeitsspielen zugeschaltet und damit geöffnet werden, so dass die der ersten Turbine zugeführte Abgasmenge nicht vollständig unterbunden wird.
Die Ventile der schaltbaren Auslassöffnungen werden dann auch bei deaktivierter Turbine nicht durchgehend geschlossen gehalten, sondern phasenweise für ein Arbeitsspiel oder mehrere Arbeitsspiele geöffnet, so dass der abgeschalteten Turbine eine kleine Menge Abgas zugeführt wird und die Drehzahl der abgeschalteten Turbine weniger stark abfällt.
Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe, nämlich eine aufgeladene Brennkraftmaschine zur Durchführung eines Verfahrens einer vorstehend beschriebenen Art bereitzustellen, wird gelöst durch eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf mit mindestens zwei Zylindern, bei der

Das im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Gesagte gilt ebenfalls für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Abgasleitungen der mindestens zwei Zylinder innerhalb des mindestens einen Zylinderkopfes zu den Gesamtabgasleitungen zusammenführen.
Die Integration der Abgaskrümmer in den Zylinderkopf verringert die Masse und die Länge der Abgasabführsysteme von den Auslassöffnungen bis hin zu den Turbinen. Dadurch lässt sich die Abgasenthalpie der heißen Abgase optimal nutzen und ein schnelles Ansprechverhalten der Turbolader gewährleisten. Zudem erreichen auslassnah angeordnete Abgasnachbehandlungssysteme schnell ihre Betriebstemperatur bzw. Anspringtemperatur, insbesondere nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine. Die Integration der Abgaskrümmer in den Zylinderkopf gestattet darüber hinaus ein möglichst dichtes Packaging der Antriebseinheit und hat darüber hinaus den Vorteil, dass an einer gegebenenfalls im Zylinderkopf vorgesehenen Flüssigkeitskühlung partizipiert werden kann, in der Art, dass die Krümmer nicht aus thermisch hochbelastbarem und damit kostenintensiven Werkstoffen gefertigt werden müssen.
Die Integration der Abgaskrümmer in den Zylinderkopf führt zudem zu einer geringeren Anzahl an Bauteilen und folglich zu einer Verringerung der Kosten, insbesondere der Montage- und Bereitstellungskosten.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen ein verstellbares Hubventil ein im Hinblick auf den Ventilhub ∆h und/oder die Öffnungsdauer ∆t verstellbares Hubventil ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das verstellbare Hubventil ein stufig verstellbares Hubventil ist.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen, bei denen das verstellbare Hubventil ein dreistufig verstellbares Hubventil ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das verstellbare Hubventil ein stufenlos verstellbares Hubventil ist. Ein stufenlos verstellbares Hubventil gestattet die kontinuierliche Erhöhung des Abgasvolumenstroms via Auslassöffnung.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Gesamtabgasleitungen stromabwärts der Turbinen zu einer gemeinsamen Abgasleitung zusammenführen. Dann kann eine Abgasnachbehandlung des gesamten Abgases der mindestens zwei Zylinder stattfinden, nämlich mit einem in der gemeinsamen Abgasleitung angeordneten Abgasnachbehandlungssystem. Dies können beispielsweise ein Partikelfilter, ein Oxidationskatalysator und/oder ein Abgasnachbehandlungssystem zur Reduzierung der Stickoxide sein.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen mindestens eine Turbine eine variable Turbinengeometrie aufweist, die eine weitgehende Anpassung an den jeweiligen Betriebspunkt durch Verstellen der Turbinengeometrie bzw. des wirksamen Turbinenquerschnittes gestattet. Dabei sind stromaufwärts des Laufrades der Turbine Leitschaufeln zur Beeinflussung der Strömungsrichtung angeordnet. Im Gegensatz zu den Laufschaufeln des umlaufenden Laufrades rotieren die Leitschaufeln nicht mit der Welle der Turbine, d. h. dem Laufrad. Die Leitschaufeln sind stationär angeordnet, aber nicht völlig unbeweglich, sondern um ihre Achse drehbar, so dass auf die Anströmung der Laufschaufeln Einfluss genommen werden kann. Verfügt eine Turbine hingegen über eine feste unveränderliche Geometrie, sind die Leitschaufeln nicht nur stationär, sondern zudem völlig unbeweglich, d. h. starr fixiert.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die zweite Bypassleitung stromabwärts der zweiten Turbine in das Abgasabführsystem mündet. Das stromaufwärts der zweiten Turbine aus dem zweiten Abgaskrümmer mittels zweiter Bypassleitung entnommene Abgas wird vorliegend via der zweiten Bypassleitung an der zweiten Turbine vorbeigeführt und vorzugsweise stromabwärts der zweiten Turbine in die zweite Gesamtabgasleitung eingespeist.
Vorteilhaft können insbesondere Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen die zweite Bypassleitung stromaufwärts der ersten Turbine in das Abgasabführsystem mündet.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die zweite Bypassleitung stromaufwärts des ersten Knotenpunktes in das Abgasabführsystem einmündet.
Wird das stromaufwärts der zweiten Turbine aus dem zweiten Abgaskrümmer mittels zweiter Bypassleitung entnommene Abgas via zweiter Bypassleitung stromaufwärts des ersten Knotenpunktes in das Abgasabführsystem der ersten Turbine eingespeist, kann das an der zweiten Turbine entnommene Abgas der ersten Turbine zugeführt werden oder via erster Bypassleitung an der ersten Turbine vorbeigeführt und damit endgültig abgeblasen werden.
Vorteilhaft können insbesondere auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen

– die Turbine des ersten Abgasturboladers als Waste-Gate-Turbine ausgeführt ist, wobei stromaufwärts dieser ersten Turbine eine erste Bypassleitung unter Ausbildung eines ersten Knotenpunktes vom Abgasabführsystem abzweigt und ein Absperrelement in der ersten Bypassleitung vorgesehen ist, und
– die zweite Bypassleitung in die erste Bypassleitung einmündet.

Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die zweite Bypassleitung stromaufwärts des in der ersten Bypassleitung vorgesehenen Absperrelementes in die erste Bypassleitung einmündet.
Ist das in der zweiten Bypassleitung vorgesehene Absperrelement geöffnet und gleichzeitig das in der ersten Bypassleitung vorgesehene Absperrelement geschlossen, wird das stromaufwärts der zweiten Turbine aus dem zweiten Abgaskrümmer mittels zweiter Bypassleitung entnommene Abgas via zweiter Bypassleitung der ersten Turbine zugeführt.
Wird dann das in der ersten Bypassleitung vorgesehene Absperrelement geöffnet, wird das an der zweiten Turbine entnommene Abgas zumindest teilweise via erster Bypassleitung an der ersten Turbine vorbeigeführt und abgeblasen.
Falls die erste Bypassleitung dem Abblasen sowohl des an der zweiten Turbine entnommenen Abgases als auch des an der ersten Turbine entnommenen Abgases dient ist dieses Waste-Gate der ersten Turbine entsprechend zu dimensionieren.
Bei den Brennkraftmaschinen der beiden vorstehenden Ausführungsformen mündet die zweite Bypassleitung der zweiten Turbine stromaufwärts der ersten Turbine in das Abgasabführsystem bzw. in die erste Bypassleitung der als Waste-Gate-Turbine ausgeführten ersten Turbine.
D. h. das stromaufwärts der zweiten Turbine entnommene Abgas wird nicht via zweiter Bypassleitung stromabwärts der zweiten Turbine in die zweite Gesamtabgasleitung eingespeist.
Vielmehr wird das stromaufwärts der zweiten Turbine entnommene Abgas stromaufwärts der ersten Turbine zur Verfügung gestellt, so dass das an der zweiten Turbine abgeblasene Abgas entweder der ersten zuschaltbaren Turbine zugeführt werden kann oder via erster Bypassleitung an der ersten Turbine vorbeigeführt wird.
Eine derart ausgestaltete zweite Bypassleitung gestattet es, das an der zweiten Turbine überschüssige bzw. abgeblasene Abgas zu nutzen, um eine Mindestdrehzahl der abgeschalteten ersten Turbine sicherzustellen bzw. das Laufzeug der abgeschalteten ersten Turbine zu beschleunigen, bevor diese erste Turbine aktiviert, d. h. zuschaltet wird. Das Ansprechverhalten des ersten Abgasturboladers verbessert sich, so dass der erste Verdichter schneller, vorzugsweise verzögerungsfrei, an der Generierung und Bereitstellung des gewünschten bzw. angeforderten Ladedrucks mitwirkt bzw. mitwirken kann.
Vor dem Zuschalten der schaltbaren Auslassöffnungen zwecks Aktivierung der ersten Turbine wird die erste Turbine bereits mit Abgas beaufschlagt, weshalb die Drehzahl des Laufzeugs der ersten Turbine schon vor dem Zuschalten der schaltbaren Auslassöffnungen höher ist bzw. angehoben wird. Das transiente Verhalten der Abgasturboaufladung beim Zuschalten der ersten Turbine verbessert sich deutlich, insbesondere weil der zweite Verdichter während dieser Zuschaltphase unvermindert und ungestört den gewünschten Ladedruck bereitstellt.
Erreicht wird dies auch dadurch, dass die zweite Turbine vorzugsweise auf solche Abgasmengen ausgelegt ist, d. h. in der Weise dimensioniert wird, dass bei noch abgeschalteten Auslassöffnungen bzw. deaktivierter erster Turbine an der zweiten Turbine überschüssiges Abgas anfällt bzw. Abgas abgeblasen werden kann, ohne dass die Bereitstellung des angeforderten Ladedrucks mittels zweitem Verdichter beeinträchtigt bzw. gefährdet ist. Mit anderen Worten gesagt, bei abgeschalteten Auslassöffnungen und zunehmender Abgasmenge wird der Betriebspunkt, an welchem die zweite Bypassleitung freizugeben, d. h. zu öffnen ist, erreicht bevor der Betriebspunkt erreicht wird, an dem die erste zuschaltbare Turbine zugeschaltet wird bzw. werden muss.
Bei Brennkraftmaschinen mit einem Ansaugsystem zum Zuführen der Ladeluft zu den mindestens zwei Zylindern, sind Ausführungsformen vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass

– die Verdichter der mindestens zwei Abgasturbolader parallel im Ansaugsystem angeordnet sind,
– jeder Verdichter in einer separaten Ansaugleitung des Ansaugsystems angeordnet ist, und
– die separaten Ansaugleitungen stromabwärts der Verdichter zu einer Gesamtansaugleitung zusammenführen, wobei stromabwärts des ersten Verdichters ein erstes Absperrelement in der zugehörigen Ansaugleitung angeordnet ist.

Vorliegend kann der erste Verdichter bei abgeschalteter erster Turbine vom übrigen Ansaugsystem abgetrennt werden, damit der zweite Verdichter nicht in den ersten Verdichter hinein fördert. Hierzu ist stromabwärts des ersten Verdichters ein erstes Absperrelement in der dazugehörigen Ansaugleitung angeordnet, das der Deaktivierung dieses Verdichters dient.
Der erste Verdichter wird bei abgeschalteter Turbine nicht ernsthaft angetrieben. Damit der erste Verdichter dann gegebenenfalls nicht gegen den Widerstand des verschlossenen ersten Absperrelementes fördert, ist eine Abblaseleitung vorteilhaft, über welche die Ladeluft entweichen bzw. abgeführt werden kann.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang daher auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen eine Abblaseleitung vorgesehen ist, die zwischen dem ersten Verdichter und dem ersten Absperrelement aus der zugehörigen Ansaugleitung abzweigt und stromaufwärts des zweiten Verdichters in die andere Ansaugleitung mündet, wobei in der Abblaseleitung ein zweites Absperrelement angeordnet ist.
Dass die Abblaseleitung vorliegend stromaufwärts des zweiten Verdichters in das Ansaugsystem mündet, hat Vorteile, da stromaufwärts des zweiten Verdichters in der Regel Unterdruck herrscht, wodurch ein Druckgefälle geschaffen wird, durch welches die Förderung der vom ersten Verdichter komprimierten Ladeluft unterstützt wird.
Der Zylinderkopf einer aufgeladenen Brennkraftmaschine ist grundsätzlich ein thermisch und mechanisch hoch belastetes Bauteil. Insbesondere bei der Integration der Abgaskrümmer steigt die thermische Belastung der Brennkraftmaschine bzw. des Zylinderkopfes nochmals, so dass erhöhte Anforderungen an die Kühlung zu stellen sind. Vorteilhaft sind daher Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen eine Flüssigkeitskühlung vorgesehen ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen gemäß den 1 und 2 näher beschrieben. Hierbei zeigt:
1 schematisch eine erste Ausführungsform der Brennkraftmaschine, und
2 schematisch eine zweite Ausführungsform der Brennkraftmaschine.
1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform der aufgeladenen Brennkraftmaschine 1, die mit zwei Abgasturboladern 8, 9 ausgestattet ist. Jeder Abgasturbolader 8, 9 umfasst eine Turbine 8a, 9a und einen Verdichter 8b, 9b. Das heiße Abgas entspannt sich in den Turbinen 8a, 9a unter Energieabgabe. Die Verdichter 8b, 9b komprimieren die Ladeluft, die via Ansaugsystem 11, Ladeluftkühler 10 und Plenum 12 den Zylindern 3 zugeführt wird, wodurch eine Aufladung der Brennkraftmaschine 1 erreicht wird.
Es handelt sich um einen Vier-Zylinder-Reihenmotor 1, bei dem die vier Zylinder 3 entlang der Längsachse des Zylinderkopfes 2, d. h. in Reihe angeordnet sind. Jeder Zylinder 3 verfügt über zwei Auslassöffnungen 4, 4a, 4b, an die sich Abgasleitungen 5a, 5b zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem 5 anschließen. Jeweils eine Auslassöffnung 4, 4a jedes Zylinders 3 ist als zuschaltbare Auslassöffnung 4a ausgebildet, die im Rahmen des Ladungswechsels nur dann geöffnet wird, wenn die Abgasmenge eine vorgegebene Abgasmenge übersteigt und die stromabwärts angeordnete erste Turbine 8a aktiviert, d. h. mit Abgas beaufschlagt werden soll.
Die Abgasleitungen 5a der zuschaltbaren Auslassöffnungen 4a sämtlicher Zylinder 3 führen unter Ausbildung eines ersten Abgaskrümmers 6a zu einer ersten Gesamtabgasleitung 7a zusammen, welche mit der Turbine 8a des ersten Abgasturboladers 8 verbunden ist, die dadurch als zuschaltbare Turbine 8a fungiert.
Die Abgasleitungen 5b der anderen Auslassöffnungen 4b sämtlicher Zylinder 3 führen unter Ausbildung eines zweiten Abgaskrümmers 6b zu einer zweiten Gesamtabgasleitung 7b zusammen, welche mit der Turbine 9a des zweiten Abgasturboladers 9 verbunden ist.
Beide Turbinen 8a, 9a sind in Waste-Gate-Bauweise ausgeführt, wobei jeweils eine Bypassleitung 8c, 9c stromaufwärts einer Turbine 8a, 9a aus der zugehörigen Gesamtabgasleitung 7a, 7b abzweigt und stromabwärts dieser Turbine 8a, 9a wieder in die Gesamtabgasleitung 7a, 7b mündet. Die Bypassleitungen 8c, 9c sind mit Absperrelementen 8e, 9e ausgestattet.
Die Brennkraftmaschine 1 verfügt über ein Ansaugsystem 11 zum Zuführen der Ladeluft zu den Zylindern 3, wobei die Verdichter 8b, 9b der Turbolader 8, 9 parallel im Ansaugsystem 11 angeordnet sind. Der erste Verdichter 8b ist in einer ersten Ansaugleitung 11a angeordnet und der zweite Verdichter 9b in einer zweiten Ansaugleitung 11b. Die Ansaugleitungen 11a, 11b führen stromabwärts der Verdichter 8b, 9b zu einer Gesamtansaugleitung zusammen.
Stromabwärts des ersten Verdichters 8b ist ein erstes Absperrelement 13a in der zugehörigen Ansaugleitung 11a angeordnet, so dass der erste Verdichter 8b bei abgeschalteter erster Turbine 8a vom übrigen Ansaugsystem 11 abgetrennt, d. h. deaktiviert werden kann und der zweite Verdichter 9b nicht in den ersten Verdichter 8b hinein fördert.
Der erste Verdichter 8b wird bei abgeschalteter Turbine 8a zwar nicht ernsthaft angetrieben. Damit der erste Verdichter 8b aber nicht gegen den Widerstand des verschlossenen ersten Absperrelementes 13a fördert, ist eine Abblaseleitung 14 vorgesehen, über welche die Ladeluft in die zweite Ansaugleitung 11b stromaufwärts des zweiten Verdichters 9b gefördert werden kann. In der Abblaseleitung 14 ist ein zweites Absperrelement 13b angeordnet.
Jede zuschaltbare Auslassöffnung 4a ist mit einem im Hub verstellbaren Hubventil ausgestattet, wobei ein abgeschaltetes Hubventil die zugehörige Auslassöffnung 4a abschaltet und versperrt. Ein zugeschaltetes Hubventil bewegt sich zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung unter Ausbildung eines Ventilhubs ∆h_max und gibt dabei die zugehörige Auslassöffnung 4a während einer Öffnungsdauer ∆t_max frei.
Ausgehend von abgeschalteten Auslassöffnungen 4a wird die erste Turbine 8a bei Überschreiten einer vorgebbaren Abgasmenge aktiviert, indem die zu den schaltbaren Auslassöffnungen 4a gehörenden verstellbaren Hubventile sukzessive zugeschaltet werden, wozu der Ventilhub ∆h der abgeschalteten Hubventile zunehmend auf den Ventilhub ∆h_max vergrößert wird.
Einem Drehmomentabfall beim Aktivieren der ersten Turbine 8a kann durch Verstellen des in der zweiten Bypassleitung 9c vorgesehenen Absperrelements 9e entgegen gewirkt werden.
2 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform der aufgeladenen Brennkraftmaschine 1. Es sollen nur die Unterschiede zu der in 1 dargestellten Ausführungsform erörtert werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf 1. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
Auch vorliegend sind beide Turbinen 8a, 9a in Waste-Gate-Bauweise ausgeführt. Stromaufwärts der ersten Turbine 8a zweigt eine erste Bypassleitung 8c unter Ausbildung eines ersten Knotenpunktes 8d von der zugehörigen Gesamtabgasleitung 7a ab, wobei ein Absperrelement 8e in dieser ersten Bypassleitung 8c angeordnet ist. Diese erste Bypassleitung 8c mündet stromabwärts der ersten Turbine 8a wieder in die erste Gesamtabgasleitung 7a.
Zur Ausbildung des Waste-Gates der zweiten Turbine 9a zweigt stromaufwärts der zweiten Turbine 9a eine zweite Bypassleitung 9c unter Ausbildung eines zweiten Knotenpunktes 9d aus der zugehörigen Gesamtabgasleitung 7b ab. Diese zweite Bypassleitung 9c mündet in die erste Bypassleitung 8c und zwar stromaufwärts des in der ersten Bypassleitung 8c vorgesehenen Absperrelements 8e und damit stromaufwärts der ersten Turbine 8a. In der zweiten Bypassleitung 9c ist ebenfalls ein Absperrelement 9e angeordnet.
Das an der zweiten Turbine 9a abgeblasene Abgas wird an der ersten Turbine 8a genutzt, um eine Mindestdrehzahl sicherzustellen, das Laufzeug der abgeschalteten ersten Turbine 8a zu beschleunigen, bevor diese erste Turbine 8a aktiviert, d. h. zuschaltet wird, oder auch um Ladedruck zu generieren. Das Ansprechverhalten des ersten Abgasturboladers 8 beim Zuschalten der ersten Turbine 8a verbessert sich, d. h. das transiente Verhalten der Abgasturboaufladung verbessert sich.
Einem Drehmomentabfall beim Aktivieren der ersten Turbine 8a kann wieder durch Verstellen des in der zweiten Bypassleitung 9c vorgesehenen Absperrelements 9e entgegen gewirkt werden.
Bezugszeichenliste

1: aufgeladene Brennkraftmaschine, Vier-Zylinder-Reihenmotor
2: Zylinderkopf
3: Zylinder
4: Auslassöffnung
4a: zuschaltbare Auslassöffnung
4b: andere Auslassöffnung
5: Abgasabführsystem
5a: Abgasleitung einer zuschaltbaren Auslassöffnung
5b: Abgasleitung
6a: erster Abgaskrümmer
6b: zweiter Abgaskrümmer
7a: erste Gesamtabgasleitung
7b: zweite Gesamtabgasleitung
8: erster Abgasturbolader
8a: erste Turbine, zuschaltbare Turbine, Waste-Gate-Turbine
8b: erster Verdichter
8c: erste Bypassleitung
8d: erster Knotenpunkt
8e: Absperrelement
9: zweiter Abgasturbolader
9a: zweite Turbine, Waste-Gate-Turbine
9b: zweiter Verdichter
9c: zweite Bypassleitung
9d: zweiter Knotenpunktes
9e: Absperrelement
10: Ladeluftkühler
11: Ansaugsystem
11a: erste separate Ansaugleitung
11b: zweite separate Ansaugleitung
12: Plenum
13a: erstes Absperrelement
13b: zweites Absperrelement
14: Abblaseleitung
∆h: Ventilhub eines zuschaltbaren Auslassventils
∆t: Öffnungsdauer eines zuschaltbaren Auslassventils

Claims

Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine (1) mit mindestens einem Zylinderkopf (2) mit mindestens zwei Zylindern (3), bei der – jeder Zylinder (3) mindestens zwei Auslassöffnungen (4, 4a, 4b) zum Abführen der Abgase aufweist, von denen mindestens eine als zuschaltbare Auslassöffnung (4a) ausgebildet ist, wobei sich an jede Auslassöffnung (4, 4a, 4b) eine Abgasleitung (5a, 5b) zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem (5) anschließt, – mindestens zwei Abgasturbolader (8, 9) vorgesehen sind, wobei jeder Abgasturbolader eine im Abgasabführsystem (5) angeordnete Turbine (8a, 9a) umfasst, – die Abgasleitungen (5a) der zuschaltbaren Auslassöffnungen (4a) der mindestens zwei Zylinder (3) unter Ausbildung eines ersten Abgaskrümmers (6a) zu einer ersten Gesamtabgasleitung (7a) zusammenführen, welche mit der Turbine (8a) des ersten Abgasturboladers (8) verbunden ist, – die Abgasleitungen (5b) der anderen Auslassöffnungen (4b) der mindestens zwei Zylinder (3) unter Ausbildung eines zweiten Abgaskrümmers (6b) zu einer zweiten Gesamtabgasleitung (7b) zusammenführen, welche mit der Turbine (9a) des zweiten Abgasturboladers (9) verbunden ist, – die Turbine (9a) des zweiten Abgasturboladers (9) als Waste-Gate-Turbine (9a) ausgeführt ist, wobei stromaufwärts dieser zweiten Turbine (9a) eine zweite Bypassleitung (9c) unter Ausbildung eines zweiten Knotenpunktes (9d) vom Abgasabführsystem (5) abzweigt und ein Absperrelement (9e) in der zweiten Bypassleitung (9c) vorgesehen ist, und – jede zuschaltbare Auslassöffnung (4a) mit einem schaltbaren Hubventil ausgestattet ist, wobei ein abgeschaltetes Hubventil die zugehörige Auslassöffnung (4a) abschaltet und sich ein zugeschaltetes Hubventil zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung unter Ausbildung eines Ventilhubs ∆h_max bewegt und dabei die zugehörige Auslassöffnung (4a) während einer Öffnungsdauer ∆t_max freigibt, dadurch gekennzeichnet, dass – ausgehend von abgeschalteten Auslassöffnungen (4a) die erste Turbine (8a) bei Überschreiten einer vorgebbaren Abgasmenge aktiviert wird, indem die zu den schaltbaren Auslassöffnungen (4a) gehörenden schaltbaren Hubventile sukzessive zugeschaltet und betätigt werden, um eine durch die erste Turbine (8a) hindurchgeführte Abgasmenge zu erhöhen, und – eine durch die zweite Turbine (9a) hindurchgeführte abnehmende Abgasmenge durch Verstellen des in der zweiten Bypassleitung (9c) vorgesehenen Absperrelements (9a) kompensiert wird, in dem Umfang, dass ein angeforderter Ladedruck bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Turbine (8a) aktiviert wird, indem die zu den schaltbaren Auslassöffnungen (4a) gehörenden Hubventile zylinderweise zugeschaltet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Turbine (8a) aktiviert wird, indem die zu den schaltbaren Auslassöffnungen (4a) gehörenden Hubventile in aufeinanderfolgenden Arbeitsspielen zugeschaltet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Turbine (8a) aktiviert wird, indem die zu den schaltbaren Auslassöffnungen (4a) gehörenden Hubventile im Abstand einer vorgebbaren Anzahl an Arbeitsspielen zugeschaltet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein abgeschaltetes Hubventil die zugehörige Auslassöffnung (4a) abschaltet und versperrt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein abgeschaltetes Hubventil mit einem verkleinerten Hub ∆h_low mit ∆h_low < ∆h_max beim Öffnen betrieben wird, so dass die der ersten Turbine (8a) zugeführte Abgasmenge verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6 zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), bei der das schaltbare Hubventil ein im Hinblick auf den Ventilhub ∆h verstellbares Hubventil ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein abgeschaltetes Hubventil zugeschaltet wird, indem der zugehörige Ventilhub zunehmend auf den Ventilhub ∆h_max vergrößert wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6 zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), bei der das schaltbare Hubventil ein im Hinblick auf den Ventilhub ∆h stufenlos verstellbares Hubventil ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein abgeschaltetes Hubventil zugeschaltet wird, indem der zugehörige Ventilhub kontinuierlich auf den Ventilhub ∆h_max vergrößert wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6 zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), bei der das schaltbare Hubventil ein im Hinblick auf den Ventilhub ∆h zweistufig verstellbares Hubventil ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein abgeschaltetes Hubventil zugeschaltet wird, indem der zugehörige Ventilhub in einem Schritt auf den Ventilhub ∆h_max vergrößert wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6 zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), bei der das schaltbare Hubventil ein im Hinblick auf den Ventilhub ∆h mehrstufig verstellbares Hubventil ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein abgeschaltetes Hubventil zugeschaltet wird, indem der zugehörige Ventilhub stufenweise auf den Ventilhub ∆h_max vergrößert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein abgeschaltetes Hubventil für eine verkürzte Öffnungsdauer ∆t_short geöffnet wird und die zugehörige Auslassöffnung (4a) freigibt, so dass die der ersten Turbine (8a) zugeführte Abgasmenge verringert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein abgeschaltetes Hubventil zugeschaltet wird, indem die zugehörige Öffnungsdauer auf die Öffnungsdauer ∆t_max verlängert wird.
Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche mit mindestens einem Zylinderkopf (2) mit mindestens zwei Zylindern (3), bei der – jeder Zylinder (3) mindestens zwei Auslassöffnungen (4, 4a, 4b) zum Abführen der Abgase aufweist, von denen mindestens eine als zuschaltbare Auslassöffnung (4a) ausgebildet ist, wobei sich an jede Auslassöffnung (4, 4a, 4b) eine Abgasleitung (5a, 5b) zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem (5) anschließt, – mindestens zwei Abgasturbolader (8, 9) vorgesehen sind, wobei jeder Abgasturbolader eine im Abgasabführsystem (5) angeordnete Turbine (8a, 9a) umfasst, – die Abgasleitungen (5a) der zuschaltbaren Auslassöffnungen (4a) der mindestens zwei Zylinder (3) unter Ausbildung eines ersten Abgaskrümmers (6a) zu einer ersten Gesamtabgasleitung (7a) zusammenführen, welche mit der Turbine (8a) des ersten Abgasturboladers (8) verbunden ist, – die Abgasleitungen (5b) der anderen Auslassöffnungen (4b) der mindestens zwei Zylinder (3) unter Ausbildung eines zweiten Abgaskrümmers (6b) zu einer zweiten Gesamtabgasleitung (7b) zusammenführen, welche mit der Turbine (9a) des zweiten Abgasturboladers (9) verbunden ist, – die Turbine (9a) des zweiten Abgasturboladers (9) als Waste-Gate-Turbine (9a) ausgeführt ist, wobei stromaufwärts dieser zweiten Turbine (9a) eine zweite Bypassleitung (9c) unter Ausbildung eines zweiten Knotenpunktes (9d) vom Abgasabführsystem (5) abzweigt und ein Absperrelement (9e) in der zweiten Bypassleitung (9c) vorgesehen ist, und – jede zuschaltbare Auslassöffnung (4a) mit einem schaltbaren Hubventil ausgestattet ist, wobei ein abgeschaltetes Hubventil die zugehörige Auslassöffnung (4a) abschaltet und sich ein zugeschaltetes Hubventil zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung unter Ausbildung eines Ventilhubs ∆h_max bewegt und dabei die zugehörige Auslassöffnung (4a) während einer Öffnungsdauer ∆t_max freigibt.
Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Bypassleitung (9c) stromabwärts der zweiten Turbine (9a) in das Abgasabführsystem (5) mündet.
Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Bypassleitung (9c) stromaufwärts der ersten Turbine (8a) in das Abgasabführsystem (5) mündet.
Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass – die Turbine (8a) des ersten Abgasturboladers (8) als Waste-Gate-Turbine (8a) ausgeführt ist, wobei stromaufwärts dieser ersten Turbine (8a) eine erste Bypassleitung (8c) unter Ausbildung eines ersten Knotenpunktes (8d) vom Abgasabführsystem (5) abzweigt und ein Absperrelement (8e) in der ersten Bypassleitung (8c) vorgesehen ist, und – die zweite Bypassleitung (9c) in die erste Bypassleitung (8c) einmündet.
Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 16 mit einem Ansaugsystem (11) zum Zuführen der Ladeluft zu den mindestens zwei Zylindern (3), dadurch gekennzeichnet, dass – die Verdichter (8b, 9b) der mindestens zwei Abgasturbolader (8, 9) parallel im Ansaugsystem (11) angeordnet sind, – jeder Verdichter (8b, 9b) in einer separaten Ansaugleitung (11a, 11b) des Ansaugsystems (11) angeordnet ist, und – die separaten Ansaugleitungen (11a, 11b) stromabwärts der Verdichter (8b, 9b) zu einer Gesamtansaugleitung zusammenführen, wobei stromabwärts des ersten Verdichters (8b) ein erstes Absperrelement (13a) in der zugehörigen Ansaugleitung (11a) angeordnet ist.
Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abblaseleitung (14) vorgesehen ist, die zwischen dem ersten Verdichter (8b) und dem ersten Absperrelement (13a) aus der zugehörigen Ansaugleitung (11a) abzweigt und stromaufwärts des zweiten Verdichters (9b) in die andere Ansaugleitung (11b) mündet, wobei in der Abblaseleitung (14) ein zweites Absperrelement (13b) angeordnet ist.