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Die Erfindung betrifft Verfahren zum Betreiben einer Aufladeeinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Außerdem betrifft die Erfindung eine Aufladeeinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 3.
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Ein solches Verfahren zum Betreiben einer Aufladeeinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine sowie eine solche Aufladeeinrichtung sind beispielsweise bereits der
DE 10 2014 221 333 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Aufladeeinrichtung weist zwei Abgasturbolader auf. Bei dem Verfahren wird die Aufladeeinrichtung von einem ersten Betriebszustand in einen zweiten Betriebszustand umgeschaltet. In dem ersten Betriebszustand wird die Verbrennungskraftmaschine mittels eines ersten der Abgasturbolader mit verdichteter Luft versorgt, während ein mittels des zweiten Abgasturboladers bewirktes Versorgen der Verbrennungskraftmaschine mit verdichteter Luft unterbleibt. In dem zweiten Betriebszustand arbeiten die Abgasturbolader parallel zueinander, beziehungsweise die Verbrennungskraftmaschine wird in dem zweiten Betriebszustand mittels beider Abgasturbolader mit verdichteter Luft parallel versorgt.
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Außerdem offenbart die
DE 10 2009 013 040 A1 eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens zwei Abgasturboladern.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Aufladeeinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich eine besonders vorteilhaft betreibbare Registeraufladung realisieren lässt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Aufladeeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass sich eine besonders vorteilhaft betreibbare, insbesondere eine besonders vorteilhaft regelbare, Registeraufladung realisieren lässt, ist es erfindungsgemäße vorgesehen, dass dem ersten Abgasturbolader ein Elektromotor zugeordnet ist, mittels welchem bei dem Umschalten der erste Abgasturbolader angetrieben wird, während ein elektrisches Antreiben des zweiten Abgasturboladers unterbleibt. Vorzugsweise ist bezogen auf die Abgasturbolader ausschließlich dem ersten Abgasturbolader ein Elektromotor zugeordnet, mittels welchem der erste Abgasturbolader zumindest bei dem Umschalten von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand elektrisch angetrieben werden kann. Somit kann vorzugsweise der zweite Abgasturbolader nicht elektrisch angetrieben werden.
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Ferner hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn bei dem Umschalten ein während des ersten Betriebszustands geschlossenes und dadurch eine Versorgung des zweiten Abgasturboladers mit Abgas der Verbrennungskraftmaschine verhinderndes Ventilelement sukzessive geöffnet wird, um dadurch den zweiten Abgasturbolader mit Abgas der Verbrennungskraftmaschine zu versorgen und somit den zweiten Abgasturbolader, insbesondere sukzessive zuzuschalten.
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Um eine Aufladeeinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass sich eine besonders vorteilhaft betreibbare, insbesondere regelbare, Registeraufladung realisieren lässt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass bezogen auf die Abgasturbolader lediglich beziehungsweise ausschließlich dem ersten Abgasturbolader ein Elektromotor zugeordnet ist, mittels welchem zumindest bei dem Umschalten von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand der erste Abgasturbolader elektrisch antreibbar ist. Dem zweiten Abgasturbolader ist somit kein Elektromotor zugeordnet, mittels welchem der zweite Abgasturbolader elektrisch angetrieben werden kann. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Aufladeeinrichtung anzusehen und umgekehrt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Aufladeeinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs;
- 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Aufladeeinrichtung; und
- 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Aufladeeinrichtung.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Aufladeeinrichtung 10 für eine Verbrennungskraftmaschine 12 eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens wie beispielsweise eines Personenkraftwagens. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, ist die Verbrennungskraftmaschine 12 mit Luft versorgbar, welche mittels der Aufladeeinrichtung 10 verdichtet wird beziehungsweise verdichtbar ist. Insbesondere lässt sich mittels der Aufladeeinrichtung 10 eine Registeraufladung realisieren. Die Verbrennungskraftmaschine 12 weist ein beispielsweise als Zylindergehäuse ausgebildetes Motorgehäuse 14 auf, durch welches wenigstens ein oder mehrere Brennräume 16 gebildet sind. Die Brennräume 16 sind beispielsweise als Zylinder ausgebildet. Die Verbrennungskraftmaschine 12 weist eine von Luft durchströmbaren Ansaugtrakt 18 auf, mittels welchem die Brennräume 16 mit der den Ansaugtrakt 18 durchströmenden Luft versorgbar sind. Dabei wird die den Ansaugtrakt 18 durchströmende Luft mittels der Aufladeeinrichtung 10 verdichtet. Hierdurch wird die Verbrennungskraftmaschine 12 aufgeladen. Die Verbrennungskraftmaschine 12 weist ferner einen von Abgas aus den Brennräumen 16 durchströmebaren Abgastrakt 20 auf.
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Die Aufladeeinrichtung 10 weist genau zwei Abgasturbolader 22 und 24 auf, wobei der Abgasturbolader 22 auch als erster Abgasturbolader und der Abgasturbolader 24 auch als zweiter Abgasturbolader bezeichnet wird. Der Abgasturbolader 22 weist einen in dem Ansaugtrakt 18 angeordneten ersten Verdichter 26 auf, mittels welchem die den Ansaugtrakt 18 durchströmende Luft verdichtet werden kann. Außerdem weist der Abgasturbolader 22 eine in dem Abgastrakt 20 angeordnete erste Turbine 28 auf, welche von zumindest einem Teil des den Abgastrakt 20 durchströmenden Abgases angetrieben werden kann. Dabei weist der Verdichter 26 ein Verdichterrad 30 auf, wobei die Turbine 28 ein Turbinenrad 32 aufweist. Das Turbinenrad 32 kann von zumindest einem Teil des den Abgastrakt 20 durchströmenden Abgases angetrieben und dadurch um eine Drehachse gedreht werden. Der Abgasturbolader 22 weist eine Welle 34 auf, welche sowohl mit dem Verdichterrad 30 als auch mit dem Turbinenrad 32 drehfest verbunden ist. Dadurch kann das Verdichterrad 30 über die Welle 34 von dem Turbinenrad 32 angetrieben werden. Durch Antreiben des Verdichterrads 30 wird die den Ansaugtrakt 18 durchströmende Luft mittels des Verdichterrads 30 verdichtet.
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Der Abgasturbolader 24 weist einen in dem Ansaugtrakt 18 angeordneten Verdichter 36 mit einem Verdichterrad 38 und ein in dem Abgastrakt 20 angeordnete Turbine 40 mit einem Turbinenrad 42 auf. Außerdem umfasst der Abgasturbolader 24 eine zweite Welle 44, welche drehfest mit dem Verdichterrad 38 und mit dem Turbinenrad 42 verbunden ist. Das Turbinenrad 42 und somit die Turbine 40 sind von zumindest einem Teil des den Abgastrakt 20 durchströmenden Abgases antreibbar. Mittels des Verdichterrads 38 und somit mittels des Verdichters 36 kann die den Ansaugtrakt 18 durchströmende Luft verdichtet werden. Dabei ist das Verdichterrad 38 über die Welle 44 von dem Turbinenrad 42 antreibbar, wobei durch Antreiben des Verdichterrads 38 mittels des Verdichterrad 38 die den Ansaugtrakt 18 durchströmende Luft verdichtet wird.
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Aus 1 ist erkennbar, dass die Turbinen 28 und 40 in dem Abgastrakt 20 parallel zueinander angeordnet und dadurch parallel zueinander betreibbar sind. Hierunter ist zu verstehen, dass beide Turbinen 28 und 40 gleichzeitig von jeweiligen Teilen des den Abgastrakt 20 durchströmenden Abgases angetrieben werden. Die Verdichter 26 und 36 sind parallel zueinander in dem Ansaugtrakt 18 angeordnet und dadurch parallel zueinander betreibbar. Darunter ist zu verstehen, dass mittels der Verdichter 26 und 36 und somit mittels der Abgasturbolader 22 und 24 die den Ansaugtrakt 18 durchströmende Luft beziehungsweise jeweilige Teile der den Ansaugtrakt 18 durchströmenden Luft parallel und somit gleichzeitig verdichtet werden oder verdichtet werden können.
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Außerdem ist in dem Ansaugtrakt 20 ein Ventilelement 46 angeordnet, mittels welchem eine die Turbine 40 durchströmende und dadurch die Turbine 40 antreibende Menge des den Ansaugtrakt 18 durchströmenden Abgases eingestellt werden kann. Die Turbine 40 fungiert für die Turbine 28 als Umgehungseinrichtung, das heißt auch als Bypass bezeichnete Umgehung, da das die Turbine 40 durchströmende Abgas nicht durch die Turbine 28 strömt und somit nicht die Turbine 28 antreibt. Demzufolge umgeht die mittels des Ventilelements 46 eingestellte Menge, mit welche die Turbine 40 versorgt wird, die Turbine 28. Daher ist das Ventilelement 46 für die Turbine 28 ein auch als Bypass-Ventil bezeichnetes Umgehungsventil.
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Außerdem sind in dem Ansaugtrakt 18 Ventilelemente 48 und 50 angeordnet, mittels welchen insbesondere ein Pumpen des Verdichters 36 dann vermieden werden kann, wenn dieser sich in einem Hochlaufbetrieb befindet. Das Ventilelement 50 wird auch als Entlüftungsventil bezeichnet, das Ventilelement 48 auch als Verdichterzuschaltventil.
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Durch das Verdichten der Luft wird diese erwärmt. Um dennoch besonders hohe Aufladegrade realisieren zu können, ist in dem Ansaugtrakt 18 stromab der Verdichter 26 und 36 eine als Ladeluftkühler 52 bezeichnete Kühlereinrichtung angeordnet. Mittels des Ladeluftkühlers 52 kann die verdichtete und dadurch erwärmte Luft gekühlt werden.
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Die Aufladeeinrichtung 10 weist einen ersten Betriebszustand auf. Dies bedeutet, dass die Aufladeeinrichtung 10 in einem ersten Betriebszustand betreibbar ist. Außerdem weist die Aufladeeinrichtung 10 einen zweiten Betriebszustand auf. Dies bedeutet, dass die Aufladeeinrichtung 10 in dem zweiten Betriebszustand betrieben werden kann. In dem ersten Betriebszustand werden die Brennräume 16 und somit die Verbrennungskraftmaschine 12 bezogen auf die Abgasturbolader 22 und 24 ausschließlich mittels des ersten Abgasturboladers 22 mit mittels des Abgasturboladers 22 verdichteter Luft versorgt, sodass in dem ersten Betriebszustand ein mittels des zweiten Abgasturboladers 24 bewirktes Versorgen der Verbrennungskraftmaschine 16 mit verdichteter Luft unterbleibt. Insbesondere unterbleibt in dem ersten Betriebszustand ein durch den Abgasturbolader 24 bewirktes Verdichten der den Ansaugtrakt 18 durchströmenden Luft.
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In dem zweiten Betriebszustand werden die Brennräume 16 und somit die Verbrennungskraftmaschine 10 mittels beider, parallel arbeitender Abgasturbolader 22 und 24 mit verdichteter Luft versorgt. Dies bedeutet, dass in dem zweiten Betriebszustand die Abgasturbolader 22 und 24 parallel arbeiten und somit die den Ansaugtrakt 18 durchströmende Luft parallel, das heißt gleichzeitig, verdichten, wobei die parallel mittels der Abgasturbolader 22 und 24 verdichtete Luft den Brennräumen 16 und somit der Verbrennungskraftmaschine 12 zugeführt wird.
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Im Folgenden wird ein Verfahren zum Betreiben der Aufladeeinrichtung 10 beschrieben, wobei bei dem Verfahren die Aufladeeinrichtung 10 beispielsweise von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand umgeschaltet wird. Während des ersten Betriebszustands ist der Abgasturbolader 24 deaktiviert, sodass der Abgasturbolader 24 in dem ersten Betriebszustand keine Luft verdichtet. Der erste Abgasturbolader 22 jedoch ist in dem ersten Betriebszustand beziehungsweise während des ersten Betriebszustands aktiviert, sodass während des ersten Betriebszustands die den Ansaugtrakt durchströmende Luft mittels des Abgasturboladers 22 verdichtet wird. Um von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand umzuschalten, wird der Abgasturbolader 24 zugeschaltet, das heißt aktiviert, während der Abgasturbolader 22 aktiviert bleibt, sodass nach dem Umschalten beide Abgasturbolader 22 und 24 aktiviert sind und parallel arbeiten, das heißt parallel Luft verdichten.
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Durch die Verwendung der beiden Abgasturbolader 22 und 24 kann eine so genannte Registeraufladung der Verbrennungskraftmaschine 12 realisiert werden. Um nun eine besonders vorteilhafte Betreibbarkeit, insbesondere Regelbarkeit, der Registeraufladung realisieren zu können, ist bezogen auf die Abgasturbolader 22 und 24 lediglich dem ersten Abgasturbolader 22 ein Elektromotor 54 zugeordnet, mittels welchem zumindest bei dem Umschalten von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand der erste Abgasturbolader 22, insbesondere zumindest das Verdichterrad 30 sowie auch das Turbinenrad 32, antreibbar ist, beziehungsweise sind. im Rahmen des Verfahrens ist somit beispielsweise vorgesehen, bei dem Umschalten von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand den ersten Abgasturbolader 22 mittels des Elektromotors 54 anzutreiben, während ein elektrisches Antreiben des zweiten Abgasturboladers 24 unterbleibt.
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Aus 1 ist erkennbar, dass dem Abgasturbolader 24 kein Elektromotor zugeordnet ist, mittels welcher der Abgasturbolader 24 elektrisch angetrieben werden könnte. Dadurch können die Teileanzahl, das Gewicht und der Bauraumbedarf der Aufladeeinrichtung 10 in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden.
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Darüber hinaus ist es bei dem Verfahren vorgesehen, dass bei dem Umschalten von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand das beispielsweise während des ersten Betriebszustands geschlossene und dadurch eine Versorgung des Abgasturboladers 24, insbesondere der Turbine 40, verhindernde Ventilelement 46 sukzessive geöffnet wird. Dadurch wird der zweite Abgasturbolader 24, insbesondere dessen Turbine 40, mit Abgas der Verbrennungskraftmaschine 12 versorgt, wodurch der Abgasturbolader 24, insbesondere sukzessive, zugeschaltet wird.
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2 zeigt eine weitere Aufladeeinrichtung 10'. Die Aufladeeinrichtung 10' unterscheidet sich dadurch von der Aufladeeinrichtung 10, dass bezogen auf die Abgasturbolader 22 und 24 ausschließlich dem Abgasturbolader 24 ein Elektromotor 56 zugeordnet ist, mittels welchem der Abgasturbolader 24, insbesondere dessen Verdichterrad 34 sowie gegebenenfalls auch das Turbinenrad 42, angetrieben werden kann beziehungsweise können.
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Außerdem zeigt 3 eine Aufladeeinrichtung 10".Die Aufladeeinrichtung 10"unterscheidet sich dadurch von den Aufladeeinrichtungen 10 und 10', dass sowohl dem Abgasturbolader 22 der Elektromotor 54 als auch dem Abgasturbolader 24 der Elektromotor 56 zugeordnet ist. Während somit bei der Aufladeeinrichtung 10 lediglich der Abgasturbolader 22 und bei der Aufladeeinrichtung 10' lediglich der Abgasturbolader 56 als elektrisch betreibbarer beziehungsweise elektrisch unterstützter Abgasturbolader ausgebildet ist, sind bei der Aufladeeinrichtung 10" beide Abgasturbolader 22 und 24 als elektrisch betreibbare beziehungsweise elektrisch unterstützte Abgasturbolader ausgebildet.
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Der erste Betriebszustand wird auch als Ein-Abgasturbolader-Betrieb bezeichnet, wobei der zweite Betriebszustand auch als Zwei-Abgasturbolader-Betrieb bezeichnet wird. Üblicherweise stellt das Umschalten zwischen dem ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand bei der Registeraufladung ein großes Problemfeld dar. Das Umschalten sollte ohne einen Einbruch im Drehmoment oder Verdichterpumpen erfolgen, was bei konventionellen Methoden für Schwierigkeiten unter anderem im Bereich der Regelung sorgt. Derartige Probleme können nun jedoch mittels der Aufladeeinrichtung 10 vermieden werden.
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Die Verbrennungskraftmaschine 12 wird auch als Verbrennungsmotor bezeichnet und kann gegebenenfalls Teil eines wie auch immer gearteten Hybridsystems sein. Der Verbrennungsmotor wird in einem Teillastbetrieb lediglich mittels des beispielsweise konventionellen Abgasturboladers 22 mit verdichteter Luft, das heißt mit Ladeluft versorgt. Somit ist im Teillastbetrieb der erste Betriebszustand eingestellt. Das Abgas des einfach auch als Motor bezeichneten Verbrennungsmotors wird über die Turbine 28 des Abgasturboladers 22 geführt, wodurch die Turbine 28 angetrieben wird. Ist nun bei der Aufladeeinrichtung 10 aus 1 ein Umschalten in den auch als Parallelbetrieb bezeichneten zweiten Betriebszustand vorgesehen, so wird zunächst das auch als Turbinenbypassventil bezeichnete Ventilelement 46 sukzessive geöffnet, um den zweiten Abgasturbolader 24 mit Abgasenergie zu versorgen, sodass der zweite Abgasturbolader 24 seine Drehzahl erhöht und beginnt, Luft zu verdichten. Um ein Einbrechen der Drehzahl und somit des Ladedrucks des ersten Abgasturboladers 22 zu verhindern, wird diesem über den Elektromotor 54 eine Leistung auf die Welle 34 aufgeprägt. Am zweiten Abgasturbolader 24 wird in einem nächsten Schritt das Entlüftungsventil 50 geöffnet, so dass Pumpen des Verdichters 36 vermieden wird und die Luft über das Entlüftungsventil 50 in einen Saugkreis des ersten Abgasturboladers 22 gefördert wird. Erst bei Erreichen einer gewissen Drehzahl und damit eines gewissen Druckverhältnisses wird das Entlüftungsventil 50 geschlossen und gleichzeitig ein Verdichterzuschaltventil 48 geöffnet, sodass nun beide Abgasturbolader 22 und 24 parallel Luft in den Motor fördern.
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Bei der Aufladeeinrichtung 10' ist der zweite, zuzuschaltende Abgasturbolader 24 als elektrisch unterstützter Abgasturbolader ausgeführt, da dem Abgasturbolader 24 der Elektromotor 56 zugeordnet ist. Der Elektromotor 56 sitzt dabei auf der Welle 44, welche mittels des Elektromotors 56 elektrisch angetrieben werden kann. Wird nun beispielsweise von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand umgeschaltet, so kann das Turbinenbypassventil 46 zunächst geschlossen bleiben, wodurch der erste Abgasturbolader 22 keinen Drehzahl- und somit Ladedruckeinbruch erfährt. Der zweite, elektrisch unterstützte Abgasturbolader 24 wird durch dessen Elektromotor 56 auf eine notwendige Drehzahl gebracht. Hierbei bleibt das Entlüftungsventil 50 geöffnet, sodass pumpen vermieden wird. Liefern beide Abgasturbolader 22 und 24 den gleichen oder denselben oder den identischen Ladedruck, kann das Entlüftungsventil 50 geschlossen und simultan das Verdichterzuschaltventil 48 geöffnet werden, sodass der Ladedruck von beiden, auch als Lader bezeichneten Abgasturboladern 22 und 24 bereitgestellt wird. Währenddessen kann das Turbinenbypassventil 46 sukzessive geöffnet werden, jedoch immer mit dem Fokus, den ersten Abgasturbolader 22 auf Ladedruckniveau zu halten. Die den zweiten Abgasturbolader 24 zum Erreichen beziehungsweise Halten des Ladedrucks fehlenden Turbinenenergie wird durch den Elektromotor 56 auf der Welle 44 bereitgestellt. Neben der besseren Regelbarkeit durch die aktiven Eingriffsmöglichkeiten am zweiten Abgasturbolader 24 wird diesem auch ein schnelleres Hochdrehen durch die elektrische Unterstützung ermöglicht.
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Bei der Aufladeeinrichtung 10 ist der erste Abgasturbolader 22 als elektrisch unterstützter Abgasturbolader ausgebildet, während der zweite Abgasturbolader 24 als konventioneller Abgasturbolader ausgeführt ist. Wird ein Umschalten von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand notwendig beziehungsweise durchgeführt, kann das Turbinenbypassventil 46 sukzessive geöffnet werden, um den zweiten Abgasturbolader 24 mit Abgasenergie zu versorgen. Um ein Einbrechen der Drehzahl und somit des Ladedrucks des ersten Abgasturboladers 22 zu verhindern, wird diesem über den Elektromotor 54 eine Leistung auf die Welle 34 aufgeprägt. Wiederum wird am zweiten Abgasturbolader 24 zunächst das Entlüftungsventil 50 geöffnet und bei Erreichen des Ladedrucks wieder geschlossen, während das Verdichterzuschaltventil 48 simultan geöffnet wird.
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Bei der Aufladeeinrichtung 10" schließlich, sind beide Abgasturbolader 22 und 24 als elektrisch unterstützte Abgasturbolader ausgeführt. Das Öffnen und Schließen der zuvor beschriebenen Ventile verläuft analog der vorherigen Ausführungen. Hier kann eine gute Regelbarkeit realisiert werden, dabei beiden Abgasturboladern 22 und 24 bei Bedarf elektrische Wellenleistungen aufgeprägt werden können.
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Beispielsweise in der Kaltstartphase kann der primäre, erste Abgasturbolader 22 elektrisch angetrieben werden, sodass er die zum Betrieb des Verbrennungsmotors vorteilhafte beziehungsweise notwendige Ladeluft erzeugt beziehungsweise Luft verdichtet. Da dann weniger Energie des Abgases über die Turbine 28 entzogen wird, heizt sich eine angeschlossene Abgasnachbehandlungseinrichtung schneller auf als beispielsweise bei den Aufladeeinrichtungen 10' und 10". Über diese wäre ein aktives Pre-Management in dieser Konstellation deutlich einfacher zu realisieren.
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Neben der Kaltstartoptimierung bieten sich in dem ersten Betriebszustand weitere Vorteile, die durch die Elektrifizierung bedingt sind. Das transiente Verhalten des Motors wird enorm verbessert, da der erste Abgasturbolader 22 nicht nur per Abgasenergie, sondern überlagert auch per elektrischer Energie auf der Welle 34 angetrieben wird, und der Ladedruck somit quasi instantan zur Verfügung steht. Des Weiteren sind, insbesondere verdichterseitig, Betriebspunkte zu erreichen, welche zuvor mangels Turbinenenergie nicht erreichbar waren. Dies kann und wird beispielsweise bei den Emissionen und/oder im Verbrauch Vorteile mit sich bringen, da beispielsweise andere AGR-Raten und -Wege und/oder bessere Verbrennungsluftverhältnisse realisiert werden können.
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Bei einem auch als Umschaltvorgang bezeichneten Umschalten von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand bietet die Elektrifizierung des primären Abgasturboladers 22 einen Freiheitsgrad. Ist ein Umschalten gewünscht, kann das Turbinenbypassventil sukzessive geöffnet werden. Der sekundäre Abgasturbolader 24 beginnt sich zu drehen und Luft zu fördern, weshalb zur Pumpvermeidung das Entlüftungsventil zunächst geöffnet wird. Im konventionellen Fall würde nun, durch das teilweise Wegfallen der Turbinenenergie am primären Abgasturbolader 22, die Drehzahl und somit der Ladedruck fallen, was in einem Drehmomenteneinbruch am Verbrennungsmotor resultieren würde. In der vorliegenden Anordnung, das heißt bei der Aufladeeinrichtung 10 wird die am primären Abgasturbolader 22 wegfallende Energie durch Zugabe elektrischer Energie kompensiert, sodass kein Ladedruck- und Drehmomenteneinbruch stattfindet. Hat der sekundäre Abgasturbolader 24 das gewünschte Druckniveau erreicht, wird das Entlüftungsventil geschlossen und gleichzeitig das Verdichterzuschaltventil geöffnet, sodass beide Abgasturbolader 22 und 24 Luft in den Verbrennungsmotor fördern. Simultan dazu kann die der Welle 34 des primären Abgasturboladers 22 aufgeprägte Energie reduziert werden oder es kann auf ein Aufprägen von Energie auf die Welle 34 verzichtet werden. Neben dem Vorteil des Freiheitsgrads beim Umschalten ist auch das deutlich schnellere Umschalten zu nennen, da - im Vergleich zur konventionellen Registeraufladung - das Turbinenbypassventil deutlich schneller und stärker geöffnet werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10, 10', 10"
- Aufladeeinrichtung
- 12
- Verbrennungskraftmaschine
- 14
- Motorgehäuse
- 16
- Brennräume
- 18
- Ansaugtrakt
- 20
- Abgastrakt
- 22
- Abgasturbolader
- 24
- Abgasturbolader
- 26
- Verdichter
- 28
- Turbine
- 30
- Verdichterrad
- 32
- Turbinenrad
- 34
- Welle
- 36
- Verdichter
- 38
- Verdichterrad
- 40
- Turbine
- 42
- Turbinenrad
- 44
- Welle
- 46
- Ventilelement
- 48
- Ventilelement
- 50
- Ventilelement
- 52
- Ladeluftkühler
- 54
- Elektromotor
- 56
- Elektromotor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014221333 A1 [0002]
- DE 102009013040 A1 [0003]
