DE102019212774A1 - Two-stage chargeable internal combustion engine with exhaust gas aftertreatment and method for operating such an internal combustion engine - Google Patents

Two-stage chargeable internal combustion engine with exhaust gas aftertreatment and method for operating such an internal combustion engine Download PDF

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Hanno Friederichs
Andreas Kuske
Michael Forsting
Frank Wunderlich
Franz Arnd Sommerhoff
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine (1) mit einem Ansaugsystem (2) und einem Abgasabführsystem (4) und mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Abgasturboladern (6, 7), die jeweils eine im Abgasabführsystem (4) angeordnete Turbine (6a, 7a) und einen im Ansaugsystem (2) angeordneten Verdichter (6b, 7b) umfassen und von denen ein erster Abgasturbolader (6) als Niederdruckstufe (6) dient und ein zweiter Abgasturbolader (7) als Hochdruckstufe (7) dient, wobei eine erste Bypassleitung (12) vorgesehen ist, die stromaufwärts der zweiten Turbine (7a) vom Abgasabführsystem (4) abzweigt und die zwischen der ersten Turbine (6a) und der zweiten Turbine (7a) unter Ausbildung eines ersten Knotenpunktes (8a) wieder in das Abgasabführsystem (4) einmündet und in der ein Absperrelement (13) angeordnet ist, und im Abgasabführsystem (4) mindestens ein selektiver Katalysator (15, 16) zur Reduzierung von Stickoxiden angeordnet ist.Ein erster selektiver Katalysator (16) zur Reduzierung von Stickoxiden ist zwischen der zweiten Turbine (7a) und dem ersten Knotenpunkt (8a) im Abgasabführsystem (4) angeordnet, und eine Vorrichtung (17) zum Einbringen eines Reduktionsmittels in das Abgasabführsystem (4) ist stromaufwärts der zweiten Turbine (7a) vorgesehen.Damit kann nach einem Kaltstart gleichzeitig ein hoher Ladedruck und eine schnelle Aufheizung der Abgasnachbehandlungssysteme realisiert werden.The invention relates to a supercharged internal combustion engine (1) with an intake system (2) and an exhaust gas discharge system (4) and with at least two exhaust gas turbochargers (6, 7) connected in series, each of which has a turbine (6a, 7a) arranged in the exhaust gas discharge system (4). and a compressor (6b, 7b) arranged in the intake system (2) and of which a first exhaust gas turbocharger (6) serves as a low-pressure stage (6) and a second exhaust gas turbocharger (7) serves as a high-pressure stage (7), a first bypass line (12 ) is provided, which branches off from the exhaust gas removal system (4) upstream of the second turbine (7a) and which opens again into the exhaust gas removal system (4) between the first turbine (6a) and the second turbine (7a) forming a first node (8a) and in which a shut-off element (13) is arranged, and at least one selective catalytic converter (15, 16) for reducing nitrogen oxides is arranged in the exhaust gas discharge system (4). A first selective catalytic converter (16) for reducing g of nitrogen oxides is arranged between the second turbine (7a) and the first node (8a) in the exhaust gas removal system (4), and a device (17) for introducing a reducing agent into the exhaust gas removal system (4) is provided upstream of the second turbine (7a) This means that after a cold start, high boost pressure and rapid heating of the exhaust gas aftertreatment systems can be achieved at the same time.

Description

Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit einem Ansaugsystem zum Zuführen von Ladeluft und einem Abgasabführsystem zum Abführen von Abgas und mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Abgasturboladern, die jeweils eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine und einen im Ansaugsystem angeordneten Verdichter umfassen und von denen ein erster Abgasturbolader als Niederdruckstufe dient und ein zweiter Abgasturbolader als Hochdruckstufe dient, wobei

  • - die zweite Turbine des zweiten Abgasturboladers stromaufwärts der ersten Turbine des ersten Abgasturboladers angeordnet ist und der zweite Verdichter des zweiten Abgasturboladers stromabwärts des ersten Verdichters des ersten Abgasturboladers angeordnet ist,
  • - eine erste Bypassleitung vorgesehen ist, die stromaufwärts der zweiten Turbine vom Abgasabführsystem abzweigt und die zwischen der ersten Turbine und der zweiten Turbine unter Ausbildung eines ersten Knotenpunktes wieder in das Abgasabführsystem einmündet und in der ein Absperrelement angeordnet ist, und
  • - im Abgasabführsystem mindestens ein selektiver Katalysator zur Reduzierung von Stickoxiden angeordnet ist.
The invention relates to a supercharged internal combustion engine with an intake system for supplying charge air and an exhaust gas discharge system for discharging exhaust gas and with at least two exhaust gas turbochargers connected in series, each comprising a turbine arranged in the exhaust gas discharge system and a compressor arranged in the intake system and of which a first exhaust gas turbocharger is used The low-pressure stage is used and a second exhaust gas turbocharger is used as the high-pressure stage, with
  • - The second turbine of the second exhaust gas turbocharger is arranged upstream of the first turbine of the first exhaust gas turbocharger and the second compressor of the second exhaust gas turbocharger is arranged downstream of the first compressor of the first exhaust gas turbocharger,
  • - A first bypass line is provided which branches off from the exhaust gas removal system upstream of the second turbine and which opens into the exhaust gas removal system again between the first turbine and the second turbine forming a first junction and in which a shut-off element is arranged, and
  • - At least one selective catalyst for reducing nitrogen oxides is arranged in the exhaust gas discharge system.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine der oben genannten Art.The invention also relates to a method for operating a supercharged internal combustion engine of the type mentioned above.

Eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art wird beispielsweise als Kraftfahrzeugantrieb eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Brennkraftmaschine insbesondere selbstzündende Dieselmotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, die ein Hybrid-Brennverfahren mit Selbstzündung nutzen, sowie Hybrid-Antriebe, die neben einem selbstzündenden Dieselmotor eine mit dem Dieselmotor antriebsverbindbare Elektromaschine umfassen, welche Leistung von dem Dieselmotor aufnimmt oder als zuschaltbarer Hilfsantrieb zusätzlich Leistung abgibt.An internal combustion engine of the type mentioned is used, for example, as a motor vehicle drive. In the context of the present invention, the term internal combustion engine includes in particular compression ignition diesel engines, but also hybrid combustion engines that use a hybrid combustion process with compression ignition, as well as hybrid drives that, in addition to a compression ignition diesel engine, include an electric machine that can be driven with the diesel engine and that provides power from the Diesel engine takes up or delivers additional power as a switchable auxiliary drive.

Die Aufladung einer Brennkraftmaschine dient in erster Linie der Leistungssteigerung. Die für den Verbrennungsprozess benötigte Luft wird verdichtet, wodurch jedem Zylinder pro Arbeitsspiel eine größere Luftmasse zugeführt werden kann. Dadurch können die Kraftstoffmasse und damit der Mitteldruck gesteigert werden.The charging of an internal combustion engine is primarily used to increase performance. The air required for the combustion process is compressed, which means that a larger air mass can be supplied to each cylinder per work cycle. This allows the fuel mass and thus the mean pressure to be increased.

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 das Lastkollektiv zu höheren Lasten hin verschieben, bei denen der spezifische Kraftstoffverbrauch niedriger ist. Durch Aufladung in Kombination mit einer geeigneten Getriebeauslegung kann auch ein sogenanntes Downspeeding realisiert werden, bei dem ebenfalls ein geringerer spezifischer Kraftstoffverbrauch erzielt werden kann.Supercharging is a suitable means of increasing the output of an internal combustion engine with unchanged cubic capacity or reducing the cubic capacity with the same output. In any case, the charging leads to an increase in the installation space performance and a more favorable power mass. If the displacement is reduced, the load spectrum can be shifted towards higher loads, at which the specific fuel consumption is lower. By means of supercharging in combination with a suitable gear design, so-called downspeeding can also be achieved, in which a lower specific fuel consumption can also be achieved.

Die Aufladung unterstützt folglich das ständige Bemühen in der Entwicklung von Brennkraftmaschinen, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren, d.h. den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu verbessern.Supercharging consequently supports the constant effort in the development of internal combustion engines to minimize fuel consumption, i.e. to improve the efficiency of the internal combustion engine.

In der Regel wird für die Aufladung ein Abgasturbolader eingesetzt, bei dem ein Verdichter und eine Turbine auf derselben Welle angeordnet sind. Der heiße Abgasstrom wird der Turbine zugeführt und entspannt sich unter Energieabgabe in dieser Turbine, wodurch die Welle in Drehung versetzt wird. Die vom Abgasstrom an die Turbine und schließlich an die Welle abgegebene Energie wird für den Antrieb des ebenfalls auf der Welle angeordneten Verdichters genutzt. Der Verdichter fördert und komprimiert die ihm zugeführte Ladeluft, wodurch eine Aufladung der Zylinder erreicht wird. Gegebenenfalls ist zusätzlich eine Ladeluftkühlung vorgesehen, mit der die komprimierte Ladeluft vor Eintritt in die Zylinder gekühlt wird.As a rule, an exhaust gas turbocharger is used for supercharging, in which a compressor and a turbine are arranged on the same shaft. The hot exhaust gas flow is fed to the turbine and relaxes while releasing energy in this turbine, causing the shaft to rotate. The energy released by the exhaust gas flow to the turbine and finally to the shaft is used to drive the compressor, which is also located on the shaft. The compressor conveys and compresses the charge air supplied to it, as a result of which the cylinders are charged. If necessary, charge air cooling is also provided with which the compressed charge air is cooled before it enters the cylinder.

Der Vorteil eines Abgasturboladers beispielsweise im Vergleich zu einem mechanischen Lader besteht darin, dass keine mechanische Verbindung zur Leistungsübertragung zwischen Lader und Brennkraftmaschine besteht bzw. erforderlich ist, die zusätzlich Bauraum im Motorraum beansprucht und die Anordnung der Aggregate in nicht unerheblicher Weise beeinflusst. 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.The advantage of an exhaust gas turbocharger, for example compared to a mechanical charger, is that there is or is no mechanical connection for power transmission between the charger and the internal combustion engine, which additionally takes up space in the engine compartment and influences the arrangement of the units in a not inconsiderable way. While a mechanical charger draws the energy required for its drive entirely from the internal combustion engine and thus reduces the power provided and thus adversely affects the efficiency, the exhaust gas turbocharger uses the exhaust gas energy of the hot exhaust gases.

Schwierigkeiten bereitet die Auslegung der Abgasturboaufladung, wobei grundsätzlich eine spürbare Leistungssteigerung in allen Drehzahlbereichen angestrebt wird. Bei mit einem Abgasturbolader aufgeladenen Brennkraftmaschinen wird bei Unterschreiten einer bestimmten Drehzahl ein spürbarer Drehmomentabfall beobachtet. Dieser Effekt ist unerwünscht und zählt zu den gravierendsten Nachteilen der Abgasturboaufladung.The design of the exhaust gas turbocharger causes difficulties, with a noticeable increase in performance in all speed ranges being aimed for. In the case of internal combustion engines charged with an exhaust gas turbocharger, a noticeable drop in torque is observed when the speed falls below a certain level. This effect is undesirable and is one of the most serious disadvantages of exhaust gas turbocharging.

Verständlich wird dieser Drehmomentabfall, wenn berücksichtigt wird, dass das Ladedruckverhältnis vom Turbinendruckverhältnis abhängt. Wird beispielsweise die Motordrehzahl verringert, führt dies zu einem kleineren Abgasstrom und damit zu einem kleineren Turbinendruckverhältnis. Dies hat zur Folge, dass zu niedrigeren Drehzahlen hin das Ladedruckverhältnis ebenfalls abnimmt, was gleichbedeutend ist mit einem Drehmomentabfall.This torque drop becomes understandable if it is taken into account that the boost pressure ratio depends on the turbine pressure ratio. Becomes For example, if the engine speed is reduced, this leads to a smaller exhaust gas flow and thus to a smaller turbine pressure ratio. As a result, the boost pressure ratio also decreases towards lower engine speeds, which is equivalent to a drop in torque.

Die Drehmomentcharakteristik einer mittels Abgasturboaufladung aufgeladenen Brennkraftmaschine wird nach dem Stand der Technik durch unterschiedliche Maßnahmen zu verbessern versucht.According to the prior art, attempts are made to improve the torque characteristics of an internal combustion engine charged by means of exhaust gas turbocharging by means of various measures.

Beispielsweise durch eine kleine Auslegung des Turbinenquerschnitts und gleichzeitiger Abgasabblasung. Eine derartige Turbine wird auch als Waste-Gate-Turbine bezeichnet. Überschreitet der Abgasmassenstrom eine kritische Größe wird ein Teil des Abgasstroms im Rahmen einer sogenannten Abgasabblasung mittels einer Bypassleitung an der Turbine vorbei geführt. Diese Vorgehensweise hat aber den Nachteil, dass das Aufladeverhalten bei höheren Drehzahlen unzureichend ist. For example, through a small design of the turbine cross-section and simultaneous exhaust gas blow-off. Such a turbine is also referred to as a waste gate turbine. If the exhaust gas mass flow exceeds a critical value, part of the exhaust gas flow is guided past the turbine by means of a bypass line as part of a so-called exhaust gas blow-off. However, this approach has the disadvantage that the charging behavior is inadequate at higher speeds.

Die Drehmomentcharakteristik einer aufgeladenen Brennkraftmaschine kann des Weiteren durch mehrere parallel angeordnete Turbolader, d.h. durch mehrere parallel angeordnete Turbinen von kleinerem Turbinenquerschnitt, verbessert werden, wobei mit steigender Abgasmenge Turbinen sukzessive zugeschaltet werden; ähnlich einer Registeraufladung.The torque characteristics of a supercharged internal combustion engine can furthermore be improved by several turbochargers arranged in parallel, i.e. by several turbines with a smaller turbine cross-section arranged in parallel, with the turbines being switched on successively as the amount of exhaust gas increases; similar to register charging.

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.The torque characteristic can also be advantageously influenced by means of several exhaust gas turbochargers connected in series. By connecting two exhaust gas turbochargers in series, of which one exhaust gas turbocharger serves as the high pressure stage and one exhaust gas turbocharger serves as the low pressure stage, the compressor map can be expanded in an advantageous manner, both towards smaller compressor flows and towards larger compressor flows.

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 und die Drehmomentcharakteristik im unteren Drehzahlbereich deutlich verbessert wird. Erreicht wird dies durch eine Auslegung der Hochdruckturbine auf kleine Abgasströme und Vorsehen einer Bypassleitung, mit der bei zunehmendem Abgasstrom zunehmend Abgas an der Hochdruckturbine vorbeigeführt wird. Die Bypassleitung zweigt hierzu stromaufwärts der Hochdruckturbine vom Abgasabführsystem ab und mündet stromaufwärts der Niederdruckturbine wieder in das Abgasabführsystem. In der Bypassleitung ist ein Absperrelement angeordnet, um den an der Hochdruckturbine vorbeigeführten Abgasstrom zu steuern. Eine zweistufig aufladbare Brennkraftmaschine der vorstehenden Art wird beispielweise in der europäischen Patentanmeldung EP 1 640 596 A1 beschrieben. Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2013 215 574 A1 hat eine solche Brennkraftmaschine ebenfalls zum Gegenstand.In particular, in the case of the exhaust gas turbocharger serving as a high-pressure stage, it is possible to shift the surge limit towards smaller compressor flows, which means that high boost pressure ratios can be achieved even with small compressor flows and the torque characteristics in the lower speed range are significantly improved. This is achieved by designing the high-pressure turbine for small exhaust gas flows and providing a bypass line with which exhaust gas is increasingly led past the high-pressure turbine as the exhaust gas flow increases. For this purpose, the bypass line branches off from the exhaust gas discharge system upstream of the high-pressure turbine and flows back into the exhaust gas discharge system upstream of the low-pressure turbine. A shut-off element is arranged in the bypass line in order to control the exhaust gas flow that is guided past the high-pressure turbine. A two-stage chargeable internal combustion engine of the above type is described, for example, in the European patent application EP 1 640 596 A1 described. The German Offenlegungsschrift DE 10 2013 215 574 A1 also has such an internal combustion engine as its subject.

Auch die Brennkraftmaschine der vorliegenden Erfindung verfügt über mindestens zwei in Reihe angeordnete Turbolader.The internal combustion engine of the present invention also has at least two turbochargers arranged in series.

Zwei in Reihe geschaltete Abgasturbolader bieten über das bereits Gesagte hinaus noch weitere Vorteile. Die Leistung der Brennkraftmaschine kann durch eine zweistufige Aufladung noch weiter gesteigert werden. Des Weiteren ist das Ansprechverhalten einer derart aufgeladenen Brennkraftmaschine, insbesondere im Teillastbereich, deutlich verbessert gegenüber einer vergleichbaren Brennkraftmaschine mit einstufiger Aufladung. Der Grund hierfür ist darin zu finden, dass die kleinere Hochdruckstufe weniger träge ist als ein im Rahmen einer einstufigen Aufladung verwendeter größerer Abgasturbolader. Das Laufzeug bzw. Laufrad eines kleiner dimensionierten Abgasturboladers lässt sich schneller beschleunigen und verzögern.Two exhaust gas turbochargers connected in series offer other advantages beyond what has already been said. The performance of the internal combustion engine can be increased even further by two-stage charging. Furthermore, the response behavior of an internal combustion engine charged in this way, in particular in the partial load range, is significantly improved compared to a comparable internal combustion engine with single-stage charging. The reason for this is to be found in the fact that the smaller high-pressure stage is less sluggish than a larger exhaust-gas turbocharger used in the context of single-stage charging. The running gear or impeller of a smaller exhaust gas turbocharger can be accelerated and decelerated more quickly.

Dies hat auch hinsichtlich der Partikelemissionen Vorteile. Bei einer Beschleunigung der Brennkraftmaschine folgt die den Zylindern zu zuführende Luftmasse der erhöhten Kraftstoffmenge infolge der Trägheit der Laufräder grundsätzlich nur verzögert. Bei einem kleineren Hochdruckturbolader hingegen wird die dem Motor zugeführte Ladeluft nahezu verzögerungsfrei angepasst, weshalb Betriebszustände mit erhöhter Partikelemission vermieden werden.This also has advantages with regard to particle emissions. When the internal combustion engine accelerates, the air mass to be supplied to the cylinders basically only follows the increased fuel quantity with a delay due to the inertia of the running wheels. In the case of a smaller high-pressure turbocharger, on the other hand, the charge air supplied to the engine is adjusted almost without delay, which is why operating states with increased particle emissions are avoided.

Bei der Auslegung der Abgasturboaufladung ist man bemüht, die Turbine bzw. die Turbinen möglichst nahe am Auslass der Brennkraftmaschine, d.h. nahe der Auslassöffnungen der Zylinder, anzuordnen, um auf diese Weise die Abgasenthalpie der heißen Abgase, die maßgeblich vom Abgasdruck und der Abgastemperatur bestimmt wird, optimal nutzen zu können und ein schnelles Ansprechverhalten des Turboladers zu gewährleisten. Nicht nur der Weg der heißen Abgase zur Turbine verkürzt sich durch eine motornahe Anordnung, auch das Volumen des Abgasabführsystems stromaufwärts der Turbine nimmt ab. Die thermische Trägheit des Abgasabführsystems nimmt ebenfalls ab und zwar durch Reduzierung der Masse und der Länge des Teilstückes des Abgasabführsystems bis hin zur Turbine. Aus den vorstehend genannten Gründen werden die Turbinen in der Regel auslassseitig am Zylinderkopf angeordnet. Aus denselben Gründen wird der Abgaskrümmer nach dem Stand der Technik häufig im Zylinderkopf integriert. Die Integration des Abgaskrümmers gestattet darüber hinaus ein dichtes Packaging der Antriebseinheit. Zudem kann von einer gegebenenfalls im Zylinderkopf vorgesehenen Flüssigkeitskühlung partizipiert werden, so dass der Krümmer nicht aus thermisch hoch belastbaren Werkstoffen gefertigt werden muss, die kostenintensiv sind. Bei einer zweistufigen Aufladung bereitet aber die motornahe Anordnung der Turbine der Niederdruckstufe Probleme.When designing the exhaust gas turbocharger, efforts are made to arrange the turbine or turbines as close as possible to the exhaust of the internal combustion engine, i.e. close to the cylinder outlet openings, in order to determine the exhaust gas enthalpy of the hot exhaust gases, which is largely determined by the exhaust gas pressure and the exhaust gas temperature to be able to use it optimally and to ensure a quick response of the turbocharger. Not only is the path of the hot exhaust gases to the turbine shortened by an arrangement close to the engine, the volume of the exhaust gas removal system upstream of the turbine also decreases. The thermal inertia of the exhaust gas removal system also decreases, namely by reducing the mass and length of the section of the exhaust gas removal system up to the turbine. For the reasons mentioned above, the turbines are usually arranged on the cylinder head on the outlet side. For the same reasons, the prior art exhaust manifold is often integrated in the cylinder head. The integration of the exhaust manifold also allows a tight packaging of the drive unit. In addition, a liquid cooling that may be provided in the cylinder head can be used, so that the manifold does not must be made of thermally highly resilient materials that are cost-intensive. In the case of two-stage turbocharging, however, the arrangement of the turbine close to the engine of the low-pressure stage causes problems.

Als problematisch erweist sich die Abgasturboaufladung in Kombination mit einer Abgasnachbehandlung.Exhaust gas turbocharging in combination with exhaust gas aftertreatment has proven to be problematic.

Bei Brennkraftmaschinen, die mit einem Luftüberschuss betrieben werden, beispielsweise direkteinspritzende Dieselmotoren, können die im Abgas befindlichen Stickoxide NOx prinzipbedingt, d.h. aufgrund der fehlenden Reduktionsmittel nicht reduziert werden.In internal combustion engines that are operated with an excess of air, for example direct-injection diesel engines, the nitrogen oxides NO x in the exhaust gas cannot be reduced due to the principle, ie due to the lack of reducing agents.

Infolgedessen muss ein Abgasnachbehandlungssystem zur Reduzierung der Stickoxide vorgesehen werden, beispielsweise ein selektiver Katalysator, der auch als SCR-Katalysator bezeichnet wird und bei dem gezielt Reduktionsmittel in das Abgas eingebracht wird, um die Stickoxide selektiv zu vermindern. Als Reduktionsmittel kommen neben Ammoniak NH3 und Harnstoff auch unverbrannte Kohlenwasserstoffe zum Einsatz. Letzteres wird auch als HC-Anreicherung bezeichnet, wobei die unverbrannten Kohlenwasserstoffe direkt in das Abgasabführsystem eingebracht werden oder aber durch innermotorische Maßnahmen, beispielsweise durch eine Nacheinspritzung von zusätzlichem Kraftstoff in den Brennraum. Dabei soll der nacheingespritzte Kraftstoff nicht im Brennraum durch die noch ablaufende Hauptverbrennung oder aber durch die - auch nach Beendigung der Hauptverbrennung - hohen Verbrennungsgastemperaturen gezündet werden, sondern während des Ladungswechsels in das Abgasabführsystem stromaufwärts des selektiven Katalysators eingeleitet werden.As a result, an exhaust gas aftertreatment system must be provided to reduce the nitrogen oxides, for example a selective catalytic converter, which is also referred to as an SCR catalytic converter and in which reducing agent is specifically introduced into the exhaust gas in order to selectively reduce the nitrogen oxides. In addition to ammonia NH 3 and urea, unburned hydrocarbons are also used as reducing agents. The latter is also referred to as HC enrichment, with the unburned hydrocarbons being introduced directly into the exhaust gas discharge system or by means of measures within the engine, for example by post-injection of additional fuel into the combustion chamber. The post-injected fuel should not be ignited in the combustion chamber by the main combustion still taking place or by the high combustion gas temperatures - even after the main combustion has ended - but instead should be introduced into the exhaust gas discharge system upstream of the selective catalytic converter during the gas exchange.

Brennkraftmaschinen, die von einer Nacheinspritzung Gebrauch machen, sind von Hause aus anfällig für eine Verdünnung bzw. Kontaminierung des Öls durch unverbrannte Kohlenwasserstoffe. In Abhängigkeit von der Quantität des nacheingespritzten Kraftstoffes und dem Einspritzzeitpunkt, gelangt ein mehr oder weniger großer Anteil des nacheingespritzten Kraftstoffes auf die Zylinderinnenwand, mischt sich dort mit dem anhaftenden Ölfilm und trägt so zur Ölverdünnung bei. Zudem erhöht der Einsatz von zusätzlichem Kraftstoff als Reduktionsmittel prinzipbedingt den Gesamtkraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine.Internal combustion engines that make use of post injection are inherently susceptible to dilution or contamination of the oil by unburned hydrocarbons. Depending on the quantity of post-injected fuel and the time of injection, a more or less large proportion of the post-injected fuel reaches the inner wall of the cylinder, mixes there with the adhering oil film and thus contributes to the dilution of the oil. In addition, the use of additional fuel as a reducing agent increases the overall fuel consumption of the internal combustion engine due to the principle involved.

Daher kommen zur Reduktion von Stickoxiden zunehmend selektive Katalysatoren zum Einsatz, bei denen Ammoniak bzw. Harnstoff als Reduktionsmittel bereitgestellt wird.Therefore, more and more selective catalysts are used to reduce nitrogen oxides, in which ammonia or urea is provided as a reducing agent.

Aufgrund der Toxizität von Ammoniak NH3 wird Ammoniak in der Regel nicht in Reinform in Kraftfahrzeugen bevorratet und als Reduktionsmittel bereitgestellt. Vielmehr wird häufig Harnstoff als Ausgangsprodukt zur Herstellung von Ammoniak verwendet, denn Harnstoff kann unter Energieeintrag im Rahmen einer thermolytischen Reaktion in Ammoniak und Isocyansäure aufgespalten werden, wobei aus der Isocyansäure in Anwesenheit von Wasser wieder Ammoniak NH3 gewonnen werden kann.Due to the toxicity of ammonia NH 3 , ammonia is generally not stored in its pure form in motor vehicles and made available as a reducing agent. Rather, urea is often used as the starting product for the production of ammonia, because urea can be split into ammonia and isocyanic acid with the input of energy as part of a thermolytic reaction, ammonia NH 3 can be recovered from the isocyanic acid in the presence of water.

Bei der Bereitstellung des Harnstoffs zur Herstellung von Ammoniak können zwei grundsätzlich voneinander verschiedene Konzepte unterschieden werden. Zum einen kann der Harnstoff in flüssiger Form, d.h. als wässrige Lösung, bevorratet und bereitgestellt werden, wobei der Harnstoff als wässrige Lösung in das Abgas stromaufwärts des selektiven Katalysators eingebracht wird. Zum anderen besteht die Möglichkeit, den Harnstoff in fester Form zur Verfügung zu stellen. Harnstoff in fester Form ist weniger voluminös und durch einen - im Vergleich zur wässrigen Lösung - höheren Ammoniakgehalt gekennzeichnet. Der Bevorratungsspeicher kann daher mit einem geringeren Speichervolumen ausgeführt werden, was insbesondere im Hinblick auf den Einsatz bei Kraftfahrzeugen einen wesentlichen Vorteil darstellt, bei denen ein möglichst dichtes und effektives Packaging angestrebt wird.When providing the urea for the production of ammonia, a distinction can be made between two fundamentally different concepts. On the one hand, the urea can be stored and made available in liquid form, i.e. as an aqueous solution, the urea being introduced as an aqueous solution into the exhaust gas upstream of the selective catalyst. On the other hand, there is the possibility of making the urea available in solid form. Urea in solid form is less voluminous and is characterized by a higher ammonia content than an aqueous solution. The storage tank can therefore be designed with a smaller storage volume, which is a significant advantage, in particular with regard to use in motor vehicles, in which packaging that is as dense and effective as possible is sought.

Beide Konzepte erfordern den Eintrag von Wärme in den Harnstoff, um Ammoniak herzustellen. In bestimmten Betriebsmodi kann dies Probleme bereiten. Wird beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung stromaufwärts eines selektiven Katalysators in das Abgas eingebracht, sind Abgastemperaturen von etwa 150°C bis 170°C erforderlich, um die Harnstofflösung zu verdampfen, Ammoniak NH3 zu erzeugen und dieses als Reduktionsmittel dienende Ammoniak in ausreichender Weise mit dem Abgas zu vermischen, so dass eine möglichst homogene Abgas-Ammoniak-Mischung entsteht und den Katalysator durchströmt.Both concepts require the introduction of heat into the urea in order to produce ammonia. This can cause problems in certain operating modes. If, for example, an aqueous urea solution is introduced into the exhaust gas upstream of a selective catalyst, exhaust gas temperatures of around 150 ° C to 170 ° C are required in order to evaporate the urea solution , generate ammonia NH 3 and this ammonia, which serves as a reducing agent, suffice with the exhaust gas to mix, so that the exhaust gas ammonia mixture is as homogeneous as possible and flows through the catalytic converter.

Bei Dieselmotoren kann es Schwierigkeiten bereiten, im innerstädtischen Verkehr Abgastemperaturen in der erforderlichen, vorstehend genannten Höhe zu generieren bzw. zu erreichen. Zu berücksichtigen ist dabei, dass im Leerlauf üblicherweise Abgastemperaturen von nur 100°C erreicht werden und Brennkraftmaschinen nach einem Kaltstart eine gewisse Warmlaufphase benötigen, damit die einzelnen Abgasnachbehandlungssysteme ihre Betriebstemperatur erreichen und Schadstoffe konvertieren.In the case of diesel engines, it can be difficult to generate or achieve exhaust gas temperatures in the required, above-mentioned level in inner-city traffic. It must be taken into account that exhaust gas temperatures of only 100 ° C are usually reached when idling and internal combustion engines require a certain warm-up phase after a cold start so that the individual exhaust gas aftertreatment systems reach their operating temperature and convert pollutants.

Selektive Katalysatoren können nicht nur Stickoxide unter Anwesenheit eines Reduktionsmittels, beispielsweise Ammoniak, reduzieren, sondern auch bei Vorliegen geeigneter Temperaturen Ammoniak einlagern, speichern und bei Bedarf zur Reduzierung von Stickoxiden wieder freigeben. Um Ammoniak einlagern zu können, sind bestimmte Mindesttemperaturen des Katalysators erforderlich. In der Regel werden Katalysatortemperaturen zwischen 180°C und 300°C angestrebt, um eine zufriedenstellende Abgasnachbehandlung mittels SCR-Katalysator sicher zustellen. Zu hohe Temperaturen bzw. ein zu hoher Wärmeeintrag können den Katalysator schädigen, zur thermischen Alterung des Katalysators beitragen und die gewollte Konvertierung der Stickoxide nachteilig beeinflussen.Selective catalysts can not only reduce nitrogen oxides in the presence of a reducing agent, for example ammonia, but also store, store and, if required, ammonia when suitable temperatures are present Release reduction of nitrogen oxides again. In order to be able to store ammonia, certain minimum temperatures of the catalyst are required. As a rule, catalytic converter temperatures between 180 ° C and 300 ° C are aimed for in order to ensure satisfactory exhaust gas aftertreatment using an SCR catalytic converter. Temperatures that are too high or too high a heat input can damage the catalytic converter, contribute to thermal aging of the catalytic converter and adversely affect the desired conversion of the nitrogen oxides.

Zu berücksichtigen ist auch, dass ein selektiver Katalysator bei sehr hohen Katalysatortemperaturen oberhalb von etwa 400°C eingelagertes Ammoniak freisetzt, ohne dass Stickoxide reduziert werden. Sowohl das freigesetzte Ammoniak als auch das unbehandelte stickoxidhaltige Abgas werden dann via Abgasabführsystem in die Umgebung abgeführt.It should also be taken into account that a selective catalytic converter releases stored ammonia at very high catalytic converter temperatures above approx. 400 ° C without reducing nitrogen oxides. Both the released ammonia and the untreated nitrogen oxide-containing exhaust gas are then discharged into the environment via an exhaust gas discharge system.

Obwohl die derzeitigen Verordnungen eine On-Board-Diagnose (OBD) nicht zwingend erfordern, könnten zukünftige vom Gesetzgeber vorgegebene Grenzwerte für Stickoxidemissionen dies erforderlich machen. So schreibt die Verordnung EURO VI die Überwachung der Stickoxid-Rohemission vor. Insbesondere die sichere Vermeidung der Einleitung von Ammoniak in die Umgebung könnte eine On-Board-Diagnose (OBD), nämlich die Überwachung der Ammoniak-Konzentration im nachbehandelten Abgas, unentbehrlich machen.Although the current regulations do not necessarily require on-board diagnostics (OBD), future limit values for nitrogen oxide emissions stipulated by law could make this necessary. The EURO VI regulation prescribes the monitoring of raw nitrogen oxide emissions. In particular, the safe avoidance of the introduction of ammonia into the environment could make on-board diagnosis (OBD), namely the monitoring of the ammonia concentration in the aftertreated exhaust gas, indispensable.

Die vorstehend gemachten Ausführungen machen deutlich, dass es vorteilhaft ist, selektive Katalysatoren möglichst nahe am Auslass der Brennkraftmaschine, d.h. motornah, zu platzieren, um den Abgasen wenig Zeit und Gelegenheit zur Abkühlung einzuräumen und sicherzustellen, dass der Katalysator möglichst schnell seine Betriebstemperatur erreicht, insbesondere nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine. Eine Überhitzung des Katalysators, insbesondere bei hohen Lasten und hohen Drehzahlen, ist allerdings auch zu vermeiden.The statements made above make it clear that it is advantageous to place selective catalytic converters as close as possible to the exhaust of the internal combustion engine, ie close to the engine, in order to give the exhaust gases little time and opportunity to cool down and to ensure that the catalytic converter reaches its operating temperature as quickly as possible, in particular after a cold start of the internal combustion engine. However, overheating of the catalytic converter, especially at high loads and high speeds, should also be avoided.

Zudem haben selektive Katalysatoren einen gewissen Platzbedarf. Zum einen für das Bevorraten und Einbringen des Reduktionsmittels in das Abgas sowie das Mischen des Reduktionsmittels mit dem Abgas zur Generierung einer homogenen Mischung. Zum anderen benötigt der Katalysator als solcher einen gewissen Bauraum, der in Abhängigkeit vom Volumen des Katalysators kleiner oder größer sein kann. Das Volumen des Katalysators bestimmt sich dabei über die nachzubehandelnde Abgasmasse, wobei das Abgas im Rahmen der Abgasnachbehandlung eine gewisse Verweildauer im Katalysator beansprucht.In addition, selective catalysts require a certain amount of space. On the one hand for storing and introducing the reducing agent into the exhaust gas and mixing the reducing agent with the exhaust gas to generate a homogeneous mixture. On the other hand, the catalytic converter as such requires a certain amount of installation space, which can be smaller or larger depending on the volume of the catalytic converter. The volume of the catalytic converter is determined by the mass of exhaust gas to be post-treated, with the exhaust gas taking up a certain amount of time in the catalytic converter as part of exhaust gas post-treatment.

Eine motornahe Anordnung der Abgasturbolader einerseits und der Abgasnachbehandlungssysteme andererseits führt zu einem Konflikt bei der Konzipierung des Abgasabführsystems mit den verschiedenen Aggregaten. Zu bedenken ist dabei auch, dass eine Brennkraftmaschine in der Regel eine Vielzahl von Abgasnachbehandlungssystemen aufweist.Arranging the exhaust gas turbocharger close to the engine on the one hand and the exhaust gas aftertreatment systems on the other hand leads to a conflict in the design of the exhaust gas removal system with the various units. It should also be taken into account that an internal combustion engine generally has a large number of exhaust gas aftertreatment systems.

Die vorstehend beschriebenen technischen Zusammenhänge machen deutlich, dass Konzepte erforderlich sind, mit denen selektive Katalysatoren bei mehrstufig aufgeladenen Brennkraftmaschine optimal betrieben werden können. Derartige Konzepte sollten insbesondere berücksichtigen, dass unterschiedliche Abgastemperaturen und unterschiedlich große Abgasmengen unterschiedliche Anforderungen an den selektiven Katalysator stellen, so dass diese Anforderungen im Betrieb einer Brennkraftmaschine stark variieren können.The technical relationships described above make it clear that concepts are required with which selective catalytic converters can be optimally operated in a multi-stage charged internal combustion engine. Such concepts should, in particular, take into account that different exhaust gas temperatures and different exhaust gas quantities place different demands on the selective catalytic converter, so that these demands can vary greatly during operation of an internal combustion engine.

Eine zweistufig aufladbare Brennkraftmaschine mit Abgasnachbehandlung wird beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung EP 1 396 619 A1 beschrieben. Die EP 1 396 619 A1 hat die gleichzeitige Verwendung einer Abgasturboaufladung und einer Abgasnachbehandlung zum Gegenstand, wobei die möglichst nahe Anordnung des Abgasnachbehandlungssystems am Auslass der Brennkraftmaschine angestrebt wird. Es werden mehrere Konzepte aufgezeigt.A two-stage chargeable internal combustion engine with exhaust gas aftertreatment is for example in the European patent application EP 1 396 619 A1 described. The EP 1 396 619 A1 deals with the simultaneous use of exhaust gas turbocharging and exhaust gas aftertreatment, the aim being to arrange the exhaust gas aftertreatment system as close as possible to the exhaust of the internal combustion engine. Several concepts are shown.

Bei einer Ausführungsform gemäß der EP 1 396 619 A1 wird der Abgasstrom mittels geeigneter Umschalteinrichtungen und Bypassleitungen in der Art gelenkt, dass dieser an beiden Turbinen vorbei geführt wird. Dies bietet hinsichtlich eines im Abgasabführsystem stromabwärts der Turbinen angeordneten Katalysators, insbesondere nach einem Kaltstart bzw. in der Warm laufphase der Brennkraftmaschine, Vorteile, da das heiße Abgas direkt dem Katalysator zugeführt wird und nicht erst unter Wärmeabgabe durch die als Temperatursenke anzusehenden Turbinen geleitet wird. Auf diese Weise erreicht der Katalysator nach einem Kaltstart bzw. in der Warmlaufphase schneller seine Anspringtemperatur. Eine weitere Ausführungsform sieht die Anordnung eines zweiten Katalysators in der die beiden Turbinen umgehenden Bypassleitung vor.In an embodiment according to EP 1 396 619 A1 the exhaust gas flow is directed by means of suitable switching devices and bypass lines in such a way that it is guided past both turbines. This offers advantages with regard to a catalytic converter arranged in the exhaust gas discharge system downstream of the turbines, especially after a cold start or in the warm-up phase of the internal combustion engine, since the hot exhaust gas is fed directly to the catalytic converter and is not first passed through the turbines, which are regarded as a temperature sink, with heat being given off. In this way, the catalytic converter reaches its light-off temperature more quickly after a cold start or in the warm-up phase. Another embodiment provides for the arrangement of a second catalytic converter in the bypass line bypassing the two turbines.

Nachteilig an dem in der EP 1 396 619 A1 beschriebenen Konzept ist, dass in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine das gesamte Abgas zwecks Aufheizung den Katalysatoren zugeführt und kein Abgas durch die Turbinen geleitet wird. Während der Warmlaufphase kann somit keine Aufladung der Brennkraftmaschine erfolgen bzw. durchgeführt werden, da kein Ladedruck unter Ausnutzung der Abgasenergie generiert werden kann. Der Konflikt zwischen der Abgasturboaufladung und der Abgasnachbehandlung wird zugunsten der Abgasnachbehandlung aufgelöst.The disadvantage of that in the EP 1 396 619 A1 The concept described is that in the warm-up phase of the internal combustion engine, all of the exhaust gas is fed to the catalytic converters for the purpose of heating and no exhaust gas is passed through the turbines. During the warm-up phase, therefore, no charging of the internal combustion engine can take place or be carried out, since no boost pressure can be generated using the exhaust gas energy. The conflict between exhaust gas turbocharging and exhaust gas aftertreatment is resolved in favor of exhaust gas aftertreatment.

Die DE 10 2013 215 574 A1 beschreibt ein Konzept, bei dem die Niederdruckturbine mit einer Bypassleitung ausgestattet ist. Nach einem Kaltstart bzw. in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine wird das heiße Abgas via Bypassleitung an der Niederdruckturbine vorbei und direkt einem stromabwärts im Abgasabführsystem vorgesehenen Abgasnachbehandlungssystem zugeführt. Dadurch wird die als Temperatursenke anzusehende Niederdruckturbine eliminiert. Auf diese Weise erreicht das Abgasnachbehandlungssystem nach einem Kaltstart bzw. in der Warmlaufphase schneller die erforderliche Temperatur. Die Hochdruckturbine sorgt unterdessen für die Bereitstellung des angeforderten Ladedrucks.The DE 10 2013 215 574 A1 describes a concept in which the low-pressure turbine is equipped with a bypass line. After a cold start or in the warm-up phase of the internal combustion engine, the hot exhaust gas is fed via the bypass line past the low-pressure turbine and directly to an exhaust gas aftertreatment system provided downstream in the exhaust gas discharge system. This eliminates the low-pressure turbine, which can be seen as a temperature sink. In this way, the exhaust gas aftertreatment system reaches the required temperature more quickly after a cold start or in the warm-up phase. In the meantime, the high-pressure turbine ensures that the required boost pressure is provided.

Um zukünftige Grenzwerte für Schadstoffemissionen einzuhalten, sind weitere Maßnahmen erforderlich. Neben den unverbrannten Kohlenwasserstoffen sind die Stickoxidemissionen von besonderer Relevanz.Further measures are required in order to comply with future limit values for pollutant emissions. In addition to unburned hydrocarbons, nitrogen oxide emissions are of particular relevance.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine aufgeladene Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, mit der die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile beseitigt werden und mit der die Abgasnachbehandlung mittels selektivem Katalysator unter sämtlichen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine effektiv und optimiert durchgeführt werden kann.Against this background, it is an object of the present invention to provide a supercharged internal combustion engine according to the preamble of claim 1 with which the disadvantages known from the prior art are eliminated and with which the exhaust gas aftertreatment by means of a selective catalytic converter is effective and optimized under all operating conditions of the internal combustion engine can be carried out.

Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine der oben genannten Art aufzuzeigen.Another sub-object of the present invention is to provide a method for operating a supercharged internal combustion engine of the type mentioned above.

Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit einem Ansaugsystem zum Zuführen von Ladeluft und einem Abgasabführsystem zum Abführen von Abgas und mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Abgasturboladern, die jeweils eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine und einen im Ansaugsystem angeordneten Verdichter umfassen und von denen ein erster Abgasturbolader als Niederdruckstufe dient und ein zweiter Abgasturbolader als Hochdruckstufe dient, wobei

  • - die zweite Turbine des zweiten Abgasturboladers stromaufwärts der ersten Turbine des ersten Abgasturboladers angeordnet ist und der zweite Verdichter des zweiten Abgasturboladers stromabwärts des ersten Verdichters des ersten Abgasturboladers angeordnet ist,
  • - eine erste Bypassleitung vorgesehen ist, die stromaufwärts der zweiten Turbine vom Abgasabführsystem abzweigt und die zwischen der ersten Turbine und der zweiten Turbine unter Ausbildung eines ersten Knotenpunktes wieder in das Abgasabführsystem einmündet und in der ein Absperrelement angeordnet ist, und
  • - im Abgasabführsystem mindestens ein selektiver Katalysator zur Reduzierung von Stickoxiden angeordnet ist, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass
  • - ein erster selektiver Katalysator zur Reduzierung von Stickoxiden zwischen der zweiten Turbine und dem ersten Knotenpunkt im Abgasabführsystem angeordnet ist, und
  • - eine Vorrichtung zum Einbringen eines Reduktionsmittels in das Abgasabführsystem stromaufwärts der zweiten Turbine vorgesehen ist.
The first sub-task is achieved by a supercharged internal combustion engine with an intake system for supplying charge air and an exhaust gas discharge system for discharging exhaust gas and with at least two exhaust gas turbochargers connected in series, each comprising a turbine arranged in the exhaust gas discharge system and a compressor arranged in the intake system, one of which first exhaust gas turbocharger is used as a low pressure stage and a second exhaust gas turbocharger is used as a high pressure stage, with
  • - The second turbine of the second exhaust gas turbocharger is arranged upstream of the first turbine of the first exhaust gas turbocharger and the second compressor of the second exhaust gas turbocharger is arranged downstream of the first compressor of the first exhaust gas turbocharger,
  • - A first bypass line is provided which branches off from the exhaust gas removal system upstream of the second turbine and which opens into the exhaust gas removal system again between the first turbine and the second turbine forming a first junction and in which a shut-off element is arranged, and
  • - At least one selective catalyst for reducing nitrogen oxides is arranged in the exhaust gas discharge system, and which is characterized in that
  • - A first selective catalyst for reducing nitrogen oxides is arranged between the second turbine and the first node in the exhaust gas discharge system, and
  • - A device for introducing a reducing agent into the exhaust gas discharge system is provided upstream of the second turbine.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist mit zwei in Reihe schaltbaren, im Abgasabführsystem in Reihe angeordneten Turbinen und zwei im Ansaugsystem in Reihe angeordneten Verdichtern ausgestattet.The internal combustion engine according to the invention is equipped with two series-connectable turbines arranged in series in the exhaust gas discharge system and two compressors arranged in series in the intake system.

Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen, bei denen der erste Verdichter größer ausgelegt ist als der zweite Verdichter, weil der erste Verdichter im Rahmen einer zweistufigen Verdichtung die Niederdruckstufe bildet, wohingegen der zweite Verdichter die bereits vorverdichtete Luft komprimiert und somit die Hochdruckstufe darstellt.Embodiments are advantageous in which the first compressor is designed larger than the second compressor because the first compressor forms the low-pressure stage as part of a two-stage compression, whereas the second compressor compresses the already pre-compressed air and thus represents the high-pressure stage.

Aus demselben Grund sind Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen die erste Turbine größer ausgelegt ist als die zweite Turbine. Denn die zweite Turbine dient im Rahmen einer zweistufigen Aufladung als Hochdruckturbine, während sich in der ersten Turbine ein Abgasstrom entspannt, der bereits infolge des Durchlaufens der Hochdruckstufe einen geringeren Druck und eine geringere Dichte aufweist. For the same reason, embodiments are advantageous in which the first turbine is designed to be larger than the second turbine. This is because the second turbine serves as a high-pressure turbine as part of a two-stage supercharging process, while an exhaust gas flow expands in the first turbine, which already has a lower pressure and a lower density as a result of passing through the high-pressure stage.

Erfindungsgemäß verfügt die Turbine der Hochdruckstufe über eine Bypassleitung, via der Abgas an der Hochdruckturbine vorbei geleitet werden kann. Auch die Turbine der Niederdruckstufe kann mit einer Bypassleitung ausgestattet werden.According to the invention, the turbine of the high pressure stage has a bypass line via which exhaust gas can be passed past the high pressure turbine. The turbine of the low pressure stage can also be equipped with a bypass line.

Stromabwärts der zweiten Turbine, d.h. der Hochdruckturbine, ist ein erster selektiver Katalysator zur Reduzierung der Stickoxide angeordnet. Stromaufwärts der zweiten Turbine ist eine Vorrichtung vorgesehen, um ein Reduktionsmittel in das Abgas einzubringen. Der erste selektive Katalysator ist auf die Abgasnachbehandlung der kleinen Abgasmengen ausgelegt, welche die Hochdruckturbine passieren.A first selective catalytic converter for reducing the nitrogen oxides is arranged downstream of the second turbine, i.e. the high-pressure turbine. A device is provided upstream of the second turbine in order to introduce a reducing agent into the exhaust gas. The first selective catalytic converter is designed for exhaust gas aftertreatment of the small amounts of exhaust gas that pass through the high-pressure turbine.

Der Platzbedarf für die Abgasnachbehandlung ist trotz Verwendung eines selektiven Katalysators vergleichsweise gering, da erfindungsgemäß die Hochdruckturbine als Mischeinrichtung fungiert, in der das stromaufwärts der Hochdruckturbine eingebrachte Reduktionsmittel effizient und in ausreichender Maße mit dem Abgas gemischt wird. Dadurch erfolgt eine zufriedenstellende Homogenisierung der Mischung sowie eine abschließende Aufbereitung des Reduktionsmittels, wobei die hohen Abgastemperaturen stromaufwärts der Hochdruckturbine die Aufbereitung des eingebrachten Reduktionsmittels in vorteilhafter Weise unterstützen. Die Mischstrecke der Abgasnachbehandlung ist gegenüber dem Stand der Technik deutlich verkürzt. Der Katalysator als solcher hat nur einen geringen Raumbedarf, da infolge der Auslegung auf kleine Abgasmengen nur ein kleines Katalysatorvolumen benötigt wird.Despite the use of a selective catalytic converter, the space requirement for the exhaust gas aftertreatment is comparatively small, since, according to the invention, the high-pressure turbine functions as a mixing device in which the reducing agent introduced upstream of the high-pressure turbine is efficient and in is mixed sufficiently with the exhaust gas. This results in a satisfactory homogenization of the mixture and a final processing of the reducing agent, the high exhaust gas temperatures upstream of the high-pressure turbine advantageously supporting the processing of the reducing agent introduced. The exhaust gas aftertreatment mixing section is significantly shorter than in the prior art. The catalytic converter as such only takes up a small amount of space, since only a small volume of the catalytic converter is required due to the design for small amounts of exhaust gas.

Die erste Bypassleitung mündet stromabwärts des ersten selektiven Katalysators unter Ausbildung des ersten Knotenpunktes in das Abgasabführsystem, so dass die Hochdruckturbine und die Abgasnachbehandlung mittels SCR-Katalysator via der ersten Bypassleitung umgangen werden können. Diese Vorgehensweise bietet sich an, um den ersten selektiven Katalysator vor Überhitzung bzw. thermischer Überlastung zu schützen. Sobald der Abgasmassenstrom einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, kann es erforderlich bzw. sinnvoll sein, die Brennkraftmaschine von einem ersten Betriebsmodus, in welchem die Brennkraftmaschine unter Verwendung des ersten und zweiten Abgasturboladers aufgeladen wird, in einen zweiten Betriebsmodus zu überführen, in welchem die Brennkraftmaschine nur unter Verwendung des ersten Abgasturboladers aufgeladen wird, um auf diese Weise den ersten selektiven Katalysator vor Überhitzung bzw. thermischer Überlastung zu schützen.The first bypass line opens downstream of the first selective catalytic converter with the formation of the first junction in the exhaust gas discharge system, so that the high-pressure turbine and the exhaust gas aftertreatment can be bypassed by means of the SCR catalytic converter via the first bypass line. This procedure is recommended to protect the first selective catalytic converter from overheating or thermal overload. As soon as the exhaust gas mass flow exceeds a predetermined limit value, it may be necessary or useful to transfer the internal combustion engine from a first operating mode, in which the internal combustion engine is charged using the first and second exhaust gas turbocharger, to a second operating mode, in which the internal combustion engine is only under Using the first exhaust gas turbocharger is charged in order to protect the first selective catalytic converter from overheating or thermal overload in this way.

Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich eine aufgeladene Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitgestellt, mit der die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile beseitigt werden und mit der die Abgasnachbehandlung mittels selektivem Katalysator unter sämtlichen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine effektiv und optimiert durchgeführt werden kann.With the internal combustion engine according to the invention, the first object on which the invention is based is achieved, namely a supercharged internal combustion engine according to the preamble of claim 1, with which the disadvantages known from the prior art are eliminated and with which the exhaust gas aftertreatment by means of a selective catalytic converter under all operating conditions of the Internal combustion engine can be carried out effectively and optimized.

Die motornahe Anordnung des ersten SCR-Katalysators unmittelbar stromabwärts der Hochdruckturbine ermöglicht eine schnelle Aufheizung des SCR-Katalysators ohne Verwendung zusätzlicher Maßnahmen.The arrangement of the first SCR catalytic converter close to the engine immediately downstream of the high-pressure turbine enables the SCR catalytic converter to be heated up quickly without the use of additional measures.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.Further advantageous embodiments of the internal combustion engine according to the invention are discussed in connection with the subclaims.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen eine zweite Bypassleitung vorgesehen ist, die zwischen dem ersten selektiven Katalysator und dem ersten Knotenpunkt unter Ausbildung eines dritten Knotenpunktes vom Abgasabführsystem abzweigt.Embodiments of the supercharged internal combustion engine are advantageous in which a second bypass line is provided which branches off between the first selective catalytic converter and the first node, forming a third node from the exhaust gas discharge system.

Die Umgehung der Niederdruckturbine via Bypassleitung bietet sich an, wenn der Niederdruckverdichter nicht zur Aufladung bzw. Generierung des Ladedrucks eingesetzt wird.Bypassing the low-pressure turbine via a bypass line is advisable if the low-pressure compressor is not used to charge or generate the boost pressure.

Während der Warmlaufphase wird der Abgasstrom, vorzugsweise der gesamte Abgasstrom, durch die zweite Turbine, d.h. durch die Turbine der Hochdruckstufe, geführt. Dabei kann es vorteilhaft bzw. sinnvoll sein, die große erste Turbine via zweiter Bypassleitung zu umgehen, beispielsweise um ein stromabwärts der Turbinen angeordnetes weiteres Abgasnachbehandlungssystem mit heißem Abgas zu beaufschlagen und aufzuheizen bzw. auf Temperatur zu halten. Durch Umgehung der ersten Turbine wird die größere erste Turbine als Temperatursenke eliminiert.During the warm-up phase, the exhaust gas flow, preferably the entire exhaust gas flow, is passed through the second turbine, i.e. through the turbine of the high pressure stage. It can be advantageous or sensible to bypass the large first turbine via a second bypass line, for example in order to apply hot exhaust gas to a further exhaust gas aftertreatment system arranged downstream of the turbines and to heat it up or to keep it at temperature. By bypassing the first turbine, the larger first turbine is eliminated as a temperature sink.

Wird der Abgasstrom in der Warmlaufphase durch die kleinere zweite Turbine geführt, kann ein ausreichend hoher Ladedruck erzeugt werden und gleichzeitig eine effektive Abgasnachbehandlung mittels erstem SCR-Katalysator erfolgen.If the exhaust gas flow is passed through the smaller, second turbine during the warm-up phase, a sufficiently high boost pressure can be generated and, at the same time, an effective exhaust gas aftertreatment can take place using the first SCR catalytic converter.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die zweite Bypassleitung stromabwärts der ersten Turbine unter Ausbildung eines vierten Knotenpunktes wieder in das Abgasabführsystem mündet.Embodiments of the supercharged internal combustion engine are advantageous in which the second bypass line opens back into the exhaust gas discharge system downstream of the first turbine with the formation of a fourth junction.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen am dritten Knotenpunkt ein weiteres Absperrelement im Abgasabführsystem angeordnet ist.Embodiments of the supercharged internal combustion engine are advantageous in which a further shut-off element is arranged in the exhaust gas discharge system at the third junction.

Das weitere Absperrelement kann in der Warmlaufphase gemäß einer ersten Arbeitsposition das Abgasabführsystem zur ersten Turbine versperren und die zweite Bypassleitung freigeben, so dass der Abgasstrom an der größeren ersten Turbine vorbeigeführt wird. Dies ist ein Vorteil im Vergleich zu Ausführungsformen, bei denen das Ventil in der Bypassleitung selbst angeordnet ist und bei geöffnetem Absperrelement weiter Abgas in die Turbine der Niederdruckstufe strömen kann. Zwar bildet die Turbine der Niederdruckstufe auch dann einen gewissen Strömungswiderstand. Nichtsdestotrotz strömt ein Teil des Abgasstroms durch die größere erste Turbine. Dieser Teilstrom ist aber bei den hier betrachteten Betriebsmodi prozentual ein nicht unerheblicher Teil des Gesamtabgasstroms, der dann dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem stromabwärts der Turbinen nicht direkt - beispielsweise zur Aufheizung - zur Verfügung steht.The further shut-off element can in the warm-up phase according to a first In the working position, block the exhaust gas discharge system to the first turbine and open the second bypass line, so that the exhaust gas flow is bypassed the larger first turbine. This is an advantage compared to embodiments in which the valve is arranged in the bypass line itself and, when the shut-off element is open, exhaust gas can continue to flow into the turbine of the low-pressure stage. It is true that the turbine of the low-pressure stage then also forms a certain flow resistance. Nonetheless, some of the exhaust gas flows through the larger first turbine. In the operating modes considered here, however, this partial flow is a not inconsiderable percentage of the total exhaust gas flow, which is then not directly available to the at least one exhaust gas aftertreatment system downstream of the turbines - for example for heating.

Das am dritten Knotenpunkt angeordnete Absperrelement kann gemäß einer zweiten Arbeitsposition das Abgasabführsystem zur ersten Turbine freigeben und die zweite Bypassleitung versperren.The shut-off element arranged at the third node can, according to a second working position, release the exhaust gas discharge system to the first turbine and block the second bypass line.

Vorzugsweise wird die Brennkraftmaschine entweder gemäß einem ersten Betriebsmodus unter Verwendung des ersten Abgasturboladers und des zweiten Abgasturboladers zweistufig oder gemäß einem dritten Betriebsmodus unter Verwendung des zweiten Abgasturboladers einstufig aufgeladen.The internal combustion engine is preferably charged either in two stages according to a first operating mode using the first exhaust gas turbocharger and the second exhaust gas turbocharger or in one stage according to a third operating mode using the second exhaust gas turbocharger.

Im ersten Betriebsmodus befindet sich das am ersten Knotenpunkt angeordnete Absperrelement dann in der zweiten Arbeitsposition, wohingegen sich das Absperrelement im dritten Betriebsmodus in der ersten Arbeitsposition befindet.In the first operating mode, the shut-off element arranged at the first node is then in the second working position, whereas in the third operating mode the shut-off element is in the first working position.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen das Absperrelement am ersten Knotenpunkt ein 3-2-Wege-Ventil ist, d.h. ein Ventil mit drei Anschlüssen und zwei Schaltpositionen.Embodiments of the supercharged internal combustion engine are advantageous in which the shut-off element at the first node is a 3-2-way valve, i.e. a valve with three connections and two switching positions.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen stromabwärts des vierten Knotenpunktes mindestens ein weiteres Abgasnachbehandlungssystem im Abgasabführsystem vorgesehen ist.Embodiments of the supercharged internal combustion engine are advantageous in which at least one further exhaust gas aftertreatment system is provided in the exhaust gas removal system downstream of the fourth node.

Das mindestens eine weitere Abgasnachbehandlungssystem stromabwärts der Turbinen kann ein Oxidationskatalysator, ein Dreiwegekatalysator, ein Speicherkatalysator, ein selektiver Katalysator und/oder ein Partikelfilter sein. Es kann auch eine Kombination aus zwei oder mehreren der vorstehend genannten Abgasnachbehandlungssysteme eingesetzt werden.The at least one further exhaust gas aftertreatment system downstream of the turbines can be an oxidation catalytic converter, a three-way catalytic converter, a storage catalytic converter, a selective catalytic converter and / or a particle filter. A combination of two or more of the abovementioned exhaust gas aftertreatment systems can also be used.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen mindestens ein Abgasnachbehandlungssystem elektrisch beheizbar ist.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which at least one exhaust gas aftertreatment system can be electrically heated are advantageous.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen das mindestens eine weitere Abgasnachbehandlungssystem ein zweiter selektiver Katalysator zur Reduzierung von Stickoxiden ist.Embodiments of the supercharged internal combustion engine are advantageous in which the at least one further exhaust gas aftertreatment system is a second selective catalyst for reducing nitrogen oxides.

Wird die Brennkraftmaschine gemäß einem zweiten Betriebsmodus nur unter Verwendung des ersten Abgasturboladers einstufig aufgeladen, wird die Hochdruckturbine sowie der erste SCR-Katalysator via der ersten Bypassleitung umgangen. Der erste SCR-Katalysator beeinträchtigt den Abgasstrom dann nicht, wodurch eine Verbesserung der Aufladung erreicht wird.If the internal combustion engine is charged in a single stage according to a second operating mode using only the first exhaust gas turbocharger, the high-pressure turbine and the first SCR catalytic converter are bypassed via the first bypass line. The first SCR catalytic converter then does not impair the exhaust gas flow, as a result of which the charging is improved.

Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen der zweite selektive Katalysator auf die Abgasnachbehandlung größerer Abgasmengen ausgelegt ist, da insbesondere der zweite Betriebsmodus in der Regel durch hohe Lasten und/oder hohe Drehzahlen gekennzeichnet ist, d.h. durch große Abgasmengen.In this context, embodiments of the supercharged internal combustion engine are advantageous in which the second selective catalytic converter is designed for exhaust gas aftertreatment of larger amounts of exhaust gas, since in particular the second operating mode is usually characterized by high loads and / or high speeds, i.e. by large amounts of exhaust gas.

Vorteilhaft sind - wie bereits erörtert - Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen der erste selektive Katalysator auf die Abgasnachbehandlung kleinerer Abgasmengen ausgelegt ist.As already discussed, embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the first selective catalytic converter is designed for the exhaust gas aftertreatment of smaller amounts of exhaust gas are advantageous.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen eine dritte Bypassleitung vorgesehen ist, die zwischen dem ersten Verdichter und dem zweiten Verdichter unter Ausbildung eines zweiten Knotenpunktes in das Ansaugsystem einmündet und in der ein zusätzliches Absperrelement angeordnet ist.Embodiments of the supercharged internal combustion engine are advantageous in which a third bypass line is provided which opens into the intake system between the first compressor and the second compressor forming a second junction and in which an additional shut-off element is arranged.

Die dritte Bypassleitung kann dem Abblasen von im ersten Verdichter komprimierter Ladeluft dienen. Insbesondere kann die dritte Bypassleitung aber dem Ansaugen von Ladeluft dienen und zwar bei Umgehung des ersten Verdichters, der bei einer einstufigen Aufladung mittels Hochdruckstufe gemäß drittem Betriebsmodus lediglich einen Strömungswiderstand darstellt.The third bypass line can be used to blow off charge air compressed in the first compressor. In particular, however, the third bypass line can be used to suck in charge air, specifically by bypassing the first compressor, which in the case of single-stage charging by means of a high-pressure stage according to the third operating mode only represents a flow resistance.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen im Ansaugsystem zwischen dem ersten Verdichter und dem zweiten Verdichter ein Ladeluftkühler angeordnet ist.Embodiments of the supercharged internal combustion engine are advantageous in which a charge air cooler is arranged in the intake system between the first compressor and the second compressor.

Vorliegend ist zwischen den Verdichtern ein Ladeluftkühler im Ansaugsystem angeordnet. Der Ladeluftkühler senkt im Rahmen einer zweistufigen Verdichtung die Temperatur der in der Niederdruckstufe komprimierten Ladeluft und steigert damit die Dichte der Ladeluft, wodurch die Verdichtung in der Hochdruckstufe verbessert wird und die Austrittstemperatur der Hochdruckstufe bei gleichem Gesamtdruckverhältnis der Aufladegruppe abgesenkt werden kann. Dies bietet auch einen Schutz vor thermischer Überbeanspruchung. Mittels Ladeluftkühler lässt sich aber auch das Gesamtdruckverhältnis der Verdichtergruppe steigern und damit die Leistung weiter erhöhen, d.h. die Leistungssteigerung weiter vorantreiben.In the present case, a charge air cooler is arranged in the intake system between the compressors. As part of a two-stage compression, the charge air cooler lowers the temperature of the charge air compressed in the low-pressure stage and thus increases the density of the charge air, whereby the compression in the high-pressure stage is improved and the outlet temperature of the high-pressure stage can be lowered with the same overall pressure ratio of the supercharging group. This also offers protection against thermal overload. The charge air cooler can also be used to increase the overall pressure ratio of the compressor group and thus further increase the output, i.e. further drive the increase in output.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen der Hochdruckverdichter mit einer Bypassleitung ausgestattet ist. Dadurch wird ein Umgehen des zweiten Verdichters im Rahmen einer einstufigen Verdichtung mittels Niederdruckstufe grundsätzlich möglich.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the high-pressure compressor is equipped with a bypass line are advantageous. This makes it possible in principle to bypass the second compressor in the context of a single-stage compression using a low-pressure stage.

Vorteilhaft sind im vorstehenden Zusammenhang Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die dritte Bypassleitung zwischen dem Ladeluftkühler und dem zweiten Verdichter unter Ausbildung des zweiten Knotenpunktes in das Ansaugsystem einmündet.Embodiments of the charged ones are advantageous in the above context Internal combustion engine in which the third bypass line opens into the intake system between the charge air cooler and the second compressor, forming the second junction.

Dann wird die Ladeluft im Rahmen der einstufigen Verdichtung in der Hochdruckstufe vor Eintritt in den Hochdruckverdichter nicht gekühlt, sondern nur im Rahmen der zweistufigen Verdichtung. Zu berücksichtigen ist auch, dass eine solche einstufige Verdichtung insbesondere bei einer noch nicht auf Betriebstemperatur befindlichen Brennkraftmaschine während der Warmlaufphase realisiert wird, in der es besonders sinnvoll ist, die Ladeluft ungekühlt dem Hochdruckverdichter zu zuführen, um den Aufheizvorgang der Brennkraftmaschine nicht unnötig zu verzögern.Then the charge air is not cooled as part of the single-stage compression in the high-pressure stage before entering the high-pressure compressor, but only as part of the two-stage compression. It should also be taken into account that such a single-stage compression is implemented during the warm-up phase, in particular with an internal combustion engine that is not yet at operating temperature, in which it is particularly useful to supply the charge air to the high-pressure compressor in an uncooled manner in order not to unnecessarily delay the internal combustion engine's heating process.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die dritte Bypassleitung stromaufwärts des ersten Verdichters vom Ansaugsystem abzweigt.Embodiments of the supercharged internal combustion engine are advantageous in which the third bypass line branches off from the intake system upstream of the first compressor.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen der erste Verdichter größer ausgelegt ist als der zweite Verdichter. Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the first compressor is designed to be larger than the second compressor are advantageous.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die erste Turbine größer ausgelegt ist als die zweite Turbine.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the first turbine is designed to be larger than the second turbine are advantageous.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die zweite Turbine des zweiten Abgasturboladers eine variable Turbinengeometrie aufweist.Embodiments of the supercharged internal combustion engine are advantageous in which the second turbine of the second exhaust gas turbocharger has a variable turbine geometry.

Eine variable Turbinengeometrie erhöht die Flexibilität der Aufladung. Sie gestattet eine stufenlose Anpassung der Turbinengeometrie an den jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine bzw. an den momentanen Abgasmassenstrom. Im Gegensatz zu einer Turbine mit fester Geometrie kann in einem weiten Drehzahl- bzw. Lastbereich eine mehr oder weniger zufriedenstellende Aufladung realisiert werden.A variable turbine geometry increases the flexibility of the supercharging. It allows a stepless adaptation of the turbine geometry to the respective operating point of the internal combustion engine or to the current exhaust gas mass flow. In contrast to a turbine with a fixed geometry, a more or less satisfactory charging can be realized in a wide speed or load range.

Insbesondere gestattet die Kombination aus Turbine mit variabler Turbinengeometrie und einer diese Turbine umgehenden Bypassleitung die Auslegung der Hochdruckturbine auch auf sehr kleine Abgasströme und damit auf den unteren Teillastbereich. Folglich können auch bei niedrigen Drehzahlen bzw. auch bei sehr geringen Abgasmengen hohe Turbinendruckverhältnisse erzielt werden.In particular, the combination of a turbine with variable turbine geometry and a bypass line bypassing this turbine allows the high-pressure turbine to be designed for very small exhaust gas flows and thus for the lower partial load range. As a result, high turbine pressure ratios can be achieved even at low speeds or even with very small amounts of exhaust gas.

Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Brennkraftmaschine entweder gemäß einem ersten Betriebsmodus unter Verwendung des ersten Abgasturboladers und des zweiten Abgasturboladers zweistufig aufgeladen wird oder gemäß einem zweiten Betriebsmodus unter Verwendung des ersten Abgasturboladers einstufig aufgeladen wird.The second sub-task on which the invention is based is achieved by a method which is characterized in that the internal combustion engine is either charged in two stages according to a first operating mode using the first exhaust gas turbocharger and the second exhaust gas turbocharger or is charged in one stage according to a second operating mode using the first exhaust gas turbocharger becomes.

Während die Brennkraftmaschine sich im zweiten Betriebsmodus befindet und einstufig unter Verwendung des Niederdruckverdichters aufgeladen wird, wird der stromaufwärts gelegene erste SCR-Katalysator via Bypassleitung umgangen, so dass dieser die Aufladung nicht behindert bzw. als Strömungswiderstand stört, wodurch die Drehmomentcharakteristik verbessert wird. Ein stromabwärts des Niederdruckverdichters angeordneter zweiter SCR-Katalysator wird erst abschließend durchströmt.While the internal combustion engine is in the second operating mode and is charged in a single stage using the low-pressure compressor, the upstream first SCR catalytic converter is bypassed via a bypass line so that it does not hinder the charging process or disrupt the flow resistance, which improves the torque characteristic. A second SCR catalytic converter arranged downstream of the low-pressure compressor is only finally flowed through.

Das im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine Gesagte gilt ebenfalls für das erfindungsgemäße Verfahren.What has been said in connection with the internal combustion engine according to the invention also applies to the method according to the invention.

Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen die Brennkraftmaschine ausgehend vom ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus überführt wird, sobald der Abgasmassenstrom einen vorgebbaren Grenzwert überschreitet.Method variants are advantageous in which the internal combustion engine is transferred from the first operating mode to the second operating mode as soon as the exhaust gas mass flow exceeds a predeterminable limit value.

Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen die Brennkraftmaschine in der Warmlaufphase gemäß dem ersten Betriebsmodus betrieben wird.Method variants in which the internal combustion engine is operated in the warm-up phase according to the first operating mode are advantageous.

Zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei der eine zweite Bypassleitung vorgesehen ist, die zwischen dem ersten selektiven Katalysator und dem ersten Knotenpunkt unter Ausbildung eines dritten Knotenpunktes vom Abgasabführsystem abzweigt und stromabwärts der ersten Turbine wieder in das Abgasabführsystem mündet, wobei am dritten Knotenpunkt ein weiteres Absperrelement angeordnet ist, sind Verfahrensvarianten vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Brennkraftmaschine ausgehend vom ersten Betriebsmodus durch Betätigen des Absperrelementes und Freigeben der zweiten Bypassleitung in einen dritten Betriebsmodus überführt wird, gemäß dem das im ersten selektiven Katalysator nachbehandelte Abgas an der ersten Turbine vorbei geführt wird.To operate a supercharged internal combustion engine, in which a second bypass line is provided, which branches off between the first selective catalytic converter and the first junction with the formation of a third junction from the exhaust gas discharge system and opens back into the exhaust gas discharge system downstream of the first turbine, with a further shut-off element at the third junction is arranged, method variants are advantageous, which are characterized in that the internal combustion engine is transferred from the first operating mode by actuating the shut-off element and releasing the second bypass line in a third operating mode, according to which the exhaust gas after-treated in the first selective catalytic converter is guided past the first turbine becomes.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß 1 näher beschrieben. Hierbei zeigt:

  • 1 schematisch eine erste Ausführungsform der aufgeladenen Brennkraftmaschine.
In the following the invention is based on an exemplary embodiment according to 1 described in more detail. Here shows:
  • 1 schematically a first embodiment of the supercharged internal combustion engine.

1 zeigt eine erste Ausführungsform der aufgeladenen Brennkraftmaschine 1 am Beispiel eines Vier-Zylinder-Reihenmotors. Die vier Zylinder 3 der Brennkraftmaschine 1 sind entlang der Längsachse des Zylinderkopfes in Reihe angeordnet. Die Abgasleitungen der Zylinder 3 führen zu einem gemeinsamen Abgasabführsystem 4 zusammen, wodurch sämtliche Abgasleitungen miteinander in Verbindung stehen und in sämtlichen Abgasleitungen derselbe Abgasdruck herrscht. Des Weiteren verfügt die Brennkraftmaschine 1 über ein Ansaugsystem 2 zur Versorgung der Zylinder 3 mit Ladeluft. 1 shows a first embodiment of the supercharged internal combustion engine 1 using the example of a four-cylinder in-line engine. The four cylinders 3rd the internal combustion engine 1 are arranged in series along the longitudinal axis of the cylinder head. The exhaust pipes of the cylinders 3rd lead to one common exhaust gas removal system 4th together, as a result of which all exhaust pipes are connected to one another and the same exhaust gas pressure prevails in all exhaust pipes. The internal combustion engine also has 1 via a suction system 2 to supply the cylinders 3rd with charge air.

Die Brennkraftmaschine 1 ist mit zwei in Reihe schaltbaren, im Abgasabführsystem 4 angeordneten Turbinen 6a, 7a und zwei in Reihe schaltbaren, im Ansaugsystem 2 angeordneten Verdichtern 6b, 7b ausgestattet, wobei jeweils eine Turbine 6a, 7a und ein Verdichter 6b, 7b zu einem Abgasturbolader 6, 7 zusammengefasst sind. Somit kann die der Brennkraftmaschine 1 zugeführte Ladeluft zweistufig verdichtet werden, wobei ein erster Abgasturbolader 6 als Niederdruckstufe 6 dient und ein zweiter Abgasturbolader 7 als Hochdruckstufe 7. Die zweite Turbine 7a des zweiten Abgasturboladers 7 ist stromaufwärts der ersten Turbine 6a des ersten Abgasturboladers 6 angeordnet und der zweite Verdichter 7b des zweiten Abgasturboladers 7 stromabwärts des ersten Verdichters 6b des ersten Abgasturboladers 6.The internal combustion engine 1 is with two in series switchable, in the exhaust gas removal system 4th arranged turbines 6a , 7a and two in series switchable in the intake system 2 arranged compressors 6b , 7b equipped, each with a turbine 6a , 7a and a compressor 6b , 7b to an exhaust gas turbocharger 6th , 7th are summarized. Thus, that of the internal combustion engine 1 supplied charge air are compressed in two stages, with a first exhaust gas turbocharger 6th as a low pressure stage 6th serves and a second exhaust gas turbocharger 7th as a high pressure stage 7th . The second turbine 7a of the second exhaust gas turbocharger 7th is upstream of the first turbine 6a of the first exhaust gas turbocharger 6th arranged and the second compressor 7b of the second exhaust gas turbocharger 7th downstream of the first compressor 6b of the first exhaust gas turbocharger 6th .

Der erste Verdichter 6b ist größer ausgelegt als der zweite Verdichter 7b, da der erste Verdichter 6b im Rahmen einer zweistufigen Verdichtung die Niederdruckstufe 6 bildet, wohingegen der zweite Verdichter 7b die bereits vorverdichtete Luft komprimiert und somit die Hochdruckstufe 7 darstellt.The first compressor 6b is designed larger than the second compressor 7b as the first compressor 6b as part of a two-stage compression, the low-pressure stage 6th forms, whereas the second compressor 7b the already pre-compressed air is compressed and thus the high pressure stage 7th represents.

Aus demselben Grund ist die erste Turbine 6a größer ausgelegt ist als die zweite Turbine 7a. Denn die zweite Turbine 7a dient als Hochdruckturbine 7a, während sich in der ersten Turbine 6a im Rahmen einer zweistufigen Aufladung ein Abgasstrom entspannt, der bereits infolge des Durchlaufens der Hochdruckstufe 7 einen geringeren Druck und eine geringere Dichte aufweist. Im zweiten Betriebsmodus wird die Brennkraftmaschine unter Verwendung des Niederdruckverdichters einstufig aufgeladen wird, wobei große und größte Abgasmengen zu bewältigen hat. Letzteres erfordert ebenfalls eine größer dimensionierte Turbine.For the same reason is the first turbine 6a is designed larger than the second turbine 7a . Because the second turbine 7a serves as a high pressure turbine 7a while in the first turbine 6a In the course of a two-stage charge, an exhaust gas flow is relaxed, which already as a result of passing through the high-pressure stage 7th has a lower pressure and a lower density. In the second operating mode, the internal combustion engine is charged in one stage using the low-pressure compressor, and large and large amounts of exhaust gas have to be dealt with. The latter also requires a larger turbine.

Im Ansaugsystem 2 zwischen dem ersten Verdichter 6b und dem zweiten Verdichter 7b ist ein Ladeluftkühler 5a angeordnet. Stromabwärts der Verdichter 6b, 7b ist ein weiterer Ladeluftkühler 5b vorgesehen. Die Lufttemperatur wird gesenkt und damit die Dichte der Ladeluft gesteigert, wodurch eine bessere Füllung der Zylinder 3 mit Luft erreicht wird.In the intake system 2 between the first compressor 6b and the second compressor 7b is an intercooler 5a arranged. Downstream the compressor 6b , 7b is another intercooler 5b intended. The air temperature is lowered and thus the density of the charge air is increased, resulting in better filling of the cylinders 3rd is achieved with air.

Der erste Verdichter 6b ist mit einer dritten Bypassleitung 10 ausgestattet, die stromaufwärts des ersten Verdichters 6b aus dem Ansaugsystem 2 abzweigt und zwischen dem ersten Verdichter 6b und dem zweiten Verdichter 7b unter Ausbildung eines zweiten Knotenpunktes 8b in das Ansaugsystem 2 einmündet. Die dritte Bypassleitung 10 verfügt über ein weiteres Absperrelement 11 und mündet stromabwärts des Ladeluftkühlers 5a in das Ansaugsystem 2. Der zweite Verdichter 7b ist ebenfalls mit einer Bypassleitung ausgestattet (nicht dargestellt).The first compressor 6b is with a third bypass line 10 equipped upstream of the first compressor 6b from the intake system 2 branches off and between the first compressor 6b and the second compressor 7b with the formation of a second node 8b into the intake system 2 joins. The third bypass line 10 has another shut-off element 11 and opens downstream of the intercooler 5a into the intake system 2 . The second compressor 7b is also equipped with a bypass line (not shown).

Die Hochdruckturbine 7a verfügt über eine variable Turbinengeometrie und eine erste Bypassleitung 12, die stromaufwärts der Hochdruckturbine 7a vom Abgasabführsystem 4 abzweigt und die zwischen der Niederdruckturbine 6a und der Hochdruckturbine 7a unter Ausbildung eines ersten Knotenpunktes 8a wieder in das Abgasabführsystem 4 einmündet. In dieser Bypassleitung 12 ist ein Absperrelement 13 angeordnet, um die Bypassleitung 12 freizugeben bzw. zu versperren.The high pressure turbine 7a has a variable turbine geometry and a first bypass line 12th upstream of the high pressure turbine 7a from the exhaust system 4th branches off and the one between the low pressure turbine 6a and the high pressure turbine 7a with the formation of a first node 8a back into the exhaust system 4th joins. In this bypass line 12th is a shut-off element 13th arranged to the bypass line 12th to release or to block.

Im Abgasabführsystem 4 sind zwei selektive Katalysatoren 15, 16 zur Reduzierung der Stickoxide angeordnet. Ein erster selektiver Katalysator 16 ist stromabwärts der Hochdruckturbine 7a platziert und zwar zwischen der Hochdruckturbine 7a und dem ersten Knotenpunkt 8a. Stromaufwärts der Hochdruckturbine 7a ist befindet sich eine Vorrichtung 17 zum Einbringen eines Reduktionsmittels in das Abgas, wobei vorzugsweise Harnstoff oder Ammoniak eingetragen werden. Vor Eintritt des Reduktionsmittels in den SCR-Katalysator 16 wird dieses mittels der hohen Temperaturen stromaufwärts der Hochdruckturbine 7a aufbereitet, beispielsweise verdampft, um anschließend beim Durchströmen der Hochdruckturbine 7a effektiv mit dem Abgas gemischt zu werden. Auf diese Weise wird eine ausreichend homogenisierte Mischung aus Abgas und Reduktionsmittel am Eintritt des SCR-Katalysators 16 bereitgestellt.In the exhaust gas removal system 4th are two selective catalysts 15th , 16 arranged to reduce nitrogen oxides. A first selective catalyst 16 is downstream of the high pressure turbine 7a placed between the high pressure turbine 7a and the first node 8a . Upstream of the high pressure turbine 7a is there is a device 17th for introducing a reducing agent into the exhaust gas, with urea or ammonia preferably being introduced. Before the reducing agent enters the SCR catalytic converter 16 this is achieved by means of the high temperatures upstream of the high-pressure turbine 7a processed, for example evaporated, to then flow through the high-pressure turbine 7a to be effectively mixed with the exhaust gas. In this way, a sufficiently homogenized mixture of exhaust gas and reducing agent is created at the inlet of the SCR catalytic converter 16 provided.

Eine zweite Bypassleitung 14 zweigt zwischen dem ersten selektiven Katalysator 16 und dem ersten Knotenpunkt 8a unter Ausbildung eines dritten Knotenpunktes vom Abgasabführsystem 4 ab. Am dritten Knotenpunkt ist ein weiteres Absperrelement 9 angeordnet, welches entweder den Abgaspfad zur Niederdruckturbine 6a oder aber die zweite Bypassleitung 14 freigibt. Die zweite Bypassleitung 14 kann auch zum Umgehen der Niederdruckturbine 6a herangezogen werden. Stromabwärts der Niederdruckturbine 6a mündet die zweite Bypassleitung 14 unter Ausbildung eines vierten Knotenpunktes wieder in das Abgasabführsystem 4.A second bypass line 14th branches between the first selective catalyst 16 and the first node 8a with the formation of a third node from the exhaust gas removal system 4th from. There is another shut-off element at the third junction 9 arranged, which either the exhaust path to the low-pressure turbine 6a or the second bypass line 14th releases. The second bypass line 14th can also be used to bypass the low pressure turbine 6a can be used. Downstream of the low pressure turbine 6a the second bypass line opens 14th back into the exhaust gas removal system with the formation of a fourth junction 4th .

Stromabwärts der Turbinen 6a, 7a ist in der Gesamtabgasleitung 4 ein weiteres Abgasnachbehandlungssystem 15 angeordnet; ein zweiter selektiver Katalysator 15, der auf größere Abgasmengen ausgelegt ist.Downstream of the turbines 6a , 7a is in the overall exhaust line 4th another exhaust aftertreatment system 15th arranged; a second selective catalyst 15th , which is designed for larger amounts of exhaust gas.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
aufgeladene Brennkraftmaschinesupercharged internal combustion engine
22
AnsaugsystemSuction system
33
Zylindercylinder
44th
Abgasabführsystem, GesamtabgasleitungExhaust gas removal system, overall exhaust line
5a5a
LadeluftkühlerIntercooler
5b5b
weiterer Ladeluftkühlerfurther intercooler
66th
erster Abgasturbolader, Niederdruckstufefirst exhaust gas turbocharger, low pressure stage
6a6a
erste Turbinefirst turbine
6b6b
erster Verdichterfirst compressor
77th
zweiter Abgasturbolader, Hochdruckstufesecond exhaust gas turbocharger, high pressure stage
7a7a
zweite Turbinesecond turbine
7b7b
zweiter Verdichtersecond compressor
8a8a
erster Knotenpunktfirst junction
8b8b
zweiter Knotenpunktsecond junction
99
weiteres Absperrelementanother shut-off element
1010
dritte Bypassleitungthird bypass line
1111
zusätzliches Absperrelementadditional shut-off element
1212th
erste Bypassleitungfirst bypass line
1313th
AbsperrelementShut-off element
1414th
zweite Bypassleitungsecond bypass line
1515th
Abgasnachbehandlungssystem, zweiter selektiver Katalysator, zweiter SCR-KatalysatorExhaust aftertreatment system, second selective catalytic converter, second SCR catalytic converter
1616
erster selektiver Katalysator, erster SCR-Katalysatorfirst selective catalytic converter, first SCR catalytic converter
1717th
Vorrichtung zum Einbringen eines ReduktionsmittelsDevice for introducing a reducing agent

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • EP 1640596 A1 [0015]EP 1640596 A1 [0015]
  • DE 102013215574 A1 [0015, 0039]DE 102013215574 A1 [0015, 0039]
  • EP 1396619 A1 [0036, 0037, 0038]EP 1396619 A1 [0036, 0037, 0038]

Claims (16)

Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) mit einem Ansaugsystem (2) zum Zuführen von Ladeluft und einem Abgasabführsystem (4) zum Abführen von Abgas und mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Abgasturboladern (6, 7), die jeweils eine im Abgasabführsystem (4) angeordnete Turbine (6a, 7a) und einen im Ansaugsystem (2) angeordneten Verdichter (6b, 7b) umfassen und von denen ein erster Abgasturbolader (6) als Niederdruckstufe (6) dient und ein zweiter Abgasturbolader (7) als Hochdruckstufe (7) dient, wobei - die zweite Turbine (7a) des zweiten Abgasturboladers (7) stromaufwärts der ersten Turbine (6a) des ersten Abgasturboladers (6) angeordnet ist und der zweite Verdichter (7b) des zweiten Abgasturboladers (7) stromabwärts des ersten Verdichters (6b) des ersten Abgasturboladers (6) angeordnet ist, - eine erste Bypassleitung (12) vorgesehen ist, die stromaufwärts der zweiten Turbine (7a) vom Abgasabführsystem (4) abzweigt und die zwischen der ersten Turbine (6a) und der zweiten Turbine (7a) unter Ausbildung eines ersten Knotenpunktes (8a) wieder in das Abgasabführsystem (4) einmündet und in der ein Absperrelement (13) angeordnet ist, und - im Abgasabführsystem (4) mindestens ein selektiver Katalysator (15, 16) zur Reduzierung von Stickoxiden angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass - ein erster selektiver Katalysator (16) zur Reduzierung von Stickoxiden zwischen der zweiten Turbine (7a) und dem ersten Knotenpunkt (8a) im Abgasabführsystem (4) angeordnet ist, und - eine Vorrichtung (17) zum Einbringen eines Reduktionsmittels in das Abgasabführsystem (4) stromaufwärts der zweiten Turbine (7a) vorgesehen ist.Supercharged internal combustion engine (1) with an intake system (2) for supplying charge air and an exhaust gas removal system (4) for removing exhaust gas and with at least two exhaust gas turbochargers (6, 7) connected in series, each of which has a turbine (4) arranged in the exhaust gas removal system (4). 6a, 7a) and a compressor (6b, 7b) arranged in the intake system (2) and of which a first exhaust gas turbocharger (6) serves as a low pressure stage (6) and a second exhaust gas turbocharger (7) serves as a high pressure stage (7), wherein - the second turbine (7a) of the second exhaust gas turbocharger (7) is arranged upstream of the first turbine (6a) of the first exhaust gas turbocharger (6) and the second compressor (7b) of the second exhaust gas turbocharger (7) is arranged downstream of the first compressor (6b) of the first exhaust gas turbocharger (6) is arranged, - a first bypass line (12) is provided, which branches off upstream of the second turbine (7a) from the exhaust gas discharge system (4) and which between the first turbine (6a) and the second turbine (7a) un ter formation of a first node (8a) opens again into the exhaust gas discharge system (4) and in which a shut-off element (13) is arranged, and - in the exhaust gas discharge system (4) at least one selective catalytic converter (15, 16) for reducing nitrogen oxides is arranged, characterized in that - a first selective catalyst (16) for reducing nitrogen oxides is arranged between the second turbine (7a) and the first node (8a) in the exhaust gas discharge system (4), and - a device (17) for introducing a reducing agent into the exhaust gas discharge system (4) is provided upstream of the second turbine (7a). Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Bypassleitung (14) vorgesehen ist, die zwischen dem ersten selektiven Katalysator (16) und dem ersten Knotenpunkt (8a) unter Ausbildung eines dritten Knotenpunktes vom Abgasabführsystem (4) abzweigt.Supercharged internal combustion engine (1) after Claim 1 , characterized in that a second bypass line (14) is provided which branches off between the first selective catalytic converter (16) and the first node (8a) to form a third node from the exhaust gas discharge system (4). Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Bypassleitung (14) stromabwärts der ersten Turbine (6a) unter Ausbildung eines vierten Knotenpunktes wieder in das Abgasabführsystem (4) mündet.Supercharged internal combustion engine (1) after Claim 2 , characterized in that the second bypass line (14) opens downstream of the first turbine (6a) with the formation of a fourth junction again into the exhaust gas discharge system (4). Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass am dritten Knotenpunkt ein weiteres Absperrelement (9) im Abgasabführsystem (4) angeordnet ist.Supercharged internal combustion engine (1) after Claim 2 or 3rd , characterized in that a further shut-off element (9) is arranged in the exhaust gas discharge system (4) at the third junction. Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des vierten Knotenpunktes mindestens ein weiteres Abgasnachbehandlungssystem (15) im Abgasabführsystem (4) vorgesehen ist.Supercharged internal combustion engine (1) after Claim 3 or 4th , characterized in that at least one further exhaust gas aftertreatment system (15) is provided in the exhaust gas discharge system (4) downstream of the fourth node. Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine weitere Abgasnachbehandlungssystem (15) ein zweiter selektiver Katalysator (15) zur Reduzierung von Stickoxiden ist.Supercharged internal combustion engine (1) after Claim 5 , characterized in that the at least one further exhaust gas aftertreatment system (15) is a second selective catalyst (15) for reducing nitrogen oxides. Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite selektive Katalysator (15) auf die Abgasnachbehandlung größerer Abgasmengen ausgelegt ist.Supercharged internal combustion engine (1) after Claim 6 , characterized in that the second selective catalytic converter (15) is designed for exhaust gas aftertreatment of larger amounts of exhaust gas. Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste selektive Katalysator (16) auf die Abgasnachbehandlung kleinerer Abgasmengen ausgelegt ist.Supercharged internal combustion engine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first selective catalytic converter (16) is designed for the exhaust gas aftertreatment of smaller amounts of exhaust gas. Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Bypassleitung (10) vorgesehen ist, die zwischen dem ersten Verdichter (6b) und dem zweiten Verdichter (7b) unter Ausbildung eines zweiten Knotenpunktes (8b) in das Ansaugsystem (2) einmündet und in der ein zusätzliches Absperrelement (11) angeordnet ist.Supercharged internal combustion engine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a third bypass line (10) is provided which between the first compressor (6b) and the second compressor (7b) with the formation of a second node (8b) in the intake system (2) opens and in which an additional shut-off element (11) is arranged. Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Ansaugsystem (2) zwischen dem ersten Verdichter (6b) und dem zweiten Verdichter (7b) ein Ladeluftkühler (5a) angeordnet ist.Supercharged internal combustion engine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a charge air cooler (5a) is arranged in the intake system (2) between the first compressor (6b) and the second compressor (7b). Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 10 mit einer dritten Bypassleitung (10), dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Bypassleitung (10) zwischen dem Ladeluftkühler (5a) und dem zweiten Verdichter (7b) unter Ausbildung des zweiten Knotenpunktes (8b) in das Ansaugsystem (2) einmündet.Supercharged internal combustion engine (1) after Claim 10 with a third bypass line (10), characterized in that the third bypass line (10) opens into the intake system (2) between the charge air cooler (5a) and the second compressor (7b) forming the second node (8b). Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Verdichter (6b, 7b) ein weiterer Ladeluftkühler (5b) im Ansaugsystem (2) angeordnet ist.Supercharged internal combustion engine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a further charge air cooler (5b) is arranged in the intake system (2) downstream of the compressors (6b, 7b). Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) entweder gemäß einem ersten Betriebsmodus unter Verwendung des ersten Abgasturboladers (6) und des zweiten Abgasturboladers (7) zweistufig aufgeladen wird oder gemäß einem zweiten Betriebsmodus unter Verwendung des ersten Abgasturboladers (7) einstufig aufgeladen wird.Method for operating a supercharged internal combustion engine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the internal combustion engine (1) is charged in two stages either according to a first operating mode using the first exhaust gas turbocharger (6) and the second exhaust gas turbocharger (7) or according to a second operating mode using the first exhaust gas turbocharger (7) is charged in one stage. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine ausgehend vom ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus überführt wird, sobald der Abgasmassenstrom einen vorgebbaren Grenzwert überschreitet.Procedure according to Claim 13 , characterized in that, starting from the first operating mode, the internal combustion engine is transferred to the second operating mode as soon as the exhaust gas mass flow exceeds a predeterminable limit value. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) in der Warmlaufphase gemäß dem ersten Betriebsmodus betrieben wird.Procedure according to Claim 13 or 14th , characterized in that the internal combustion engine (1) is operated in the warm-up phase according to the first operating mode. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15 zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine (1), bei der eine zweite Bypassleitung (14) vorgesehen ist, die zwischen dem ersten selektiven Katalysator (16) und dem ersten Knotenpunkt (8a) unter Ausbildung eines dritten Knotenpunktes vom Abgasabführsystem (4) abzweigt und stromabwärts der ersten Turbine (6a) wieder in das Abgasabführsystem (4) mündet, wobei am dritten Knotenpunkt ein weiteres Absperrelement (9) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) ausgehend vom ersten Betriebsmodus durch Betätigen des Absperrelementes (9) und Freigeben der zweiten Bypassleitung (14) in einen dritten Betriebsmodus überführt wird, gemäß dem das im ersten selektiven Katalysator (16) nachbehandelte Abgas an der ersten Turbine (6a) vorbei geführt wird.Method according to one of the Claims 13 to 15th for operating a supercharged internal combustion engine (1), in which a second bypass line (14) is provided, which branches off between the first selective catalytic converter (16) and the first node (8a) to form a third node from the exhaust gas discharge system (4) and downstream of the first turbine (6a) opens again into the exhaust gas discharge system (4), a further shut-off element (9) being arranged at the third junction, characterized in that the internal combustion engine (1) starting from the first operating mode by actuating the shut-off element (9) and releasing the second bypass line (14) is transferred to a third operating mode, according to which the exhaust gas after-treated in the first selective catalytic converter (16) is guided past the first turbine (6a).
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