DE202014105279U1 - Twin turbo system with electrically driven compressors - Google Patents

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Abstract

Anordnung (20) einer Brennkraftmaschine (6) für ein Kraftfahrzeug mit einem ersten Turbolader (15a), welcher mindestens eine erste Turbine (2a) und mindestens einen ersten Verdichter (3a) aufweist, und einem zweiten Turbolader (15b), welcher mindestens eine zweite Turbine (2b) und mindestens einen zweiten Verdichter (3b) aufweist, bei der mindestens einem der Turbolader (15a, 15b) mindestens ein elektrischer Energiewandler (4a, 4b) zugeordnet ist.Arrangement (20) of an internal combustion engine (6) for a motor vehicle with a first turbocharger (15a), which has at least one first turbine (2a) and at least one first compressor (3a), and a second turbocharger (15b), which has at least a second Has turbine (2b) and at least one second compressor (3b), in which at least one of the turbochargers (15a, 15b) is assigned at least one electrical energy converter (4a, 4b).

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung einer Brennkraftmaschine mit einem ersten und einem zweiten Turbolader, von denen mindestens einer zusätzlich einen elektrischen Energiewandler aufweist.The invention relates to an arrangement of an internal combustion engine with a first and a second turbocharger, of which at least one additionally has an electrical energy converter.

Turbolader dienen der Aufladung der Zylinder von Brennkraftmaschinen mit einer unter Überdruck stehenden Verbrennungsluft. Ein Turbolader besteht aus einer Turbine und einem Verdichter, die ähnlich aufgebaut sein können und auf einer gemeinsamen Welle montiert sind. Der Massenstrom des Abgases versetzt das Turbinenrad im Abgastrakt in Rotation. Über die gemeinsame Welle wird das Drehmoment auf das Verdichterrad im Ansaugtrakt übertragen, wodurch der Verdichter Verbrennungsluft komprimiert ( US6920755B2 , US8225608B2 ). So lange genügend Abgas anströmt, reicht die Drehzahl aus, um auf der Ansaugseite einen Überdruck zu bewirken. Ausreichendes Abgas wird jedoch nur bei höheren Drehzahlen der Brennkraftmaschine erreicht, so dass Turbomotoren im unteren Drehzahlbereich und beim plötzlichen Gasgeben auch im höheren Drehzahlbereich verzögert reagieren (Turboloch).Turbochargers are used to charge the cylinders of internal combustion engines with a pressurized combustion air. A turbocharger consists of a turbine and a compressor, which may be similarly constructed and mounted on a common shaft. The mass flow of the exhaust gas causes the turbine wheel in the exhaust tract in rotation. The torque is transmitted to the compressor wheel in the intake tract via the common shaft, whereby the compressor compresses combustion air ( US6920755B2 . US8225608B2 ). As long as sufficient exhaust gas flows, the speed is sufficient to cause an overpressure on the intake side. However, sufficient exhaust gas is only achieved at higher speeds of the internal combustion engine, so that turbo engines in the lower speed range and the sudden throttle give delayed response in the higher speed range (turbo lag).

Werden parallel zwei Turbolader verwendet, bezeichnet man diese als Zwillingsturbo, oder auf Englisch als Twin Turbo. Bei sequentiellen Zwillingsturboladern werden parallel zwei Turbolader verwendet, wobei jedoch nur die erste Turbine des ersten Turboladers ständig im Abgasstrom angetrieben, die zweite Turbine des zweiten Turboladers jedoch erst bei entsprechendem Leistungsbedarf zugeschaltet wird, die dann den zweiten Verdichter antreibt. Ist das geschehen, arbeiten die Lader nach dem Prinzip des „klassischen“ Zwillingsturboladers parallel. Dabei sind im oberen Drehzahlbereich die Vorteile der größeren Fördermenge zweier Turbolader nutzbar, während in den unteren Drehzahlbereichen bei nur einer verwendeten Turbine diese schneller einen Ladedruck aufbauen kann.If two turbochargers are used in parallel, they are referred to as twin turbo, or in English as Twin Turbo. In sequential twin turbochargers two turbochargers are used in parallel, but only the first turbine of the first turbocharger constantly driven in the exhaust stream, but the second turbine of the second turbocharger is switched on only with a corresponding power requirement, which then drives the second compressor. Once that's done, the loaders work in parallel on the principle of the "classic" twin turbocharger. The advantages of the larger flow rate of two turbochargers can be used in the upper speed range, while in the lower speed ranges with only one turbine used, this can build up a boost pressure more quickly.

Probleme bei der Verwendung von sequentiellen Zwillingsturboladern sind die Steuerung von Drehmomentschwankungen bei der Zu- oder Abschaltung des zweiten Turboladers und entsprechende Leistungsschwankungen sowie ein kostspieliger Abgasklappenventilsteuerungsmechanismus, um den zweiten Turbolader zu- oder abzuschalten. Weiterhin wird auch bei der Verwendung sequentieller Zwillingsturbolader immer noch ein Teil der Abgasenergie nicht genutzt, und ist die Steuerung einer Niederung- und/oder Hochdruck-Abgasrückrührung schwierig.Problems with the use of sequential twin turbochargers include the control of torque fluctuations when the second turbocharger is switched on and off, and corresponding power fluctuations, as well as a costly exhaust valve control mechanism to turn the second turbocharger on or off. Furthermore, even with the use of sequential twin turbochargers, still some of the exhaust energy is not utilized, and control of low and / or high pressure exhaust gas recirculation is difficult.

Es besteht damit die Aufgabe, einen sequentiellen Zwillingsturbolader bereitzustellen, der eine effektive Turboaufladung einer Brennkraftmaschine unter Vermeidung der erwähnten Nachteile ermöglicht. It is therefore an object to provide a sequential twin turbocharger, which allows an effective turbocharging of an internal combustion engine while avoiding the disadvantages mentioned.

Die erste Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus dem Nebenanspruch, den Unteransprüchen, den Figuren und den Ausführungsbeispielen.The first object is achieved by an arrangement having the features of claim 1. Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the additional claim, the dependent claims, the figures and the embodiments.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Anordnung einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug mit einem ersten Turbolader, welcher mindestens eine erste Turbine und mindestens einen ersten Verdichter aufweist, und einem zweiten Turbolader, welcher mindestens eine zweite Turbine und mindestens einen zweiten Verdichter aufweist, und bei der mindestens einem der Turbolader mindestens ein erster elektrischer Energiewandler zugeordnet ist.A first aspect of the invention relates to an arrangement of an internal combustion engine for a motor vehicle with a first turbocharger having at least a first turbine and at least a first compressor, and a second turbocharger having at least a second turbine and at least one second compressor, and wherein at least one of the turbocharger is associated with at least one first electrical energy converter.

Dabei ist es bevorzugt, wenn der erste elektrische Energiewandler auf einer Welle zwischen einer Turbine und einem Verdichter des Turboladers angeordnet ist.It is preferred if the first electrical energy converter is arranged on a shaft between a turbine and a compressor of the turbocharger.

Weiterhin ist es bevorzugt, wenn in einer Abgasquerleitung vom Abgastrakt zur zweiten Turbine mindestens eine Ventileinrichtung angeordnet und ausgebildet ist, die Abgasquerleitung mindestens teilweise zu öffnen oder zu schließen, und der erste elektrische Energiewandler auf einer zweiten Welle zwischen der zweiten Turbine und dem zweiten Verdichter angeordnet ist.Furthermore, it is preferred if at least one valve device is arranged and designed to at least partially open or close the exhaust gas transmission line in an exhaust gas transmission line from the exhaust gas tract to the second turbine, and the first electrical energy converter is arranged on a second shaft between the second turbine and the second compressor is.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung des ersten elektrischen Energiewandlers im zweiten Turbolader besteht darin, während des laufenden Betriebs des ersten Turboladers bei Zuschaltung des zweiten Turboladers die normalerweise auftretenden Drehmomentschwankungen zu überbrücken, indem er den zweiten Verdichter elektrisch antreibt, bis ein ausreichender Abgasdruck für den Antrieb der zweiten Turbine aufgebaut ist. Weiterhin kann der zweite Verdichter durch den ersten elektrischen Energiewandler auch angetrieben werden, ohne dass der zweite Turbolader zum Aufbauen von Ladedruck zugeschaltet werden soll, um vorteilhafterweise Dichtungsprobleme zu vermeiden, die beim Betrieb des ersten Turboladers und vollständigem Ruhen des zweiten entstehen können. Weiterhin kann der erste elektrische Energiewandler auch als Generator betrieben werden, indem Abgas aus dem Wastegate der ersten Turbine in die zweite Turbine geleitet wird, die dann den Generator antreibt. Auf diese Weise kann vorteilhaft normalerweise ungenutztes Abgas zur Energieerzeugung genutzt werden. Vorteilhafterweise kann durch den ersten elektrischen Energiewandler auch die Erzeugung von Ladedruck bei Abgasrückführung in den zweiten Verdichter durch Kontrolle der Rotor-Geschwindigkeit des zweiten Verdichters gesteuert werden.The advantage of the inventive arrangement of the first electric energy converter in the second turbocharger is to bridge the normally occurring torque fluctuations during operation of the first turbocharger when switching on the second turbocharger by electrically driving the second compressor until a sufficient exhaust pressure for driving the second turbine is constructed. Furthermore, the second compressor may also be driven by the first electric energy converter without the second turbocharger being connected to build boost pressure, advantageously to avoid sealing problems that may arise during operation of the first turbocharger and complete rest of the second. Furthermore, the first electrical energy converter can also be operated as a generator by passing exhaust gas from the wastegate of the first turbine into the second turbine, which then drives the generator. In this way, normally unused exhaust gas can advantageously be used to generate energy. Advantageously, by the first electrical energy converter and the generation of boost pressure at exhaust gas recirculation in the second compressor can be controlled by controlling the rotor speed of the second compressor.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist zusätzlich auf einer ersten Welle zwischen der ersten Turbine und dem ersten Verdichter mindestens ein zweiter elektrischer Energiewandler angeordnet. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, weil so die Verdichter beider Turbolader elektrisch angetrieben werden können, so lange in den unteren Drehzahlbereichen nicht genügend Abgas für den Antrieb der Turbinen bereitsteht. Weiterhin kann so ein elektrischer Energiewandler im Generatormodus betrieben werden, währende der andere im Motormodus betrieben wird. Vorteilhafterweise kann so auch die Rotor-Geschwindigkeit beider Verdichter gesteuert werden.In a preferred embodiment of the arrangement according to the invention is additionally on a first shaft between the first turbine and the first compressor arranged at least a second electrical energy converter. This embodiment is advantageous because so the compressor of both turbochargers can be electrically driven, as long as in the lower speed ranges not enough exhaust gas for driving the turbines is ready. Furthermore, such an electric energy converter can be operated in the generator mode, while the other is operated in the motor mode. Advantageously, the rotor speed of both compressors can be controlled as well.

Bevorzugt ist in der erfindungsgemäßen Anordnung zusätzlich eine mit dem ersten elektrischen Energiewandler oder den elektrischen Energiewandlern in elektrischer Verbindung stehende Batterie angeordnet. Die Batterie dient zum Bereitstellen elektrischer Energie für den bzw. die elektrischen Energiewandler für den Betrieb im Motormodus. Weiterhin kann die Batterie aufgeladen werden, wenn der oder die elektrischen Energiewandler im Generatormodus betrieben werden. Es ist in diesem Sinne auch bevorzugt, wenn in der erfindungsgemäßen Anordnung der erste elektrische Energiewandler oder die elektrischen Energiewandler wahlweise als Elektromotor oder Generator betreibbar sind.In the arrangement according to the invention, a battery which is in electrical connection with the first electrical energy converter or the electrical energy converters is preferably additionally arranged. The battery is for providing electrical energy to the electrical energy converter (s) for operation in the engine mode. Furthermore, the battery can be charged when the one or more electrical energy converters are operated in the generator mode. It is also preferred in this sense if, in the arrangement according to the invention, the first electrical energy converter or the electrical energy converter can be operated optionally as an electric motor or generator.

Vorzugsweise ist in der erfindungsgemäßen Anordnung eine Steuereinrichtung vorhanden, die ausgebildet ist, die Steuerparameter der Turbolader zu überwachen und einzustellen. Die Steuereinrichtung steuert vor allem die Geschwindigkeit der Verdichter der Turbolader.Preferably, in the arrangement according to the invention a control device is provided, which is designed to monitor and adjust the control parameters of the turbocharger. Above all, the control device controls the speed of the turbocharger compressors.

Vorzugsweise ist in der erfindungsgemäßen Anordnung über ein Abgasrückführungssystem (AGR) Abgas in den ersten und/oder zweiten Verdichter einleitbar. Die AGR dient zur Minderung der Emission von Stickoxiden im Abgas und zur Senkung der Ladungswechselverluste. Dabei handelt es sich idealerweise um ein Niederdruck-AGR. Alternativ kann auch Abgas über ein Hochdruck-AGR in den Ansaugtrakt eingeleitet werden, wobei dabei das Einleiten hinter dem oder den Verdichtern erfolgt. In the arrangement according to the invention, preferably exhaust gas can be introduced into the first and / or second compressor via an exhaust gas recirculation system (EGR). The EGR serves to reduce the emission of nitrogen oxides in the exhaust gas and to reduce the charge exchange losses. This is ideally a low pressure EGR. Alternatively, exhaust gas can also be introduced into the intake tract via a high-pressure EGR, the introduction taking place behind the compressor (s).

In der erfindungsgemäßen Anordnung sind die Turbolader parallel angeordnet. Somit können beide Turbolader als klassische Zwillingsturbolader betrieben werden, wenn die Brennkraftmaschine mit hoher Drehzahl läuft und von beiden Turboladern Verdichtung angefordert wird. Die Abgasenergie der Brennkraftmaschine wird dabei zwischen den beiden Turboladern geteilt. In the arrangement according to the invention, the turbochargers are arranged in parallel. Thus, both turbochargers can be operated as a classic twin turbocharger when the engine is running at high speed and is required by both turbochargers compaction. The exhaust gas energy of the internal combustion engine is divided between the two turbochargers.

Weiterhin ist in der erfindungsgemäßen Anordnung eine Wastegate-Leitung vom Wastegate der ersten Turbine zur zweiten Turbine angeordnet. Durch diese Wastegateleitung kann vorteilhaft normalerweise ungenutzte Abgasenergie für den Betrieb der zweiten Turbine genutzt werden, indem diese den ersten elektrischen Energiewandler im Generatormodus antreibt.Furthermore, in the arrangement according to the invention, a wastegate line is arranged from the wastegate of the first turbine to the second turbine. This wastegate line can advantageously make use of normally unused exhaust gas energy for the operation of the second turbine, by driving the first electric energy converter in the generator mode.

Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Anordnung. Das Kraftfahrzeug umfasst gemäß der Erfindung damit eine Anordnung einer Brennkraftmaschine mit einem ersten Turbolader, welcher mindestens eine erste Turbine und mindestens einen ersten Verdichter aufweist, und einem zweiten Turbolader, welcher mindestens eine zweite Turbine und mindestens einen zweiten Verdichter aufweist, und bei der mindestens einem der Turbolader mindestens ein erster elektrischer Energiewandler zugeordnet ist.A second aspect of the present invention relates to a motor vehicle having an arrangement according to the invention. The motor vehicle according to the invention thus comprises an arrangement of an internal combustion engine with a first turbocharger having at least a first turbine and at least a first compressor, and a second turbocharger having at least a second turbine and at least one second compressor, and at least one the turbocharger is associated with at least one first electrical energy converter.

Zum Abgastrakt gehören die Leitungen von der Brennkraftmaschine bis zu den Turbinen.The exhaust system includes the pipes from the internal combustion engine to the turbines.

Zum Ansaugtrakt gehören die Leitungen von den Verdichtern bis zur Brennkraftmaschine.The intake system includes the lines from the compressors to the internal combustion engine.

Der Massenstrom gibt die Masse des Abgases an, die sich einer Zeitspanne durch den Abgastrakt bewegt.The mass flow indicates the mass of exhaust gas that moves through the exhaust tract for a period of time.

Ein Wastegate ist ein Bypassventil, welches dazu dient, bei ausreichend hohem Ladedruck im Ansaugtrakt Abgas an der Turbine vorbei direkt in den Auspuff abzuleiten, wodurch ein weiteres Ansteigen der Turbinendrehzahl unterbunden wird.A wastegate is a bypass valve, which serves, at sufficiently high boost pressure in the intake tract, to discharge exhaust gas past the turbine directly into the exhaust, thereby preventing a further increase in the turbine speed.

Im Motormodus wandelt ein elektrischer Energiewandler elektrische Energie in mechanische um.In motor mode, an electrical energy converter converts electrical energy into mechanical energy.

Im Generatormodus wandelt ein elektrischer Energiewandler mechanische Energie in elektrische um.In generator mode, an electrical energy converter converts mechanical energy into electrical energy.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erklärt. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to FIGS. Show it:

1 eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einem ersten elektrischen Energiewandler 1 an exemplary embodiment of an inventive arrangement with a first electrical energy converter

2 die Anordnung gemäß 1 mit einem zusätzlichen zweiten elektrischen Energiewandler 2 the arrangement according to 1 with an additional second electric energy converter

3 die Anordnung gemäß 1 mit einem zusätzlichen zweiten elektrischen Energiewandler 3 the arrangement according to 1 with an additional second electric energy converter

4 die Anordnung gemäß 1 mit einem zusätzlichen zweiten elektrischen Energiewandler 4 the arrangement according to 1 with an additional second electric energy converter

In der Darstellung von 1 ist eine beispielhafte Anordnung 20 einer Brennkraftmaschine 6 mit sequentiell-parallelen Zwillings-Turboladern 15a, 15b dargestellt. Der erste und der zweite Turbolader 15a bzw. 15b weisen jeweils eine Welle 1a bzw. 1b auf, der eine Turbine 2a bzw. 2b mit einem Verdichter 3a bzw. 3b verbindet. Das Abgas der Brennkraftmaschine 6 wird durch den Abgastrakt 7a geleitet und dient zum Antrieb der Turbinen 2a, 2b. Der zweite Turbolader 15b weist einen ersten elektrischen Energiewandler 4b auf, der auf der zweiten Welle 1b zwischen zweiter Turbine 2b und zweitem Verdichter 3b angeordnet ist. Der Energiewandler 4b wird im Motormodus M betrieben. Alternativ kann der Energiewandler 4b auch im Generatormodus G betrieben werden. In der Anordnung 20 ist weiterhin eine Steuereinrichtung 18 vorhanden, die ausgebildet ist, die Steuerparameter der Turbolader 15a, 15b, besonders der elektrischen Energiewandler 4a, 4b und der Verdichter 3a, 3b zu überwachen und einzustellen.In the presentation of 1 is an exemplary arrangement 20 an internal combustion engine 6 with sequential-parallel twin turbochargers 15a . 15b shown. The first and the second turbocharger 15a respectively. 15b each have a wave 1a respectively. 1b on top of a turbine 2a respectively. 2 B with a compressor 3a respectively. 3b combines. The exhaust gas of the internal combustion engine 6 is through the exhaust tract 7a directed and used to drive the turbines 2a . 2 B , The second turbocharger 15b has a first electrical energy converter 4b on that on the second wave 1b between second turbine 2 B and second compressor 3b is arranged. The energy converter 4b is operated in motor mode M. Alternatively, the energy converter 4b be operated in generator mode G. In the arrangement 20 is still a control device 18 present, which is adapted to the control parameters of the turbocharger 15a . 15b , especially the electric energy converter 4a . 4b and the compressor 3a . 3b to monitor and adjust.

Beide Turbinen 2a, 2b weisen jeweils ein erstes und zweites Wastegate 5a bzw. 5b auf. Das erste Wastegate 5a des ersten Turboladers 2a kann durch eine Wastegate-Abgasleitung 7c mit der zweiten Turbine 2b verbunden sein und Abgas vom Wastegate 5a zur zweiten Turbine 2b geleitet werden, um die sonst nicht verwendete Energie des abgeleiteten Abgases zum Antrieb der zweiten Turbine und damit des ersten Energiewandlers 4b zu nutzen, wenn der erste Energiewandler 4b im Generatormodus G betrieben wird. Zur Kontrolle des Abgasstroms vom Wastegate 5a ist idealerweise eine Ventileinrichtung 17 in der Wastegate-Abgasleitung 7c vorhanden.Both turbines 2a . 2 B each have a first and second wastegate 5a respectively. 5b on. The first wastegate 5a the first turbocharger 2a can through a wastegate exhaust pipe 7c with the second turbine 2 B be connected and exhaust from the wastegate 5a to the second turbine 2 B are passed to the otherwise unused energy of the exhaust gas derived to drive the second turbine and thus the first energy converter 4b to use when the first energy converter 4b in generator mode G is operated. To control the exhaust gas flow from the wastegate 5a is ideally a valve device 17 in the wastegate exhaust pipe 7c available.

Der im Ansaugtrakt 14 angeordnet Ladeluftkühler 10 dient zum Abführen eines Teils der Wärme der der Brennkraftmaschine zugeführten Ladeluft, die durch das Verdichten der Luft entsteht. Die im Ansaugtrakt 14 direkt vor der Brennkraftmaschine 6 angeordnete Drosselklappe 11 dient zur Regulation der Luftmenge zum Zwecke der Leistungssteuerung der Brennkraftmaschine 6. The in the intake tract 14 arranged intercooler 10 serves to dissipate a portion of the heat of the internal combustion engine supplied charge air, which results from the compression of the air. The in the intake tract 14 directly in front of the internal combustion engine 6 arranged throttle 11 serves to regulate the amount of air for the purpose of power control of the internal combustion engine 6 ,

Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 und 2 wird für eine Niederdruck-Abgasrückführung (AGR) Abgas nach der ersten Turbine 2a entnommen, durch einen Kühler 12c geleitet und in den ersten Verdichter 3a geleitet. Das Abgas kann auch in den zweiten Verdichter 3b geleitet werden, oder in beide Verdichter 3a, 3b. Zum Kühlen könnte das Abgas auch durch den Ladeluftkühler 10 geleitet werden. Optional ist auch eine Hochdruck-AGR 12b (gestrichelte Linie) verwendbar, wobei die Entnahme hier vor der ersten Turbine 2a entnommen, durch den Kühler 12c geleitet und nach Ladeluftkühler 10 und Drosselklappe 11 wieder eingeleitet wird. In the embodiment according to 1 and 2 is for a low-pressure exhaust gas recirculation (EGR) exhaust after the first turbine 2a taken through a cooler 12c passed and into the first compressor 3a directed. The exhaust gas can also be in the second compressor 3b be routed, or in both compressors 3a . 3b , For cooling, the exhaust could also through the intercooler 10 be directed. Optional is also a high pressure EGR 12b (dashed line) usable, the extraction here before the first turbine 2a taken out through the radiator 12c directed and after intercooler 10 and throttle 11 is initiated again.

In der Abgasquerleitung 7b zum Leiten von Abgas von der Brennkraftmaschine 6 zur zweiten Turbine 2b ist eine Ventileinrichtung 16 angeordnet. Durch Öffnen des Ventileinrichtung 16 ist Abgas zur zweiten Turbine 2b leitbar und diese durch das Abgas antreibbar, d.h. ist der zweite Turbolader 15b zum Betrieb des ersten Turboladers 15a zuschaltbar. Durch Schließen der Ventileinrichtung 16 ist der zweite Turbolader 15b wieder abschaltbar. Ein weiteres Steuerventil 13 dient zum Steuern der Menge an Ladeluft vom zweiten Verdichter 3b zum Ansaugtrakt 7b.In the exhaust gas duct 7b for conducting exhaust gas from the internal combustion engine 6 to the second turbine 2 B is a valve device 16 arranged. By opening the valve device 16 is exhaust gas to the second turbine 2 B conductive and this driven by the exhaust, that is, the second turbocharger 15b to operate the first turbocharger 15a switchable. By closing the valve device 16 is the second turbocharger 15b switched off again. Another control valve 13 Used to control the amount of charge air from the second compressor 3b to the intake tract 7b ,

Soll während des laufenden Betriebs des ersten Turboladers 15a durch Leiten von Abgas in die erste Turbine 2a und Verdichten von Ansaugluft durch den ersten Verdichter 3a zusätzlich Ansaugluft durch den zweiten Verdichter 3b generiert werden, wird entsprechend 1 der zweite Turbolader 15b durch Öffnen der Ventileinrichtung 16 in der Abgasquerleitung 7b dazugeschaltet. Der erste elektrische Energiewandler 4b entsprechend der Ausführungsform von 1 im Motormodus M betrieben und so lange zum Antrieb des zweiten Verdichters 3b verwendet, bis das durch die Abgasquerleitung 7b geleitete Abgas zum Betrieb der zweiten Turbine 2b eine für das Verdichten von Ansaugluft ausreichenden Massestrom erreicht hat. To be used while the first turbocharger is running 15a by passing exhaust gas into the first turbine 2a and compressing intake air through the first compressor 3a additionally intake air through the second compressor 3b will be generated accordingly 1 the second turbocharger 15b by opening the valve device 16 in the exhaust gas duct 7b additionally connected. The first electric energy converter 4b according to the embodiment of 1 operated in motor mode M and so long to drive the second compressor 3b used until through the exhaust gas duct 7b directed exhaust gas for operation of the second turbine 2 B has reached a sufficient for the compression of intake air mass flow.

Sind elektrische Energiewandler 4a, 4b in beiden Turboladern 15a bzw. 15b angeordnet und werden diese wie in 2 beide im Motormodus M betrieben, können sie beide die entsprechenden Verdichter 3a bzw. 3b antreiben, bis der Massestrom des Abgases dicht genug ist, um über die Turbinen 2a, 2b die Verdichter 3a bzw. 3b ausreichend für die erforderliche Verdichtung von Ladeluft anzutreiben. Are electrical energy converters 4a . 4b in both turbochargers 15a respectively. 15b arranged and will be like this 2 both operated in motor mode M, they can both use the appropriate compressor 3a respectively. 3b drive until the mass flow of the exhaust gas is tight enough to pass over the turbines 2a . 2 B the compressors 3a respectively. 3b sufficient to drive for the required compression of charge air.

Wird nur der erste Turbolader 15a zum Verdichten von Ansaugluft genutzt, kann während des laufenden Betriebs des ersten Turboladers 15a die Batterie 9 durch den im Generatormodus G betriebenen ersten elektrischen Energiewandler 4b im zweiten Turbolader 15b aufgeladen werden, indem Abgas vom Wastegate 5a zur zweiten Turbine 2b zu leiten, die den ersten elektrischen Energiewandler 4b antreibt. Dazu ist die Ventileinrichtung 16 in der Abgasquerleitung 7b geschlossen. Alternativ kann die Ventileinrichtung 16 in der Abgasquerleitung 7b auch geöffnet sein oder geöffnet werden, um Abgas zur zweiten Turbine 2b zu leiten, wenn der erste Energiewandlers 4b im Generatormodus G betrieben werden soll, um die Batterie 9 aufzuladen. Will only be the first turbocharger 15a used for compressing intake air, during operation of the first turbocharger 15a the battery 9 by the first electric energy converter operated in the generator mode G 4b in the second turbocharger 15b be charged by exhaust from the wastegate 5a to the second turbine 2 B to lead the first electric energy converter 4b drives. This is the valve device 16 in the exhaust gas duct 7b closed. Alternatively, the valve device 16 in the exhaust gas duct 7b also be open or opened to exhaust to the second turbine 2 B to guide when the first energy converter 4b In generator mode G should be operated to the battery 9 charge.

In 2 weist die dargestellte beispielhafte Ausführungsform der Anordnung 20 der Brennkraftmaschine 6 mit den Zwillingsturboladern 15a, 15b zusätzlich zur Anordnung von 1 einen zweiten elektrischen Energiewandler 4a auf, der im ersten Turbolader 15a auf der ersten Welle 1a zwischen erster Turbine 2a und erstem Verdichter 3a angeordnet ist. Der zweite elektrische Energiewandler 4a wird im Motormodus M betrieben. In 2 shows the illustrated exemplary embodiment of the arrangement 20 the internal combustion engine 6 with the twin turbochargers 15a . 15b in addition to the arrangement of 1 a second electrical energy converter 4a up in the first turbocharger 15a on the first wave 1a between first turbine 2a and first compressor 3a is arranged. The second electrical energy converter 4a is operated in motor mode M.

In 3 ist eine beispielhafte Ausführungsform der Anordnung 20 der Brennkraftmaschine 6 mit den Zwillingsturboladern 15a, 15b ähnlich der gemäß 2 dargestellt, wobei der erste elektrische Energiewandler 4b im Generatormodus G und der zweite elektrische Energiewandler 4a im Motormodus M betrieben wird. Mit dem elektrischen Energiewandler 4b ist eine Batterie 9 elektrisch verbunden. Energiewandler 4b und Batterie 9 bilden einen Stromkreis, wobei die Batterie 9 durch den Energiewandler 4b aufladbar ist, wenn dieser im Generatormodus G betrieben wird, und die Batterie 9 den Energiewandler 4b antreiben kann, wenn dieser im Motormodus M betrieben wird. In dem Stromkreis von Energiewandler 4b und Batterie 9 ist eine variable Generatorlast 8 angeordnet. Dies kann z.B. ein Widerstand sein, um die Kapazität des im Generatormodus G betriebenen Energiewandlers 4b oder den Ladezustand der Batterie 9 zu testen oder einzustellen. RG ist dabei der Widerstand der variablen Last, und VG die vom Energiewandler 4b generierte Spannung. In 3 is an exemplary embodiment of the arrangement 20 the internal combustion engine 6 with the twin turbochargers 15a . 15b similar to the according to 2 shown, wherein the first electrical energy converter 4b in the generator mode G and the second electric energy converter 4a in motor mode M is operated. With the electric energy converter 4b is a battery 9 electrically connected. energy converters 4b and battery 9 form a circuit, the battery 9 through the energy converter 4b is chargeable when it is operated in the generator mode G, and the battery 9 the energy converter 4b can drive when it is operated in motor mode M. In the circuit of energy converter 4b and battery 9 is a variable generator load 8th arranged. This may, for example, be a resistance to the capacity of the energy converter operated in generator mode G. 4b or the state of charge of the battery 9 to test or adjust. R G is the resistance of the variable load, and V G that of the energy converter 4b generated voltage.

In der 4 dargestellten beispielhaften Ausführungsform weist die Anordnung 20 der Brennkraftmaschine 6 mit den Zwillingsturboladern 15a, 15b weist im Unterschied zur Anordnung 20 von 3 einen erweiterten Stromkreis auf, der zusätzlich zum ersten Energiewandler 4b, Batterie 9 und variabler Generatorlast 8 den zweiten Energiewandler 4a einschließt. Weiterhin wird auch der zweite elektrische Energiewandler 4a im Generatormodus G betrieben. Damit ist die Batterie 9 durch beide elektrischen Energiewandler 4a, 4b aufladbar.In the 4 illustrated exemplary embodiment, the arrangement 20 the internal combustion engine 6 with the twin turbochargers 15a . 15b differs from the arrangement 20 from 3 an extended circuit, in addition to the first energy converter 4b , Battery 9 and variable generator load 8th the second energy converter 4a includes. Furthermore, the second electrical energy converter is also 4a operated in generator mode G. This is the battery 9 through both electrical energy converters 4a . 4b rechargeable.

Sollen sowohl der zweite als auch der erste elektrische Energiewandler 4a, 4b im Generatormodus G betrieben werden, wird Abgas durch die Abgasstränge 7 und 7b (bei geöffneter Ventileinrichtung 16) auf die Turbinen 2a bzw. 2b geleitet. Auf diese Weise wird die an die elektrischen Energiewandler 4a, 4b angeschlossene Batterie 9 aufgeladen werden, wenn beispielsweise keine Aufladung des Ansaugtrakts durch die Turbolader 15a, 15b benötigt wird, oder wenn einen schnelle Aufladung der Batterie erforderlich ist.Should both the second and the first electric energy converter 4a . 4b operated in the generator mode G, exhaust gas is through the exhaust strands 7 and 7b (with open valve device 16 ) on the turbines 2a respectively. 2 B directed. In this way, the to the electric energy converter 4a . 4b connected battery 9 be charged, for example, if no charging of the intake through the turbocharger 15a . 15b is needed, or if a quick charge of the battery is required.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1a1a
erste Welle first wave
1b1b
zweite Welle second wave
2a2a
erste Turbine first turbine
2b2 B
zweite Turbine second turbine
3a3a
erster Verdichter first compressor
3b3b
zweiter Verdichter second compressor
4a4a
zweiter elektrischer Energiewandler second electrical energy converter
4b4b
erster elektrischer Energiewandler first electrical energy converter
5a5a
erstes Wastegate first wastegate
5b5b
zweites Wastegate second wastegate
66
Brennkraftmaschine Internal combustion engine
7a7a
Abgastrakt exhaust tract
7b7b
Abgasquerleitung Exhaust cross line
7c 7c
Wastegateleitung Wastegate line
88th
variable Last variable load
99
Batterie battery
1010
Ladeluftkühler Intercooler
1111
Drosselklappe throttle
12a12a
Niederdruck-Abgasrückführung Low-pressure exhaust gas recirculation
12b12b
Hochdruck-Abgasrückführung High-pressure exhaust gas recirculation
12c12c
Kühler der Abgasrückführung Radiator exhaust gas recirculation
1313
Steuerventil control valve
1414
Ansaugtrakt intake system
15a15a
erster Turbolader first turbocharger
15b15b
zweiter Turbolader second turbocharger
1616
Ventileinrichtung in Abgasquerleitung Valve device in exhaust gas flow line
1717
Ventileinrichtung in Wastegateleitung Valve device in waste gas line
1818
Steuereinrichtung control device
2020
erfindungsgemäße Anordnung  inventive arrangement
GG
Generatormodus generator mode
MM
Motormodus motor mode

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • US 8225608 B2 [0002] US 8225608 B2 [0002]

Claims (11)

Anordnung (20) einer Brennkraftmaschine (6) für ein Kraftfahrzeug mit einem ersten Turbolader (15a), welcher mindestens eine erste Turbine (2a) und mindestens einen ersten Verdichter (3a) aufweist, und einem zweiten Turbolader (15b), welcher mindestens eine zweite Turbine (2b) und mindestens einen zweiten Verdichter (3b) aufweist, bei der mindestens einem der Turbolader (15a, 15b) mindestens ein elektrischer Energiewandler (4a, 4b) zugeordnet ist.Arrangement ( 20 ) an internal combustion engine ( 6 ) for a motor vehicle with a first turbocharger ( 15a ), which at least one first turbine ( 2a ) and at least one first compressor ( 3a ), and a second turbocharger ( 15b ), which has at least one second turbine ( 2 B ) and at least one second compressor ( 3b ), wherein at least one of the turbochargers ( 15a . 15b ) at least one electrical energy converter ( 4a . 4b ) assigned. Anordnung (20) nach Anspruch 1, bei der der elektrische Energiewandler (4a, 4b) auf einer Welle (1a, 1b) zwischen einer Turbine (2a, 2b) und einem Verdichter (3a, 3b) des Turboladers (15a, 15b) angeordnet ist.Arrangement ( 20 ) according to claim 1, in which the electrical energy converter ( 4a . 4b ) on a wave ( 1a . 1b ) between a turbine ( 2a . 2 B ) and a compressor ( 3a . 3b ) of the turbocharger ( 15a . 15b ) is arranged. Anordnung (20) nach Anspruch 1 oder 2, bei der in einer Abgasquerleitung (7b) vom Abgastrakt (7a) zur zweiten Turbine (2b) mindestens eine Ventileinrichtung (16) angeordnet und ausgebildet ist, die Abgasquerleitung (7b) mindestens teilweise zu öffnen oder zu schließen, und mindestens ein erster elektrischer Energiewandler (4b) auf einer zweiten Welle (1b) zwischen der zweiten Turbine (2b) und dem zweiten Verdichter (3b) angeordnet ist.Arrangement ( 20 ) according to claim 1 or 2, wherein in an exhaust gas duct ( 7b ) from the exhaust tract ( 7a ) to the second turbine ( 2 B ) at least one valve device ( 16 ) is arranged and formed, the exhaust gas transmission line ( 7b ) at least partially open or close, and at least one first electrical energy converter ( 4b ) on a second wave ( 1b ) between the second turbine ( 2 B ) and the second compressor ( 3b ) is arranged. Anordnung (20) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der zusätzlich auf einer ersten Welle (1a) zwischen der ersten Turbine (2a) und dem ersten Verdichter (3a) der ersten Turboladers (15a) mindestens ein zweiter elektrischer Energiewandler (4a) angeordnet ist.Arrangement ( 20 ) according to one of the preceding claims, wherein in addition on a first wave ( 1a ) between the first turbine ( 2a ) and the first compressor ( 3a ) of the first turbocharger ( 15a ) at least one second electrical energy converter ( 4a ) is arranged. Anordnung (20) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, bei der zusätzlich eine mit dem ersten elektrischen Energiewandler (4b) oder den elektrischen Energiewandlern (4a, 4b) in elektrischer Verbindung stehende Batterie (9) angeordnet ist. Arrangement ( 20 ) according to one of claims 3 or 4, wherein in addition one with the first electrical energy converter ( 4b ) or the electrical energy converters ( 4a . 4b ) in electrically connected battery ( 9 ) is arranged. Anordnung (20) nach einem der Ansprüche 3–5, bei der der erste elektrische Energiewandler (4b) oder die elektrischen Energiewandler (4a, 4b) wahlweise als Elektromotor oder Generator betreibbar sind. Arrangement ( 20 ) according to one of claims 3-5, wherein the first electrical energy converter ( 4b ) or the electrical energy converters ( 4a . 4b ) are selectively operable as an electric motor or generator. Anordnung (20) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der zusätzlich eine Steuereinrichtung (18) vorhanden ist, die ausgebildet ist, die Steuerparameter der Turbolader (15a, 15b) zu überwachen und einzustellen.Arrangement ( 20 ) according to one of the preceding claims, in which additionally a control device ( 18 ), which is designed to control the control parameters of the turbocharger ( 15a . 15b ) to monitor and adjust. Anordnung (20) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der über ein Abgasrückführungssystem (12a, 12b) Abgas in den ersten (3a) und/oder zweiten Verdichter (3b) einleitbar ist.Arrangement ( 20 ) according to one of the preceding claims, in which an exhaust gas recirculation system ( 12a . 12b ) Exhaust gas in the first ( 3a ) and / or second compressor ( 3b ) can be introduced. Anordnung (20) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Turbolader (15a, 15b) parallel angeordnet sind.Arrangement ( 20 ) according to one of the preceding claims, in which the turbochargers ( 15a . 15b ) are arranged in parallel. Anordnung (20) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der eine Wastegate-Abgasleitung (7c) vom Wastegate (5a) der ersten Turbine (2a) zur zweiten Turbine (2b) vorhanden ist. Arrangement ( 20 ) according to one of the preceding claims, in which a wastegate exhaust pipe ( 7c ) from the wastegate ( 5a ) of the first turbine ( 2a ) to the second turbine ( 2 B ) is available. Kraftfahrzeug mit einer Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche.Motor vehicle with an arrangement according to one of the preceding claims.
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