WO2008125571A2 - Turbocharger, turbocharged internal combustion engine, method and use - Google Patents

Turbocharger, turbocharged internal combustion engine, method and use Download PDF

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WO2008125571A2
WO2008125571A2 PCT/EP2008/054299 EP2008054299W WO2008125571A2 WO 2008125571 A2 WO2008125571 A2 WO 2008125571A2 EP 2008054299 W EP2008054299 W EP 2008054299W WO 2008125571 A2 WO2008125571 A2 WO 2008125571A2
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turbocharger
compressor
fresh air
bypass
bypass device
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Francis Heyes
Norbert Huber
Achim Koch
Georg Mehne
Gerhard Schopp
Markus Teiner
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Napier Turbochargers Limited
Continental Automotive Gmbh
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a turbocharger for a turbochargeable internal combustion engine and such an internal combustion engine.
  • the invention further relates to a method for operating such a turbocharger and a use.
  • An exhaust gas turbocharger (ATL) or turbocharger for short is a charging system for an internal combustion engine, by means of which the cylinders of the internal combustion engine are subjected to an increased charge air pressure.
  • a turbocharger consists of a (exhaust gas) turbine in the exhaust gas flow (outflow path), which is connected via a common shaft to a compressor in the intake tract (inflow path).
  • the turbine is set in rotation by the exhaust gas flow of the engine and thus drives the compressor.
  • the compressor increases the pressure in the intake tract of the engine, so that through this compression during the intake stroke, a larger amount of air enters the cylinders of the internal combustion engine than in a conventional naturally aspirated engine. This provides more oxygen for combustion. This increases the mean pressure of the engine and its torque, which significantly increases the output.
  • the feeding of a larger amount of fresh air associated with the compression process is called charging.
  • the energy for the charge is taken from the turbine through the fast-flowing, hot exhaust gases. This energy, which would otherwise be lost through the exhaust system, is used to reduce intake losses.
  • This type of charging increases the overall efficiency of a turbocharged internal combustion engine.
  • turbo lag When accelerating from low speeds, the correct amount of exhaust gas is missing in the discharge path in order to generate the boost pressure in the intake path for the intake fresh air. Only when, for example, with increasing speed, a sufficiently strong exhaust gas flow is available, set the desired compression of the intake fresh air and thus the desired charge. This lack of power at low speeds is generally referred to as turbo lag. Also, generally, this charge is only delayed when suddenly accelerating, since the internal combustion engine consumes the fresh air much faster than compressed air can be provided by the compressor. That is, the pressure PE applied to the compressor on the input side is higher than the pressure PA of the fresh air provided by the compressor on the output side. Only after a sufficiently high exhaust gas flow has settled on the downstream side of the turbine does a sufficient pressure PA ⁇ PE also appear on the upstream side of the compressor.
  • the compressor throttles the internal combustion engine, instead of this compressed air supply and thus to contribute to a performance increase. Due to the fact that the internal combustion engine is throttled, it can also provide less exhaust gas on the exhaust gas side, which in turn leads to a lower rotational speed of the turbine. This, in turn, has a negative effect on the rotational speed of the compressor and thus on the compressed air.
  • turbocharger can for example be compensated to a large extent by specially provided control systems, such as a variable turbine geometry (VTG), through the use of very small turbochargers and / or specially shaped channels in the cylinder head.
  • VGT variable turbine geometry
  • this object is achieved by a turbocharger having the features of patent claim 1, by a turbo-charged internal combustion engine having the features of patent claim 15 and / or by a method having the features of patent claim 20 and / or by a use having the features of patent claim 28.
  • a turbocharger for a turbo-superchargeable internal combustion engine having at least one fresh air inlet for sucking fresh air, with at least one compressor for compressing the intake fresh air, which is arranged in the flow direction of the fresh air behind the fresh air inlet, with at least one fresh air outlet, which is arranged in the flow direction behind the compressor is and can be supplied via the fresh air compressed in the compressor to an air inlet side of the internal combustion engine, with at least one bypass device for bridging at least one compressor, which is designed to be in Operation to pass at least a portion of the supplied fresh air to the compressor.
  • a turbo-charged internal combustion engine with at least one turbocharger according to the invention whose compressor is on the other side connected to an air inlet side of the internal combustion engine and the turbine is connected downstream with an exhaust gas outlet side of the internal combustion engine.
  • a method for operating a turbocharger which has a bypass device for bridging a compressor on a fresh air side of the turbocharger, with a first operating mode in which the bypass device is closed and the intake fresh air via that through the
  • Bypass issued bridged compressor is passed, with a second operating mode in which the bypass device is opened and the fresh air sucked in, at least partially passed through the bypass device.
  • bypass device in particular a bypass valve and / or a Bypassrohrschalters and / or a bypass damper, for bridging a compressor, in particular the high-pressure compressor, a turbocharger.
  • the idea on which the present invention is based is to provide at least one bypass device on the compressor side, that is to say in the inflow path of a turbocharger.
  • This bypass device is designed to bridge the compressor when required, that is, in this case, the sucked or already pre-compressed fresh air is at least partially bypassed the compressor in the flow path and fed, for example, directly to the engine in unenriched form. This way can be too big
  • the bypass device according to the invention avoids a turbo lag, which typically exists at low rotational speeds of the turbocharger, as far as possible or at least significantly reduces it. This operation of the turbocharger is particularly relevant at low speeds of the turbocharger and thus when accelerating from low speeds.
  • bypass device according to the invention significantly reduces in a turbocharger caused by the turbocharger noise production.
  • a control device which controls the function of the bypass device.
  • This control device may for example be part of the turbocharger or the internal combustion engine.
  • the control device is designed as part of the engine control system for controlling both the internal combustion engine and the turbocharger.
  • Such a control device which controls, for example, the opening and closing of the bypass device, can be designed mechanically or also electrically.
  • the bypass device contains, for example, an electric by the control device controllable actuator.
  • this control device can be a program-controlled unit, for example a microcontroller or microprocessor.
  • the bypass device may include a bypass valve, a bypass tube switch, a bypass door, or the like. It would also be conceivable to combine these elements. These ele- ments are preferably designed to be controllable via the control device.
  • the turbocharger has at least two turbocharger stages.
  • Each of these (successively arranged) turbocharger stages includes a compressor and a turbine, each coupled to each other via a common shaft (e.g., mechanical).
  • the two turbocharger stages can be operated simultaneously or only one of the turbocharger stages can be active at a time.
  • Two-stage turbochargers have over single-stage turbochargers on the advantage that thereby a better and more effective control of the charge can be realized, whereby the turbo lag can be further reduced overall.
  • one of the turbocharger stages is designed as a high-pressure stage with a high-pressure turbine and a high-pressure compressor.
  • Another stage is formed as a low pressure stage with a low pressure turbine and a low pressure compressor.
  • High-pressure turbine and high-pressure compressor on the one hand and low-pressure turbine and low-pressure compressor on the other hand are each coupled to one another via a common shaft.
  • the bypass device bridges at least the compressor of the high-pressure stage.
  • a single bypass device is provided which bridges both the low-pressure compressor and the high-pressure compressor.
  • a further, likewise alternative embodiment provides at least two bypass devices in the case of the at least two-stage turbocharger.
  • a first bypass device is designed to bridge the low-pressure compressor and a second bypass device is designed to bridge the high-pressure compressor.
  • At least one of the bypass devices is designed to block in reverse relative to the flow direction of the fresh air.
  • compressed fresh air which is provided on the outlet side by the compressor bridged via the bypass device, can not pass again via this bypass device to the respective inlet side of the compressor.
  • bypass device can be operated as throttle device for the internal combustion engine.
  • turbocharger can be controlled via the control device so that the
  • Turbocharger acts as an engine brake by in the event that a braking operation is indicated by closing the bypass device artificially creates a negative pressure between the respective compressor and the internal combustion engine, which would lead to a total throttling of the internal combustion engine.
  • a first pipe for connecting the fresh air inlet to the inlet side of the compressor and a second pipe for connecting the outlet side of the compressor with the fresh air outlet or with another compressor are provided.
  • at least one bypass pipe is provided as part of the bypass device, which via a first branch pipe branches off from the first pipe and which opens via a second branch pipe in the second pipe.
  • the turbocharger has an air filter.
  • This air filter is arranged in the Anströmpfad between the fresh air inlet and the compressor.
  • the bypass pipe branches off in the flow direction of the fresh air to the air filter.
  • This air filter is used to clean the intake air so as to prevent the smallest dust particles and particles from getting into the compressor wheel operated at very high speeds, which can lead to damage or even destruction of the compressor wheel.
  • a charge air cooler is arranged in the inflow path between the compressor, in particular the high-pressure compressor, and the fresh air outlet.
  • the charge air cooler typically opens immediately before the inlet of the internal combustion engine and serves the purpose of cooling the compressed air supplied to the internal combustion engine, which becomes very hot at very high rotational speeds of the turbocharger and thus may under certain circumstances reduce the power of the internal combustion engine.
  • the bypass pipe is arranged here in the flow direction of the fresh air in front of the intercooler.
  • the turbocharger according to the invention has a further bypass device, which is arranged in the outflow path of the turbocharger and which is designed to bridge a turbine of the turbocharger.
  • This further bypass device is often referred to as wastegate and serves the boost pressure control.
  • the wastegate may have, for example, a bypass valve, a flap or a bypass tube switch.
  • This bypass valve usually bridges the exhaust gas turbine by means of a dedicated pipe. At a set boost pressure, this bypass valve is opened by a sender on the compressor side and then passes the exhaust gas over the By- pass pipe and the bypass valve past the turbine directly into the exhaust, which prevents a further increase in turbine speed.
  • a first measuring device is provided.
  • This first measuring device is designed to measure a speed of a turbine wheel of the turbocharger, for example the speed of the turbine wheel of the high-pressure turbine.
  • the controller controls the bypass device depending on the measured turbine wheel speed. In this way, depending on the speed control of the bypass device, whether it is closed, opened or partially open, be made specifically in accordance with the turbine wheel speed.
  • a second measuring device which measures the air mass flow conducted through the bypass device and / or through the compressor.
  • This measured air mass flow which is also referred to in the English literature as Air Mass Flow (AMF) refers to the air flow rate of the compressor or the bypass device.
  • AMF Air Mass Flow
  • the bypass device is controlled both in accordance with the determined air mass flow and thus the air flow rate and the speed of the turbine wheel.
  • a first operating mode and a second operating mode are provided.
  • the bypass device is closed and the intake fresh air is passed completely over the bridgeable by the bypass compressor and in the second operating mode, the bypass device is opened and the intake fresh air is at least partially passed through the bypass device.
  • a third operating mode is now also provided-as a special case of the second operating mode-in which the fresh air sucked in is conducted past the compressor exclusively via the bypass device. In the third operating mode, therefore, no fresh air passes through the compressor. This can be realized, for example, by a controllable flap mounted on the inlet of the compressor (switch, valve or the like).
  • a first threshold of an air flow in the Anströmpfad is specified.
  • the turbocharger is operated here in the third operating mode, provided that the measured, that is current air flow rate of the fresh air in the Anströmpfad is below the first threshold.
  • a second threshold of the air flow in the Anströmpfad is given, which is greater than the first threshold.
  • the turbocharger is operated in the first operating mode as long as the current air flow in the inflow path is greater than the second threshold.
  • the turbocharger is operated in the second operating mode.
  • the turbocharger is operated in the second operating mode as long as the measured, current air flow through the compressor is less than the air flow through the bypass device in the Anströmpfad.
  • the current air flow rate passed through the bypass device and / or through the compressor is measured and evaluated, for example, with regard to the correspondingly predetermined thresholds. This typically takes place in specially designed measuring devices and in a corresponding evaluation device.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a general first embodiment of a turbocharger according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a second exemplary embodiment of a turbocharger according to the invention
  • FIG. 3 is a schematic representation of a third embodiment of a turbocharger according to the invention.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a fourth exemplary embodiment of a turbocharger according to the invention.
  • FIG. 5 is a schematic representation of a fifth embodiment of a turbocharger according to the invention
  • Fig. 6 is a schematic representation of a sixth embodiment of a turbocharger according to the invention
  • FIG. 7A is a schematic representation of a first operating mode of a turbocharger according to the invention.
  • FIG. 7B is a schematic representation of a second operating mode of a turbocharger according to the invention.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a first general embodiment of a highly simplified turbocharger according to the invention, which has only the essential components of a turbocharger.
  • the turbocharger is designated by reference numeral 10.
  • the turbocharger 10 has, in a known manner, a compressor 11 and a turbine 12, which are mechanically coupled to one another via a common shaft 13.
  • the compressor 11 is arranged in an inflow path 14 and the turbine 12 in a discharge path 15.
  • the turbocharger 10 in Fig. 1 is formed in one stage, that is, it has only a compressor 11 and a turbine 12.
  • the inflow path 14 of the turbocharger 10 is defined between a fresh air inlet 16, via which fresh air is drawn in, and a fresh air outlet 17, via which fresh air compressed by the compressor 11 is provided by the turbocharger 10. This discharged, compressed fresh air is fed to a fresh air inlet side of an internal combustion engine (not shown in FIG. 1).
  • the discharge path 15 of the turbocharger 10 is defined between an exhaust gas inlet 18, via which exhaust gas generated by the internal combustion engine (not shown in FIG. 1) is introduced into the turbocharger is, and an exhaust outlet 19, through which the exhaust gas can flow.
  • the Anströmpfad is often referred to as intake, fresh air side or charge air side.
  • the outflow path is often referred to as exhaust path or exhaust side.
  • a respective compressor has an inlet on the inlet side and an outlet on the outlet side.
  • the flow direction is determined on the compressor side in each case by the flow air of the fresh air, that is towards the internal combustion engine.
  • the flow direction of the fresh air and the exhaust gas is represented by corresponding arrows in the pipes.
  • the respective fresh air is designated by reference numeral 20 and the respective exhaust air with reference numeral 21.
  • a first pipe 20 a is provided, within which the fresh air supplied to the compressor 11 has a pressure P 1 and a temperature T 1. Further, another pipe 20 b is provided between the outlet of the compressor 11 and the fresh air outlet 17.
  • the compressor 11 is designed to compress the fresh air 20 supplied to it via the pipeline 20a and to provide it in compacted form via the pipeline 20b on the outlet side.
  • a pipeline 21b is provided between the exhaust gas inlet 18 and the turbine 12, and a second pipeline 20a is provided between the turbine 12 and the exhaust gas outlet 19.
  • the turbocharger 10 has a bypass device 22.
  • the bypass device 22 includes a bypass switch 23, which may be formed, for example, as a bypass valve, bypass valve, bypass tube switch 23 or the like.
  • the bypass device 22 is adapted to the fresh air flow 20 depending on the mode of operation at least partially pass via corresponding pipes 24a, 24b and the bypass switch 23.
  • a bypass pipe 24 a branches off from the first pipe 20 a via a pipe branch, which opens into the pipe switch 23. From there, a second bypass pipe 24b leads via a second pipe branch 25b back into the second pipe 20b.
  • the bypass device 22 can, as will be described in detail below, be operated in different operating modes.
  • the bypass device 22 may be fully open, fully closed, or partially open and closed.
  • the fresh air 20 supplied via the fresh air inlet 16 thus flows completely through the compressor 11, completely through the bypass device 22 or both via the compressor 11 and via the bypass device 22.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration with a second exemplary embodiment of a single-stage turbocharger according to the invention.
  • the internal combustion engine 30 is additionally shown in the exemplary embodiment in FIG. 2.
  • the engine block of the internal combustion engine 30 has in the present embodiment, four cylinders, which is to be understood only by way of example.
  • the internal combustion engine 30 and the coupling to the turbocharger 10 via the intake manifold and the exhaust manifold is shown only schematically and greatly simplified.
  • the engine block 31 of the engine 30 has an air inlet side 32 and an exhaust gas outlet side 33.
  • the air inlet side 32 is here connected to the fresh air outlet 17 of the turbocharger 10 so that the fresh air 20 compressed by the turbocharger 10 can be supplied to the engine block 31 via corresponding fresh air manifolds (shown only schematically).
  • the exhaust gas outlet side 33 is connected to the exhaust gas inlet 18 of the turbocharger 10.
  • an air filter 34 is furthermore provided in the first pipeline 20a, that is to say between the fresh air inlet 16 and the compressor 11, which is designed to filter the intake air and thus to clean it.
  • a charge air cooler 35 is provided in the pipeline 20 b, that is, between the compressor 11 and the fresh air outlet 17 and thus immediately before the internal combustion engine 30, a charge air cooler 35 is provided.
  • This intercooler 35 cools the air which is typically highly heated at very high rotational speeds by the compressor 11, so that optimum combustion can take place in the engine block 31.
  • a further bypass device 36 is further provided, which has a so-called wastegate valve 37 between the two bypass pipes 37a, 37b. Exhaust gas can bypass the turbine 12 via this additional bypass device 36 and thus prevent the turbine 12 from reaching excessive rotational speeds and thus bringing the engine beyond its power limit.
  • an exhaust system 38 such as a catalyst, Abgasfilter- ter, exhaust and the like, is provided.
  • the turbocharger 10 has a two-stage design, that is to say it has two turbocharger stages 40, 41.
  • Each turbocharger stage 40, 41 has its own compressor IIa, IIb and its own turbine 12a, 12b, which are coupled to each other within the respective stage 40, 41 via a common shaft 13a, 13b.
  • the first turbocharger stage 40 is designed as a low-pressure stage 40 and comprises a low-pressure compressor IIa and a low-pressure turbine 12a.
  • the second turbocharger stage 41 which is connected directly to the air inlet side 32 and the exhaust gas outlet side 33 of the internal combustion engine 30, is designed as a high-pressure stage 40b formed and includes a high pressure compressor IIb and a high pressure turbine 12b.
  • the high-pressure stage 40b has a bypass device 22 in FIG.
  • the sucked fresh air in the low pressure stage 40a is always passed through the low pressure compressor IIa.
  • the air compressed in the low-pressure compressor IIa is conducted either exclusively via the bypass device 22, exclusively via the high-pressure compressor IIb or through both the high-pressure compressor IIb and the bypass device 22.
  • both the high-pressure stage 40b and the low-pressure stage 40a each have their own wastegate bypass means 36a, 36b.
  • the turbocharger 10 has a single bypass device 22, in which case the bypass device 22 equally bridges both the low-pressure compressor IIa and the high-pressure compressor IIb.
  • the sucked air can thus be passed either via the two compressors IIa, IIb or uncompressed via the bypass device 22.
  • the turbocharger has two bypass devices 22a, 22b.
  • Each of these bypass devices 22a, 22b is in each case assigned to a single compressor IIa, IIb and designed to just bridge its associated compressor IIa, IIb.
  • These two bypass devices 22a, 22b can preferably be operated separately from one another. In this way, a stepped connection of the respective compressor IIa, IIb is possible.
  • the air is supplied via both bypass devices 22a, 22b directly to the internal combustion engine 30.
  • bypass device 22a for the low-pressure Closer closed, so that the fresh air sucked 20 is first passed through the low pressure compressor IIa. Subsequently, this air compressed in the low-pressure compressor IIa is guided past the high-pressure compressor IIb via the second bypass device 22b. With further increasing speeds then the second bypass device 22b can be closed, so that the fresh air is completely supplied via both compressors IIa, IIb of the internal combustion engine. At high speeds, a very high compression of the intake fresh air 20 is possible.
  • FIG. 6 shows a greatly simplified sixth exemplary embodiment of an arrangement with a turbocharger according to the invention.
  • This arrangement comprises three measuring devices 50, 51, 52.
  • the first measuring device 50 is designed to determine the air flow rate on the inflow side 14. For this purpose, the first measuring device 50 is connected on the input side to the pipeline 20a in order to measure the air mass flow in this pipeline 20a. Depending on the determined air mass flow, the first measuring device 50 generates a measuring signal Ml.
  • the second measuring device 51 is designed to determine the rotational speed of the turbine 12 and thus also of the compressor 11. For this purpose, the second is
  • Measuring device 51 on the input side connected to the common shaft 13 to receive their angular velocity. Depending on the recorded angular velocity, the second measuring device 51 generates a second measuring signal M2.
  • the third measuring device 52 is designed to determine the air pressure at the fresh air outlet side 17 of the turbocharger 10.
  • the third measuring device 52 is connected to the pipeline 20b, there to determine the pressure P2.
  • the third measuring device 52 generates a third measuring signal M3.
  • the arrangement in FIG. 6 furthermore has a control device 53.
  • the control device 53 may be part of the turbocharger 10 or the internal combustion engine 30 or may be designed as a separate control device, for example as part of the engine control.
  • the control device 53 is designed to control the bypass device 22 in accordance with a control signal S1. This control signal Sl is generated in accordance with at least one of the measurement signals Ml - M3.
  • control signal S1 controls the bypass device 22 into an open, partially closed or completely closed state and thus regulates the flow of fresh air on the inflow side 14 such that fresh air intake is either only via the compressor 11 , only via the bypass device 22 or through both the compressor 11 and the bypass device 22 flows.
  • FIGS. 7A and 7B two schematic representations for the operation of a bypass device according to the invention 22 equipped, for example, one-stage trained
  • Turbocharger 10 shown which is assumed here by a single-stage turbocharger 10 as shown in FIG. Furthermore, these modes of operation assume that to control the
  • Bypass Ester 22 only the air flow in Anströmpfad 14 is used. Additionally or alternatively, of course, the pressure P2 and / or the rotational speed can be used here.
  • the bypass device 22 is closed, so that the sucked fresh air flows exclusively through the compressor 11.
  • Second operating mode The bypass device 22 is open, so that the fresh air can flow both via the bypass device 22 and the compressor 11.
  • the bypass device 22 is closed and the inlet side of the compressor 11 is closed via a flap (not shown in FIG. 1). In this case, the sucked fresh air flows exclusively through the bypass device 22.
  • a threshold SW for the air flow AMF is specified. If the fresh air flow flowing through the pipeline 20a and thus the air flow AMF are above this threshold SW, then the turbocharger is operated in the first operating mode; if it is below it, it is operated in the second operating mode.
  • two thresholds SW1, SW2 are specified, wherein the first threshold SW1 defines a larger air flow rate than the second threshold SW2, ie. SW1> SW2. If the measured, that is, the current air flow rate AMF through the pipeline 20a is greater than the threshold SW1, then the turbocharger 10 is operated in the first operating mode. If the measured air flow rate AMF is less than the second threshold SW2, then the turbocharger 10 is operated in the third operating mode. If the measured air flow rate AMF is in the range between the first threshold SW1 and the second threshold SW2, then the turbocharger 10 is operated in the second operating mode.

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Abstract

The invention relates to a turbocharger for a turbochargeable internal combustion engine (30), comprising at least one fresh air intake for taking in fresh air, at least one compressor for compressing the fresh air taken in, the compressor being connected downstream of the fresh air intake in the flow direction of the fresh air, further comprising at least one fresh air outlet, which is connected downstream of the compressor in the flow direction and via which fresh air compressed in the compressor can be supplied to an air intake side of the internal combustion engine (30), and further comprising at least one bypass device for bridging at least one compressor, the bypass device being configured to conduct at least a portion of the fresh air supplied past the compressor during operation. The invention further relates to such an internal combustion engine (30), to a method for operating such a turbocharger, and to a use.

Description

Beschreibungdescription
Turbolader, turboaufgeladene Brennkraftmaschine, Verfahren und VerwendungTurbocharger, turbocharged internal combustion engine, method and use
Die Erfindung betrifft einen Turbolader für eine turboauflad- bare Brennkraftmaschine sowie eine solche Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Turboladers sowie eine Verwendung.The invention relates to a turbocharger for a turbochargeable internal combustion engine and such an internal combustion engine. The invention further relates to a method for operating such a turbocharger and a use.
Bei herkömmlichen, nicht aufgeladenen Brennkraftmaschinen (Otto- oder Dieselmotor) wird beim Ansaugen von Luft ein Unterdruck im Ansaugtrakt erzeugt, der mit wachsender Drehzahl ansteigt und die theoretisch erreichbare Leistung des Motors begrenzt. Eine Möglichkeit, dem entgegenzuwirken und damit eine Leistungssteigerung zu erzielen, ist die Verwendung eines Abgasturboladers. Ein Abgasturbolader (ATL) oder kurz Turbolader ist ein Aufladesystem für eine Brennkraftmaschine, mittels dem die Zylinder der Brennkraftmaschine mit einem er- höhten Ladeluftdruck beaufschlagt werden.In conventional, non-supercharged internal combustion engines (gasoline or diesel engine), a negative pressure in the intake tract is generated during intake of air, which increases with increasing speed and limits the theoretically achievable performance of the engine. One way to counteract this and thus achieve an increase in performance is the use of an exhaust gas turbocharger. An exhaust gas turbocharger (ATL) or turbocharger for short is a charging system for an internal combustion engine, by means of which the cylinders of the internal combustion engine are subjected to an increased charge air pressure.
Der detaillierte Aufbau und die Funktionsweise eines solchen Turboladers ist vielfach bekannt und wird daher nachfolgend nur kurz erläutert. Ein Turbolader besteht aus einer (Ab- gas) Turbine im Abgasstrom (Abströmpfad), die über eine gemeinsame Welle mit einem Verdichter im Ansaugtrakt (Anströmpfad) verbunden ist. Die Turbine wird vom Abgasstrom des Motors in Rotation versetzt und treibt so den Verdichter an. Der Verdichter erhöht den Druck im Ansaugtrakt des Motors, sodass durch diese Verdichtung während des Ansaugtaktes eine größere Menge Luft in die Zylinder der Brennkraftmaschine gelangt als bei einem herkömmlichen Saugmotor. Damit steht mehr Sauerstoff zur Verbrennung zur Verfügung. Dadurch steigen der Mitteldruck des Motors und sein Drehmoment, was die Leis- tungsabgabe signifikant erhöht. Das Zuführen einer größeren Menge an Frischluft verbunden mit dem Verdichtungsprozess nennt man Aufladen. Die Energie für die Aufladung wird durch die Turbine den schnell strömenden, heißen Abgasen entnommen. Diese Energie, die sonst durch das Abgassystem verloren ginge, wird zur Verringerung der Ansaugverluste benutzt. Durch diese Art der Aufladung steigt der Gesamtwirkungsgrad einer turboaufgeladenen Brennkraftmaschine .The detailed structure and operation of such a turbocharger is widely known and will therefore be explained only briefly. A turbocharger consists of a (exhaust gas) turbine in the exhaust gas flow (outflow path), which is connected via a common shaft to a compressor in the intake tract (inflow path). The turbine is set in rotation by the exhaust gas flow of the engine and thus drives the compressor. The compressor increases the pressure in the intake tract of the engine, so that through this compression during the intake stroke, a larger amount of air enters the cylinders of the internal combustion engine than in a conventional naturally aspirated engine. This provides more oxygen for combustion. This increases the mean pressure of the engine and its torque, which significantly increases the output. The feeding of a larger amount of fresh air associated with the compression process is called charging. The energy for the charge is taken from the turbine through the fast-flowing, hot exhaust gases. This energy, which would otherwise be lost through the exhaust system, is used to reduce intake losses. This type of charging increases the overall efficiency of a turbocharged internal combustion engine.
Wenngleich bei modernen Turboladern bereits viele Probleme und Schwierigkeiten beseitigt wurden, existieren dennoch einige ungelöste Probleme. An die Betriebsweise von mit Abgasturboladern ausgestatteten Antriebseinheiten werden die glei- chen hohen Anforderungen wie an leistungsgleiche herkömmliche Brennkraftmaschinen gestellt. Dies führt dazu, dass zur Erreichung einer geforderten Motorleistung der volle Ladeluftdruck des Abgasturboladers auch bereits bei sehr niedrigen Motordrehzahlen zur Verfügung stehen muss. Das führt zu dem folgenden Problem:Although many turbochargers have already solved many problems and difficulties, there are still some unresolved problems. The same high demands are placed on the mode of operation of drive units equipped with exhaust-gas turbochargers as on equivalent-performance conventional internal combustion engines. This leads to the fact that the full charge air pressure of the exhaust gas turbocharger even at very low engine speeds must be available to achieve a required engine performance. This leads to the following problem:
Beim Beschleunigen aus niedrigen Drehzahlen fehlt im Abströmpfad die richtige Abgasmenge, um den im Anströmpfad gewünschten Ladedruck für die angesaugte Frischluft zu erzeugen. Erst wenn zum Beispiel mit steigender Drehzahl ein ausreichend starker Abgasstrom zur Verfügung steht, setzen die gewünschte Verdichtung der angesaugten Frischluft und damit die gewünschte Aufladung ein. Diesen Leistungsmangel bei niedrigen Drehzahlen bezeichnet man im Allgemeinen als Turboloch. Auch generell setzt diese Aufladung bei plötzlichem Gasgeben erst verzögert ein, da die Brennkraftmaschine die Frischluft sehr viel schneller verbraucht, als verdichtete Luft durch den Verdichter bereitgestellt werden kann. Das heißt, der ein- gangsseitig am Verdichter anliegende Druck PE ist höher als der ausgangsseitig von dem Verdichter bereitgestellte Druck PA der Frischluft. Erst nachdem sich abströmseitig über die Turbine ein ausreichend hoher Abgasstrom eingestellt hat, stellt sich anströmseitig am Verdichter auch ein ausreichender Druck PA ≥ PE ein.When accelerating from low speeds, the correct amount of exhaust gas is missing in the discharge path in order to generate the boost pressure in the intake path for the intake fresh air. Only when, for example, with increasing speed, a sufficiently strong exhaust gas flow is available, set the desired compression of the intake fresh air and thus the desired charge. This lack of power at low speeds is generally referred to as turbo lag. Also, generally, this charge is only delayed when suddenly accelerating, since the internal combustion engine consumes the fresh air much faster than compressed air can be provided by the compressor. That is, the pressure PE applied to the compressor on the input side is higher than the pressure PA of the fresh air provided by the compressor on the output side. Only after a sufficiently high exhaust gas flow has settled on the downstream side of the turbine does a sufficient pressure PA ≥ PE also appear on the upstream side of the compressor.
Dadurch, dass bei niedrigen Drehzahlen der Druck PA geringer ist als der Druck PE, drosselt der Verdichter die Brennkraftmaschine, statt dieser verdichtete Luft zuzuführen und damit zu einer Leistungssteigerung beizutragen. Dadurch, dass die Brennkraftmaschine gedrosselt wird, kann sie abgasseitig auch weniger Abgas zur Verfügung stellen, was in der Folge auch zu einer geringeren Drehzahl der Turbine führt. Dies bringt wie- derum eine negative Rückwirkung auf die Drehzahl des Verdichters und damit auf die verdichtete Luft mit sich.Characterized in that at low speeds, the pressure PA is lower than the pressure PE, the compressor throttles the internal combustion engine, instead of this compressed air supply and thus to contribute to a performance increase. Due to the fact that the internal combustion engine is throttled, it can also provide less exhaust gas on the exhaust gas side, which in turn leads to a lower rotational speed of the turbine. This, in turn, has a negative effect on the rotational speed of the compressor and thus on the compressed air.
Diese Eigenheit eines Turboladers kann man zum Beispiel durch eigens dafür vorgesehene Regelsysteme, wie zum Beispiel eine variable Turbinengeometrie (VTG) , durch den Einsatz sehr kleiner Turbolader und/oder durch speziell geformte Kanäle im Zylinderkopf zu einem großen Teil kompensieren.This peculiarity of a turbocharger can for example be compensated to a large extent by specially provided control systems, such as a variable turbine geometry (VTG), through the use of very small turbochargers and / or specially shaped channels in the cylinder head.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den unerwünschten Effekt des Turbolochs bei Turboladern, insbesondere auf andere Weise, möglichst weit zu verringern .Against this background, it is an object of the present invention, as far as possible to reduce the undesirable effect of the turbo lag in turbochargers, in particular in other ways.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Turbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine turboaufgeladene Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 und/oder durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 20 und/oder durch eine Verwendung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 28 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a turbocharger having the features of patent claim 1, by a turbo-charged internal combustion engine having the features of patent claim 15 and / or by a method having the features of patent claim 20 and / or by a use having the features of patent claim 28.
Demgemäß ist vorgesehen:Accordingly, it is provided:
- Ein Turbolader für eine turboaufladbare Brennkraftmaschine, mit mindestens einem Frischlufteinlass zum Ansaugen von Frischluft, mit mindestens einem Verdichter zum Verdichten der angesaugten Frischluft, der in Strömungsrichtung der Frischluft hinter dem Frischlufteinlass angeordnet ist, mit mindestens einem Frischluftauslass, der in Strömungsrichtung hinter dem Verdichter angeordnet ist und über den im Verdichter verdichtete Frischluft einer Lufteinlassseite der Brennkraftmaschine zuführbar ist, mit mindestens einer Bypasseinrichtung zur Überbrückung mindestens eines Verdichters, welche dazu ausgelegt ist, im Betrieb zumindest einen Teil der zugeführten Frischluft an dem Verdichter vorbeizuleiten.- A turbocharger for a turbo-superchargeable internal combustion engine, having at least one fresh air inlet for sucking fresh air, with at least one compressor for compressing the intake fresh air, which is arranged in the flow direction of the fresh air behind the fresh air inlet, with at least one fresh air outlet, which is arranged in the flow direction behind the compressor is and can be supplied via the fresh air compressed in the compressor to an air inlet side of the internal combustion engine, with at least one bypass device for bridging at least one compressor, which is designed to be in Operation to pass at least a portion of the supplied fresh air to the compressor.
- Eine turboaufgeladene Brennkraftmaschine, mit mindestens einem erfindungsgemäßen Turbolader dessen Verdichter an- strömseitig mit einer Lufteinlassseite der Brennkraftmaschine verbunden ist und dessen Turbine abströmseitig mit einer Abgasauslassseite der Brennkraftmaschine verbunden ist.- A turbo-charged internal combustion engine, with at least one turbocharger according to the invention whose compressor is on the other side connected to an air inlet side of the internal combustion engine and the turbine is connected downstream with an exhaust gas outlet side of the internal combustion engine.
- Ein Verfahren zum Betreiben eines Turboladers, der auf einer Frischluftseite des Turboladers eine Bypasseinrichtung zum Überbrücken eines Verdichters aufweist, mit einem ersten Betriebsmodus, bei dem die Bypasseinrichtung geschlos- sen ist und die angesaugte Frischluft über den durch dieA method for operating a turbocharger, which has a bypass device for bridging a compressor on a fresh air side of the turbocharger, with a first operating mode in which the bypass device is closed and the intake fresh air via that through the
Bypasseinrichtung überbrückbaren Verdichter geleitet wird, mit einem zweiten Betriebsmodus, bei dem die Bypasseinrichtung geöffnet ist und die angesaugte Frischluft zumindest teilweise über die Bypasseinrichtung geleitet wird.Bypasseinrichtung bridged compressor is passed, with a second operating mode in which the bypass device is opened and the fresh air sucked in, at least partially passed through the bypass device.
- Eine Verwendung einer Bypasseinrichtung, insbesondere eines Bypassventil und/oder eines Bypassrohrschalters und/oder einer Bypassklappe, zum Überbrücken eines Verdichters, insbesondere des Hochdruckverdichters, eines Turboladers.- A use of a bypass device, in particular a bypass valve and / or a Bypassrohrschalters and / or a bypass damper, for bridging a compressor, in particular the high-pressure compressor, a turbocharger.
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Idee besteht darin, auf der Verdichterseite, das heißt im Anströmpfad eines Turboladers, zumindest eine Bypasseinrichtung be- reitzustellen. Diese Bypasseinrichtung ist dazu ausgelegt, bei Bedarf den Verdichter zu überbrücken, das heißt in diesem Falle wird im Anströmpfad die angesaugte bzw. bereits vorverdichtete Frischluft zumindest zum Teil an dem Verdichter vorbeigeleitet und beispielsweise direkt dem Motor in unverdich- teter Form zugeführt. Auf diese Weise kann ein zu großerThe idea on which the present invention is based is to provide at least one bypass device on the compressor side, that is to say in the inflow path of a turbocharger. This bypass device is designed to bridge the compressor when required, that is, in this case, the sucked or already pre-compressed fresh air is at least partially bypassed the compressor in the flow path and fed, for example, directly to the engine in unenriched form. This way can be too big
Druckunterschied zwischen der Einlassseite des Verdichters und dessen Auslassseite verhindert bzw. zumindest verringert werden. Auf diese Weise entsteht an der Auslassseite des Ver- dichters gegenüber dessen Einlassseite kein zu starker Unterdruck, wodurch der Motor dadurch auch nicht gedrosselt wird. Der besondere Vorteil besteht also darin, dass durch die erfindungsgemäße Bypasseinrichtung ein Turboloch, welches typi- scherweise bei niedrigen Drehzahlen des Turboladers existiert, weitestgehend vermieden oder zumindest signifikant reduziert wird. Dieser Betrieb des Turboladers ist insbesondere bei niedrigen Drehzahlen des Turboladers und damit bei einem Beschleunigen aus niedrigen Drehzahlen relevant.Pressure difference between the inlet side of the compressor and the outlet side is prevented or at least reduced. In this way, on the outlet side of the dichters against the inlet side not too much negative pressure, whereby the engine is not throttled thereby. The particular advantage is therefore that the bypass device according to the invention avoids a turbo lag, which typically exists at low rotational speeds of the turbocharger, as far as possible or at least significantly reduces it. This operation of the turbocharger is particularly relevant at low speeds of the turbocharger and thus when accelerating from low speeds.
Auf Grund des reduzierten Unterdruckes zwischen Verdichter- auslass und Motoreinlass wird auch weniger Öl aus den Lagerungen des Turboladers abgesaugt. Dieses Öl würde sonst in unerwünschter Weise über die vom Verdichter verdichtete Frischluft in den Verbrennungsraum des Motors gelangen. Dadurch wird der gesamte Verbrennungsprozess im Motor insgesamt verbessert .Due to the reduced negative pressure between the compressor outlet and the engine intake, less oil is sucked out of the bearings of the turbocharger. Otherwise, this oil would undesirably pass into the combustion chamber of the engine via the fresh air compressed by the compressor. This improves the overall combustion process in the engine as a whole.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die erfindungsgemäße Bypasseinrichtung bei einem Turbolader eine durch den Turbolader verursachte Lärmerzeugung deutlich reduziert.Another advantage is that the bypass device according to the invention significantly reduces in a turbocharger caused by the turbocharger noise production.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau mit der Zeichnung.Advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the other dependent claims and from the description in conjunction with the drawings.
In einer typischen Ausgestaltung des Turboladers und der Brennkraftmaschine ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, welche die Funktion der Bypasseinrichtung steuert. Diese Steuereinrichtung kann z.B. Bestandteil des Turboladers oder auch der Brennkraftmaschine sein. Typischerweise ist die Steuereinrichtung aber als Bestandteil der Motorsteuerung zur Steuerung sowohl der Brennkraftmaschine als auch des Turboladers ausgebildet. Eine solche Steuereinrichtung, die zum Bei- spiel das Öffnen und Schließen der Bypasseinrichtung steuert, kann mechanisch oder auch elektrisch ausgebildet sein. Im Falle einer elektrisch ausgebildeten Steuereinrichtung enthält die Bypasseinrichtung zum Beispiel ein elektrisch durch die Steuereinrichtung steuerbares Stellglied. Diese Steuereinrichtung kann in diesem Falle eine programmgesteuerte Einheit sein, zum Beispiel ein MikroController oder Mikroprozessor .In a typical embodiment of the turbocharger and the internal combustion engine, a control device is provided which controls the function of the bypass device. This control device may for example be part of the turbocharger or the internal combustion engine. Typically, however, the control device is designed as part of the engine control system for controlling both the internal combustion engine and the turbocharger. Such a control device, which controls, for example, the opening and closing of the bypass device, can be designed mechanically or also electrically. In the case of an electrically formed control device, the bypass device contains, for example, an electric by the control device controllable actuator. In this case, this control device can be a program-controlled unit, for example a microcontroller or microprocessor.
In einer typischen Ausgestaltung kann die Bypasseinrichtung zum Beispiel ein Bypassventil, ein Bypassrohrschalter, eine Bypassklappe oder dergleichen aufweisen. Denkbar wäre auch eine Kombination dieser Elemente. Vorzugsweise sind diese E- lemente über die Steuereinrichtung steuerbar ausgebildet.For example, in a typical embodiment, the bypass device may include a bypass valve, a bypass tube switch, a bypass door, or the like. It would also be conceivable to combine these elements. These ele- ments are preferably designed to be controllable via the control device.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist der Turbolader zumindest zwei Turboladerstufen auf. Jede dieser (nacheinander angeordneten) Turboladerstufen enthält einen Ver- dichter und eine Turbine, die miteinander jeweils über eine gemeinsame Welle (z.B. mechanisch) miteinander gekoppelt sind. Bei zweistufigen Turboladern können die beiden Turboladerstufen gleichzeitig betrieben werden oder es kann auch jeweils nur eine der Turboladerstufen aktiv sein. Zweistufige Turbolader weisen gegenüber einstufigen Turboladern den Vorteil auf, dass dadurch eine bessere und effektivere Regelung der Aufladung realisierbar ist, wodurch insgesamt das Turboloch weiter reduziert werden kann.In a particularly preferred embodiment, the turbocharger has at least two turbocharger stages. Each of these (successively arranged) turbocharger stages includes a compressor and a turbine, each coupled to each other via a common shaft (e.g., mechanical). In two-stage turbochargers, the two turbocharger stages can be operated simultaneously or only one of the turbocharger stages can be active at a time. Two-stage turbochargers have over single-stage turbochargers on the advantage that thereby a better and more effective control of the charge can be realized, whereby the turbo lag can be further reduced overall.
In einer typischen Ausgestaltung ist eine der Turboladerstufen als Hochdruckstufe mit einer Hochdruckturbine und einem Hochdruckverdichter ausgebildet. Eine weitere Stufe ist als Niederdruckstufe mit einer Niederdruckturbine und einem Niederdruckverdichter ausgebildet. Hochdruckturbine und Hoch- druckverdichter einerseits und Niederdruckturbine und Niederdruckverdichter andererseits sind jeweils über eine gemeinsame Welle miteinander gekoppelt.In a typical embodiment, one of the turbocharger stages is designed as a high-pressure stage with a high-pressure turbine and a high-pressure compressor. Another stage is formed as a low pressure stage with a low pressure turbine and a low pressure compressor. High-pressure turbine and high-pressure compressor on the one hand and low-pressure turbine and low-pressure compressor on the other hand are each coupled to one another via a common shaft.
In einer typischen Ausgestaltung des zumindest zweistufigen Turboladers überbrückt die Bypasseinrichtung zumindest den Verdichter der Hochdruckstufe. In einer dazu alternativen Ausgestaltung ist im Falle einer zumindest zweistufigen Turboaufladung eine einzige Bypassein- richtung vorgesehen, die sowohl den Niederdruckverdichter als auch den Hochdruckverdichter überbrückt.In a typical embodiment of the at least two-stage turbocharger, the bypass device bridges at least the compressor of the high-pressure stage. In an alternative embodiment, in the case of at least two-stage turbocharging, a single bypass device is provided which bridges both the low-pressure compressor and the high-pressure compressor.
Eine weitere, ebenfalls alternative Ausgestaltung sieht im Fall des zumindest zweistufigen Turboladers zumindest zwei Bypasseinrichtungen vor. Dabei ist eine erste Bypasseinrich- tung dazu ausgelegt, den Niederdruckverdichter zu überbrücken und eine zweite Bypasseinrichtung ist dazu ausgelegt, den Hochdruckverdichter zu überbrücken.A further, likewise alternative embodiment provides at least two bypass devices in the case of the at least two-stage turbocharger. In this case, a first bypass device is designed to bridge the low-pressure compressor and a second bypass device is designed to bridge the high-pressure compressor.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist zumindest eine der Bypasseinrichtungen bezogen auf die Strömungsrichtung der Frischluft rückwärts sperrend ausgebildet. Im Falle einer geschlossenen Bypasseinrichtung kann somit verdichtete Frischluft, die auslassseitig von dem jeweils über die Bypasseinrichtung überbrückten Verdichter bereitgestellt wird, nicht wieder über diese Bypasseinrichtung zu der jeweiligen Ein- lassseite des Verdichters gelangen.In a preferred embodiment, at least one of the bypass devices is designed to block in reverse relative to the flow direction of the fresh air. In the case of a closed bypass device, compressed fresh air, which is provided on the outlet side by the compressor bridged via the bypass device, can not pass again via this bypass device to the respective inlet side of the compressor.
In einer weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung ist die Bypasseinrichtung als Drosseleinrichtung für die Brennkraftmaschine betreibbar. Beispielsweise kann der Turbolader über die Steuereinrichtung so angesteuert werden, dass derIn a further, likewise preferred embodiment, the bypass device can be operated as throttle device for the internal combustion engine. For example, the turbocharger can be controlled via the control device so that the
Turbolader als Motorbremse fungiert, indem für den Fall, dass ein Bremsvorgang angezeigt wird, durch Schließen der Bypasseinrichtung künstlich ein Unterdruck zwischen dem jeweiligen Verdichter und der Brennkraftmaschine erzeugt wird, was ins- gesamt zu einem Drosseln der Brennkraftmaschine führen würde.Turbocharger acts as an engine brake by in the event that a braking operation is indicated by closing the bypass device artificially creates a negative pressure between the respective compressor and the internal combustion engine, which would lead to a total throttling of the internal combustion engine.
In einer typischen Ausgestaltung sind eine erste Rohrleitung zum Verbinden des Frischlufteinlasses mit der Einlassseite des Verdichters und eine zweite Rohrleitung zum Verbinden der Auslassseite des Verdichters mit dem Frischluftauslass oder mit einem weiteren Verdichter vorgesehen. Ferner ist mindestens eine Bypassrohrleitung als Bestandteil der Bypasseinrichtung vorgesehen, welche über eine erste Rohrabzweigung von der ersten Rohrleitung abzweigt und welche über eine zweite Rohrabzweigung in die zweite Rohrleitung mündet.In a typical embodiment, a first pipe for connecting the fresh air inlet to the inlet side of the compressor and a second pipe for connecting the outlet side of the compressor with the fresh air outlet or with another compressor are provided. Further, at least one bypass pipe is provided as part of the bypass device, which via a first branch pipe branches off from the first pipe and which opens via a second branch pipe in the second pipe.
In einer typischen Ausgestaltung weist der Turbolader einen Luftfilter auf. Dieser Luftfilter ist im Anströmpfad zwischen dem Frischlufteinlass und dem Verdichter angeordnet. Die By- passrohrleitung zweigt dabei in Strömungsrichtung der Frischluft nach dem Luftfilter ab. Dieser Luftfilter dient dem Reinigen der angesaugten Luft, um so zu verhindern, dass kleins- te Staubteile und Partikel in das mit sehr hohen Drehzahlen betriebene Verdichterrad gelangen können, was zu einer Beschädigung bis hin zu einer Zerstörung des Verdichterrades führen kann .In a typical embodiment, the turbocharger has an air filter. This air filter is arranged in the Anströmpfad between the fresh air inlet and the compressor. The bypass pipe branches off in the flow direction of the fresh air to the air filter. This air filter is used to clean the intake air so as to prevent the smallest dust particles and particles from getting into the compressor wheel operated at very high speeds, which can lead to damage or even destruction of the compressor wheel.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung ist in dem Anströmpfad zwischen dem Verdichter, insbesondere dem Hochdruckverdichter, und dem Frischluftauslass ein Ladeluftkühler angeordnet. Der Ladeluftkühler mündet typischerweise unmittelbar vor dem Einlass der Brennkraftmaschine ein und dient dem Zweck, die der Brennkraftmaschine zugeführte verdichtete Ladeluft, die bei sehr hohen Drehzahlen des Turboladers sehr heiß wird und damit unter Umständen die Leistung der Brennkraftmaschine senken kann, entsprechend wieder abzukühlen. Die Bypassrohrleitung ist hier in Strömungsrichtung der Frischluft vor dem Ladeluftkühler angeordnet.In a likewise preferred embodiment, a charge air cooler is arranged in the inflow path between the compressor, in particular the high-pressure compressor, and the fresh air outlet. The charge air cooler typically opens immediately before the inlet of the internal combustion engine and serves the purpose of cooling the compressed air supplied to the internal combustion engine, which becomes very hot at very high rotational speeds of the turbocharger and thus may under certain circumstances reduce the power of the internal combustion engine. The bypass pipe is arranged here in the flow direction of the fresh air in front of the intercooler.
In einer ebenfalls typischen Ausgestaltung weist der erfindungsgemäße Turbolader eine weitere Bypasseinrichtung auf, welche im Abströmpfad des Turboladers angeordnet ist und wel- che dazu ausgelegt ist, eine Turbine des Turboladers zu überbrücken. Diese weitere Bypasseinrichtung wird häufig auch als Wastegate bezeichnet und dient der Ladedruckregelung. Das Wastegate kann z.B. ein Bypassventil, eine Klappe oder einen Bypassrohrschalter aufweisen. Üblicherweise überbrückt dieses Bypassventil mittels einer eigens dafür vorgesehenen Rohrleitung die abgasseitige Turbine. Bei einem eingestellten Ladedruck wird dieses Bypassventil durch einen Geber auf der Verdichterseite geöffnet und leitet dann das Abgas über die By- passrohrleitung und das Bypassventil an der Turbine vorbei direkt in den Auspuff, was ein weiteres Ansteigen der Turbinendrehzahl unterbindet. Auf diese Weise wird verhindert, dass die Turbine und damit auch der Verdichter des Turbola- ders immer höher drehen und auf Grund der positiven Rückkopplung von Turbinen-Umdrehungsgeschwindigkeit und Verdichter- Umdrehungsgeschwindigkeit damit der Verdichter seine Fördergrenze erreicht und die mechanischen und thermischen Grenzen des Motors überschritten werden, was unter Umständen zu einem Zerstören des Turboladers sowie des Motors führt.In a likewise typical embodiment, the turbocharger according to the invention has a further bypass device, which is arranged in the outflow path of the turbocharger and which is designed to bridge a turbine of the turbocharger. This further bypass device is often referred to as wastegate and serves the boost pressure control. The wastegate may have, for example, a bypass valve, a flap or a bypass tube switch. This bypass valve usually bridges the exhaust gas turbine by means of a dedicated pipe. At a set boost pressure, this bypass valve is opened by a sender on the compressor side and then passes the exhaust gas over the By- pass pipe and the bypass valve past the turbine directly into the exhaust, which prevents a further increase in turbine speed. This prevents the turbocharger and thus the turbocharger compressor from turning higher and higher and, due to the positive feedback between turbine revolution speed and compressor revolution speed, the compressor reaches its delivery limit and exceeds the engine's mechanical and thermal limits which may result in destroying the turbocharger and the engine.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist eine erste Messeinrichtung vorgesehen. Diese erste Messeinrichtung ist dazu ausgelegt, eine Geschwindigkeit eines Turbinenrades des Turboladers zu messen, beispielsweise die Geschwindigkeit des Turbinenrades der Hochdruckturbine. Die Steuereinrichtung steuert die Bypasseinrichtung abhängig von der gemessenen Turbinenradgeschwindigkeit . Auf diese Weise kann drehzahlabhängig eine Steuerung der Bypasseinrichtung, sei es, dass sie geschlossen, geöffnet oder teilweise geöffnet ist, gezielt nach Maßgabe der Turbinenradgeschwindigkeit vorgenommen werden .In a particularly preferred embodiment, a first measuring device is provided. This first measuring device is designed to measure a speed of a turbine wheel of the turbocharger, for example the speed of the turbine wheel of the high-pressure turbine. The controller controls the bypass device depending on the measured turbine wheel speed. In this way, depending on the speed control of the bypass device, whether it is closed, opened or partially open, be made specifically in accordance with the turbine wheel speed.
In einer weiteren, ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung ist eine zweite Messeinrichtung vorgesehen, die den durch die Bypasseinrichtung und/oder den durch den Verdichter geleiteten Luftmassenstrom misst. Dieser gemessene Luftmassenstrom, der in der englischsprachigen Literatur auch als Air Mass Flow (AMF) bezeichnet wird, bezeichnet den Luftdurchsatz des Ver- dichters bzw. der Bypasseinrichtung. Abhängig von dem so ermittelten Luftmassenstrom kann somit ebenfalls die Funktion der Bypasseinrichtung gezielt darauf abgestimmt werden. Vorzugsweise wird die Bypasseinrichtung sowohl nach Maßgabe des ermittelten Luftmassenstroms und damit des Luftdurchsatzes sowie der Geschwindigkeit des Turbinenrades gesteuert.In a further, likewise advantageous embodiment, a second measuring device is provided, which measures the air mass flow conducted through the bypass device and / or through the compressor. This measured air mass flow, which is also referred to in the English literature as Air Mass Flow (AMF), refers to the air flow rate of the compressor or the bypass device. Depending on the air mass flow determined in this way, the function of the bypass device can thus also be specifically tuned to it. Preferably, the bypass device is controlled both in accordance with the determined air mass flow and thus the air flow rate and the speed of the turbine wheel.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Turboladers ist ein erster Betriebsmodus und ein zweiter Be- triebsmodus vorgesehen, wobei im ersten Betriebsmodus die By- passeinrichtung geschlossen wird und die angesaugte Frischluft vollständig über den durch die Bypasseinrichtung überbrückbaren Verdichter geleitet wird und im zweiten Betriebs- modus die Bypasseinrichtung geöffnet wird und die angesaugte Frischluft zumindest teilweise über die Bypasseinrichtung geleitet wird. Erfindungsgemäß ist nun noch ein dritter Betriebsmodus - als Spezialfall des zweiten Betriebsmodus - vorgesehen, bei dem die angesaugte Frischluft ausschließlich über die Bypasseinrichtung an dem Verdichter vorbei geleitet wird. Über den Verdichter gelangt im dritten Betriebsmodus somit keine Frischluft. Dies kann beispielsweise durch eine am Einlass des Verdichters angebrachte steuerbare Klappe (Schalter, Ventil oder dergleichen) realisiert werden.In the method according to the invention for operating a turbocharger, a first operating mode and a second operating mode are provided. provided in the first operating mode, the bypass device is closed and the intake fresh air is passed completely over the bridgeable by the bypass compressor and in the second operating mode, the bypass device is opened and the intake fresh air is at least partially passed through the bypass device. According to the invention, a third operating mode is now also provided-as a special case of the second operating mode-in which the fresh air sucked in is conducted past the compressor exclusively via the bypass device. In the third operating mode, therefore, no fresh air passes through the compressor. This can be realized, for example, by a controllable flap mounted on the inlet of the compressor (switch, valve or the like).
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird eine erste Schwelle eines Luftdurchsatzes im Anströmpfad vorgegeben. Der Turbolader wird hier im dritten Betriebsmodus betrieben, sofern der gemessene, das heißt aktuelle Luftdurchsatz der Frischluft im Anströmpfad unter der ersten Schwelle liegt.In a particularly preferred embodiment, a first threshold of an air flow in the Anströmpfad is specified. The turbocharger is operated here in the third operating mode, provided that the measured, that is current air flow rate of the fresh air in the Anströmpfad is below the first threshold.
Zusätzlich oder alternativ wird eine zweite Schwelle des Luftdurchsatzes im Anströmpfad vorgegeben, die größer ist als die erste Schwelle. Der Turbolader wird im ersten Betriebsmo- dus betrieben, sofern der aktuelle Luftdurchsatz im Anströmpfad betragsmäßig über der zweiten Schwelle liegt.Additionally or alternatively, a second threshold of the air flow in the Anströmpfad is given, which is greater than the first threshold. The turbocharger is operated in the first operating mode as long as the current air flow in the inflow path is greater than the second threshold.
Liegt der aktuelle Luftdurchsatz der Frischluft im Anströmpfad im Bereich zwischen erster und zweiter Schwelle, dann wird der Turbolader im zweiten Betriebsmodus betrieben.If the current air flow rate of the fresh air in the inflow path is in the range between the first and second threshold, then the turbocharger is operated in the second operating mode.
Statt der Verwendung der zwei Schwellen wäre auch lediglich eine Schwelle denkbar, oberhalb der der Turbolader z.B. im ersten Betriebsmodus betrieben wird und unterhalb der der Turbolader z.B. im zweiten oder im dritten Betriebsmodus betrieben wird. Variationen hierzu wären selbstverständlich auch denkbar, zum Beispiel die Verwendung von mehr als zwei Schwellen oder das Einführen einer Schalthysterese für das Schalten zwischen den verschiedenen Betriebsmodi bei Überoder Unterschreiten einer der Schwellen.Instead of using the two thresholds, only one threshold would be conceivable above which the turbocharger is operated eg in the first operating mode and below which the turbocharger is operated, for example, in the second or in the third operating mode. Variations on this would of course also be conceivable, for example the use of more than two thresholds or the introduction of a switching hysteresis for the Switching between the different operating modes when exceeding or falling below one of the thresholds.
In einer zusätzlichen, dazu alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Turbolader im zweiten Betriebsmodus betrieben, solange im Anströmpfad der gemessene, aktuelle Luftdurchsatz durch den Verdichter geringer ist als der Luftdurchsatz über die Bypasseinrichtung.In an additional, alternative embodiment of the method according to the invention, the turbocharger is operated in the second operating mode as long as the measured, current air flow through the compressor is less than the air flow through the bypass device in the Anströmpfad.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der durch die Bypasseinrichtung und/oder der durch den Verdichter geleitete aktuelle Luftdurchsatz gemessen und beispielsweise hinsichtlich der entsprechend vorgegebenen Schwellen ausgewertet. Dies erfolgt typischerweise in eigens dafür vorgese- henen Messeinrichtungen sowie in einer entsprechenden Auswerteeinrichtung.In a further advantageous refinement, the current air flow rate passed through the bypass device and / or through the compressor is measured and evaluated, for example, with regard to the correspondingly predetermined thresholds. This typically takes place in specially designed measuring devices and in a corresponding evaluation device.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der in den Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:The invention will be explained in more detail with reference to the embodiments indicated in the figures of the drawings. It shows:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines allgemeinen ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Turboladers;Fig. 1 is a schematic representation of a general first embodiment of a turbocharger according to the invention;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Turboladers;FIG. 2 shows a schematic illustration of a second exemplary embodiment of a turbocharger according to the invention; FIG.
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausfüh- rungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Turboladers;3 is a schematic representation of a third embodiment of a turbocharger according to the invention;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Turboladers;4 shows a schematic representation of a fourth exemplary embodiment of a turbocharger according to the invention;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Turboladers; Fig. 6 eine schematische Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Turboladers;5 is a schematic representation of a fifth embodiment of a turbocharger according to the invention; Fig. 6 is a schematic representation of a sixth embodiment of a turbocharger according to the invention;
Fig. 7A eine schematische Darstellung eines ersten Betriebsmodus eines erfindungsgemäßen Turboladers;7A is a schematic representation of a first operating mode of a turbocharger according to the invention;
Fig. 7B eine schematische Darstellung eines zweiten Betriebsmodus eines erfindungsgemäßen Turboladers.7B is a schematic representation of a second operating mode of a turbocharger according to the invention.
In den Figuren der Zeichnungen sind gleiche und funktionsgleiche Elemente, Merkmale und Größen - sofern nichts Anderes angegeben ist - mit denselben Bezugszeichen versehen worden.In the figures of the drawings, identical and functionally identical elements, features and sizes - unless otherwise indicated - have been given the same reference numerals.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten allgemeinen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen, stark vereinfachter Turboladers, der lediglich die wesentlichen Bestandteile eines Turboladers aufweist.Fig. 1 shows a schematic representation of a first general embodiment of a highly simplified turbocharger according to the invention, which has only the essential components of a turbocharger.
In Fig. 1 ist der Turbolader mit Bezugszeichen 10 bezeichnet. Der Turbolader 10 weist in bekannter Weise einen Verdichter 11 und eine Turbine 12 auf, die über eine gemeinsame Welle 13 miteinander mechanisch gekoppelt sind. Der Verdichter 11 ist in einem Anströmpfad 14 und die Turbine 12 in einem Abström- pfad 15 angeordnet. Der Turbolader 10 in Fig. 1 ist einstufig ausgebildet, das heißt er weist lediglich einen Verdichter 11 und eine Turbine 12 auf.In Fig. 1, the turbocharger is designated by reference numeral 10. The turbocharger 10 has, in a known manner, a compressor 11 and a turbine 12, which are mechanically coupled to one another via a common shaft 13. The compressor 11 is arranged in an inflow path 14 and the turbine 12 in a discharge path 15. The turbocharger 10 in Fig. 1 is formed in one stage, that is, it has only a compressor 11 and a turbine 12.
Der Anströmpfad 14 des Turboladers 10 ist definiert zwischen einem Frischlufteinlass 16, über den Frischluft angesaugt wird, und einem Frischluftauslass 17, über den durch den Verdichter 11 verdichtete Frischluft vom Turbolader 10 bereitgestellt wird. Diese abgegebene, verdichtete Frischluft wird einer Frischlufteinlassseite einer (in der Fig. 1 nicht dar- gestellten) Brennkraftmaschine zugeführt. Der Abströmpfad 15 des Turboladers 10 ist definiert zwischen einem Abgaseinlass 18, über den von der (in Fig. 1 nicht dargestellten) Brennkraftmaschine erzeugtes Abgas in den Turbolader eingeleitet wird, und einem Abgasauslass 19, über das das Abgas ausströmen kann. Der Anströmpfad wird häufig auch als Ansaugtrakt, Frischluftseite oder Ladeluftseite bezeichnet. Der Abströmpfad wird häufig auch als Abgaspfad oder Abgasseite bezeich- net .The inflow path 14 of the turbocharger 10 is defined between a fresh air inlet 16, via which fresh air is drawn in, and a fresh air outlet 17, via which fresh air compressed by the compressor 11 is provided by the turbocharger 10. This discharged, compressed fresh air is fed to a fresh air inlet side of an internal combustion engine (not shown in FIG. 1). The discharge path 15 of the turbocharger 10 is defined between an exhaust gas inlet 18, via which exhaust gas generated by the internal combustion engine (not shown in FIG. 1) is introduced into the turbocharger is, and an exhaust outlet 19, through which the exhaust gas can flow. The Anströmpfad is often referred to as intake, fresh air side or charge air side. The outflow path is often referred to as exhaust path or exhaust side.
Hinsichtlich der in der vorliegenden Patentanmeldung gewählten Terminologie weist ein jeweiliger Verdichter eingangssei- tig einen Einlass und ausgangsseitig ein Auslass auf. Die Strömungsrichtung wird auf der Verdichterseite jeweils durch die Strömungsluft der Frischluft, das heißt hin zur Brennkraftmaschine bestimmt. In sämtlichen Figuren der Zeichnung ist die Strömungsrichtung der Frischluft bzw. des Abgases durch entsprechende Pfeile in den Rohrleitungen dargestellt. Die jeweilige Frischluft ist dabei mit Bezugszeichen 20 und die jeweilige Abgasluft mit Bezugszeichen 21 bezeichnet.With regard to the terminology chosen in the present patent application, a respective compressor has an inlet on the inlet side and an outlet on the outlet side. The flow direction is determined on the compressor side in each case by the flow air of the fresh air, that is towards the internal combustion engine. In all figures of the drawing, the flow direction of the fresh air and the exhaust gas is represented by corresponding arrows in the pipes. The respective fresh air is designated by reference numeral 20 and the respective exhaust air with reference numeral 21.
Zwischen dem Frischlufteinlass 16 und dem Einlass des Verdichters 11 ist eine erste Rohrleitung 20a vorgesehen, inner- halb der die dem Verdichter 11 zugeführte Frischluft einen Druck Pl und eine Temperatur Tl aufweist. Ferner ist eine weitere Rohrleitung 20b zwischen dem Auslass des Verdichters 11 und dem Frischluftauslass 17 vorgesehen. Der Verdichter 11 ist dazu ausgelegt, die ihm über die Rohrleitung 20a zuge- führte Frischluft 20 zu verdichten und ausgangsseitig über die Rohrleitung 20b in verdichteter Form bereitzustellen.Between the fresh air inlet 16 and the inlet of the compressor 11, a first pipe 20 a is provided, within which the fresh air supplied to the compressor 11 has a pressure P 1 and a temperature T 1. Further, another pipe 20 b is provided between the outlet of the compressor 11 and the fresh air outlet 17. The compressor 11 is designed to compress the fresh air 20 supplied to it via the pipeline 20a and to provide it in compacted form via the pipeline 20b on the outlet side.
In gleicher Weise ist zwischen dem Abgaseinlass 18 und der Turbine 12 eine Rohrleitung 21b und zwischen der Turbine 12 und dem Abgasauslass 19 eine zweite Rohrleitung 20a vorgesehen .In the same way, a pipeline 21b is provided between the exhaust gas inlet 18 and the turbine 12, and a second pipeline 20a is provided between the turbine 12 and the exhaust gas outlet 19.
Erfindungsgemäß weist der Turbolader 10 eine Bypasseinrich- tung 22 auf. Die Bypasseinrichtung 22 umfasst einen Bypass- Schalter 23, der zum Beispiel als Bypassventil, Bypassklappe, Bypassrohrschalter 23 oder dergleichen, ausgebildet sein kann. Die Bypasseinrichtung 22 ist dazu ausgelegt, den Frischluftstrom 20 je nach Betriebsweise zumindest teilweise über entsprechende Rohrleitungen 24a, 24b und den Bypass- schalter 23 vorbeizuleiten. Hierzu zweigt von der ersten Rohrleitung 20a über eine Rohrabzweigung eine Bypassrohrlei- tung 24a ab, die in den Rohrschalter 23 mündet. Von dort führt eine zweite Bypassrohrleitung 24b über eine zweite Rohrabzweigung 25b wieder in die zweite Rohrleitung 20b.According to the invention, the turbocharger 10 has a bypass device 22. The bypass device 22 includes a bypass switch 23, which may be formed, for example, as a bypass valve, bypass valve, bypass tube switch 23 or the like. The bypass device 22 is adapted to the fresh air flow 20 depending on the mode of operation at least partially pass via corresponding pipes 24a, 24b and the bypass switch 23. For this purpose, a bypass pipe 24 a branches off from the first pipe 20 a via a pipe branch, which opens into the pipe switch 23. From there, a second bypass pipe 24b leads via a second pipe branch 25b back into the second pipe 20b.
Die Bypasseinrichtung 22 kann, wie nachfolgend noch detailliert beschrieben wird, in verschiedenen Betriebsmodi betrie- ben werden. Beispielsweise kann die Bypasseinrichtung 22 vollständig geöffnet, vollständig geschlossen oder teilweise geöffnet und geschlossen ausgebildet sein. Je nach Betriebsmodus fließt somit die über den Frischlufteinlass 16 zugeführte Frischluft 20 vollständig über den Verdichter 11, vollständig über die Bypasseinrichtung 22 oder sowohl über den Verdichter 11 als auch über die Bypasseinrichtung 22.The bypass device 22 can, as will be described in detail below, be operated in different operating modes. For example, the bypass device 22 may be fully open, fully closed, or partially open and closed. Depending on the operating mode, the fresh air 20 supplied via the fresh air inlet 16 thus flows completely through the compressor 11, completely through the bypass device 22 or both via the compressor 11 and via the bypass device 22.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung mit einem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen, einstufig ausge- bildeten Turboladers. Im Unterschied zu Fig. 1 ist in dem Ausführungsbeispiel in Fig. 2 zusätzlich die Brennkraftmaschine 30 dargestellt. Der Motorblock der Brennkraftmaschine 30 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier Zylinder auf, was allerdings lediglich beispielhaft zu verstehen ist. Auch ist die Brennkraftmaschine 30 sowie die Ankopplung an den Turbolader 10 über den Ansaugkrümmer und den Abgaskrümmer lediglich schematisch und stark vereinfacht dargestellt.2 shows a schematic illustration with a second exemplary embodiment of a single-stage turbocharger according to the invention. In contrast to FIG. 1, the internal combustion engine 30 is additionally shown in the exemplary embodiment in FIG. 2. The engine block of the internal combustion engine 30 has in the present embodiment, four cylinders, which is to be understood only by way of example. Also, the internal combustion engine 30 and the coupling to the turbocharger 10 via the intake manifold and the exhaust manifold is shown only schematically and greatly simplified.
Der Motorblock 31 der Brennkraftmaschine 30 weist eine Luft- einlassseite 32 und eine Abgasauslassseite 33 auf. Die Lufteinlassseite 32 ist hier mit dem Frischluftauslass 17 des Turboladers 10 verbunden, sodass die von dem Turbolader 10 verdichtete Frischluft 20 über entsprechende (lediglich schematisch dargestellte) Frischluftkrümmer dem Motorblock 31 zu- geführt werden kann. Die Abgasauslassseite 33 ist mit dem Ab- gaseinlass 18 des Turboladers 10 verbunden. In dem Ausführungsbeispiel in der Fig. 2 ist ferner in der ersten Rohrleitung 20a, das heißt zwischen dem Frischluftein- lass 16 und dem Verdichter 11, ein Luftfilter 34 vorgesehen, der dazu ausgelegt ist, die angesaugte Luft zu filtern und damit zu reinigen.The engine block 31 of the engine 30 has an air inlet side 32 and an exhaust gas outlet side 33. The air inlet side 32 is here connected to the fresh air outlet 17 of the turbocharger 10 so that the fresh air 20 compressed by the turbocharger 10 can be supplied to the engine block 31 via corresponding fresh air manifolds (shown only schematically). The exhaust gas outlet side 33 is connected to the exhaust gas inlet 18 of the turbocharger 10. In the exemplary embodiment in FIG. 2, an air filter 34 is furthermore provided in the first pipeline 20a, that is to say between the fresh air inlet 16 and the compressor 11, which is designed to filter the intake air and thus to clean it.
Ferner ist in der Rohrleitung 20b, das heißt zwischen dem Verdichter 11 und dem Frischluftauslass 17 und damit unmittelbar vor der Brennkraftmaschine 30, ein Ladeluftkühler 35 vorgesehen. Dieser Ladeluftkühler 35 kühlt die bei sehr hohen Drehzahlen durch den Verdichter 11 typischerweise stark erhitzte Luft entsprechend ab, damit in dem Motorblock 31 eine optimale Verbrennung stattfinden kann.Further, in the pipeline 20 b, that is, between the compressor 11 and the fresh air outlet 17 and thus immediately before the internal combustion engine 30, a charge air cooler 35 is provided. This intercooler 35 cools the air which is typically highly heated at very high rotational speeds by the compressor 11, so that optimum combustion can take place in the engine block 31.
Im Abströmpfad 15 ist ferner eine weitere Bypasseinrichtung 36 vorgesehen, die ein so genanntes Wastegate-Ventil 37 zwischen den beiden Bypassrohrleitungen 37a, 37b aufweist. Über diese weitere Bypasseinrichtung 36 lässt sich Abgas an der Turbine 12 vorbeileiten und damit verhindern, dass die Turbi- ne 12 zu hohe Drehzahlen erreicht und damit der Motor über seine Leistungsgrenze gebracht wird.In the discharge path 15, a further bypass device 36 is further provided, which has a so-called wastegate valve 37 between the two bypass pipes 37a, 37b. Exhaust gas can bypass the turbine 12 via this additional bypass device 36 and thus prevent the turbine 12 from reaching excessive rotational speeds and thus bringing the engine beyond its power limit.
Ferner ist in der Rohrleitung 21a auf der Abströmseite ein Abgassystem 38, wie zum Beispiel ein Katalysator, Abgasfil- ter, Auspuff und dergleichen, vorgesehen.Further, in the pipeline 21a on the downstream side, an exhaust system 38, such as a catalyst, Abgasfilter- ter, exhaust and the like, is provided.
Im Unterschied zu den Fig. 1 und 2 ist in dem dritten Ausführungsbeispiel in der Fig. 3 der Turbolader 10 zweistufig ausgebildet, das heißt er weist zwei Turboladerstufen 40, 41 auf. Jede Turboladerstufe 40, 41 weist einen eigenen Verdichter IIa, IIb und eine eigene Turbine 12a, 12b auf, die innerhalb der jeweiligen Stufe 40, 41 über eine gemeinsame Welle 13a, 13b miteinander gekoppelt sind. Dabei ist die erste Turboladerstufe 40 als Niederdruckstufe 40 ausgebildet und um- fasst einen Niederdruckverdichter IIa und eine Niederdruckturbine 12a. Die zweite Turboladerstufe 41, die direkt mit der Lufteinlassseite 32 und Abgasauslassseite 33 der Brennkraftmaschine 30 verbunden ist, ist als Hochdruckstufe 40b ausgebildet und umfasst einen Hochdruckverdichter IIb und eine Hochdruckturbine 12b.In contrast to FIGS. 1 and 2, in the third exemplary embodiment in FIG. 3 the turbocharger 10 has a two-stage design, that is to say it has two turbocharger stages 40, 41. Each turbocharger stage 40, 41 has its own compressor IIa, IIb and its own turbine 12a, 12b, which are coupled to each other within the respective stage 40, 41 via a common shaft 13a, 13b. In this case, the first turbocharger stage 40 is designed as a low-pressure stage 40 and comprises a low-pressure compressor IIa and a low-pressure turbine 12a. The second turbocharger stage 41, which is connected directly to the air inlet side 32 and the exhaust gas outlet side 33 of the internal combustion engine 30, is designed as a high-pressure stage 40b formed and includes a high pressure compressor IIb and a high pressure turbine 12b.
Erfindungsgemäß weist in der Fig. 3 lediglich die Hochdruck- stufe 40b eine Bypasseinrichtung 22 auf. Somit wird die angesaugte Frischluft in der Niederdruckstufe 40a stets durch den Niederdruckverdichter IIa geleitet. Abhängig von der Betriebsweise der Bypasseinrichtung 22 wird die in dem Niederdruckverdichter IIa verdichtete Luft entweder ausschließlich über die Bypasseinrichtung 22, ausschließlich über den Hochdruckverdichter IIb oder sowohl durch den Hochdruckverdichter IIb als auch die Bypasseinrichtung 22 geleitet.According to the invention, only the high-pressure stage 40b has a bypass device 22 in FIG. Thus, the sucked fresh air in the low pressure stage 40a is always passed through the low pressure compressor IIa. Depending on the operation of the bypass device 22, the air compressed in the low-pressure compressor IIa is conducted either exclusively via the bypass device 22, exclusively via the high-pressure compressor IIb or through both the high-pressure compressor IIb and the bypass device 22.
In der Fig. 3 weist sowohl die Hochdruckstufe 40b wie auch die Niederdruckstufe 40a jeweils eine eigene Wastegate- Bypasseinrichtung 36a, 36b auf.In FIG. 3, both the high-pressure stage 40b and the low-pressure stage 40a each have their own wastegate bypass means 36a, 36b.
In dem vierten Ausführungsbeispiel in Fig. 4 weist der Turbolader 10 eine einzige Bypasseinrichtung 22 auf, wobei hier die Bypasseinrichtung 22 gleichermaßen sowohl den Niederdruckverdichter IIa und den Hochdruckverdichter IIb überbrückt. Die angesaugte Luft kann somit entweder über die beiden Verdichter IIa, IIb oder unverdichtet über die Bypasseinrichtung 22 geleitet werden.In the fourth exemplary embodiment in FIG. 4, the turbocharger 10 has a single bypass device 22, in which case the bypass device 22 equally bridges both the low-pressure compressor IIa and the high-pressure compressor IIb. The sucked air can thus be passed either via the two compressors IIa, IIb or uncompressed via the bypass device 22.
Im Unterschied zu den Fig. 3 und 4 weist der Turbolader in dem fünften Ausführungsbeispiel in Fig. 5 zwei Bypasseinrich- tungen 22a, 22b auf. Jede dieser Bypasseinrichtungen 22a, 22b ist jeweils einem einzigen Verdichter IIa, IIb zugeordnet und dazu ausgelegt, eben den ihm zugeordneten Verdichter IIa, IIb zu überbrücken. Diese beiden Bypasseinrichtungen 22a, 22b lassen sich vorzugsweise getrennt voneinander betreiben. Auf diese Weise ist ein gestuftes Zuschalten der jeweiligen Verdichter IIa, IIb möglich. Beispielsweise wäre denkbar, dass bei sehr niedrigen Drehzahlen des Turboladers 10 die Luft ü- ber beide Bypasseinrichtungen 22a, 22b direkt der Brennkraftmaschine 30 zugeführt wird. Bei steigenden Drehzahlen wird zunächst die Bypasseinrichtung 22a für den Niederdruckver- dichter geschlossen, sodass die angesaugte Frischluft 20 zunächst über den Niederdruckverdichter IIa geleitet wird. Anschließend wird diese im Niederdruckverdichter IIa verdichtete Luft über die zweite Bypasseinrichtung 22b an dem Hoch- druckverdichter IIb vorbeigeleitet. Bei weiter steigenden Drehzahlen kann dann auch die zweite Bypasseinrichtung 22b geschlossen werden, sodass die Frischluft vollständig über beide Verdichter IIa, IIb der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Bei hohen Drehzahlen ist damit eine sehr hohe Verdich- tung der angesaugten Frischluft 20 möglich.In contrast to FIGS. 3 and 4, in the fifth exemplary embodiment in FIG. 5 the turbocharger has two bypass devices 22a, 22b. Each of these bypass devices 22a, 22b is in each case assigned to a single compressor IIa, IIb and designed to just bridge its associated compressor IIa, IIb. These two bypass devices 22a, 22b can preferably be operated separately from one another. In this way, a stepped connection of the respective compressor IIa, IIb is possible. For example, it would be conceivable that at very low rotational speeds of the turbocharger 10, the air is supplied via both bypass devices 22a, 22b directly to the internal combustion engine 30. With increasing speeds, first the bypass device 22a for the low-pressure Closer closed, so that the fresh air sucked 20 is first passed through the low pressure compressor IIa. Subsequently, this air compressed in the low-pressure compressor IIa is guided past the high-pressure compressor IIb via the second bypass device 22b. With further increasing speeds then the second bypass device 22b can be closed, so that the fresh air is completely supplied via both compressors IIa, IIb of the internal combustion engine. At high speeds, a very high compression of the intake fresh air 20 is possible.
Fig. 6 zeigt ein stark vereinfachtes sechstes Ausführungsbeispiel einer Anordnung mit einem erfindungsgemäßen Turbolader. Diese Anordnung umfasst drei Messeinrichtungen 50, 51, 52.6 shows a greatly simplified sixth exemplary embodiment of an arrangement with a turbocharger according to the invention. This arrangement comprises three measuring devices 50, 51, 52.
Die erste Messeinrichtung 50 ist dazu ausgelegt, den Luftdurchsatz auf der Anströmseite 14 zu ermitteln. Hierzu ist die erste Messeinrichtung 50 eingangsseitig mit der Rohrleitung 20a verbunden, um den Luftmassenstrom in dieser Rohrlei- tung 20a zu messen. Abhängig von dem ermittelten Luftmassenstrom erzeugt die erste Messeinrichtung 50 ein Messsignal Ml.The first measuring device 50 is designed to determine the air flow rate on the inflow side 14. For this purpose, the first measuring device 50 is connected on the input side to the pipeline 20a in order to measure the air mass flow in this pipeline 20a. Depending on the determined air mass flow, the first measuring device 50 generates a measuring signal Ml.
Die zweite Messeinrichtung 51 ist dazu ausgelegt, die Umdrehungsgeschwindigkeit der Turbine 12 und damit auch des Ver- dichters 11 zu ermitteln. Zu diesem Zwecke ist die zweiteThe second measuring device 51 is designed to determine the rotational speed of the turbine 12 and thus also of the compressor 11. For this purpose, the second is
Messeinrichtung 51 eingangsseitig mit der gemeinsamen Welle 13 verbunden, um deren Winkelgeschwindigkeit aufzunehmen. Abhängig von der aufgenommenen Winkelgeschwindigkeit erzeugt die zweite Messeinrichtung 51 ein zweites Messsignal M2.Measuring device 51 on the input side connected to the common shaft 13 to receive their angular velocity. Depending on the recorded angular velocity, the second measuring device 51 generates a second measuring signal M2.
Die dritte Messeinrichtung 52 ist dazu ausgelegt, den Luftdruck an der Frischluftauslassseite 17 des Turboladers 10 zu ermitteln. Zu diesem Zwecke ist die dritte Messeinrichtung 52 mit der Rohrleitung 20b verbunden, um dort den Druck P2 zu ermitteln. Abhängig von dem ermittelten Druck P2 erzeugt die dritte Messeinrichtung 52 ein drittes Messsignal M3. Die Anordnung in Fig. 6 weist ferner eine Steuereinrichtung 53 auf. Die Steuereinrichtung 53 kann Bestandteil des Turboladers 10 oder der Brennkraftmaschine 30 sein oder auch als getrennte Steuereinrichtung, beispielsweise als Bestandteil der Motorsteuerung, ausgebildet sein. Die Steuereinrichtung 53 ist dazu ausgebildet, die Bypasseinrichtung 22 entsprechend durch ein Steuersignal Sl zu steuern. Dieses Steuersignal Sl wird nach Maßgabe zumindest eines der Messsignale Ml - M3 erzeugt. Abhängig von diesen Messsignalen Ml - M3 steuert das Steuersignal Sl die Bypasseinrichtung 22 in einen geöffneten, einen teilweise geschlossenen oder einen vollständig geschlossenen Zustand und reguliert auf diese Weise den Durchfluss der Frischluft auf der Anströmseite 14 dahingehend, dass angesaugte Frischluft entweder lediglich über den Verdichter 11, lediglich über die Bypasseinrichtung 22 oder sowohl durch den Verdichter 11 und die Bypasseinrichtung 22 strömt .The third measuring device 52 is designed to determine the air pressure at the fresh air outlet side 17 of the turbocharger 10. For this purpose, the third measuring device 52 is connected to the pipeline 20b, there to determine the pressure P2. Depending on the determined pressure P2, the third measuring device 52 generates a third measuring signal M3. The arrangement in FIG. 6 furthermore has a control device 53. The control device 53 may be part of the turbocharger 10 or the internal combustion engine 30 or may be designed as a separate control device, for example as part of the engine control. The control device 53 is designed to control the bypass device 22 in accordance with a control signal S1. This control signal Sl is generated in accordance with at least one of the measurement signals Ml - M3. Depending on these measurement signals M1-M3, the control signal S1 controls the bypass device 22 into an open, partially closed or completely closed state and thus regulates the flow of fresh air on the inflow side 14 such that fresh air intake is either only via the compressor 11 , only via the bypass device 22 or through both the compressor 11 and the bypass device 22 flows.
Anhand der Fig. 7A und 7B werden nachfolgend zwei schemati- sehe Darstellungen für die Betriebsweise eines mit einer erfindungsgemäßen Bypasseinrichtung 22 ausgestatteten, zum Beispiel einstufig ausgebildetenWith reference to FIGS. 7A and 7B, two schematic representations for the operation of a bypass device according to the invention 22 equipped, for example, one-stage trained
Turboladers 10 gezeigt, wobei hier von einem einstufigen Turbolader 10 entsprechend Fig. 1 ausgegangen wird. Ferner gehen diese Betriebsmodi davon aus, dass zur Steuerung derTurbocharger 10 shown, which is assumed here by a single-stage turbocharger 10 as shown in FIG. Furthermore, these modes of operation assume that to control the
Bypasseinrichtung 22 lediglich der Luftdurchsatz im Anströmpfad 14 herangezogen wird. Zusätzlich oder alternativ kann hier natürlich auch der Druck P2 und/oder die Umdrehungsgeschwindigkeit herangezogen werden.Bypasseinrichtung 22 only the air flow in Anströmpfad 14 is used. Additionally or alternatively, of course, the pressure P2 and / or the rotational speed can be used here.
Erster Betriebsmodus:First operating mode:
Die Bypasseinrichtung 22 ist geschlossen, sodass die angesaugte Frischluft ausschließlich über den Verdichter 11 strömt .The bypass device 22 is closed, so that the sucked fresh air flows exclusively through the compressor 11.
Zweiter Betriebsmodus: Die Bypasseinrichtung 22 ist geöffnet, sodass die Frischluft sowohl über die Bypasseinrichtung 22 als auch den Verdichter 11 strömen kann.Second operating mode: The bypass device 22 is open, so that the fresh air can flow both via the bypass device 22 and the compressor 11.
Dritter Betriebsmodus:Third operating mode:
Die Bypasseinrichtung 22 ist geschlossen und über eine (in den Fig. 1 nicht dargestellte Klappe) ist die Einlassseite des Verdichters 11 geschlossen. In diesem Falle strömt die angesaugte Frischluft ausschließlich über die Bypasseinrich- tung 22.The bypass device 22 is closed and the inlet side of the compressor 11 is closed via a flap (not shown in FIG. 1). In this case, the sucked fresh air flows exclusively through the bypass device 22.
In der Fig. 7A ist eine Schwelle SW für den Luftdurchsatz AMF vorgegeben. Liegt der durch die Rohrleitung 20a fließende Frischluftstrom und damit der Luftdurchsatz AMF oberhalb die- ser Schwelle SW, dann wird der Turbolader im ersten Betriebsmodus betrieben, liegt er darunter, wird er im zweiten Betriebsmodus betrieben.In FIG. 7A, a threshold SW for the air flow AMF is specified. If the fresh air flow flowing through the pipeline 20a and thus the air flow AMF are above this threshold SW, then the turbocharger is operated in the first operating mode; if it is below it, it is operated in the second operating mode.
Im Unterschied hierzu werden in dem Ausführungsbeispiel in Fig. 7B zwei Schwellen SWl, SW2 vorgegeben, wobei die erste Schwelle SWl einen größeren Luftdurchsatz definiert als die zweite Schwelle SW2, d.h. SWl > SW2. Ist der gemessene, das heißt aktuelle Luftdurchsatz AMF durch die Rohrleitung 20a größer als die Schwelle SWl, dann wird der Turbolader 10 im ersten Betriebsmodus betrieben. Ist der gemessene Luftdurchsatz AMF kleiner als die zweite Schwelle SW2, dann wird der Turbolader 10 im dritten Betriebsmodus betrieben. Ist der gemessene Luftdurchsatz AMF im Bereich zwischen der ersten Schwelle SWl und der zweiten Schwelle SW2, dann wird der Tur- bolader 10 im zweiten Betriebsmodus betrieben.In contrast to this, in the exemplary embodiment in FIG. 7B, two thresholds SW1, SW2 are specified, wherein the first threshold SW1 defines a larger air flow rate than the second threshold SW2, ie. SW1> SW2. If the measured, that is, the current air flow rate AMF through the pipeline 20a is greater than the threshold SW1, then the turbocharger 10 is operated in the first operating mode. If the measured air flow rate AMF is less than the second threshold SW2, then the turbocharger 10 is operated in the third operating mode. If the measured air flow rate AMF is in the range between the first threshold SW1 and the second threshold SW2, then the turbocharger 10 is operated in the second operating mode.
Die vorliegende Erfindung sei nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich selbstverständlich auf mannigfaltige Art und Weise modifizieren. The present invention should not be limited to the above embodiments, but may of course be modified in many ways.

Claims

Patentansprüche claims
1. Turbolader (10) für eine turboaufladbare Brennkraftmaschine (30),1. turbocharger (10) for a turbo-superchargeable internal combustion engine (30),
mit mindestens einem Frischlufteinlass (16) zum Ansaugen von Frischluft (20),with at least one fresh air inlet (16) for drawing in fresh air (20),
mit mindestens einem Verdichter (11) zum Verdichten der ange- saugten Frischluft (20), der in Strömungsrichtung der Frischluft (20) hinter dem Frischlufteinlass (16) angeordnet ist,with at least one compressor (11) for compressing the sucked-in fresh air (20) which is arranged in the flow direction of the fresh air (20) behind the fresh air inlet (16),
mit mindestens einem Frischluftauslass (17), der in Strömungsrichtung hinter dem Verdichter (11) angeordnet ist und über den im Verdichter (11) verdichtete Frischluft (20) einer Lufteinlassseite (32) der Brennkraftmaschine (30) zuführbar ist,with at least one fresh air outlet (17) which is arranged behind the compressor (11) in the flow direction and via which fresh air (20) compressed in the compressor (11) can be fed to an air inlet side (32) of the internal combustion engine (30),
mit mindestens einer Bypasseinrichtung (22) zur Überbrückung mindestens eines Verdichters (11), welche dazu ausgelegt ist, im Betrieb zumindest einen Teil der zugeführten Frischluft (20) an dem Verdichter (11) vorbeizuleiten.with at least one bypass device (22) for bridging at least one compressor (11), which is designed to pass at least part of the supplied fresh air (20) past the compressor (11) during operation.
2. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass eine Steuereinrichtung (53) vorgesehen ist, welche die Funktion der Bypasseinrichtung (22) steuert.2. Turbocharger according to claim 1, characterized in that a control device (53) is provided, which controls the function of the bypass device (22).
3. Turbolader nach einem der vorherigen Ansprüche, da du r ch ge k e n n z e i ch n e t , dass die Bypasseinrichtung (22) ein Bypassventil (23) und/oder ein Bypassrohrschalter (23) und/oder eine Bypass- klappe (23) aufweist.3. A turbocharger according to one of the preceding claims, since the brake means is that the bypass device (22) has a bypass valve (23) and / or a bypass tube switch (23) and / or a bypass flap (23).
4. Turbolader nach einem der vorherigen Ansprüche, da du r ch ge k e n n z e i ch n e t , dass der Turbolader (10) zumindest zwei Turboladerstufen (40, 41) aufweist, wobei jede Turboladerstufe (40, 41) einen Ver- dichter (IIa, IIb) und eine Turbine (12a, 12b) aufweist, die miteinander jeweils über eine gemeinsame Welle (13a, 13b) gekoppelt sind.4. The turbocharger according to claim 1, characterized in that the turbocharger (10) has at least two turbocharger stages (40, 41), each turbocharger stage (40, 41) having a turbocharger stage (40, 41). denser (IIa, IIb) and a turbine (12a, 12b) which are coupled to each other via a common shaft (13a, 13b).
5. Turbolader nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass eine der Turboladerstufen (40, 41) als Hochdruckstufe (41) mit einer Hochdruckturbine (12b) und einem Hochdruckverdichter (IIb) und eine weitere der Turboladerstufen (40, 41) als Niederdruckstufe (40) mit einer Niederdruckturbine (12a) und einem Niederdruckverdichter (IIa) ausgebildet ist.5. A turbocharger according to claim 4, characterized in that one of the turbocharger stages (40, 41) as a high pressure stage (41) with a high pressure turbine (12b) and a high pressure compressor (IIb) and another of the turbocharger stages (40, 41) as a low pressure stage (40 ) is formed with a low pressure turbine (12a) and a low pressure compressor (IIa).
6. Turbolader nach Anspruch 5, da du r ch ge k e n n z e i ch n e t , dass die Bypasseinrichtung (22) den Hochdruckverdichter (IIb) überbrückt .6. The turbocharger according to claim 5, characterized in that it can be controlled that the bypass device (22) bridges the high-pressure compressor (IIb).
7. Turbolader nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , dass eine einzige Bypasseinrichtung (22) vorgesehen ist und die einzige Bypasseinrichtung (22) sowohl den Niederdruckverdichter (IIa) und als auch den Hochdruckverdichter (IIb) ü- berbrückt .7. turbocharger according to one of claims 5 or 6, characterized in that a single bypass device (22) is provided and the only bypass device (22) bridges both the low-pressure compressor (IIa) and the high-pressure compressor (IIb).
8. Turbolader nach einem der Ansprüche 5 oder 6, da du r ch ge k e n n z e i ch n e t , dass zumindest zwei Bypasseinrichtungen (22a, 22b) vorgesehen sind, von denen eine erste Bypasseinrichtung (22a) den Niederdruckverdichter (IIa) und eine zweite Bypasseinrichtung (22b) den Hochdruckverdichter (IIb) überbrückt.8. Turbocharger according to one of claims 5 or 6, since you ge chnetz ch net, that at least two bypass devices (22a, 22b) are provided, of which a first bypass device (22a) the low-pressure compressor (IIa) and a second bypass device ( 22b) bridges the high-pressure compressor (IIb).
9. Turbolader nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Bypasseinrichtung (22) bezogen auf die Strömungs- richtung der Frischluft (20) rückwärts sperrend ausgebildet ist .9. Turbocharger according to one of the preceding claims, characterized in that the bypass device (22) with respect to the flow direction of the fresh air (20) is formed locking backward.
10. Turbolader nach einem der vorherigen Ansprüche, da du r ch ge k e n n z e i ch n e t , dass die Bypasseinrichtung (22) als Drosseleinrichtung für die Brennkraftmaschine (30) betreibbar ist.10. Turbocharger according to one of the preceding claims, since you ch rete ge cht that the bypass device (22) as a throttle device for the internal combustion engine (30) is operable.
11. Turbolader nach einem der vorherigen Ansprüche, da du r ch ge k e n n z e i ch n e t , dass eine erste Rohrleitung (20a) zum Verbinden des Frisch- lufteinlasses (16) mit der Einlassseite des Verdichters (11, IIa) und eine zweite Rohrleitung (20b) zum Verbinden der Aus- lassseite des Verdichters (11, IIa) mit dem Frischluftauslass (18) oder mit einem weiteren Verdichter (IIb) vorgesehen sind und dass ferner mindestens eine Bypassrohrleitung (24a, 24b) als Bestandteil der Bypasseinrichtung (22) vorgesehen ist, welche über eine erste Rohrabzweigung (25a) von der ersten Rohrleitung (20a) abzweigt und welche über eine zweite Rohrabzweigung (25b) in die zweite Rohrleitung (20b) mündet.11. A turbocharger according to one of the preceding claims, characterized in that a first pipe (20a) for connecting the fresh air inlet (16) to the inlet side of the compressor (11, IIa) and a second pipe (20b ) are provided for connecting the outlet side of the compressor (11, IIa) with the fresh air outlet (18) or with a further compressor (IIb) and that at least one bypass pipe (24a, 24b) is provided as part of the bypass device (22) which branches off via a first branch pipe (25a) from the first pipe (20a) and which opens into the second pipe (20b) via a second pipe branch (25b).
12. Turbolader nach Anspruch 11, da du r ch ge k e n n z e i ch n e t , dass zwischen dem Frischlufteinlass (16) und dem Verdichter (11) ein Luftfilter (34) angeordnet ist und die Bypassrohrleitung (24a, 24b) in Strömungsrichtung der Frischluft (20) nach dem Luftfilter (34) abzweigt.12. A turbocharger according to claim 11, characterized in that there is an additional air filter (34) between the fresh air inlet (16) and the compressor (11) and the bypass pipe (24a, 24b) in the flow direction of the fresh air (20 ) branches off after the air filter (34).
13. Turbolader nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet , dass zwischen dem Verdichter (11), insbesondere dem Hochdruckverdichter (IIb), und dem Frischluftauslass (17) ein Ladeluftkühler (35) angeordnet ist und die Bypassrohrleitung (24a, 24b) in Strömungsrichtung der Frischluft (20) vor dem Ladeluftkühler (35) einmündet.13. Turbocharger according to one of claims 11 or 12, characterized in that between the compressor (11), in particular the high-pressure compressor (IIb), and the fresh air outlet (17) a charge air cooler (35) is arranged and the bypass pipe (24a, 24b) in the flow direction of the fresh air (20) before the intercooler (35) opens.
14. Turbolader nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass zumindest eine weitere Bypasseinrichtung (36) vorgesehen ist, welche eine Turbine (12) des Turboladers (10) überbrückt . 14. Turbocharger according to one of the preceding claims, characterized in that at least one further bypass device (36) is provided, which bridges a turbine (12) of the turbocharger (10).
15. Turboaufgeladene Brennkraftmaschine (30), mit mindestens einen Turbolader (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dessen Verdichter (11) anströmseitig mit einer Lufteinlassseite (32) der Brennkraftmaschine verbunden ist und dessen Turbine (12) abströmseitig mit einer Abgasauslassseite der Brennkraftmaschine (30) verbunden ist.15. Turbocharged internal combustion engine (30), with at least one turbocharger (10) according to one of the preceding claims, the compressor (11) is connected upstream with an air inlet side (32) of the internal combustion engine and the turbine (12) downstream with an exhaust gas outlet side of the internal combustion engine ( 30) is connected.
16. Brennkraftmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , dass eine Steuereinrichtung (53) vorgesehen ist, welche die Funktion der Bypasseinrichtung (22) steuert.16. Internal combustion engine according to claim 15, characterized in that a control device (53) is provided, which controls the function of the bypass device (22).
17. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet , dass eine erste Messeinrichtung (51) vorgesehen ist, welche die Geschwindigkeit eines Turbinenrades der Turbine (12) misst, wobei die Steuereinrichtung (53) die Bypasseinrichtung (22) abhängig von der durch die erste Messeinrichtung (51) gemessenen Geschwindigkeit steuert.17. Internal combustion engine according to one of claims 15 or 16, characterized in that a first measuring device (51) is provided, which measures the speed of a turbine wheel of the turbine (12), wherein the control device (53), the bypass device (22) depending on the controlled by the first measuring device (51) measured speed.
18. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 15 - 17, dadurch gekennzeichnet , dass eine zweite Messeinrichtung (50) vorgesehen ist, die den durch die Bypasseinrichtung (22) und/oder den durch den Ver- dichter (11) geleitete Luftdurchsatz ermittelt.18. Internal combustion engine according to any one of claims 15-17, characterized in that a second measuring device (50) is provided, which determines the by the bypass device (22) and / or through the compressor (11) directed air flow.
19. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 15 - 18, dadurch gekennzeichnet , dass eine dritte Messeinrichtung (52) vorgesehen ist, die den Ladeluftdruck der Frischluft (20) im Bereich des Frischluftauslasses (17) misst.19. Internal combustion engine according to any one of claims 15 - 18, characterized in that a third measuring device (52) is provided which measures the charge air pressure of the fresh air (20) in the region of the fresh air outlet (17).
20. Verfahren zum Betreiben eines Turboladers (10), insbesondere eines Turboladers (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, der auf einer Frischluftseite (14) des Turboladers (10) eine Bypasseinrichtung (22) zum Überbrücken eines Verdichters (11) des Turboladers (10) aufweist, - mit einem ersten Betriebsmodus, bei dem die Bypasseinrich- tung (22) geschlossen ist und die angesaugte Frischluft (20) über den durch die Bypasseinrichtung (22) überbrückbaren Verdichter (11) geleitet wird, - mit einem zweiten Betriebsmodus, bei dem die Bypasseinrichtung (22) geöffnet ist und die angesaugte Frischluft (20) zumindest teilweise über die Bypasseinrichtung (22) geleitet wird.20. A method for operating a turbocharger (10), in particular a turbocharger (10) according to one of claims 1 to 14, on a fresh air side (14) of the turbocharger (10) a bypass device (22) for bridging a compressor (11) of the Turbocharger (10), with a first operating mode, in which the bypass device (22) is closed and the fresh air (20) sucked in is passed through the compressor (11) which can be bridged by the bypass device (22), with a second operating mode, in which the bypass device (22) is open and the sucked fresh air (20) is at least partially passed through the bypass device (22).
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , dass ein dritter Betriebsmodus vorgesehen ist, bei dem die angesaugte Frischluft (20) ausschließlich über die Bypasseinrichtung (22) an dem Verdichter (11) vorbei geleitet wird.21. The method according to claim 20, characterized in that a third operating mode is provided, in which the sucked fresh air (20) exclusively via the bypass device (22) to the compressor (11) is passed over.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet , dass eine erste Schwelle (SWl) eines Luftdurchsatzes im Anströmpfad (14) vorgegeben wird und dass der Turbolader (10) im dritten Betriebsmodus betrieben wird, sofern der Luftdurchsatz der Frischluft (20) im Anströmpfad (14) unterhalb der ersten Schwelle (SWl) ist.22. The method according to any one of claims 20 or 21, characterized in that a first threshold (SWL) of an air flow in the Anströmpfad (14) is specified and that the turbocharger (10) is operated in the third operating mode, provided that the air flow rate of the fresh air (20 ) is in the Anströmpfad (14) below the first threshold (SWl).
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 - 22, dadurch gekennzeichnet , dass eine zweite Schwelle (SW2) eines Luftdurchsatzes im Anströmpfad (14) vorgegeben wird, wobei die zweite Schwelle (SW2) größer ist als die erste Schwelle (SWl), und dass der Turbolader (10) im ersten Betriebsmodus betrieben wird, so- fern der Luftdurchsatz der Frischluft (20) im Anströmpfad (14) oberhalb der zweiten Schwelle (SW2) ist.23. The method according to any one of claims 20 - 22, characterized in that a second threshold (SW2) of an air flow in the Anströmpfad (14) is predetermined, wherein the second threshold (SW2) is greater than the first threshold (SWl), and that the turbocharger (10) is operated in the first operating mode, as far as the air flow rate of the fresh air (20) in the inflow path (14) is above the second threshold (SW2).
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 - 23, dadurch gekennzeichnet , dass der Turbolader (10) im zweiten Betriebsmodus betrieben wird, sofern der Luftdurchsatz der Frischluft (20) im Anströmpfad (14) im Bereich zwischen der ersten und der zweiten Schwelle (SWl, SW2) ist. 24. The method according to any one of claims 20 - 23, characterized in that the turbocharger (10) is operated in the second operating mode, provided that the air flow rate of the fresh air (20) in the Anströmpfad (14) in the region between the first and the second threshold (SWL , SW2) is.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 - 24, dadurch gekennzeichnet , dass der Turbolader (10) im zweiten Betriebsmodus betrieben wird, solange im Anströmpfad (14) der Luftdurchsatz durch den Verdichter (11) geringer ist als der Luftdurchsatz über die Bypasseinrichtung (22).25. The method according to any one of claims 20 - 24, characterized in that the turbocharger (10) is operated in the second operating mode as long as in the Anströmpfad (14), the air flow through the compressor (11) is less than the air flow through the bypass device (22 ).
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 - 25, dadurch gekennzeichnet , dass der durch die Bypasseinrichtung (22) und/oder der durch den Verdichter (11) geleitete aktuelle Luftdurchsatz gemessen und ausgewertet wird.26. The method according to any one of claims 20-25, characterized in that by the bypass device (22) and / or by the compressor (11) conducted current air flow rate is measured and evaluated.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 - 26, dadurch gekennzeichnet , dass die Bypasseinrichtung (22) als Drossel betrieben wird.27. The method according to any one of claims 20 - 26, characterized in that the bypass device (22) is operated as a throttle.
28. Verwendung einer Bypasseinrichtung (22), insbesondere ei- nes Bypassventils (23) und/oder eines Bypassrohrschalters28. Use of a bypass device (22), in particular of a by-pass valve (23) and / or a bypass tube switch
(23) und/oder einer Bypassklappe (23) , zum Überbrücken eines Verdichters (11), insbesondere des Hochdruckverdichters (IIb), eines Turboladers (10) . (23) and / or a bypass flap (23), for bridging a compressor (11), in particular the high-pressure compressor (IIb), a turbocharger (10).
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