WO2013083211A1 - Internal combustion engine, in particular for a motor vehicle - Google Patents

Internal combustion engine, in particular for a motor vehicle Download PDF

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WO2013083211A1
WO2013083211A1 PCT/EP2012/003967 EP2012003967W WO2013083211A1 WO 2013083211 A1 WO2013083211 A1 WO 2013083211A1 EP 2012003967 W EP2012003967 W EP 2012003967W WO 2013083211 A1 WO2013083211 A1 WO 2013083211A1
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WO
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compressor
turbine
internal combustion
combustion engine
exhaust gas
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Application number
PCT/EP2012/003967
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German (de)
French (fr)
Inventor
Siegfried Sumser
Thomas Kuhn
Michael Stiller
Original Assignee
Daimler Ag
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/013Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust with exhaust-driven pumps arranged in series
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/001Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust using exhaust drives arranged in parallel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/02Gas passages between engine outlet and pump drive, e.g. reservoirs
    • F02B37/025Multiple scrolls or multiple gas passages guiding the gas to the pump drive
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine, in particular for a
  • the internal combustion engine comprises an intake tract over which the
  • Internal combustion engine air can be supplied.
  • a first compressor of a first exhaust-gas turbocharger and downstream of the first compressor, a second compressor of a second exhaust-gas supercharger serially connected to the first compressor are arranged.
  • the internal combustion engine further includes an exhaust gas of the
  • Exhaust gas turbocharger are arranged.
  • the first compressor can be driven by means of the first turbine.
  • the second compressor can be driven by means of the second turbine.
  • the turbines are associated with respective bypass devices via which the corresponding turbine is to bypass the exhaust gas.
  • the bypass devices are also referred to as blow-off devices, by means of which exhaust gas is blown off upstream of the respective turbine. The exhaust gas blown off can bypass the corresponding turbine and does not drive it.
  • blow-off devices Due to high demands on an agile driving behavior as well as the demand for very high stationary engine torques turbines of exhaust gas turbochargers used such devices with relatively small inlet nozzle surfaces and Radausströmungs vom. At relatively high engine speeds, the blow-off devices are used for a flow area enlargement of the turbines. The blow-off devices have a negative effect on the fuel consumption, since the exhaust gas is passed unused to the corresponding turbine.
  • two-stage superchargers are used as the known device, in particular in the flow direction of the exhaust gas through the exhaust gas downstream of the second turbine arranged first turbine already at relatively low engine speeds, based on the engine speed of the maximum engine torque, very high Abblaseraten be provided in order to realize a satisfactory performance of the highly-supercharged internal combustion engine.
  • Such an internal combustion engine in particular for a motor vehicle, has an intake tract, via which air can be supplied to the internal combustion engine.
  • a first compressor of a first exhaust gas turbocharger is arranged in the intake tract. Downstream of the first compressor is a second compressor, serially connected to the first compressor, of a second compressor
  • Exhaust gas turbocharger arranged in the intake.
  • the air is to be compressed by means of the compressors.
  • the internal combustion engine further includes one of exhaust gas of
  • a first turbine of the first exhaust gas turbocharger and a second turbine of the second exhaust gas turbocharger are arranged in the exhaust gas tract.
  • the first turbine By means of the first turbine, the first compressor is drivable.
  • the second turbine By means of the second turbine, the second compressor is drivable.
  • the turbines are arranged parallel to one another with respect to the flow of the exhaust gas through the exhaust tract.
  • the internal combustion engine can be designed as a gasoline engine, diesel engine, diesel engine or other internal combustion engine.
  • the inventive circuit of the exhaust gas turbocharger with the internal combustion engine is particularly advantageous in a gasoline engine, which preferably with a
  • Combustion air ratio ⁇ of at least substantially 1 is operated.
  • the inventive circuit of the exhaust gas turbocharger and the internal combustion engine avoids unwanted fluctuations in the switching phases
  • the internal combustion engine according to the invention thus has a particularly advantageous, agile and efficient operation with a pleasant driving behavior.
  • the cost of the internal combustion engine according to the invention can be kept low due to the simple circuit.
  • the internal combustion engine according to the invention can be kept low due to the simple circuit.
  • Internal combustion engine according to the invention are particularly efficient and thus operated with only low fuel consumption, since the above-mentioned blow-off of exhaust gas can be avoided or can be kept within very narrow limits. This is associated with low C0 2 emissions.
  • the air by means of the second compressor from a first pressure level upstream of the second compressor and downstream of the first compressor to a second pressure level downstream of the second compressor more compressible than the air by means of the first compressor from a third pressure level upstream of the first compressor a fourth pressure level downstream of the first
  • Compressor and upstream of the second compressor is compressible.
  • the second compressor arranged downstream of the first compressor and connected in series therewith is the high-pressure compressor in comparison to the first compressor.
  • the first compressor is thus the low-pressure compressor. This leads to a particularly advantageous operation of the internal combustion engine.
  • At least one of the turbines, in particular the first turbine a variable turbine geometry.
  • volume flow of the exhaust gas can be adjusted. This benefits the efficient operation of the corresponding turbine and thus the internal combustion engine.
  • variable turbine geometry is in particular a
  • Swirl generator which ensures an advantageous flow of an associated turbine wheel.
  • an effective flow cross-section of the associated turbine can also be variably adjusted by adjusting it.
  • Flow cross-section using the variable turbine geometry is to narrow to very small values.
  • leaks of the variable turbine geometry having turbine in a closed position of the variable turbine geometry in which the effective flow cross-section is maximally narrowed, very low and substantially zero, so that in the closed position of the variable turbine geometry, the associated turbine of the exhaust gas at least substantially not driven and thus turned off. Then there is only the other turbine, which has no variable turbine geometry or whose variable turbine geometry is in an open position, is driven by exhaust gas.
  • At least one of the compressors has an adjusting device, by means of which flow conditions for the air flowing through these at least one compressor can be variably adjusted.
  • the adjusting device thus provides a variable flow geometry for the associated compressor, by means of which the associated compressor can be adapted as required to different operating points of the internal combustion engine and thus to different mass or volume flows of the air flowing through this compressor.
  • the bypass device provides a particularly simple and cost-effective way to minimize flow losses and to create a variability on the compressor side.
  • the second turbine at least two partially fluidly separated from each other floods. This makes it possible to carry out a particularly advantageous exhaust gas recirculation in the internal combustion engine according to the invention, in order to keep in particular their nitrogen oxide and particulate emissions low.
  • the floods are asymmetrical with respect to one another, in particular with regard to their respective flow cross-sections through which exhaust gas can flow, that is to say they are formed differently from one another.
  • one of the floods has a smaller flow cross-section than the other flood.
  • the second turbine has a first number of floods, wherein the first number is at least two.
  • the first turbine is only fluidically connected to a second number of flows of the second turbine, which number is smaller than the first number.
  • the first turbine is advantageously only fluidically connected to one of the flows and connected in parallel with the first turbine with respect to this. This represents a very advantageous shading of the two turbines, resulting in a very good
  • Fig. 1 is a schematic diagram of an internal combustion engine for a
  • Motor vehicle which can be charged by means of two exhaust gas turbochargers;
  • Fig. 2 is a schematic diagram of another embodiment of the
  • Fig. 3 is a schematic diagram of another embodiment of the
  • FIGS. 1 to; 5a shows a detail of a schematic longitudinal sectional view of a compressor of one of the exhaust gas turbocharger according to FIGS. 1 to;
  • FIG. 5b a detail of a further schematic longitudinal sectional view of the
  • FIG. 6 is a schematic diagram for illustrating the functions of
  • the internal combustion engine 10 comprises a crankshaft 14, via which a
  • Torque can be dissipated from the internal combustion engine 10.
  • the internal combustion engine 10 further comprises an intake tract 16, via which the internal combustion engine 10 can be supplied with air.
  • an air filter 18 is arranged, which filters the air sucked by the internal combustion engine.
  • a first compressor 20 of a first exhaust gas turbocharger 22 is arranged in the intake tract 16.
  • the first compressor 20 includes a first one
  • Compressor 24 for compressing the intake air.
  • Compressor 20 a second compressor 26 of a second exhaust gas turbocharger 28 is arranged.
  • the second compressor 26 comprises a second compressor wheel 30, by means of which the air is to be compressed.
  • the second compressor 26 is connected in series to the first compressor 20.
  • serially connected compressors 20, 26 a two-stage, serial compression of the air is shown.
  • the second compressor 26 can more compress the air. This means that the second compressor 26 is the high-pressure compressor, while the first compressor 20 is the low-pressure compressor.
  • P denotes a first pressure level of the air upstream of the first compressor 20.
  • P 2 N denotes a second one
  • P 2 H denotes a third pressure level to which the air is compressed by means of the second compressor 26, starting from the second pressure level P 2N .
  • an intercooler 32 is arranged between the compressors 20, 26, by means of which the compressed air is cooled. Downstream of the second compressor 26 is a
  • Intercooler 34 is arranged, by means of which the air is also cooled. Downstream of the intercooler 34, an optional flap 36 is provided, by means of which the amount of air can be adjusted. Downstream of the flap 36, the air has a boost pressure P 2S , with which it flows to a charge air manifold 38 in the intake manifold 16. By means of the charge air manifold 38, the compressed air is split on the cylinder 12.
  • the internal combustion engine 10 also includes an exhaust tract 40, in which a first turbine 42 of the first exhaust gas turbocharger 22 is arranged.
  • the first turbine 42 comprises a first turbine wheel 44, which can be driven by exhaust gas of the internal combustion engine 10.
  • a second turbine 46 is further arranged, which comprises a second turbine wheel 48.
  • the second turbine wheel 48 can also be driven by the exhaust gas of the internal combustion engine 10.
  • the first exhaust gas turbocharger 22 includes a first shaft 50, with which the first
  • Turbine 44 and the first compressor 24 are rotatably connected.
  • the first compressor 20 can be driven by the first turbine 42.
  • the second exhaust gas turbocharger 28 comprises a second shaft 52, with which the second turbine wheel 48 and the second compressor wheel 30 are connected in a rotationally fixed manner.
  • the second compressor 26 can be driven by the second turbine 46.
  • the turbines 22, 28 in the exhaust tract 40 are connected in parallel with one another. This means that the turbines 42, 46 are acted upon by the inlet pressure P 3 of the exhaust gas prevailing in the flow direction of the exhaust gas through the exhaust tract 40 upstream of the turbines 42, 46, at least substantially the same.
  • the turbines 42, 46 the exhaust gas is expanded starting from the inlet pressure P 3 , so that it has an outlet pressure P 4 downstream of the turbine 42, 46.
  • At least one exhaust aftertreatment device 54 is arranged in the exhaust tract 40, by means of which the exhaust gas is purified before it is discharged to the environment.
  • the first turbine 42 is designed in particular to cover a high throughput requirement and to represent a low fuel consumption and can be made larger in terms of their flow geometry than the second turbine 46th
  • the internal combustion engine 10 further includes an exhaust gas recirculation device 56 with at least one exhaust gas recirculation line 58, which is fluidically connected to the exhaust gas tract 40 at a branch point 60.
  • the exhaust gas recirculation line 58 is fluidically connected to the intake manifold 16 at an introduction point 62.
  • exhaust gas can be branched off at the branching point 60, returned to the intake tract 16 and introduced into the intake tract 16 at the introduction point 62.
  • the introduction point 62 is also referred to as a mixing point M, since there takes place a mixing of the air with the exhaust gas.
  • the exhaust gas in the air acts as an inert gas in combustion processes in the cylinders 12, which keeps the temperatures low. So can
  • Nitrogen oxide and particulate emissions of the internal combustion engine 10 are kept low.
  • Exhaust gas recirculation device 56 an exhaust gas recirculation valve 64. Downstream of Exhaust gas recirculation valve 64, an exhaust gas recirculation cooler 66 is provided, by means of which the recirculated exhaust gas is to be cooled.
  • a pressure modulator 68 is further provided, by means of which pressure oscillation excitations caused by Auslliftpulsationen the internal combustion engine 10, are modulated in the exhaust gas recirculation line 58 so far that in the region of the discharge point 62 no or only very small effective
  • the pressure modulator 68 is arranged downstream of the exhaust gas recirculation cooler 66 and upstream of the discharge point 62 and comprises a damping volume 70 and a matched, effective and by a
  • corresponding component such as a diaphragm, formed Zuströmquerrough 72 and an adapted, effective and by a corresponding component
  • a diaphragm formed Abströmquerites 74, which cause in conjunction with the size of the damping volume 70, a strong damping of the pressure oscillation and thus of pressure pulsations at the discharge point 62.
  • the first turbine 42 further includes a first variable turbine geometry 77, by means of which flow conditions for the exhaust gas flowing through the first turbine 42 are variably adjustable. In particular, it is possible to have an effective
  • Adjust turbine geometry 77 so as to adapt the first turbine 42 to different operating points of the internal combustion engine 10 and thus to different volume and mass flows of the exhaust gas.
  • the first variable turbine geometry 77 may be, for example, a so-called tongue slide, an axial slide or another adjusting device.
  • the internal combustion engine 10 further comprises a control device 76, by means of which the exhaust gas recirculation valve 64 and the first variable turbine geometry 77 are regulated.
  • the effective flow cross section is optionally continuously opened from at least substantially zero or at least near zero to a predefinable setpoint value greater than zero, whereby the first turbine 42 continuously creates an additional flow cross section to the second turbine 46.
  • the additional flow cross-section means a continuous power connection of the first turbine 42.
  • Main pressure ratio delivers, continuously.
  • Flow cross-section of the first turbine 42 acts like a blow-off valve upstream of the second turbine 46, but with the advantage that the charge cycle of the
  • Internal combustion engine 10 is favored via the use of exhaust gas energy by means of the first turbine 42 and an increase in air supply with relatively low
  • Entry pressure P 3 can take place with exhaust gas mass increase.
  • both exhaust gas turbochargers 22, 28 run with the same turbine pressure ratio, but not necessarily the same
  • FIG. 6 shows a diagram 78, on the abscissa 80, the relative
  • n mo t / n mo t_ D Engine speed n mo t / n mo t_ D is plotted. With n mot a currently present speed of the internal combustion engine 10 is designated, while with n mot D the
  • the ordinate 82 of the diagram 78 is the quotient applied.
  • the diagram 78 shows a design range A, as well as the effect of the exhaust gas turbochargers 22, 28 on the internal combustion engine 10 along the full load line.
  • a lower portion 84 of the design range A there are relatively low agility requirements, with the high pressure compressor and associated second turbine 46 (high pressure turbine) operating at high throughput capacities. This is one
  • Design area A have high agility requirements.
  • the high-pressure compressor and the high-pressure turbine are operated with relatively low throughput capacities.
  • the low-pressure compressor Although it is traversed by air, provide a very small to vanishingly small first pressure ratio TT nd , since the first variable turbine geometry 77 of the associated first turbine 42 (low-pressure turbine) generally only very low exhaust gas flow rates or no exhaust gas flow rates in their closed position lets through.
  • the high-pressure compressor may deliver very high second pressure ratios TT H D even at low rotational speeds of the internal combustion engine 10.
  • the first variable turbine geometry 77 is opened, so that the effective flow cross section of the first turbine 42 is opened.
  • the second pressure level P 2 N of the high-pressure compressor or the first pressure ratio TT nd of the low-pressure compressor increases.
  • a quotient in a range from at least substantially 0.7 to 0.9 could be set in the nominal point of the internal combustion engine which is denoted by N.
  • the volume flow of the high-pressure compressor by adjusting the second pressure level P 2 N or a
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the internal combustion engine 10 according to FIG. 1.
  • the first compressor 20 is assigned a bypass device 88, which comprises a bypass line 90 and a valve element 92.
  • the bypass line 90 is connected on the one hand upstream of the first compressor 20 to the intake manifold 16.
  • the bypass line 90 is fluidly connected to the intake manifold 16 downstream of the first compressor 20. Air can thus bypass the first compressor wheel 24 via the bypass line 90, so that the air is not compressed by the first compressor wheel 24.
  • the bypass device 88 can be easily in at least substantially completely closed, first variable turbine geometry 77 and thus at least substantially deactivated first turbine 42nd
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the internal combustion engine 10, in which the first compressor 20 has a first adjusting device 94.
  • the first adjusting device 94 By means of the first adjusting device 94, flow conditions of the first compressor 20 for the air flowing through the first compressor 20 can be variably set.
  • the first adjusting device 94 thus represents a variability by means of which the first compressor 20 can be adapted to different mass flows of the air. Thus, the fact is taken into account that the entire air mass flow on low compressor activity of the background compressor through its flow channels
  • the first adjusting device 94 can be regulated by means of the regulating device 76.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the internal combustion engine 10, in which now the second compressor 26 has a second adjusting device 96, by means of which flow conditions of the second compressor 26 for the second
  • Compressor 26 can be adjusted by flowing air.
  • the compressors and the turbines of exhaust gas turbochargers with regard to their flow geometry to design particularly small, in short times to provide high boost pressures and air volumes of the internal combustion engine.
  • Parting devices 94, 96 provided by means of which flow cross-sections upstream and / or downstream of the compressor wheels 24, 30 are variably adjustable.
  • FIGS. 5a-b show possibilities for the representation of the adjusting devices 94, 96 of the compressors 20, 26.
  • the adjusting devices 94, 96 comprise a cone slide 98 which is displaceable at least substantially in the axial direction, by means of which the flow surface downstream of the compressor wheels 24, 30 is variable is adjustable.
  • an axial slide element 100 is provided, by means of which the
  • Flow area upstream of the compressor wheels 24, 30 is adjustable.
  • Adjusting means 94, 96 with the cone slide 98 and the axial slide element 100 thereby represent wheel variability by means of which, in particular, the limits of the quotient of the low-pressure ratio and the high-pressure ratio can be expanded.
  • the cone slide 98 and the axial slide element 100 are coupled together by means of a suitable coupling device, so that both the
  • Taper slider 98 and the axial slide element 100 moves by means of a common actuator and so the corresponding flow cross sections can be adjusted.
  • FIG. 5 a shows the cone slide 98 and the axial slide element 100 in their respective maximum, which show the corresponding flow cross sections
  • the second turbine 46 of the internal combustion engine 10 according to FIGS. 1 to 4 is of single-flow design, then it is double-walled in the internal combustion engines 10 according to FIGS. 7 to 9 and has a first flow 102 and a second flow 104.
  • the first flow 102 is fluidically connected in fluid communication with two first of the four cylinders 12 of the internal combustion engine 10.
  • the second flood 104 is fluidly connected to the two other, second of the four cylinders 12.
  • the first flow 102 is a first flow throughput parameter associated with ⁇ ⁇ 2. ⁇ 2, while the second flow 104 is a second flood throughput parameter ⁇ ⁇ 2, ⁇ assigned.
  • Exhaust gas mass flow rate through the first flood 102 With m 104 , the exhaust gas mass flow rate through the second flood 104 is designated. Further, ⁇ 102, the total temperature at the turbine inlet of the first flood 102, T 104 denote the total temperature of the exhaust gas at m 104 .
  • the exhaust gas recirculation line 58 is fluidically connected to the first flow 102 at the branch point 60.
  • the first flood 102 is also referred to as EGR (EGR) exhaust and the first cylinders as EGR.
  • EGR EGR
  • the first flood 102 thus serves in particular to represent a desired Aufstau to represent an advantageous exhaust gas recirculation with relatively high exhaust gas recirculation rates.
  • the second flow 104 serves, in particular, to represent a desired combustion air ratio ⁇ , for which reason the second flow 104 is also referred to as the ⁇ flow and the second cylinders as ⁇ cylinders.
  • the flow rate parameters differ ⁇ ⁇ 2 102 and ⁇ ⁇ 2 , ⁇ 4 - where it is in the advantageous combination circuit of the turbines 42, 46 for
  • asymmetric turbine than the second turbine 46 comes with which an optimal vote on fuel consumption and NO x - emissions (nitrogen oxide emissions) is possible over the dimensions.
  • the floods 102, 104 are their respective ones
  • both exhaust gas turbochargers 22, 28 are operated at the same turbine pressure ratio of the ⁇ cylinder in the internal combustion engine 10 according to FIGS. 7 to 9 at the nominal point of the internal combustion engine 10, but not necessarily with the same exhaust gas turbocharger speeds and turbine throughputs. Nor does it have to be a division of the compressor pressure ratios of the two compressors 20, 26 result.
  • a particularly important role for exhaust gas recirculation plays the twin-flow
  • asymmetric second turbine 46 whose generally limited absorption capacity of the ⁇ -wave with fixed geometry, that is without variable turbine geometry, by the connection by means of the first variable turbine geometry 77 in the
  • Flow cross-sections is optimally expandable.
  • the ⁇ cylinders and the EGR cylinders are summarized according to the firing order 2-4 and 1-3.
  • the internal combustion engine 10 according to FIG. 8 has six cylinders 12, wherein first of the cylinders 12 are fluidically connected to the first flow 102 and thus are the EGR cylinders.
  • the three other second of the cylinders 12 are fluidly connected to the second flood 104 and represent the ⁇ -cylinder.
  • Solid geometry turbine is so has no variable turbine geometry.
  • Exhaust gas recirculation rates in the overall map of the internal combustion engine 10 may be required. These requirements for the exhaust gas recirculation can be handled with the circuit shown in FIG. 9.
  • variable first turbine 42 is connected in parallel to the EGR flood of the second turbine 46, whereby a so-called AGR variability can be realized.
  • the absorption capacity of the asymmetrical second turbine 46 on the side of its EGR flood is generally very small in the second turbine 46 designed as a solid geometry turbine, since the parallel connection of the variable first turbine 42 results in a permanent optimum flow cross-sectional adaptation to the EGR system. requirement
  • the second turbine 46 has an adjusting device, which is arranged, for example, in the ⁇ -flood at least substantially directly upstream of the second turbine wheel 48.
  • the adjusting device of the second Turbine 46 thus represents a second variable turbine geometry, by means of which the second turbine 46 can be variably adjusted, in particular with regard to its effective flow cross section through which exhaust gas can flow, and adapted to different operating points.
  • the two variable turbine geometries thus represent variabilities which can be distributed in each case to the turbines 42, 46, which leads to a high potential in the optimization of the supercharged internal combustion engine 10.

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Abstract

The invention relates to an internal combustion engine (10), in particular for a motor vehicle, comprising an intake duct (16) via which air can be delivered to the internal combustion engine (10) and in which, in the flow direction of the air through the intake duct (16), a first compressor (20) of a first exhaust gas turbocharger (22) is disposed and a second compressor (26) of a second exhaust gas turbocharger (28) is arranged downstream of the first compressor (20), wherein said second compressor is series-connected to said first compressor (20) and can compress the air. The internal combustion engine further comprises an exhaust gas duct (40) through which exhaust gas from the internal combustion engine (10) can flow and in which a first turbine (42) of the first exhaust gas turbocharger (22) by means of which the first compressor (20) can be driven and at least one second turbine (46) of the second exhaust gas turbocharger (28) by means of which the second compressor (26) can be driven are arranged, wherein the turbines (42, 46) are connected in parallel to one another with regard to the flow of the exhaust gas through the exhaust gas duct (40).

Description

Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für einen Kraftwagen  Internal combustion engine, in particular for a motor vehicle
Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für einen The invention relates to an internal combustion engine, in particular for a
Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Motor vehicle, according to the preamble of claim 1.
Die DE 10 2009 006 359 A1 offenbart eine Vorrichtung zur variablen DE 10 2009 006 359 A1 discloses a device for variable
Abgasturboaufladung und Abgasrückführung einer Verbrennungskraftmaschine. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst einen Ansaugtrakt, über welchen der Exhaust gas turbocharging and exhaust gas recirculation of an internal combustion engine. The internal combustion engine comprises an intake tract over which the
Verbrennungskraftmaschine Luft zuführbar ist. In Strömungsrichtung der Luft durch den Ansaugtrakt sind ein erster Verdichter eines ersten Abgasturboladers und stromab des ersten Verdichters ein zu dem ersten Verdichter seriell geschalteter zweiter Verdichter eines zweiten Abgasturbbladers angeordnet. Mittels der Verdichter ist die der Internal combustion engine air can be supplied. In the flow direction of the air through the intake tract, a first compressor of a first exhaust-gas turbocharger and downstream of the first compressor, a second compressor of a second exhaust-gas supercharger serially connected to the first compressor are arranged. By means of the compressor is the
Verbrennungskraftmaschine zuzuführende Luft zu verdichten. To compress internal combustion engine supplied air.
Die Verbrennungskraftmaschine weist ferner einen von Abgas der The internal combustion engine further includes an exhaust gas of the
Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Abgastrakt auf, in welchem eine erste Turbine des ersten Abgasturboladers sowie eine zweite Turbine des zweiten Internal combustion engine through-flow exhaust tract, in which a first turbine of the first exhaust gas turbocharger and a second turbine of the second
Abgasturboladers angeordnet sind. Der erste Verdichter ist dabei mittels der ersten Turbine antreibbar. Ferner ist der zweite Verdichter mittels der zweiten Turbine antreibbar. Exhaust gas turbocharger are arranged. The first compressor can be driven by means of the first turbine. Furthermore, the second compressor can be driven by means of the second turbine.
Den Turbinen sind jeweilige Umgehungseinrichtungen zugeordnet, über welche die entsprechende Turbine von Abgas zu umgehen ist. Die Umgehungseinrichtungen werden auch als Abblaseeinrichtungen bezeichnet, mittels welchen Abgas stromauf der jeweiligen Turbine abgeblasen wird. Das abgeblasene Abgas kann die entsprechende Turbine umgehen und treibt diese nicht an. The turbines are associated with respective bypass devices via which the corresponding turbine is to bypass the exhaust gas. The bypass devices are also referred to as blow-off devices, by means of which exhaust gas is blown off upstream of the respective turbine. The exhaust gas blown off can bypass the corresponding turbine and does not drive it.
Aufgrund hoher Anforderungen an ein agiles Fahrverhalten sowie der Forderung nach sehr hohen stationären Motormomenten werden Turbinen von Abgasturboladern derartiger Vorrichtungen mit relativ kleinen Eintrittsdüsenflächen sowie Radausströmungsflächen verwendet. Bei relativ hohen Motordrehzahlen werden die Abblaseeinrichtungen für eine Strömungsflächenvergrößerung der Turbinen genutzt. Die Abblaseeinrichtungen wirken sich dabei negativ auf den Kraftstoffverbrauch aus, da das Abgas ungenutzt an der entsprechenden Turbine vorbeigeführt wird. Due to high demands on an agile driving behavior as well as the demand for very high stationary engine torques turbines of exhaust gas turbochargers used such devices with relatively small inlet nozzle surfaces and Radausströmungsflächen. At relatively high engine speeds, the blow-off devices are used for a flow area enlargement of the turbines. The blow-off devices have a negative effect on the fuel consumption, since the exhaust gas is passed unused to the corresponding turbine.
Es hat sich auch gezeigt, dass Radeintrittsvariabilitäten der Turbinen, d.h. variable Turbinengeometrien, nicht zur Darstellung ausreichend großer Strömungsflächen für die gesamte Volllastlinie nicht ausreichen können, weshalb auch zusätzlich aufgrund einer eingeschränkten Durchsatzfähigkeit des entsprechenden Turbinenrads der Turbine ein relativ großer Kennfeldbereich des Kennfeldes der Verbrennungskraftmaschine vorgesehen ist, in welchem Abgas abgeblasen wird. It has also been found that wheel inlet variabilities of the turbines, i. Variable turbine geometries, not sufficient to show sufficiently large flow areas for the entire full load line can not be sufficient, which is why a relatively large map range of the map of the internal combustion engine is also provided due to a limited throughput capability of the corresponding turbine of the turbine, in which exhaust gas is blown off.
Insbesondere bei Verbrennungskraftmaschine, die nach dem so genannten Downsizing- Prinzip ausgebildet sind, werden zweistufige Aufladeeinrichtungen wie die bekannte Vorrichtung verwendet, wobei insbesondere bei der in Strömungsrichtung des Abgases durch den Abgastrakt stromab der zweiten Turbine angeordneten ersten Turbine schon bei relativ geringen Motordrehzahlen, bezogen auf die Motordrehzahl des maximalen Motormoments, sehr hohe Abblaseraten vorgesehen werden, um ein befriedigendes Fahrverhalten der stark aufgeladenen Verbrennungskraftmaschine zu realisieren. In particular, in internal combustion engine, which are designed according to the so-called downsizing principle, two-stage superchargers are used as the known device, in particular in the flow direction of the exhaust gas through the exhaust gas downstream of the second turbine arranged first turbine already at relatively low engine speeds, based on the engine speed of the maximum engine torque, very high Abblaseraten be provided in order to realize a satisfactory performance of the highly-supercharged internal combustion engine.
Die negativen Folgen sind neben transienten Unstetigkeiten insbesondere des zweiten Verdichters relativ schlechte Ladungswechsel der Verbrennungskraftmaschine mit hohen Kraftstoffverbräuchen insbesondere in einer oberen Hälfte des Motordrehzahlbereichs bei hoher Last. Zudem ist eine nicht unaufwändige Regelung bzw. Steuerung vonnöten, um diesen Problemen wenigstens ansatzweise zu entgegnen. The negative consequences are, in addition to transient discontinuities, in particular of the second compressor, relatively poor charge changes of the internal combustion engine with high fuel consumption, in particular in an upper half of the engine speed range at high load. In addition, a not inconvenient regulation or control is needed to counter these problems at least rudimentary.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, dass diese ein verbessertes It is therefore an object of the present invention to further develop an internal combustion engine of the type mentioned above in such a way that it has an improved design
Fahrverhalten aufweist. Has driveability.
Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für einen Kraftwagen, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte This object is achieved by an internal combustion engine, in particular for a motor vehicle, with the features of patent claim 1. advantageous
Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben. Eine solche Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für einen Kraftwagen, weist einen Ansaugtrakt auf, über welchen der Verbrennungskraftmaschine Luft zuführbar ist. In Strömungsrichtung der Luft durch den Ansaugtrakt ist in dem Ansaugtrakt ein erster Verdichter eines ersten Abgasturboladers angeordnet. Stromab des ersten Verdichters ist ein zu dem ersten Verdichter seriell geschalteter zweiter Verdichter eines zweiten Embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the remaining claims. Such an internal combustion engine, in particular for a motor vehicle, has an intake tract, via which air can be supplied to the internal combustion engine. In the flow direction of the air through the intake tract, a first compressor of a first exhaust gas turbocharger is arranged in the intake tract. Downstream of the first compressor is a second compressor, serially connected to the first compressor, of a second compressor
Abgasturboladers in dem Ansaugtrakt angeordnet. Mittels der Verdichter ist die Luft zu verdichten. Exhaust gas turbocharger arranged in the intake. The air is to be compressed by means of the compressors.
Die Verbrennungskraftmaschine umfasst ferner einen von Abgas der The internal combustion engine further includes one of exhaust gas of
Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Abgastrakt. In dem Abgastrakt ist eine erste Turbine des ersten Abgasturboladers sowie eine zweite Turbine des zweiten Abgasturboladers angeordnet. Mittels der ersten Turbine ist der erste Verdichter antreibbar. Mittels der zweiten Turbine ist der zweite Verdichter antreibbar. Internal combustion engine throughflowable exhaust tract. A first turbine of the first exhaust gas turbocharger and a second turbine of the second exhaust gas turbocharger are arranged in the exhaust gas tract. By means of the first turbine, the first compressor is drivable. By means of the second turbine, the second compressor is drivable.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Turbinen hinsichtlich der Strömung des Abgases durch den Abgastrakt parallel zueinander angeordnet sind. Dadurch ist eine relativ einfache Verschaltung der Abgasturbolader mit der zugehörigen According to the invention, it is provided that the turbines are arranged parallel to one another with respect to the flow of the exhaust gas through the exhaust tract. As a result, a relatively simple connection of the exhaust gas turbocharger with the associated
Verbrennungskraftmaschine realisiert, die ein zumindest im Wesentlichen kontinuierliches Zu- und Abschalten eines der Abgasturbolader ermöglicht. Dadurch entstehen in Internal combustion engine realized that allows at least substantially continuous switching on and off of the exhaust gas turbocharger. This creates in
Umschaltphasen, in welchen zwischen einem ersten Betrieb, bei welchem beide Switchover phases, in which between a first operation, in which both
Abgasturbolader betrieben werden, und einem zweiten Betrieb, in welchem lediglich einer der Abgasturbolader betrieben wird, umgeschaltet wird, keine oder nur sehr geringe und unmerkliche Unstetigkeiten hinsichtlich der Bereitstellung von Motordrehmomenten mittels der Verbrennungskraftmaschine. Die Verbrennungskraftmaschine weist somit ein verbessertes Fahrverhalten auf. Are exhaust turbocharger operated, and a second operation in which only one of the exhaust gas turbocharger is operated, is switched, no or very little and imperceptible discontinuities in the provision of engine torque by means of the internal combustion engine. The internal combustion engine thus has an improved driving behavior.
Die Verbrennungskraftmaschine kann dabei als Ottomotor, Dieselmotor, Dieselottomotor oder anderweitige Verbrennungskraftmaschine ausgebildet sein. Die erfindungsgemäße Schaltung der Abgasturbolader mit der Verbrennungskraftmaschine ist insbesondere vorteilhaft bei einem Ottomotor, welcher vorzugsweise mit einem The internal combustion engine can be designed as a gasoline engine, diesel engine, diesel engine or other internal combustion engine. The inventive circuit of the exhaust gas turbocharger with the internal combustion engine is particularly advantageous in a gasoline engine, which preferably with a
Verbrennungsluftverhältnis λ von zumindest im Wesentlichen 1 betrieben wird. Die erfindungsgemäße Schaltung der Abgasturbolader und der Verbrennungskraftmaschine vermeidet in den Umschaltphasen auch unerwünschte Schwankungen des Combustion air ratio λ of at least substantially 1 is operated. The inventive circuit of the exhaust gas turbocharger and the internal combustion engine avoids unwanted fluctuations in the switching phases
Verbrennungsluftverhältnisses. Combustion air ratio.
Die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine weist somit einen besonders vorteilhaften, agilen und effizienten Betrieb mit einem angenehmen Fahrverhalten auf. Darüber hinaus können die Kosten der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine aufgrund der einfachen Schaltung gering gehalten werden. Zudem kann die The internal combustion engine according to the invention thus has a particularly advantageous, agile and efficient operation with a pleasant driving behavior. In addition, the cost of the internal combustion engine according to the invention can be kept low due to the simple circuit. In addition, the
erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine besonders effizient und damit mit einem nur geringen Kraftstoffverbrauch betrieben werden, da sich die eingangs geschilderte Abblasung von Abgas vermeiden lässt oder in sehr geringen Grenzen gehalten werden kann. Dies geht mit geringen C02-Emissionen einher. Internal combustion engine according to the invention are particularly efficient and thus operated with only low fuel consumption, since the above-mentioned blow-off of exhaust gas can be avoided or can be kept within very narrow limits. This is associated with low C0 2 emissions.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist die Luft mittels des zweiten Verdichters von einem ersten Druckniveau stromauf des zweiten Verdichters und stromab des ersten Verdichters auf ein zweites Druckniveau stromab des zweiten Verdichters stärker verdichtbar als die Luft mittels des ersten Verdichters von einem dritten Druckniveau stromauf des ersten Verdichters auf ein viertes Druckniveau stromab des ersten In a further advantageous embodiment, the air by means of the second compressor from a first pressure level upstream of the second compressor and downstream of the first compressor to a second pressure level downstream of the second compressor more compressible than the air by means of the first compressor from a third pressure level upstream of the first compressor a fourth pressure level downstream of the first
Verdichters und stromauf des zweiten Verdichters verdichtbar ist. Mit anderen Worten ist der stromab des ersten Verdichters angeordnete und seriell zu diesem geschaltete zweite Verdichter im Vergleich zum ersten Verdichter der Hochdruck-Verdichter. Der erste Verdichter ist somit der Niederdruck-Verdichter. Dies führt zu einem besonders vorteilhaften Betrieb der Verbrennungskraftmaschine. Compressor and upstream of the second compressor is compressible. In other words, the second compressor arranged downstream of the first compressor and connected in series therewith is the high-pressure compressor in comparison to the first compressor. The first compressor is thus the low-pressure compressor. This leads to a particularly advantageous operation of the internal combustion engine.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist wenigstens eine der Turbinen, insbesondere die erste Turbine, eine variable Turbinengeometrie auf. Mittels der Turbinengeometrie kann die zugehörige Turbine an unterschiedliche Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine und somit an unterschiedliche Massen- bzw. In a further advantageous embodiment of the invention, at least one of the turbines, in particular the first turbine, a variable turbine geometry. By means of the turbine geometry, the associated turbine at different operating points of the internal combustion engine and thus to different mass or
Volumenströme des Abgases angepasst werden. Dies kommt dem effizienten Betrieb der entsprechenden Turbine und damit der Verbrennungskraftmaschine zugute. Volume flow of the exhaust gas can be adjusted. This benefits the efficient operation of the corresponding turbine and thus the internal combustion engine.
Bei der variablen Turbinengeometrie handelt es sich insbesondere um einen The variable turbine geometry is in particular a
Drallerzeuger, welcher für eine vorteilhafte Anströmung eines zugeordneten Turbinenrads sorgt. Mittels der variablen Turbinengeometrie ist durch Verstellen dieser auch ein effektiver Strömungsquerschnitt der dazugehörigen Turbine variabel einstellbar. Swirl generator, which ensures an advantageous flow of an associated turbine wheel. By means of the variable turbine geometry, an effective flow cross-section of the associated turbine can also be variably adjusted by adjusting it.
Dabei muss nicht notwendigerweise vorgesehen sein, dass der effektive It need not necessarily be provided that the effective
Strömungsquerschnitt mittels der variablen Turbinengeometrie bis auf sehr kleine Werte zu verengen ist. Vorteilhafterweise sind Leckagen der die variable Turbinengeometrie aufweisenden Turbine in einer Schließposition der variablen Turbinengeometrie, in welcher der effektive Strömungsquerschnitt maximal verengt ist, sehr gering und im Wesentlichen Null, so dass in der Schließstellung der variablen Turbinengeometrie die zugehörige Turbine von dem Abgas zumindest im Wesentlichen nicht angetrieben und somit abgeschaltet ist. Dann befindet sich lediglich die andere Turbine, welche keine variable Turbinengeometrie aufweist bzw. deren variable Turbinengeometrie sich in einer Offenstellung befindet, von Abgas angetrieben wird. Flow cross-section using the variable turbine geometry is to narrow to very small values. Advantageously, leaks of the variable turbine geometry having turbine in a closed position of the variable turbine geometry, in which the effective flow cross-section is maximally narrowed, very low and substantially zero, so that in the closed position of the variable turbine geometry, the associated turbine of the exhaust gas at least substantially not driven and thus turned off. Then there is only the other turbine, which has no variable turbine geometry or whose variable turbine geometry is in an open position, is driven by exhaust gas.
In weiterer besonders vorteilhafter Ausführung weist wenigstens einer der Verdichter eine Einsteileinrichtung auf, mittels welcher Strömungsbedingungen für die diesen wenigstens einen Verdichter durchströmende Luft variabel einstellbar ist. Die EinStelleinrichtung stellt somit eine variable Strömungsgeometrie für den zugehörigen Verdichter bereit, durch welche der zugehörige Verdichter bedarfsgerecht an unterschiedliche Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine und damit an unterschiedliche Massen- bzw. Volumenströme der diesen Verdichter durchströmenden Luft anpassbar ist. Dies führt zu einem In a further particularly advantageous embodiment, at least one of the compressors has an adjusting device, by means of which flow conditions for the air flowing through these at least one compressor can be variably adjusted. The adjusting device thus provides a variable flow geometry for the associated compressor, by means of which the associated compressor can be adapted as required to different operating points of the internal combustion engine and thus to different mass or volume flows of the air flowing through this compressor. This leads to a
besonders effizienten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine. particularly efficient operation of the internal combustion engine.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens einem der Verdichter, insbesondere dem ersten Verdichter, eine Umgehungseinrichtung In a further advantageous embodiment of the invention, at least one of the compressors, in particular the first compressor, a bypass device
zugeordnet, über welche dieser wenigstens eine Verdichter von der Luft umgehbar ist. Die diesen wenigstens einen Verdichter umgehende Luft wird somit von diesem wenigstens einen Verdichter nicht verdichtet. Die Umgehungseinrichtung stellt eine besonders einfache und kostengünstige Möglichkeit dar, Strömungsverluste gering zu halten und eine Variabilität auf Verdichterseite zu schaffen. assigned, via which this at least one compressor is bypassed by the air. The at least one compressor bypassing air is thus not compressed by this at least one compressor. The bypass device provides a particularly simple and cost-effective way to minimize flow losses and to create a variability on the compressor side.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die zweite Turbine wenigstens zwei bereichsweise fluidisch voneinander getrennte Fluten auf. Dadurch ist es möglich, eine besonders vorteilhafte Abgasrückführung bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine durchzuführen, um dadurch insbesondere ihre Stickoxid- und Partikel-Emissionen gering zu halten. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the second turbine at least two partially fluidly separated from each other floods. This makes it possible to carry out a particularly advantageous exhaust gas recirculation in the internal combustion engine according to the invention, in order to keep in particular their nitrogen oxide and particulate emissions low.
Mittels der zwei Fluten ist ein weiterer Freiheitsgrad bei der erfindungsgemäßen By means of the two floods is a further degree of freedom in the inventive
Verbrennungskraftmaschine dargestellt, mittels welchem bis zu hohen Lasten Abgas vom Abgastrakt zum Ansaugtrakt rückgeführt und in den Ansaugtrakt eingeführt werden kann, ohne dass Ladungswechsel der Verbrennungskraftmaschine eine unerwünscht große Benachteiligung hinsichtlich eines erhöhten Kraftstoffverbrauchs erfahren. Internal combustion engine shown by means of which can be recycled to high loads exhaust gas from the exhaust system to the intake and introduced into the intake without experiencing charge changes of the internal combustion engine an undesirably large disadvantage in terms of increased fuel consumption.
Die Abgasrückführung ist besonders dann vorteilhaft möglich, wenn die Fluten Exhaust gas recirculation is particularly advantageous when the floods
asymmetrisch zueinander ausgebildet sind. Dabei sind die Fluten insbesondere hinsichtlich ihrer jeweiligen, von Abgas durchströmbaren Strömungsquerschnitte asymmetrisch zueinander, das heißt unterschiedlich voneinander ausgebildet. Vorzugsweise weist eine der Fluten einen kleineren Strömungsquerschnitt auf als die andere Flut. Mittels dieses kleinen Strömungsquerschnitts kann ein vorteilhaftes are formed asymmetrically to each other. In this case, the floods are asymmetrical with respect to one another, in particular with regard to their respective flow cross-sections through which exhaust gas can flow, that is to say they are formed differently from one another. Preferably, one of the floods has a smaller flow cross-section than the other flood. By means of this small flow cross-section can be an advantageous
Aufstauverhalten dargestellt werden, so dass hohe Mengen an Abgas rückführbar sind. Aufstauverhalten be presented so that high amounts of exhaust gas are traceable.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist die zweite Turbine eine erste Anzahl an Fluten auf, wobei die erste Anzahl wenigstens zwei beträgt. Die erste Turbine ist lediglich mit einer als die erste Anzahl geringeren zweiten Anzahl an Fluten der zweiten Turbine fluidisch verbunden. Mit anderen Worten, weist die zweite Turbine zwei Fluten auf, so ist die erste Turbine vorteilhafterweise lediglich mit einer der Fluten fluidisch verbunden und hinsichtlich dieser einen Flut parallel zu der ersten Turbine geschaltet. Dies stellt eine sehr vorteilhafte Verschattung der beiden Turbinen dar, was zu einer sehr guten In a further advantageous embodiment, the second turbine has a first number of floods, wherein the first number is at least two. The first turbine is only fluidically connected to a second number of flows of the second turbine, which number is smaller than the first number. In other words, if the second turbine has two floods, then the first turbine is advantageously only fluidically connected to one of the flows and connected in parallel with the first turbine with respect to this. This represents a very advantageous shading of the two turbines, resulting in a very good
Betreibbarkeit und damit zu einem sehr guten Fahrverhalten der Operability and thus a very good driving behavior of
Verbrennungskraftmaschine führt. Internal combustion engine leads.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing. The features mentioned above in the description and
Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Feature combinations as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures are not only in the respectively indicated combination but also in others
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Combinations or alone, without departing from the scope of the invention.
Die Zeichnung zeigt in: The drawing shows in:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Verbrennungskraftmaschine für einen Fig. 1 is a schematic diagram of an internal combustion engine for a
Kraftwagen, welche mittels zweier Abgasturbolader aufladbar ist;  Motor vehicle, which can be charged by means of two exhaust gas turbochargers;
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung einer weiteren Ausführungsform der Fig. 2 is a schematic diagram of another embodiment of the
Verbrennungskraftmaschine gemäß Fig. 1 ;  Internal combustion engine according to FIG. 1;
Fig. 3 eine Prinzipdarstellung einer weiteren Ausführungsform der Fig. 3 is a schematic diagram of another embodiment of the
Verbrennungskraftmaschine gemäß den Fig. 1 und 2;  Internal combustion engine according to Figures 1 and 2.
Fig. 4 eine Prinzipdarstellung einer weiteren Ausführungsform der 4 is a schematic diagram of another embodiment of the
Verbrennungskraftmaschine gemäß den Fig. 1 bis ; Fig. 5a ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht eines Verdichters einer der Abgasturbolader gemäß den Fig. 1 bis ; Internal combustion engine according to FIGS. 1 to; 5a shows a detail of a schematic longitudinal sectional view of a compressor of one of the exhaust gas turbocharger according to FIGS. 1 to;
Fig. 5b ausschnittsweise eine weitere schematische Längsschnittansicht des FIG. 5b a detail of a further schematic longitudinal sectional view of the
Verdichters gemäß Fig. 5a;  Compressor according to Fig. 5a;
Fig. 6 eine Prinzipdarstellung zur Veranschaulichung der Funktionen der 6 is a schematic diagram for illustrating the functions of
Verbrennungskraftmaschine mit den zwei Abgasturboladem gemäß den Fig. 1 bis 4.  Internal combustion engine with the two exhaust gas turbocharger according to FIGS. 1 to 4.
Fig. 7 eine Prinzipdarstellung einer weiteren Ausführungsform der 7 is a schematic diagram of another embodiment of the
Verbrennungskraftmaschine gemäß Fig. 1 ;  Internal combustion engine according to FIG. 1;
Fig. 8 eine Prinzipdarstellung einer weiteren Ausführungsform der 8 is a schematic diagram of another embodiment of the
Verbrennungskraftmaschine gemäß Fig. 7; und  Internal combustion engine according to FIG. 7; and
Fig. 9 eine Prinzipdarstellung einer weiteren Ausführungsform der 9 is a schematic diagram of another embodiment of the
Verbrennungskraftmaschine gemäß Fig. 7;  Internal combustion engine according to FIG. 7;
Die Fig. 1 zeigt eine Verbrennungskraftmaschine 10 mit vorliegend vier Zylindern 12. Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst eine Kurbelwelle 14, über welche ein 1 shows an internal combustion engine 10 with four cylinders 12 present. The internal combustion engine 10 comprises a crankshaft 14, via which a
Drehmoment von der Verbrennungskraftmaschine 10 abgeführt werden kann. Torque can be dissipated from the internal combustion engine 10.
Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst ferner einen Ansaugtrakt 16, über welchen der Verbrennungskraftmaschine 10 Luft zuführbar ist. In dem Ansaugtrakt 16 ist ein Luftfilter 18 angeordnet, welcher die von der Verbrennungskraftmaschine angesaugte Luft filtert. Darüber hinaus ist in dem Ansaugtrakt 16 ein erster Verdichter 20 eines ersten Abgasturboladers 22 angeordnet. Der erste Verdichter 20 umfasst ein erstes The internal combustion engine 10 further comprises an intake tract 16, via which the internal combustion engine 10 can be supplied with air. In the intake duct 16, an air filter 18 is arranged, which filters the air sucked by the internal combustion engine. In addition, a first compressor 20 of a first exhaust gas turbocharger 22 is arranged in the intake tract 16. The first compressor 20 includes a first one
Verdichterrad 24 zum Verdichten der angesaugten Luft. Compressor 24 for compressing the intake air.
In Strömungsrichtung der Luft durch den Ansaugtrakt 16 ist stromab des ersten In the flow direction of the air through the intake tract 16 is downstream of the first
Verdichters 20 ein zweiter Verdichter 26 eines zweiten Abgasturboladers 28 angeordnet. Der zweite Verdichter 26 umfasst ein zweites Verdichterrad 30, mittels welchem die Luft zu verdichten ist. Der zweite Verdichter 26 ist dabei seriell zu dem ersten Verdichter 20 geschaltet. Durch die seriell zueinander geschalteten Verdichter 20, 26 ist eine zweistufige, serielle Verdichtung der Luft dargestellt. Im Vergleich zum ersten Verdichter 20 kann der zweite Verdichter 26 die Luft stärker verdichten. Dies bedeutet, dass der zweite Verdichter 26 der Hochdruck-Verdichter ist, während der erste Verdichter 20 der Niederdruck-Verdichter ist. Compressor 20, a second compressor 26 of a second exhaust gas turbocharger 28 is arranged. The second compressor 26 comprises a second compressor wheel 30, by means of which the air is to be compressed. The second compressor 26 is connected in series to the first compressor 20. By the serially connected compressors 20, 26 a two-stage, serial compression of the air is shown. Compared to the first compressor 20, the second compressor 26 can more compress the air. This means that the second compressor 26 is the high-pressure compressor, while the first compressor 20 is the low-pressure compressor.
Somit ist ein erstes Druckverhältnis TTND = P2N PI des Niederdruck-Verdichters geringer als ein zweites Druckverhältnis TTHD = Ρ2Η Ρ2Ν· Mit P ist dabei ein erstes Druckniveau der Luft stromauf des ersten Verdichters 20 bezeichnet. P2N bezeichnet ein zweites Thus, a first pressure ratio TT ND = P 2 N PI of the low-pressure compressor is less than a second pressure ratio TT H D = Ρ2Η Ρ2Ν · Here, P denotes a first pressure level of the air upstream of the first compressor 20. P 2 N denotes a second one
Druckniveau stromab des ersten Verdichters 20 und stromauf des zweiten Verdichters 26, auf welches die Luft ausgehend von dem ersten Druckniveau P mittels des ersten Verdichters 20 verdichtet wird. P2H bezeichnet ein drittes Druckniveau, auf welches die Luft ausgehend von dem zweiten Druckniveau P2N mittels des zweiten Verdichters 26 verdichtet wird. Pressure level downstream of the first compressor 20 and upstream of the second compressor 26, to which the air is compressed from the first pressure level P by means of the first compressor 20. P 2 H denotes a third pressure level to which the air is compressed by means of the second compressor 26, starting from the second pressure level P 2N .
Bei der Verdichtung wird die Luft erwärmt. Zur Darstellung besonders hoher Aufladegrade ist zwischen den Verdichtern 20, 26 ein Zwischenkühler 32 angeordnet, mittels welchem die verdichtete Luft gekühlt wird. Stromab des zweiten Verdichters 26 ist ein During compression, the air is heated. To display particularly high levels of charge, an intercooler 32 is arranged between the compressors 20, 26, by means of which the compressed air is cooled. Downstream of the second compressor 26 is a
Ladeluftkühler 34 angeordnet, mittels welchem die Luft ebenso gekühlt wird. Stromab des Ladeluftkühlers 34 ist eine optionale Klappe 36 vorgesehen, mittels welcher die Menge der Luft eingestellt werden kann. Stromab der Klappe 36 weist die Luft einen Ladedruck P2S auf, mit welchem sie zu einem Ladeluftverteiler 38 in dem Ansaugtrakt 16 strömt. Mittels des Ladeluftverteilers 38 wird die verdichtete Luft auf die Zylinder 12 aufgeteilt. Intercooler 34 is arranged, by means of which the air is also cooled. Downstream of the intercooler 34, an optional flap 36 is provided, by means of which the amount of air can be adjusted. Downstream of the flap 36, the air has a boost pressure P 2S , with which it flows to a charge air manifold 38 in the intake manifold 16. By means of the charge air manifold 38, the compressed air is split on the cylinder 12.
Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst auch einen Abgastrakt 40, in welchem eine erste Turbine 42 des ersten Abgasturboladers 22 angeordnet ist. Die erste Turbine 42 umfasst ein erstes Turbinenrad 44, welches von Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10 antreibbar ist. Im Abgastrakt 40 ist ferner eine zweite Turbine 46 angeordnet, welche ein zweites Turbinenrad 48 umfasst. Auch das zweite Turbinenrad 48 ist von dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10 antreibbar. Dazu leiten entsprechende The internal combustion engine 10 also includes an exhaust tract 40, in which a first turbine 42 of the first exhaust gas turbocharger 22 is arranged. The first turbine 42 comprises a first turbine wheel 44, which can be driven by exhaust gas of the internal combustion engine 10. In the exhaust tract 40, a second turbine 46 is further arranged, which comprises a second turbine wheel 48. The second turbine wheel 48 can also be driven by the exhaust gas of the internal combustion engine 10. To do this, appropriate
Abgasverrohrungen des Abgastrakts 40 das Abgas zu den Turbinen 42, 46. Exhaust piping of the exhaust tract 40, the exhaust gas to the turbines 42, 46th
Der erste Abgasturbolader 22 umfasst eine erste Welle 50, mit welcher das erste The first exhaust gas turbocharger 22 includes a first shaft 50, with which the first
Turbinenrad 44 und das erste Verdichterrad 24 drehfest verbunden sind. Dadurch kann der erste Verdichter 20 von der ersten Turbine 42 angetrieben werden. Entsprechend dazu umfasst der zweite Abgasturbolader 28 eine zweite Welle 52, mit welcher das zweite Turbinenrad 48 und das zweite Verdichterrad 30 drehfest verbunden sind. Turbine 44 and the first compressor 24 are rotatably connected. As a result, the first compressor 20 can be driven by the first turbine 42. Correspondingly, the second exhaust gas turbocharger 28 comprises a second shaft 52, with which the second turbine wheel 48 and the second compressor wheel 30 are connected in a rotationally fixed manner.
Dadurch kann der zweite Verdichter 26 von der zweiten Turbine 46 angetrieben werden. Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, sind die Turbinen 22, 28 in dem Abgastrakt 40 parallel zueinander geschaltet. Dies bedeutet, dass die Turbinen 42, 46 mit dem zumindest im Wesentlichen gleichen, in Strömungsrichtung des Abgases durch den Abgastrakt 40 stromauf der Turbinen 42, 46 herrschenden Eintrittsdruck P3 des Abgases beaufschlagt wird. Mittels der Turbinen 42, 46 wird das Abgas ausgehend von dem Eintrittsdruck P3 entspannt, so dass es stromab der Turbine 42, 46 einen Austrittsdruck P4 aufweist. Thereby, the second compressor 26 can be driven by the second turbine 46. As can be seen from FIG. 1, the turbines 22, 28 in the exhaust tract 40 are connected in parallel with one another. This means that the turbines 42, 46 are acted upon by the inlet pressure P 3 of the exhaust gas prevailing in the flow direction of the exhaust gas through the exhaust tract 40 upstream of the turbines 42, 46, at least substantially the same. By means of the turbines 42, 46, the exhaust gas is expanded starting from the inlet pressure P 3 , so that it has an outlet pressure P 4 downstream of the turbine 42, 46.
Stromab der Turbinen 42, 46 ist wenigstens eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 54 im Abgastrakt 40 angeordnet, mittels welcher das Abgas gereinigt wird, bevor es an die Umgebung entlassen wird. Downstream of the turbines 42, 46 at least one exhaust aftertreatment device 54 is arranged in the exhaust tract 40, by means of which the exhaust gas is purified before it is discharged to the environment.
Zur Darstellung einer hohen Agilität und damit eines sehr guten Ansprechverhaltens insbesondere der zweiten Turbine 46 ist diese hinsichtlich ihrer Strömungsgeometrie relativ klein ausgelegt. Die erste Turbine 42 ist insbesondere zur Abdeckung eines hohen Durchsatzbedarfs und zur Darstellung eines geringen Kraftstoffverbrauchs ausgelegt und kann hinsichtlich ihrer Strömungsgeometrie größer ausgestaltet sein als die zweite Turbine 46. To illustrate a high degree of agility and thus a very good response especially of the second turbine 46, this is designed to be relatively small in terms of their flow geometry. The first turbine 42 is designed in particular to cover a high throughput requirement and to represent a low fuel consumption and can be made larger in terms of their flow geometry than the second turbine 46th
Mit ΦΤΙ,ΑΤ- ist der erste Durchsatzparameter des ersten Abgasturboladers 22 bzw. der ersten Turbine 42 gekennzeichnet. Mit ΦΤ2.ΑΤ. ist der zweite Durchsatzparameter des zweiten Abgasturboladers 28 bzw. der zweiten Turbine 46 gekennzeichnet. With Φ ΤΙ, ΑΤ - the first flow rate parameter of the first exhaust gas turbocharger 22 and the first turbine 42 is characterized. With Φ Τ2 . ΑΤ . the second flow rate parameter of the second exhaust gas turbocharger 28 or the second turbine 46 is characterized.
Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst ferner eine Abgasrückführeinrichtung 56 mit wenigstens einer Abgasrückführleitung 58, welche an einer Abzweigstelle 60 fluidisch mit dem Abgastrakt 40 verbunden ist. Die Abgasrückführleitung 58 ist an einer Einleitstelle 62 fluidisch mit dem Ansaugtrakt 16 verbunden. Mittels der Abgasrückführleitung 58 kann Abgas an der Abzweigstelle 60 abgezweigt, zu dem Ansaugtrakt 16 rückgeführt und an der Einleitstelle 62 in den Ansaugtrakt 16 eingeleitet werden. The internal combustion engine 10 further includes an exhaust gas recirculation device 56 with at least one exhaust gas recirculation line 58, which is fluidically connected to the exhaust gas tract 40 at a branch point 60. The exhaust gas recirculation line 58 is fluidically connected to the intake manifold 16 at an introduction point 62. By means of the exhaust gas recirculation line 58, exhaust gas can be branched off at the branching point 60, returned to the intake tract 16 and introduced into the intake tract 16 at the introduction point 62.
Die Einleitstelle 62 wird auch als Mischstelle M bezeichnet, da dort eine Vermischung der Luft mit dem Abgas stattfindet. Das Abgas in der Luft wirkt bei Verbrennungsvorgängen in den Zylindern 12 als Inertgas, welches die Temperaturen gering hält. So können The introduction point 62 is also referred to as a mixing point M, since there takes place a mixing of the air with the exhaust gas. The exhaust gas in the air acts as an inert gas in combustion processes in the cylinders 12, which keeps the temperatures low. So can
Stickoxid- und Partikel-Emissionen der Verbrennungskraftmaschine 10 gering gehalten werden. Nitrogen oxide and particulate emissions of the internal combustion engine 10 are kept low.
Zur Einstellung der Menge des rückzuführenden Abgases umfasst die To adjust the amount of recirculated exhaust gas includes the
Abgasrückführeinrichtung 56 ein Abgasrückführventil 64. Stromab des Abgasrückführventils 64 ist ein Abgasrückführkühler 66 vorgesehen, mittels welchem das rückgeführte Abgas zu kühlen ist. Exhaust gas recirculation device 56, an exhaust gas recirculation valve 64. Downstream of Exhaust gas recirculation valve 64, an exhaust gas recirculation cooler 66 is provided, by means of which the recirculated exhaust gas is to be cooled.
In der Abgasrückführleitung 58 ist ferner ein Druckmodulator 68 vorgesehen, mittels welchem Druckschwingungsanregungen, verursacht durch Auslasspulsationen der Verbrennungskraftmaschine 10, in der Abgasrückführleitung 58 soweit moduliert werden, dass im Bereich der Einleitstelle 62 keine oder nur sehr geringe wirksame In the exhaust gas recirculation line 58, a pressure modulator 68 is further provided, by means of which pressure oscillation excitations caused by Auslaßpulsationen the internal combustion engine 10, are modulated in the exhaust gas recirculation line 58 so far that in the region of the discharge point 62 no or only very small effective
Anregungsintensitäten mehr vorhanden sind. Der Druckmodulator 68 ist dabei stromab des Abgasrückführkühlers 66 und stromauf der Einleitstelle 62 angeordnet und umfasst ein Dämpfungsvolumen 70 sowie einen angepassten, effektiven und durch ein Stimulation intensities are more present. The pressure modulator 68 is arranged downstream of the exhaust gas recirculation cooler 66 and upstream of the discharge point 62 and comprises a damping volume 70 and a matched, effective and by a
entsprechendes Bauteil, beispielsweise eine Blende, gebildeten Zuströmquerschnitt 72 sowie einen angepassten, effektiven und durch ein entsprechendes Bauteil, corresponding component, such as a diaphragm, formed Zuströmquerschnitt 72 and an adapted, effective and by a corresponding component,
beispielsweise eine Blende, gebildeten Abströmquerschnitt 74, welche in Verbindung mit der Größe des Dämpfungsvolumens 70 eine starke Dämpfung der Druckschwingung und damit von Druckpulsationen an der Einleitstelle 62 verursachen. For example, a diaphragm, formed Abströmquerschnitt 74, which cause in conjunction with the size of the damping volume 70, a strong damping of the pressure oscillation and thus of pressure pulsations at the discharge point 62.
Die erste Turbine 42 umfasst ferner eine erste variable Turbinengeometrie 77, mittels welcher Strömungsbedingungen für das die erste Turbine 42 durchströmende Abgas variabel einstellbar sind. Insbesondere ist es möglich, einen effektiven The first turbine 42 further includes a first variable turbine geometry 77, by means of which flow conditions for the exhaust gas flowing through the first turbine 42 are variably adjustable. In particular, it is possible to have an effective
Strömungsquerschnitt der ersten Turbine 42 mittels der ersten variablen Flow cross-section of the first turbine 42 by means of the first variable
Turbinengeometrie 77 einzustellen, um somit die erste Turbine 42 an unterschiedliche Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine 10 und damit an unterschiedliche Volumen- bzw. Massenströmen des Abgases anzupassen. Bei der ersten variablen Turbinengeometrie 77 kann es sich beispielsweise um einen sog. Zungenschieber, einen Axialschieber oder eine anderweitige VerStelleinrichtung handeln. Adjust turbine geometry 77, so as to adapt the first turbine 42 to different operating points of the internal combustion engine 10 and thus to different volume and mass flows of the exhaust gas. The first variable turbine geometry 77 may be, for example, a so-called tongue slide, an axial slide or another adjusting device.
Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst ferner eine Regelungseinrichtung 76, mittels welcher das Abgasrückführventil 64 sowie die erste variable Turbinengeometrie 77 geregelt werden. The internal combustion engine 10 further comprises a control device 76, by means of which the exhaust gas recirculation valve 64 and the first variable turbine geometry 77 are regulated.
Durch Bewegung bzw. Verstellung der ersten variablen Turbinengeometrie 77 wird der effektive Strömungsquerschnitt gegebenenfalls von zumindest im Wesentlichen Null oder zumindest nahe Null auf einen vorgebbaren Sollwert größer als Null kontinuierlich geöffnet, wodurch die erste Turbine 42 kontinuierlich einen Zusatzströmungsquerschnitt zur zweiten Turbine 46 schafft. Der Zusatzströmungsquerschnitt bedeutet dabei eine kontinuierliche Leistungszuschaltung der ersten Turbine 42. Dabei steigt das zweite Druckniveau P2N stromauf des zweiten Verdichters 26, der in dieser Phase das By moving or adjusting the first variable turbine geometry 77, the effective flow cross section is optionally continuously opened from at least substantially zero or at least near zero to a predefinable setpoint value greater than zero, whereby the first turbine 42 continuously creates an additional flow cross section to the second turbine 46. The additional flow cross-section means a continuous power connection of the first turbine 42. The second increases Pressure level P 2N upstream of the second compressor 26, in this phase the
Hauptdruckverhältnis liefert, kontinuierlich an. Der variable effektive Main pressure ratio delivers, continuously. The variable effective
Strömungsquerschnitt der ersten Turbine 42 wirkt wie ein Abblaseventil stromauf der zweiten Turbine 46, jedoch mit dem Vorteil, dass der Ladungswechsel der Flow cross-section of the first turbine 42 acts like a blow-off valve upstream of the second turbine 46, but with the advantage that the charge cycle of the
Verbrennungskraftmaschine 10 über die Nutzung der Abgasenergie mittels der ersten Turbine 42 begünstigt wird und eine Luftlieferungssteigerung mit relativ geringem Internal combustion engine 10 is favored via the use of exhaust gas energy by means of the first turbine 42 and an increase in air supply with relatively low
Eintrittsdrücken P3 jedoch mit Abgasmassenzunahme erfolgen kann. Durch Kombination jeweiliger Betriebskennfelder der beiden Turbinen 42, 46 sowie der beiden Verdichter 20, 26 lassen sich die Verdichterdruckverhältnisaufteilung und die Entry pressure P 3, however, can take place with exhaust gas mass increase. By combining respective operating characteristics of the two turbines 42, 46 and the two compressors 20, 26, the compressor pressure ratio distribution and the
Turbinendurchsatzaufteilung bis zum Motornennpunkt auslegungsseitig maßgebend beeinflussen. Turbine flow rate distribution up to the rated motor nominal exerting influence on the design side.
Auch im Nennpunkt der Verbrennungskraftmaschine 10 laufen beide Abgasturbolader 22, 28 mit gleichem Turbinendruckverhältnis, jedoch nicht zwangsweise mit gleichen Also in the nominal point of the internal combustion engine 10, both exhaust gas turbochargers 22, 28 run with the same turbine pressure ratio, but not necessarily the same
Drehzahlen und gleichen Turbinendurchsätzen. Genauso wenig muss sich eine gleiche Aufteilung der Verdichterdruckverhältnisse der beiden Verdichter 20, 26 sowie gleiche Durchsätze ergeben. Speeds and same turbine throughputs. Equally, there need not be an equal distribution of the compressor pressure ratios of the two compressors 20, 26 and equal throughputs.
Die Vorteile der Verbrennungskraftmaschine 10 sind insbesondere anhand der Fig. 6 erkennbar. Die Fig. 6 zeigt ein Diagramm 78, auf dessen Abszisse 80 die relative The advantages of the internal combustion engine 10 can be seen in particular with reference to FIG. 6. Fig. 6 shows a diagram 78, on the abscissa 80, the relative
Motordrehzahl nmot/nmot_D aufgetragen ist. Mit nmot ist dabei eine aktuell vorliegende Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 10 bezeichnet, während mit nmot D die Engine speed n mo t / n mo t_ D is plotted. With n mot a currently present speed of the internal combustion engine 10 is designated, while with n mot D the
Nenndrehzahl der Verbrennungskraftmaschine 10 bezeichnet ist. Rated speed of the internal combustion engine 10 is designated.
Auf der Ordinate 82 des Diagramms 78 ist der Quotient
Figure imgf000013_0001
aufgetragen. Das Diagramm 78 zeigt einen Auslegungsbereich A, sowie die Wirkung der Abgasturbolader 22, 28 auf die Verbrennungskraftmaschine 10 entlang der Volllastlinie. In einem unteren Bereich 84 des Auslegungsbereichs A bestehen relativ geringe Agilitätsanforderungen, wobei der Hochdruck-Verdichter und die zugehörige zweite Turbine 46 (Hochdruck- Turbine) mit großen Durchsatzkapazitäten betrieben werden. Dadurch ist eine
The ordinate 82 of the diagram 78 is the quotient
Figure imgf000013_0001
applied. The diagram 78 shows a design range A, as well as the effect of the exhaust gas turbochargers 22, 28 on the internal combustion engine 10 along the full load line. In a lower portion 84 of the design range A, there are relatively low agility requirements, with the high pressure compressor and associated second turbine 46 (high pressure turbine) operating at high throughput capacities. This is one
verbrauchsgünstige Auslegung realisiert. In einem oberen Bereich 68 des realized economical design. In an upper area 68 of the
Auslegungsbereichs A herrschen hohe Agilitätsanforderungen. Der Hochdruck-Verdichter und die Hochdruck-Turbine werden mit relativ geringen Durchsatzkapazitäten betrieben. Design area A have high agility requirements. The high-pressure compressor and the high-pressure turbine are operated with relatively low throughput capacities.
Bei relativ geringen Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine 10 wird der Niederdruck- Verdichter, obwohl er von Luft durchströmt wird, ein sehr geringes bis verschwindend kleines erstes Druckverhältnis TTnd liefern, da die erste variable Turbinengeometrie 77 der zugehörigen ersten Turbine 42 (Niederdruck-Turbine) im Allgemeinen nur sehr geringe Abgasdurchsätze oder gar keine Abgasdurchsätze in ihrer Schließposition durchlässt. Der Hochdruck-Verdichter wird jedoch entsprechend der Agilitätsanforderung gegebenenfalls schon bei geringen Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine 10 sehr hohe zweite Druckverhältnisse TTHD liefern. Mit steigenden Motordrehzahlen wird die erste variable Turbinengeometrie 77 geöffnet, so dass der effektive Strömungsquerschnitt der ersten Turbine 42 geöffnet wird. Das zweite Druckniveau P2N des Hochdruck-Verdichters bzw. das erste Druckverhältnis TTnd des Niederdruck-Verdichters steigt an. Je nach Durchsatz- und Wirkungsgradcharakteristik der vier Strömungsmaschinen (Verdichter 20, 26 sowie Turbine 42, 46) wird sich bei einem in der Fig. 6 gezeigten und im Auslegungsbereich A ergebenden Verlauf des Quotienten ein nahezu konstanter oberer Ladedruck entlang der Motordrehzahl einstellen, wobei das erste Druckverhältnis TTnd (Niederdruckverhältnis) ansteigt und das zweite Druckverhältnis TTHD (Hochdruckverhältnis) durch den steigenden Leistungsbedarf des Hochdruck-Verdichters mit wachsendem Luftdurchsatz absinkt. At relatively low speeds of the internal combustion engine 10, the low-pressure compressor, although it is traversed by air, provide a very small to vanishingly small first pressure ratio TT nd , since the first variable turbine geometry 77 of the associated first turbine 42 (low-pressure turbine) generally only very low exhaust gas flow rates or no exhaust gas flow rates in their closed position lets through. However, according to the agility requirement, the high-pressure compressor may deliver very high second pressure ratios TT H D even at low rotational speeds of the internal combustion engine 10. With increasing engine speeds, the first variable turbine geometry 77 is opened, so that the effective flow cross section of the first turbine 42 is opened. The second pressure level P 2 N of the high-pressure compressor or the first pressure ratio TT nd of the low-pressure compressor increases. Depending on the throughput and efficiency characteristics of the four turbomachines (compressors 20, 26 and turbine 42, 46), a nearly constant upper boost pressure along the engine speed will be set in a course of the quotient shown in FIG. 6 and resulting in the design range A, wherein the first pressure ratio TT nd (low pressure ratio) increases and the second pressure ratio TT H D (high pressure ratio) decreases due to the increasing power requirement of the high pressure compressor with increasing air flow rate.
Im Nennpunkt der Verbrennungskraftmaschine, welcher mit N bezeichnet ist, könnte sich je nach Auslegung ein Quotient in einem Bereich von zumindest im Wesentlichen 0,7 bis an die 0,9 einstellen. Diese relativ hohen Quotienten im Nennpunkt der beiden Verdichter 20, 26 zueinander werden durch die Forderungen des Volldurchsatzes, der durch den Hochdruck-Verdichter strömen muss, beeinflusst. Um den Nenndurchsatz durch den geometrisch als der Niederdruck-Verdichter kleineren Hochdruck-Verdichter ohne Depending on the design, a quotient in a range from at least substantially 0.7 to 0.9 could be set in the nominal point of the internal combustion engine which is denoted by N. These relatively high quotients in the nominal point of the two compressors 20, 26 to each other are influenced by the demands of the full throughput, which must flow through the high pressure compressor. To the nominal flow rate through the geometrically smaller than the low-pressure compressor high-pressure compressor without
Stopfen unterhalb der Schallgeschwindigkeit in den engsten Strömungsquerschnitten des Verdichters strömen zu lassen, wird vorteilhafterweise der Volumenstrom des Hochdruck- Verdichters durch die Anpassung des zweiten Druckniveaus P2N bzw. einer To let plug flow below the speed of sound in the narrowest flow cross sections of the compressor, advantageously, the volume flow of the high-pressure compressor by adjusting the second pressure level P 2 N or a
Drucksteigerung des Niederdruck-Verdichters und der Zwischenkühlung durch den Zwischenkühler 32 entsprechend verkleinert, was über die Leistungsregelung mittels der ersten variablen Turbinengeometrie 77 der Niederdruck-Turbine, die quasi den Pressure increase of the low-pressure compressor and the intercooling by the intercooler 32 correspondingly reduced, which about the power control means of the first variable turbine geometry 77 of the low-pressure turbine, the quasi the
Abblasestrom der Hochdruck-Turbine verarbeitet, wesentlich beeinflusst wird. Abblasestrom the high-pressure turbine processed, is significantly affected.
Die Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine 10 gemäß Fig. 1. Dem ersten Verdichter 20 ist eine Umgehungseinrichtung 88 zugeordnet, welche eine Umgehungsleitung 90 sowie ein Ventilelement 92 umfasst. Die Umgehungsleitung 90 ist einerseits stromauf des ersten Verdichters 20 mit dem Ansaugtrakt 16 verbunden. Andererseits ist die Umgehungsleitung 90 stromab des ersten Verdichters 20 mit dem Ansaugtrakt 16 fluidisch verbunden. Über die Umgehungsleitung 90 kann somit Luft das erste Verdichterrad 24 umgehen, so dass die Luft nicht von dem ersten Verdichterrad 24 verdichtet wird. Mittels des in der Umgehungsleitung 90 angeordneten Ventilelements 92 kann die Menge der das erste Verdichterrad 24 umgehenden Luft variabel und bedarfsgerecht eingestellt werden. Mittels der Umgehungseinrichtung 88 können auf einfache Weise bei zumindest im Wesentlichen vollständig geschlossener, erster variabler Turbinengeometrie 77 und somit bei zumindest im Wesentlichen deaktivierter erster Turbine 42 FIG. 2 shows a further embodiment of the internal combustion engine 10 according to FIG. 1. The first compressor 20 is assigned a bypass device 88, which comprises a bypass line 90 and a valve element 92. The bypass line 90 is connected on the one hand upstream of the first compressor 20 to the intake manifold 16. On the other hand, the bypass line 90 is fluidly connected to the intake manifold 16 downstream of the first compressor 20. Air can thus bypass the first compressor wheel 24 via the bypass line 90, so that the air is not compressed by the first compressor wheel 24. By means of the arranged in the bypass line 90 valve member 92, the amount of the first compressor 24 bypassing air can be variably adjusted as needed. By means of the bypass device 88 can be easily in at least substantially completely closed, first variable turbine geometry 77 and thus at least substantially deactivated first turbine 42nd
Durchströmgeschwindigkeit und Strömungsverluste durch den ersten Verdichter 20 über einen relativ großen Massenstrom der den ersten Verdichter 20 umgehenden Luft gering gehalten werden. Flow rate and flow losses through the first compressor 20 via a relatively large mass flow of the first compressor 20 bypassing air are kept low.
Die Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine 10, bei welcher der erste Verdichter 20 eine erste Einsteileinrichtung 94 aufweist. Mittels der ersten Einsteileinrichtung 94 können Strömungsbedingungen des ersten Verdichters 20 für die den ersten Verdichter 20 durchströmende Luft variabel eingestellt werden. Die erste Einsteileinrichtung 94 stellt somit eine Variabilität dar, mittels welcher der erste Verdichter 20 an unterschiedliche Massenströme der Luft angepasst werden kann. Somit wird dem Umstand Rechnung getragen, dass der gesamte Luftmassenstrom auf geringer Verdichteraktivität des Hintergrund-Verdichters durch seine Strömungskanäle FIG. 3 shows a further embodiment of the internal combustion engine 10, in which the first compressor 20 has a first adjusting device 94. By means of the first adjusting device 94, flow conditions of the first compressor 20 for the air flowing through the first compressor 20 can be variably set. The first adjusting device 94 thus represents a variability by means of which the first compressor 20 can be adapted to different mass flows of the air. Thus, the fact is taken into account that the entire air mass flow on low compressor activity of the background compressor through its flow channels
durchströmt. In diesen Inaktivitätsphasen ist es vorteilhaft, die Strömungskanäle so weit als möglich zu öffnen und mit steigender Aktivierung des Niederdruck-Verdichters in eine Schließposition der Variabilität überzugehen. Wie der Fig. 3 zu entnehmen ist, ist die erste EinStelleinrichtung 94 mittels der Regelungseinrichtung 76 regelbar. flows through. In these inactivity phases, it is advantageous to open the flow channels as far as possible and to move into a closed position of variability with increasing activation of the low-pressure compressor. As can be seen from FIG. 3, the first adjusting device 94 can be regulated by means of the regulating device 76.
Die Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine 10, bei welcher nun der zweite Verdichter 26 eine zweite Einsteileinrichtung 96 aufweist, mittels welcher Strömungsbedingungen des zweiten Verdichters 26 für die den zweiten 4 shows a further embodiment of the internal combustion engine 10, in which now the second compressor 26 has a second adjusting device 96, by means of which flow conditions of the second compressor 26 for the second
Verdichter 26 durchströmende Luft eingestellt werden können. Compressor 26 can be adjusted by flowing air.
Herkömmlicherweise sind zur Befriedigung von hohen Anforderungen an das transiente Verhalten der Verbrennungskraftmaschine 10 die Verdichter sowie die Turbinen von Abgasturboladern hinsichtlich ihrer Strömungsgeometrie besonders klein auszugestalten, um in kurzen Zeiten hohe Ladedrücke und Luftmengen der Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen. Conventionally, to satisfy high demands on the transient behavior of the internal combustion engine 10, the compressors and the turbines of exhaust gas turbochargers with regard to their flow geometry to design particularly small, in short times to provide high boost pressures and air volumes of the internal combustion engine.
Hierdurch entsteht jedoch herkömmlicherweise schon bei mittleren Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine 10 das Problem, dass der Hochdruck- Verdichter eine zu geringe Durchsatzfähigkeit aufweist, wodurch ein Verdichterstopfen auftritt. Um diesen Problemen bei der Verbrennungskraftmaschine 10 entgegenzuwirken, sind die As a result, however, the problem arises conventionally even at average rotational speeds of the internal combustion engine 10 that the high-pressure compressor has too low throughput capability, whereby a compressor plug occurs. To this To counteract problems with the internal combustion engine 10, are the
Einsteileinrichtungen 94, 96 vorgesehen, mittels welchen Strömungsquerschnitte stromauf und/oder stromab der Verdichterräder 24, 30 variabel einstellbar sind. Parting devices 94, 96 provided by means of which flow cross-sections upstream and / or downstream of the compressor wheels 24, 30 are variably adjustable.
Die Fig. 5a-b zeigen Möglichkeiten zur Darstellung der Einsteileinrichtungen 94, 96 der Verdichter 20, 26. Die Einsteileinrichtungen 94, 96 umfassen dabei einen zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung verschiebbaren Konusschieber 98, mittels welchem die Strömungsfläche stromab der Verdichterräder 24, 30 variabel einstellbar ist. FIGS. 5a-b show possibilities for the representation of the adjusting devices 94, 96 of the compressors 20, 26. The adjusting devices 94, 96 comprise a cone slide 98 which is displaceable at least substantially in the axial direction, by means of which the flow surface downstream of the compressor wheels 24, 30 is variable is adjustable.
Zudem ist ein Axialschieberelement 100 vorgesehen, mittels welchem die In addition, an axial slide element 100 is provided, by means of which the
Strömungsfläche stromauf der Verdichterräder 24, 30 einstellbar ist. Die Flow area upstream of the compressor wheels 24, 30 is adjustable. The
EinStelleinrichtungen 94, 96 mit dem Konusschieber 98 und dem Axialschieberelement 100 stellen dabei Radvariabilitäten dar, mittels welcher insbesondere die Grenzen des Quotienten aus dem Niederdruckverhältnis und dem Hochdruckverhältnis ausgeweitet werden können. Adjusting means 94, 96 with the cone slide 98 and the axial slide element 100 thereby represent wheel variability by means of which, in particular, the limits of the quotient of the low-pressure ratio and the high-pressure ratio can be expanded.
Vorzugsweise sind der Konusschieber 98 und das Axialschieberelement 100 mittels einer geeigneten Kopplungseinrichtung miteinander gekoppelt, so dass sowohl der Preferably, the cone slide 98 and the axial slide element 100 are coupled together by means of a suitable coupling device, so that both the
Konusschieber 98 als auch das Axialschieberelement 100 mittels eines gemeinsamen Stellglieds bewegt und so die entsprechenden Strömungsquerschnitte eingestellt werden können. Taper slider 98 and the axial slide element 100 moves by means of a common actuator and so the corresponding flow cross sections can be adjusted.
Die Fig. 5a zeigt den Konusschieber 98 und das Axialschieberelement 100 in ihren jeweiligen, die entsprechenden Strömungsquerschnitte maximal zeigenden FIG. 5 a shows the cone slide 98 and the axial slide element 100 in their respective maximum, which show the corresponding flow cross sections
Schließstellungen, während die Fig. 5b den Konus 98 und das Axialschieberelement 100 in ihren jeweiligen, die jeweiligen Strömungsquerschnitte maximal freigebenden Closed positions, while Fig. 5b, the cone 98 and the axial slide element 100 in their respective, the respective flow cross-sections maximum releasing
Offenstellungen zeigt. Open positions shows.
Ist die zweite Turbine 46 der Verbrennungskraftmaschine 10 gemäß den Fig. 1 bis 4 einflutig ausgebildet, so ist sie bei den Verbrennungskraftmaschinen 10 gemäß den Fig. 7 bis 9 zweiflutig ausgebildet und weist eine erste Flut 102 und eine zweite Flut 104 auf. Wie der Fig. 7 zu entnehmen ist, ist die erste Flut 102 fluidisch mit zwei ersten der vier Zylinder 12 der Verbrennungskraftmaschine 10 fluidisch verbunden. Die zweite Flut 104 ist mit den zwei anderen, zweiten der vier Zylinder 12 fluidisch verbunden. Der ersten Flut 102 ist dabei ein erster Flutendurchsatzparameter ΦΤ2.ιο2 zugeordnet, während der zweiten Flut 104 ein zweiter Flutendurchsatzparameter ΦΤ2,ιο zugeordnet ist. If the second turbine 46 of the internal combustion engine 10 according to FIGS. 1 to 4 is of single-flow design, then it is double-walled in the internal combustion engines 10 according to FIGS. 7 to 9 and has a first flow 102 and a second flow 104. As can be seen from FIG. 7, the first flow 102 is fluidically connected in fluid communication with two first of the four cylinders 12 of the internal combustion engine 10. The second flood 104 is fluidly connected to the two other, second of the four cylinders 12. The first flow 102 is a first flow throughput parameter associated with Φ Τ 2.ιο2, while the second flow 104 is a second flood throughput parameter Φ Τ 2, ιο assigned.
Dabei gilt: φΓ2,ιο2 = . Dabei bezeichnet m102 den
Figure imgf000017_0001
Where: φ Γ2, ιο2 =. In this case, m 102 denotes the
Figure imgf000017_0001
Abgasmassendurchsatz durch die erste Flut 102. Mit m104 ist der Abgasmassendurchsatz durch die zweite Flut 104 bezeichnet. Ferner bezeichnen Τ102 die Totaltemperatur am Turbineneintritt der ersten Flut 102, T104 die Totaltemperatur des Abgases am Exhaust gas mass flow rate through the first flood 102. With m 104 , the exhaust gas mass flow rate through the second flood 104 is designated. Further, Τ 102, the total temperature at the turbine inlet of the first flood 102, T 104 denote the total temperature of the exhaust gas at
Turbineneintritt der zweiten Flut 104, P102 den Totaldruck am Turbineneintritt der ersten Flut 102 und P 04 den Totaldruck am Turbineneintritt der zweiten Flut 104. Turbine inlet of the second flood 104, P 102, the total pressure at the turbine inlet of the first flood 102 and P 04, the total pressure at the turbine inlet of the second flood 104th
Die Abgasrückführleitung 58 ist an der Abzweigstelle 60 fluidisch mit der ersten Flut 102 fluidisch verbunden. Daher wird die erste Flut 102 auch als AGR-Flut (AGR- Abgasrückführung) und die ersten Zylinder als AGR-Zylinder bezeichnet. Die erste Flut 102 dient somit insbesondere dazu, ein gewünschtes Aufstauverhalten darzustellen, um eine vorteilhafte Abgasrückführung mit relativ hohen Abgasrückführraten darzustellen. The exhaust gas recirculation line 58 is fluidically connected to the first flow 102 at the branch point 60. Thus, the first flood 102 is also referred to as EGR (EGR) exhaust and the first cylinders as EGR. The first flood 102 thus serves in particular to represent a desired Aufstauverhalten to represent an advantageous exhaust gas recirculation with relatively high exhaust gas recirculation rates.
Die zweite Flut 104 dient insbesondere dazu, ein gewünschtes Verbrennungsluftverhältnis λ darzustellen, weswegen die zweite Flut 104 auch als λ-Flut und die zweiten Zylinder als λ-Zylinder bezeichnet werden. The second flow 104 serves, in particular, to represent a desired combustion air ratio λ, for which reason the second flow 104 is also referred to as the λ flow and the second cylinders as λ cylinders.
Im Allgemeinen unterscheiden sich die Flutendurchsatzparameter Φτ2 102 und ΦΓ2,ιο4 - wobei es bei der vorteilhaften Kombinationsschaltung der Turbinen 42, 46 zur In general, the flow rate parameters differ Φ τ2 102 and Φ Γ2 , ιο4 - where it is in the advantageous combination circuit of the turbines 42, 46 for
Verwendung einer zweiflutigen, asymmetrischen Turbine als die zweite Turbine 46 kommt, mit der eine optimale Abstimmung hinsichtlich Kraftstoffverbrauch und NOx- Emissionen (Stickoxid-Emissionen) über deren Dimensionen ermöglichbar wird. Mit anderen Worten sind die Fluten 102, 104 hinsichtlich ihrer jeweiligen Using a dual-flow, asymmetric turbine than the second turbine 46 comes with which an optimal vote on fuel consumption and NO x - emissions (nitrogen oxide emissions) is possible over the dimensions. In other words, the floods 102, 104 are their respective ones
Strömungsquerschnitte asymmetrisch zueinander ausgestaltet. Flow cross sections designed asymmetrically to each other.
Durch Bewegen der ersten variablen Turbinengeometrie 77 können auch die Turbinen 42, 46 der Verbrennungskraftmaschine 10 gemäß Fig. 7 entsprechend den Turbinen 42, 46 der Verbrennungskraftmaschine 10 gemäß den Fig. 1 bis 4 geregelt und angepasst werden. So werden auch bei der Verbrennungskraftmaschine 10 gemäß den Fig. 7 bis 9 im Nennpunkt der Verbrennungskraftmaschine 10 beide Abgasturbolader 22, 28 mit gleichem Turbinendruckverhältnis der λ-Zylinder betrieben, jedoch nicht zwangsweise mit gleichen Abgasturboladerdrehzahlen und gleichen Turbinendurchsätzen. Genauso wenig muss sich eine Aufteilung der Verdichterdruckverhältnisse der beiden Verdichter 20, 26 ergeben. Eine besonders wichtige Rolle für die Abgasrückführung spielt die zweiflutige By moving the first variable turbine geometry 77, the turbines 42, 46 of the internal combustion engine 10 according to FIG. 7 corresponding to the turbines 42, 46 of the internal combustion engine 10 according to FIGS. 1 to 4 can be regulated and adapted. Thus, both exhaust gas turbochargers 22, 28 are operated at the same turbine pressure ratio of the λ cylinder in the internal combustion engine 10 according to FIGS. 7 to 9 at the nominal point of the internal combustion engine 10, but not necessarily with the same exhaust gas turbocharger speeds and turbine throughputs. Nor does it have to be a division of the compressor pressure ratios of the two compressors 20, 26 result. A particularly important role for exhaust gas recirculation plays the twin-flow
asymmetrische zweite Turbine 46, deren im Allgemeinen begrenzte Schluckfähigkeit der λ-Flut mit fester Geometrie, das heißt ohne variable Turbinengeometrie, durch die Zuschaltung mittels der ersten variablen Turbinengeometrie 77 in den asymmetric second turbine 46, whose generally limited absorption capacity of the λ-wave with fixed geometry, that is without variable turbine geometry, by the connection by means of the first variable turbine geometry 77 in the
Strömungsquerschnitten optimal erweiterbar ist. Die λ-Zylinder und die AGR-Zylinder sind entsprechend der Zündfolge 2-4 und 1-3 zusammengefasst. Flow cross-sections is optimally expandable. The λ cylinders and the EGR cylinders are summarized according to the firing order 2-4 and 1-3.
Die Verbrennungskraftmaschine 10 gemäß Fig. 8 weist sechs Zylinder 12 auf, wobei erste der Zylinder 12 mit der ersten Flut 102 fluidisch verbunden und somit die AGR- Zylinder sind. Die drei anderen zweiten der Zylinder 12 sind fluidisch mit der zweiten Flut 104 verbunden und stellen die λ-Zylinder dar. Mit anderen Worten ist bei der The internal combustion engine 10 according to FIG. 8 has six cylinders 12, wherein first of the cylinders 12 are fluidically connected to the first flow 102 and thus are the EGR cylinders. The three other second of the cylinders 12 are fluidly connected to the second flood 104 and represent the λ-cylinder. In other words, in the
Verbrennungskraftmaschine 10 gemäß Fig. 8 eine Zylinderzusammenfassung 1-2-3 für die λ-Zylinder und eine Zylinderzusammenfassung 4-5-6 für die AGR-Zylinder dargestellt. Hierbei wird mittels der ersten Turbine 42 und ihrer ersten variablen Turbinengeometrie 77, die mit der λ-Flut parallel geschaltet ist, eine so genannte λ-Variabilität dargestellt, obwohl die verwendete, zweiflutige und asymmetrische zweite Turbine 46 eine Internal combustion engine 10 shown in FIG. 8, a cylinder summary 1-2-3 for the λ-cylinder and a cylinder summary 4-5-6 for the EGR cylinder shown. Here, by means of the first turbine 42 and its first variable turbine geometry 77, which is connected in parallel with the λ-flood, a so-called λ-variability is shown, although the used, double-flow and asymmetrical second turbine 46 a
Festgeometrie-Turbine ist, also keine variable Turbinengeometrie aufweist. Solid geometry turbine is so has no variable turbine geometry.
Es können Anwendungsfälle existieren, bei denen eine hohe Spreizung der There may be applications in which a high spread of the
Abgasrückführraten im Gesamtkennfeld der Verbrennungskraftmaschine 10 gefordert werden kann. Diese Anforderungen an die Abgasrückführung können mit der in der Fig. 9 gezeigten Schaltung bewältigt werden. Exhaust gas recirculation rates in the overall map of the internal combustion engine 10 may be required. These requirements for the exhaust gas recirculation can be handled with the circuit shown in FIG. 9.
Gemäß der Fig. 9 ist die variable erste Turbine 42 parallel zur AGR-Flut der zweiten Turbine 46 geschaltet, wobei hierdurch eine so genannte AGR-Variabilität realisierbar ist. Die Schluckfähigkeit der asymmetrischen, zweiten Turbine 46 auf Seiten ihrer AGR-Flut wird in der als Festgeometrie-Turbine ausgebildeten zweiten Turbine 46 im Allgemeinen sehr klein auslegt, da durch die Parallelschaltung der variablen ersten Turbine 42 eine permanente optimale Strömungs-Querschnittanpassung an den AGR-Bedarf According to FIG. 9, the variable first turbine 42 is connected in parallel to the EGR flood of the second turbine 46, whereby a so-called AGR variability can be realized. The absorption capacity of the asymmetrical second turbine 46 on the side of its EGR flood is generally very small in the second turbine 46 designed as a solid geometry turbine, since the parallel connection of the variable first turbine 42 results in a permanent optimum flow cross-sectional adaptation to the EGR system. requirement
durchführbar ist. Die λ-Flut der zweiten Turbine 46 kann vereinfacht als is feasible. The λ-flood of the second turbine 46 can be simplified as
Festgeometrieturbine ausgebildet sein. Be formed solid geometry turbine.
Alternativ ist es jedoch möglich, dass die zweite Turbine 46 eine VerStelleinrichtung aufweist, welche beispielsweise in der λ-Flut zumindest im Wesentlichen direkt stromauf des zweiten Turbinenrads 48 angeordnet ist. Dadurch ist eine Funktionstrennung zwischen der ersten variablen Turbinengeometrie 77 der ersten Turbine 42 und der Versteileinrichtung der zweiten Turbine 46 dargestellt. Die VerStelleinrichtung der zweiten Turbine 46 stellt somit eine zweite variable Turbinengeometrie dar, mittels welcher die zweite Turbine 46 insbesondere hinsichtlich ihres von Abgas durchströmbaren, effektiven Strömungsquerschnitts variabel einstellbar und an unterschiedliche Betriebspunkte anpassbar ist. Die beiden variablen Turbinengeometrien stellen somit Variabilitäten dar, die sich jeweils auf die Turbinen 42, 46 verteilen lassen, was zu einem hohen Potential bei der Optimierung der aufgeladenen Verbrennungskraftmaschine 10 führt. Alternatively, however, it is possible that the second turbine 46 has an adjusting device, which is arranged, for example, in the λ-flood at least substantially directly upstream of the second turbine wheel 48. As a result, a functional separation between the first variable turbine geometry 77 of the first turbine 42 and the adjusting device of the second turbine 46 is shown. The adjusting device of the second Turbine 46 thus represents a second variable turbine geometry, by means of which the second turbine 46 can be variably adjusted, in particular with regard to its effective flow cross section through which exhaust gas can flow, and adapted to different operating points. The two variable turbine geometries thus represent variabilities which can be distributed in each case to the turbines 42, 46, which leads to a high potential in the optimization of the supercharged internal combustion engine 10.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verbrennungskraftmaschine (10), insbesondere für einen Kraftwagen, mit einem 1. internal combustion engine (10), in particular for a motor vehicle, with a
Ansaugtrakt (16), über welchen der Verbrennungskraftmaschine (10) Luft zuführbar ist und in welchem in Strömungsrichtung der Luft durch den Ansaugtrakt (16) ein erster Verdichter (20) eines ersten Abgasturboladers (22) und stromab des ersten Verdichters (20) ein zu dem ersten Verdichter (20) seriell geschalteter zweiter Verdichter (26) eines zweiten Abgasturboladers (28) angeordnet sind, mittels welchen die Luft verdichtbar ist, und mit einem von Abgas der Verbrennungskraftmaschine (10) durchströmbaren Abgastrakt (40), in welchem eine erste Turbine (42) des ersten Abgasturboladers (22), mittels welcher der erste Verdichter (20) antreibbar ist, und wenigstens eine zweite Turbine (46) des zweiten Abgasturboladers (28), mittels welcher der zweite Verdichter (26) antreibbar ist, angeordnet sind,  Intake tract (16) via which the internal combustion engine (10) air can be supplied and in which in the flow direction of the air through the intake tract (16), a first compressor (20) of a first exhaust gas turbocharger (22) and downstream of the first compressor (20) on the first compressor (20) serially connected second compressor (26) of a second exhaust gas turbocharger (28) are arranged, by means of which the air is compressible, and with a exhaust gas from the internal combustion engine (10) through-flowable exhaust tract (40), in which a first turbine (42) of the first exhaust-gas turbocharger (22), by means of which the first compressor (20) can be driven, and at least one second turbine (46) of the second exhaust-gas turbocharger (28), by means of which the second compressor (26) can be driven, are arranged,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Turbinen (42, 46) hinsichtlich der Strömung des Abgases durch den Abgastrakt (40) parallel zueinander geschaltet sind.  the turbines (42, 46) are connected in parallel with respect to the flow of the exhaust gas through the exhaust tract (40).
2. Verbrennungskraftmaschine (10) nach Anspruch 1 , 2. internal combustion engine (10) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Luft mittels des zweiten Verdichters (26) von einem ersten Druckniveau (P2N) stromauf des zweiten Verdichters (26) auf ein zweites Druckniveau (P2H) stromab des zweiten Verdichters (26) stärker verdichtbar ist als die Luft mittels des ersten Verdichters (20) von einem dritten Druckniveau (P1 ) stromauf des ersten Verdichters (20) auf ein viertes Druckniveau (P2N) stromab des ersten Verdichters (20) und stromauf des zweiten Verdichters (26) verdichtbar ist. the air by means of the second compressor (26) from a first pressure level (P2N) upstream of the second compressor (26) to a second pressure level (P2H) downstream of the second compressor (26) is more compressible than the air by means of the first compressor (20) from a third pressure level (P1) upstream of the first compressor (20) to a fourth pressure level (P2N) downstream of the first compressor (20) and upstream of the second compressor (26) is compressible.
3. Verbrennungskraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, 3. internal combustion engine (10) according to any one of claims 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
wenigstens eine der Turbinen (42, 46), insbesondere die erste Turbine (42), eine variable Turbinengeometrie (77) aufweist.  at least one of the turbines (42, 46), in particular the first turbine (42), a variable turbine geometry (77).
4. Verbrennungskraftmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 4. Internal combustion engine (10) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
wenigstens einer der Verdichter (20, 26) eine Einsteileinrichtung (94, 96) aufweist, mittels welcher Strömungsbedingungen für die diesen wenigstens einen Verdichter (20, 26) durchströmende Luft variabel einstellbar sind.  at least one of the compressors (20, 26) has an adjusting device (94, 96) by means of which flow conditions for the air flowing through these at least one compressor (20, 26) are variably adjustable.
5. Verbrennungskraftmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 5. Internal combustion engine (10) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
wenigstens einem der Verdichter (20, 26), insbesondere dem ersten Verdichter (20), eine Umgehungseinrichtung (88) zugeordnet ist, über welche dieser wenigstens eine Verdichter (20, 26) von der Luft umgehbar ist.  at least one of the compressor (20, 26), in particular the first compressor (20), a bypass device (88) is assigned, via which said at least one compressor (20, 26) is bypassed by the air.
6. Verbrennungskraftmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 6. Internal combustion engine (10) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die zweite Turbine (46) wenigstens zwei zumindest bereichsweise fluidisch voneinander getrennte Fluten aufweist.  the second turbine (46) has at least two at least partially fluidly separated flows.
7. Verbrennungskraftmaschine (10) nach Anspruch 6, 7. internal combustion engine (10) according to claim 6,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Fluten asymmetrisch zueinander ausgebildet sind.  the floods are asymmetrical to each other.
8. Verbrennungskraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, 8. internal combustion engine (10) according to any one of claims 6 or 7,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die zweite Turbine (46) eine erste Anzahl an Fluten aufweist, wobei die erste Turbine (42) lediglich mit einer als die erste Anzahl geringeren zweiten Anzahl an Fluten der zweiten Turbine (46) fluidisch verbunden ist.  the second turbine (46) has a first number of floods, wherein the first turbine (42) is only fluidically connected to a second number of flows of the second turbine (46) which is smaller than the first number.
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