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    • 专利摘要:
    DieErfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (10) mit einer Turboladervorrichtungmit wenigstens einem ersten und einem zweiten Turbolader (18, 22),deren Verdichter (19, 23) von mit Abgas beaufschlagbaren Turbinen(20, 24) antreibbar sind, wobei der erste Turbolader (18) in einemersten Abgasstrang (16) einer ersten Gruppe von Auslassventilen(14) der Brennkraftmaschine (10) und ein zweiter Turbolader (22)in einem zweiten Abgasstrang (17) einer zweiten Gruppe von Auslassventilen(15) angeordnet ist. Eine Verbesserung eines Momentenaufbaus einesTurbomotors bei kleinen Drehzahlen ist erreichbar, wenn zumindestein Teil der Zylinder (11) der Brennkraftmaschine (10) auslassventilseitigmit beiden Turboladern (18, 22) verbunden ist.
    公开号:DE102004028482A1
    申请号:DE200410028482
    申请日:2004-06-11
    公开日:2005-12-29
    发明作者:Dirk Hagelstein；Martin Kiel；Ekkehard Dr. Pott；Jörg Dr. Theobald
    申请人:Volkswagen AG；
    IPC主号:F01N3-28
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs1.
    [0002] DerEinsatz von Abgasturboladern zur Aufladung von Otto- und Dieselmotorenist bekannt. Bei kleinen Drehzahlen und Abgasmassenströmen erfolgtder Ladedruckaufbau mit einer gewissen Verzögerung, und der daraus resultierendeverzögerteMomentenaufbau beim Turbomotor ist als „Turboloch" spürbar.Grundsätzlichwird bei Turbomotoren eine Leistungssteigerung gegenüber Saugmotorenangestrebt. Mit dem Grad der angestrebten Leistungssteigerung nimmtauch die Größe der erforderlichenTurbinen und Verdichter zu, was jedoch mit einer zunehmenden Verzögerung desMomentenaufbaus bei kleinen Drehzahlen und Abgasmassenströmen einhergeht.Die Forderung nach gleichzeitig hoher Leistungssteigerung und kleinemTurboloch bei kleinen Drehzahlen ist mit einem einzelnen Turboladernur schwer erfüllbar.Daher ist bereits vorgeschlagen worden, zwei Abgasturbolader proMotor einzusetzen, die aufgrund der kleineren Turbinen und Verdichter,verglichen mit einer Auslegung füreinen einzigen Turbolader, ein verbessertes Ansprechverhalten aufweisen.Eine solche Anordnung mit zwei Turboladern ist beispielsweise inder DE 19743667 A1 beschrieben.
    [0003] Aufgabeder vorliegenden Erfindung ist es, den Momentenaufbau eines Turbomotorsbei kleinen Drehzahlen weiter zu verbessern.
    [0004] DieAufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalendes Patentanspruchs 1 gelöst.
    [0005] Beider erfindungsgemäßen Brennkraftmaschinemit einer Turboladervorrichtung mit wenigstens einem ersten undeinem zweiten Turbolader, deren Verdichter von mit Abgas beaufschlagbarenTurbinen antreibbar ist, ist der erster Turbolader in einem erstenAbgasstrang einer ersten Gruppe von Auslassventilen der Brennkraftmaschineund der zweite Turbolader in einem zweiten Abgasstrang einer zweitenGruppe von Auslassventilen angeordnet. Der erste Turbolader istvon den Auslassventilen der ersten Gruppe und der zweite Turboladervon den Auslassventilen der zweiten Gruppe beaufschlagt, wobei zumindestein Teil, vorzugsweise alle, der Zylinder der Brennkraftmaschineauslassseitig mit beiden Turboladern verbunden ist. Dies bedeutet,dass stets nur ein Teil der Auslassventile zumindest eines Teilsder Zylinder einen von wenigstens zwei Turboladern beaufschlagt.Es ist sinnvoll, zusätzlichVentilhub und/oder Steuerzeiten der einzelnen Auslassventile einesZylinders unabhängigvoneinander einstellbar vorzusehen. Es sind mindestens zwei Auslassventile proZylinder vorgesehen. Bevorzugt sind pro Zylinderkopf mindestenszwei Turbolader, insbesondere genau zwei Turbolader, vorgesehen.Bevorzugt ist die Brennkraftmaschine fremdgezündet, besonders bevorzugt direkteinspritzendausgebildet.
    [0006] VorteilhafteWeiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
    [0007] Bevorzugtist der erste Turbolader kleiner ausgelegt als der zweite Turbolader.Sinnvollerweise ist der zweite Turbolader auf die Nennleistung der Brennkraftmaschineausgelegt. Der erste Turbolader ist insbesondere signifikant kleinerausgelegt als der zweite Turbolader und so klein dimensioniert,dass ein spontanes Ansprechen und ein zügiger Drehmomentaufbau im unterenDrehzahlbereich gewährleistetist. Die Turbine des zweiten Turboladers ist vorzugsweise größer auszulegenist als bei einer vergleichbaren einstufigen Aufladung. Vorteilhaftist die Abstimmung zwischen den wenigstens beiden Turboladern sogestaltet, dass sich ein harmonischer Übergang zwischen dem Betriebmit dem ersten und dem zweiten Turbolader ergibt. Günstig ist,den ersten Turbolader dann mit zweiflutiger Turbine als so genannten „Twin-Scroll"-Lader auszuführen, beidem ein besonders geringer Abgasgegendruck erzielbar ist, wenn dieSteuerzeiten fürbeide Gruppen von Auslassventilen gleich sind, insbesondere wennkeine kurzen Steuerzeiten fürdie Auslassventile der ersten Gruppe vorgesehen sind, oder wennzur Erzielung geringer Schadstoffgehalte im Abgasmassenstrom einspätesAuslass-Schließen angestrebtwird.
    [0008] Vorzugsweiseist wenigstens ein Teil der den zweiten Turbolader beaufschlagendenAuslassventile abschaltbar ausgebildet, besonders bevorzugt sindalle den zweiten Turbolader beaufschlagenden Auslassventile im Durchflusswenigstens reduzierbar, idealerweise abschaltbar. Der Vorteil ist,dass bei kleinen Drehzahlen und Abgasmassenströmen das gesamte Abgas ausschließlich denersten Turbolader bzw. dessen Turbine durchströmt. Die Abschaltung kann inan sich bekannter Form einer Ventildeaktivierung, beispielsweiseals Knickpleuel, oder als vollvariabler Ventiltrieb oder dergleichenausgeführtwerden.
    [0009] Ineiner günstigenAusgestaltung könnendie den ersten Turbolader beaufschlagenden Auslassventile im Durchmesserverschieden von den zweiten Turbolader beaufschlagenden Auslassventileausgebildet sein. Vorzugsweise weisen diese den ersten Turboladerbeaufschlagenden Auslassventile einen kleineren Durchmesser auf.Insbesondere wenn die den ersten Turbolader beaufschlagenden Auslassventileim Durchmesser kleiner ausgebildet sind, kann sich bei Beaufschlagungbeider Turbolader eine Aufteilung des Abgasmassenstroms zugunstendes zweiten Abgasturboladers einstellen. Bevorzugt ist der ersteTurbolader ohne Bypass-Schaltung, d.h. ohne so genanntes „Waste-Gate", ausgeführt.
    [0010] Ineiner weiteren günstigenAusgestaltung kann eine Ventilhubkurve und/oder eine Dauer der Ventilöffnung und/oderSteuerzeiten der Auslassventile der ersten Gruppe von denen derAuslassventile der zweiten Gruppe verschieden sein. Bevorzugt weisendie der ersten Gruppe angehörenden,den ersten Turbolader beaufschlagenden Auslassventile kürzere Steuerzeitenauf als die der zweiten Gruppe angehörenden, den zweiten Turboladerbeaufschlagenden Auslassventile.
    [0011] Ineiner günstigenWeiterentwicklung sind zur Beaufschlagung des zweiten Turboladersvorgesehene abgeschaltete Auslassventile bei steigendem Abgasmassenstromschrittweise aktivierbar. Ist dann bei einem Anstieg des Massenstroms,beispielsweise bei einem Beschleunigungsvorgang aus niedriger Drehzahl,das Zuschalten des zweiten Turboladers erforderlich, kann der dynamischeMomentenverlauf des zweiten Turboladers verbessert werden. Eine vorteilhafteBetriebsweise ergibt sich, wenn die abschaltbaren Auslassventileschrittweise aktiviert werden, also z.B. bei einem 6-Zylindermotordurch Zuschaltung in sechs, drei oder zwei Schritten zu je einem,zwei bzw. drei Auslassventilen. Zweckmäßigerweise erfolgt die Aktivierungbei einem N-Zylindermotor in N/m-Schritten, wobei m eine ganze Zahlmit 1 ≤ m ≤ N ist. Sinnvollerweiseist das VerhältnisN/m eine ganze Zahl. Die Zuschaltung kann vorzugsweise zeitabhängig und/oderlastabhängigund/oder drehzahlgesteuert oder drehzahlgeregelt abhängig von einemSaugrohrdruck stromab der Verdichter erfolgen.
    [0012] Ineiner günstigenWeiterbildung ist die Auslegung einer Abgasreinigung an die Konfigurationder bevorzugten Turboladervorrichtung angepasst. Vorzugsweise istin dem ersten Abgasstrang ein erster Abgaskatalysator vorgesehen,bevorzugt ein kleinvolumiger, motornaher Vorkatalysator, der inAbgasströmungsrichtunggesehen vor oder hinter dem ersten Turbolader angeordnet sein kann.
    [0013] Günstig ist,in Abgasströmungsrichtunghinter dem zweiten Turbolader einen zweiten Katalysator nach einerZusammenführungdes ersten und des zweiten Abgasstrangs vorzusehen. Bevorzugt istder zweite Katalysator ein Hauptkatalysator. Während einer Aufheizphase derAbgasnachbehandlung wird zunächstnur der erste Turbolader beaufschlagt, bis der zweite Katalysatorseine vorgebbare Mindest-Betriebstemperatur erreicht hat. Vorteilhaftergibt sich, dass die geringen Abgasgegendrücke zu Verbesserungen im Brennverfahrenführenmit einer daraus resultierenden Verbesserung im Drehmomentanstieg undVerbrauchsvorteilen im Kraftstoffkonsum. Der zweite Turbolader kannin dieser Phase hilfsweise beaufschlagt werden, um den ersten Turboladerzu entlasten, falls der anfallende Abgasmassenstrom zu einem unzulässigen Betriebszustanddes ersten Turboladers führenwürde.Zweckmäßigerweiseist der zweite Katalysator im Volumen größer als der erste Katalysator,bevorzugt 1,5 mal so groß,doppelt so groß oderviermal so groß.
    [0014] Aufgrundder bevorzugten Anströmungdes ersten Turboladers in der Aufwärmphase kann eine Abgassensorikvereinfacht ausgeführtwerden. Vorzugsweise ist stromauf des ersten Katalysators und stromabdes zweiten Katalysators jeweils eine sauerstoffsensitive Messvorrichtungvorgesehen. Die erste sauerstoffsensitive Messvorrichtung stromaufdes ersten Katalysators kann vor oder hinter dem ersten Turboladerangeordnet sein. Es wird vorteilhafterweise eine Breitband-Lambdasondeeingesetzt. Die zweite sauerstoffsensitive Messvorrichtung stromab deszweiten Katalysators kann vorzugsweise zur Trimmregelung als Lambda-Sondemit einer Sprungantwort ausgebildet sein. Zur Einzelüberwachung derKatalysatoren und/oder einer gesteigerten Abgasüberwachung kann eine drittesauerstoffsensitive Messvorrichtung stromab des ersten Katalysators undstromauf des zweiten Katalysators vorgesehen sein. Eine günstige Einbaupositionder dritten sauerstoffsensitiven Messvorrichtung ist nach der Zusammenführung derbeiden Abgasstränge.Stromab des zweiten Turboladers und stromauf der Zusammenführung istkeine sauerstoffsensitive Messvorrichtung erforderlich.
    [0015] Isteine Sekundärluftzuleitungim Abgas notwendig, kann diese vorzugsweise nur im ersten Abgasstrangvorgesehen sein. Eine günstigeEinbaulage ist stromab der den ersten Turbolader beaufschlagendenAuslassventile und stromauf des ersten motornahen Katalysators.Diese Konfiguration zeigt insbesondere bei einem Längseinbauweitere Vorteile, da füreinen schnellen Momentenaufbau keine kurzen Wege zu dem ersten undzweiten Turbolader erforderlich sind. Es ist zweckmäßig, eineAbgaszuführungzum ersten Turbolader so kurz wie möglich zu halten, während derzweite Turbolader weiter beabstandet sein kann. In Fahrtrichtungkann der zweite Turbolader somit weiter hinten liegen als der erste Turbolader,was beim Längseinbaudeutliche Bauraumvorteile bringt.
    [0016] Ineiner günstigenAusgestaltung könnendie Verdichter der Turbolader parallel geschaltet sein, insbesondereförderndiese in die gleiche Druckleitung. Vorteilhaft ist an einer Zusammenführung von verdichterseitigenLeitungen einer Ansaugvorrichtung eine Druckregelvorrichtung vorgesehen,welche gewährleistet,dass ein möglicherunterschiedlicher Ladedruck beider Verdichter in besonderen Betriebszuständen, etwabeim Umschalten der Auslassventile, Störungen verursacht. Die Druckregelvorrichtung kannpassiv sein, beispielsweise überein schwenkbares Element, welches abhängig von den Druckverhältnissen inStrömungsrichtunggesehen vor der Zusammenführungeinen gleichen Ladedruck einstellt, oder aktiv über ein oder zwei über AktorenbetätigbareDrosselvorrichtungen, die abhängigvon je einem Drucksensor zwischen Verdichter und der Zusammenführung angesteuertwerden. Ein weiterer Drucksensor kann stromab der Zusammenführung vorgesehensein. Vorteilhaft ist, wenn der Druck in den verdichterseitigenLeitungen auf den gleichen Sollwert einregelbar ist.
    [0017] Ineiner günstigenalternativen Ausgestaltung könnendie Verdichter der Turbolader in Serie geschaltet sein, wobei sichdie Druckverhältnisseder Turbolader multiplizieren. Damit ist ein hoher Ladedruck erreichbar.Vorzugsweise ist der erste Turbolader bei Nennleistung abschaltbar,um eine Überlastungdes ersten Turboladers zu vermeiden. Zweckmäßigerweise sind die Auslassventilebeider Gruppen von Auslassventilen abschaltbar, um zur Schonungdes abgeschalteten ersten Turboladers dessen Turbine von Abgas freizuhalten.
    [0018] Dieerfindungsgemäße Turboladenrorrichtungkann sowohl bei Motoren mit gerader als auch mit ungerader Zylinderzahlvorgesehen sein, ebenso könnenauch mehr als nur ein Zylinderkopf vorgesehen sein. Bevorzugt sindgenau zwei Turbolader je Zylinderkopf vorgesehen. So kann auch aneinem Motor mit ungerader Zylinderzahl, beispielsweise einem 5-Zylindermotor,eine Anordnung mit zwei Turboladern realisiert werden.
    [0019] WeitereAusbildungsformen und Aspekte der Erfindung werden unabhängig voneiner Zusammenfassung in den Patentansprüchen ohne Beschränkung derAllgemeinheit im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabeizeigen
    [0020] 1 einebevorzugte Turboladervorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispielmit einem 6-Zylindermotor mit zwei Turboladern mit Ventilabschaltungsowie einer Anordnung von sauerstoffsensitiven Messvorrichtungenund einer Sekundärlufteinblasung;
    [0021] 2 einebevorzugte Turboladervorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispielmit Längseinbauder Turbolader;
    [0022] 3 einebevorzugte Turboladervorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispielmit Ansaugvorrichtung;
    [0023] 4 einebevorzugte Druckregelvorrichtung für die Ansaugvorrichtung in 3;
    [0024] 5 einebevorzugte Turboladervorrichtung mit einem 4-Zylindermotor;
    [0025] 6 einebevorzugte Turboladervorrichtung mit einem 5-Zylindermotor.
    [0026] 1 zeigtzur Veranschaulichung der Erfindung eine Turboladervorrichtung nacheinem ersten Ausführungsbeispielmit einer als 6-Zylindermotor ausgebildeten Brennkraftmaschine 10,deren Zylinder 11 jeweils zwei Einlassventile 12 und 13 sowie mindestenszwei Auslassventile 14 und 15 aufweisen. Die Brennkraftmaschine 10 weisteinen Zylinderkopf auf. Bei einer Brennkraftmaschine 10 mit mehrerenZylinderköpfensind vorzugsweise pro Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 10 zweiTurbolader 18 und 22 vorgesehen, besonders bevorzugtsind genau zwei Turbolader je Zylinderkopf vorgesehen.
    [0027] Detailszu einer Ansaugvorrichtung, welche die Verdichter 19 und 23 versorgt,sind in dieser Figur nicht dargestellt. Bei mehreren gleichartigenElementen ist jeweils nur eines mit Bezugzeichen versehen. Weiterhinwerden in den verschiedenen Figuren der Zeichnung für gleicheElemente gleiche Bezugszeichen verwendet.
    [0028] DieAuslassventile 14 und 15 bilden zwei Gruppen vonAuslassventilen 14, 15. Die erste Gruppe von Auslassventilen 14 istmit einer Sammelleitung eines ersten Abgasstrangs 16 unddie zweite Gruppe von Auslassventilen 15 ist mit einerSammelleitung eines zweiten Abgasstrangs 17 verbunden.In dem ersten Abgasstrang 16 ist ein erster Turbolader 18 miteinem Verdichter 19 und einer Turbine 20 angeordnet.Die Turbine 20 wird von einem Abgasmassenstrom der derersten Gruppe zugehörigenAuslassventile 14 beaufschlagt und treibt den Verdichter 19 an.In dem zweiten Abgasstrang 17 ist ein zweiter Turbolader 22 miteinem Verdichter 23 und einer Turbine 24 angeordnet.Die Turbine 24 wird von einem Abgasmassenstrom der derzweiten Gruppe zugehörigenAuslassventile 15 beaufschlagt und treibt den Verdichter 23 an.
    [0029] Wenigstensein Teil der den zweiten Turbolader 22 beaufschlagendenAuslassventile 15 ist abschaltbar ausgebildet, vorzugsweisesind alle Auslassventile 15 abschaltbar. Bei kleinen Drehzahlen derBrennkraftmaschine 10 ist im Wesentlichen nur die Turbine 20 desersten Turboladers 18 von Abgas durchströmt, dievon den Auslassventilen 14 beaufschlagt wird. Die zur Beaufschlagungdes zweiten Turboladers 22 vorgesehenen abgeschaltetenAuslassventile 15 sind bei steigendem Abgasmassenstromschrittweise aktivierbar. Dies kann beispielsweise über einnicht dargestelltes Motorsteuergerät erfolgen. Wird jedes abgeschalteteAuslassventil 15 einzeln aktiviert, erfolgt dies in sechsSchritten. Werden die Auslassventile 15 paarweise aktiviert,sind drei Schritte, werden jeweils drei Auslassventile 15 aktiviert,sind zwei Schritte zur vollständigenAktivierung aller Auslassventile 15 notwendig. Eine Ventilhubkurveund/oder Steuerzeiten der Auslassventile 14 der erstenGruppe kann von denen der Auslassventile 15 der zweitenGruppe verschieden sein.
    [0030] Jederder Zylinder 11 ist überseine Auslassventile 14, 15 mit beiden Turboladern 18 und 22 verbunden.Der erste Turbolader 18 ist vorzugsweise kleiner ausgelegtals der zweite Turbolader 22, wobei der zweite Turbolader 22 aufdie Nennleistung der Brennkraftmaschine 10 ausgelegt ist.Die Turbine 24 des zweiten Turboladers 22 istgrößer ausgelegtals bei einer vergleichbaren einstufigen Aufladung. Die den erstenTurbolader 18 beaufschlagenden Auslassventile 14 sindim Durchmesser verschieden, vorzugsweise kleiner, ausgebildet alsdie den zweiten Turbolader 22 beaufschlagenden Auslassventile 15.
    [0031] Optionalkann eine Sekundärluftzuleitung 28 mitin jede Verbindungsleitung der ersten Gruppe der Auslassventile 14 zurSammelleitung des ersten Abgasstrangs 16 ragenden Zuführungen 29 vorgesehensein. In dem ersten Abgasstrang 16 ist ein erster Abgaskatalysator 25 vorgesehen.In Abgasströmungsrichtunghinter dem zweiten Turbolader 22 ist ein zweiter Katalysator 26 nacheiner Zusammenführung 27 derSammelleitungen des ersten und dem zweiten Abgasstrangs 16 und 17 vorgesehen.Stromauf des ersten Katalysators 25 und stromab des zweitenKatalysators 26 jeweils eine sauerstoffsensitive Messvorrichtung 41 und 42 vorgesehen.Die sauerstoffsensitive Messvorrichtung 41 umfasst vorzugsweiseeine Breitband-Lambdasonde, während diesauerstoffsensitive Messvorrichtung 42 vorzugsweise eineLambdasonde mit Sprungantwort umfasst. Es kann auch eine drittesauerstoffsensitive Messvorrichtung 43 stromab des erstenKatalysators 25 vor oder nach der Zusammenführung 27 vorgesehensein, insbesondere vor der Zusammenführung 27.
    [0032] Diebevorzugte Ausgestaltung in 2 zeigt eineAnordnung nach dem Ausführungsbeispielder 1, die von ihrem benötigten geringen Bauraum hergesehen besonders füreinen Längseinbaugeeignet ist. Details wie eine möglicherweisevorhandene Sekundärluftzuleitung,eine Ansaugvorrichtung oder eine Abgassensorik sind nicht dargestellt.
    [0033] InFahrtrichtung gesehen liegt der zweite Turbolader 22 hinterdem ersten Turbolader 18. Der Abgasstrang 16 zumersten Turbolader 18 kann deutlich kürzer ausgeführt werden als zum zweitenTurbolader 22, dessen Längedes Abgasstrangs 17 unkritisch ist. Der erste Turbolader 18,der erste Katalysator 25, der zweite Turbolader 22 under zweite Katalysator 26 sind in dieser Reihenfolge sequentiellangeordnet.
    [0034] 3 verdeutlichteine Ansaugvorrichtung einer Anordnung nach dem ersten Ausführungsbeispiel.Details wie eine möglicherweisevorhandene Sekundärluftzuleitungoder eine Abgassensorik sind nicht dargestellt. Der Verdichter 19 desersten Turboladers 18 wird über eine Ansaugleitung 30 mitZuluft versorgt, die übereine Druckleitung 31 und eine Verteilerleitung 38 andie Einlassventile 12, 13 geleitet wird. Der Verdichter 23 deszweiten Turboladers 22 wird über eine Ansaugleitung 32 mitZuluft versorgt, die übereine Druckleitung 33 und eine Verteilerleitung 38 andie Einlassventile 12, 13 geleitet wird. Die beidenDruckleitungen 31 und 33 münden in einer Zusammenführung 34 indie Verteilerleitung 38, die über Zuführungen 36, 37 diekomprimierte Luft an die Einlassventile 12, 13 derZylinder 11 verteilt.
    [0035] Prinzipiellkönnendie Verdichter 19 und 23 der Turbolader 18 und 22 inSerie geschaltet sein, wobei der erste Turbolader 18 beiNennleistung abschaltbar ausgeführtist. Dabei ist es zweckmäßig, dieAuslassventile 14, 15 der ersten und der zweiten Gruppeabschaltbar zu gestalten.
    [0036] Alternativkönnendie Verdichter 19 und 23 der Turbolader 18 und 22 parallelgeschaltet sein, wobei an der Zusammenführung 34 der verdichterseitigenDruckleitungen 31 und 33 eine Druckregelvorrichtung 40 vorgesehenist, um möglicheLadedruckunterschiede der beiden Verdichter 19, 23 auszugleichen.Diese Schaltung der Verdichter 19 und 23 ist bevorzugt. 4 verdeutlichtin einer schematischen Darstellung die Druckregelvorrichtung 40.An der Zusammenführung 34 isteine Klappe 35 vorgesehen, die stufenlos bewegbar und aktivoder passiv ansteuerbar ist. Durch teilweise Versperrung der beidenDruckleitungen 31 und 32 werden beide Druckleitungen 31, 32 aufden höherender beiden Ladedrückeeingeregelt, wozu in jeder der Druckleitungen 31, 33 jeweilsein Drucksensor P1 bzw. P2 vorgesehen ist. In der Verteilerleitung 38 kannoptional ein dritter Drucksensor P3 vorgesehen sein.
    [0037] DieAnordnung in 5 stellt eine bevorzugte Turboladervorrichtunggemäß einemzweiten Ausführungsbeispielfür eineals 4-Zylindermotor ausgebildete Brennkraftmaschine 10 dar.Details zu einer Sekundärluftzuleitungoder einer Ansaugvorrichtung oder einer Abgassensorik sind nichtdargestellt. Vorzugsweise ist die Brennkraftmaschine 10 einReihenmotor oder ein VR-Motor. Die Brennkraftmaschine 10 weisteinen Zylinderkopf auf. Zylinder 11 der Brennkraftmaschine 10 weisenjeweils zwei Einlassventile 12 und 13 sowie mindestenszwei Auslassventile 14 und 15 auf. Bei einer Brennkraftmaschine 10 mit mehrerenZylinderköpfensind vorzugsweise pro Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 10 zweiTurbolader 18 und 22 vorgesehen, besonders bevorzugtsind genau zwei Turbolader 18, 22 je Zylinderkopfvorgesehen.
    [0038] DieAuslassventile 14 und 15 bilden zwei Gruppen vonAuslassventilen 14, 15. Die erste Gruppe von Auslassventilen 14 istmit einer Sammelleitung eines ersten Abgasstrangs 16 unddie zweite Gruppe von Auslassventilen 15 ist mit einerSammelleitung eines zweiten Abgasstrangs 17 verbunden.In dem ersten Abgasstrang 16 ist ein erster Turbolader 18 miteinem Verdichter 19 und einer Turbine 20 angeordnet.Die Turbine 20 wird von einem Abgasmassenstrom der derersten Gruppe zugehörigenAuslassventile 14 beaufschlagt und treibt den Verdichter 19 an.In dem zweiten Abgasstrang 17 ist ein zweiter Turbolader 22 miteinem Verdichter 23 und einer Turbine 24 angeordnet.Die Turbine 24 wird von einem Abgasmassenstrom der derzweiten Gruppe zugehörigenAuslassventile 15 beaufschlagt und treibt den Verdichter 23 an.
    [0039] Wenigstensein Teil der den zweiten Turbolader 22 beaufschlagendenAuslassventile 15, vorzugsweise alle, ist abschaltbar ausgebildet.Bei kleinen Drehzahlen der Brennkraftmaschine 10 ist im Wesentlichennur die Turbine 20 des ersten Turboladers 18 vonAbgas durchströmt.Die zur Beaufschlagung des zweiten Turboladers 22 vorgesehenenabgeschalteten Auslassventile 15 sind bei steigendem Abgasmassenstromschrittweise aktivierbar. Dies kann beispielsweise über einnicht dargestelltes Motorsteuergerät erfolgen. Wird jedes abgeschaltete Auslassventil 15 einzelnaktiviert, erfolgt dies in vier Schritten. Werden die Auslassventile 15 paarweise aktiviert,sind zwei Schritte notwendig.
    [0040] Diefür daserste Ausführungsbeispielgenannten Merkmale und Varianten gelten hier entsprechend. Weiterhingelten die Ausführungensinngemäß auch für Brennkraftmaschinen 10 miteinem 8-Zylindermotor mit zwei Zylinderköpfen und entsprechend 4 Turboladern 18, 22 sowie16-Zylindermotoren mit zwei oder vier Zylinderköpfen und entsprechend vieroder acht Turboladern 18, 22.
    [0041] Wieaus 6 ersichtlich, kann gemäß einem dritten Ausführungsbeispieleine bevorzugte auslassventilbezogene Turboladervorrichtung mit zweiTurboladern 18, 22 auch für eine Brennkraftmaschine 10 mitungerader Zylinderzahl und einem einzigen Zylinderkopf eingesetztwerden.
    [0042] ImAusführungsbeispielist die Brennkraftmaschine als 5-Zylindermotor ausgebildet. Zylinder 11 derBrennkraftmaschine 10 weisen jeweils zwei Einlassventile 12 und 13 sowiemindestens zwei Auslassventile 14 und 15 auf.Details zu einer Sekundärluftzuleitungund/oder einer Ansaugvorrichtung und/oder einer Abgassensorik sindnicht dargestellt. Bei einer Brennkraftmaschine 10 mitmehreren Zylinderköpfensind vorzugsweise pro Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 10 zweiTurbolader 18 und 22 vorgesehen, besonders bevorzugtsind genau zwei Turbolader je Zylinderkopf vorgesehen.
    [0043] DieAuslassventile 14 und 15 bilden zwei Gruppen vonAuslassventilen 14, 15. Die erste Gruppe von Auslassventilen 14 istmit einer Sammelleitung eines ersten Abgasstrangs 16 unddie zweite Gruppe von Auslassventilen 15 ist mit einerSammelleitung eines zweiten Abgasstrangs 17 verbunden.In dem ersten Abgasstrang 16 ist ein erster Turbolader 18 miteinem Verdichter 19 und einer Turbine 20 angeordnet.Die Turbine 20 wird von einem Abgasmassenstrom der derersten Gruppe zugehörigenAuslassventile 14 beaufschlagt und treibt den Verdichter 19 an.In dem zweiten Abgasstrang 17 ist ein zweiter Turbolader 22 miteinem Verdichter 23 und einer Turbine 24 angeordnet.Die Turbine 24 wird von einem Abgasmassenstrom der derzweiten Gruppe zugehörigenAuslassventile 15 beaufschlagt und treibt den Verdichter 23 an.
    [0044] Diefür daserste und zweite Ausführungsbeispielgenannten Merkmale und Varianten gelten hier entsprechend.
    权利要求:
    Claims (30)
    [1] Brennkraftmaschine (10) mit einer Turboladervorrichtungmit wenigstens einem ersten und einem zweiten Turbolader (18, 22),deren Verdichter (19, 23) von mit Abgas beaufschlagbarenTurbinen (20, 24) antreibbar sind, wobei der ersterTurbolader (18) in einem ersten Abgasstrang (16)einer ersten Gruppe von Auslassventilen (14) der Brennkraftmaschine (10)und ein zweiter Turbolader (22) in einem zweiten Abgasstrang(17) einer zweiten Gruppe von Auslassventilen (15)angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einTeil der Zylinder (11) auslassseitig mit beiden Turboladern(18, 22) verbunden ist.
    [2] Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnetdurch eine fremdzündendeAusgestaltung, insbesondere eine direkteinspritzende Ausgestaltung.
    [3] Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurchgekennzeichnet, dass der erste Turbolader (18) kleinerausgelegt ist als der zweite Turbolader (22).
    [4] Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,dass der zweite Turbolader (22) auf die Nennleistung derBrennkraftmaschine (10) ausgelegt ist.
    [5] Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (24) des zweitenTurboladers (22) größer ausgelegtist als bei einer einstufigen Aufladung.
    [6] Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der den zweiten Turbolader(22) beaufschlagenden Auslassventile (15) im Durchflussreduzierbar, insbesondere abschaltbar, ausgebildet ist.
    [7] Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,dass der Teil der den zweiten Turbolader beaufschlagenden Auslassventile(15) abschaltbar ausgebildet ist.
    [8] Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die den ersten Turbolader (18)beaufschlagenden Auslassventile (14) im Durchmesser verschiedenvon den den zweiten Turbolader (22) beaufschlagenden Auslassventilen(15) ausgebildet sind.
    [9] Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,dass die den ersten Turbolader (18) beaufschlagenden Auslassventile(14) im Durchmesser kleiner als die den zweiten Turbolader (22)beaufschlagenden Auslassventilen (15) ausgebildet sind.
    [10] Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilhub und/oder Steuerzeiten derAuslassventile (14) der ersten Gruppe von einem Ventilhubund/oder Steuerzeiten der Auslassventile (15) der zweitenGruppe verschieden sind.
    [11] Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass zur Beaufschlagung des zweiten Turboladers(22) vorgesehene abgeschaltete Auslassventile (15)bei steigendem Abgasmassenstrom schrittweise aktivierbar sind.
    [12] Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,dass die Aktivierung bei einem N-Zylindermotor in N/m-Schrittenerfolgt, wobei m eine ganze Zahl mit 1 ≤ m ≤ N ist.
    [13] Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass pro Zylinderkopf zwei Turbolader (18, 22)vorgesehen sind.
    [14] Brennkraftmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,dass einer der Turbolader (18, 22) bypassklappenfreiausgebildet ist.
    [15] Brennkraftmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,dass der erste Turbolader (18) bypassklappenfrei ausgebildetist.
    [16] Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Abgasstrang (16)ein erster Abgaskatalysator (25) vorgesehen ist.
    [17] Brennkraftmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,dass der erste Abgaskatalysator (25) stromauf des Turboladers(18) vorgesehen ist.
    [18] Brennkraftmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,dass der erste Abgaskatalysator (25) stromab des Turboladers(18) vorgesehen ist.
    [19] Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass in Abgasströmungsrichtung hinter dem zweitenTurbolader (22) ein zweiter Katalysator (26) nacheiner Zusammenführung(27) des ersten und dem zweiten Abgasstrangs (16, 17)vorgesehen ist.
    [20] Brennkraftmaschine nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,dass der zweite Katalysator (26) im Volumen größer alsder erste Katalysator (25) ausgebildet ist.
    [21] Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass stromauf des ersten Katalysators (25) undstromab des zweiten Katalysators (26) jeweils eine sauerstoffsensitiveMessvorrichtung (41, 42) vorgesehen ist.
    [22] Brennkraftmaschine nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,dass eine dritte sauerstoffsensitive Messvorrichtung (43)stromauf des zweiten Katalysators (26) vorgesehen ist.
    [23] Brennkraftmaschine nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,dass die dritte sauerstoffsensitive Messvorrichtung (43)stromab der Zusammenführung(27) vorgesehen ist.
    [24] Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass eine Sekundärluftzuleitung (28)nur im ersten Abgasstrang (16) vorgesehen ist.
    [25] Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichter (19, 23)der Turbolader (18, 22) strömungstechnisch parallel geschaltetsind.
    [26] Brennkraftmaschine nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,dass zwischen verdichterseitigen Leitungen (31, 33)zur Zuführungvon Luft zu Einlassventilen (12, 13) der Zylinder(11) eine Druckregelvorrichtung (40) vorgesehenist.
    [27] Brennkraftmaschine nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet,dass der Druck in den verdichterseitigen Leitungen (31, 33)auf den gleichen Sollwert einregelbar ist.
    [28] Brennkraftmaschine nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis24, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichter (19, 23)der Turbolader (18, 22) in Serie geschaltet sind.
    [29] Brennkraftmaschine nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet,dass der erste Turbolader (18) bei Nennleistung abschaltbarist.
    [30] Brennkraftmaschine nach Anspruch 28 oder 29, dadurchgekennzeichnet, dass die Auslassventile (14, 15)abschaltbar sind.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004028482B4|2018-01-04|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
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    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE102004028482.2A|DE102004028482B4|2004-06-11|2004-06-11|Brennkraftmaschine|DE102004028482.2A| DE102004028482B4|2004-06-11|2004-06-11|Brennkraftmaschine|
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