DE102009046940A1 - Mehrstufige Aufladegruppe, Aufladesystem und Brennkraftmaschine, jeweils mit der mehrstufigen Aufladegruppe - Google Patents

Mehrstufige Aufladegruppe, Aufladesystem und Brennkraftmaschine, jeweils mit der mehrstufigen Aufladegruppe Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine mehrstufige Aufladegruppe (10) zur Beaufschlagung mit einem Arbeitsfluid (A) einer Brennkraftmaschine, wenigstens aufweisend: - einen ersten Turbolader mit einer Erstturbine (1) und einen zweiten Turbolader mit einer Zweitturbine (2), wobei - die Erstturbine (1) und die Zweitturbine (2) von einem gemeinsamen Trägergehäuse (6) gehalten sind; - eine Bypass-Führung (7) für das Arbeitsfluid (A), welche die Erstturbine (1) umgeht. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Bypass-Führung (7) wenigstens teilweise mit dem und innerhalb des Trägergehäuses (6) gebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine mehrstufige Aufladegruppe (10) zur Beaufschlagung mit einem Arbeitsfluid (A) einer Brennkraftmaschine, wenigstens aufweisend:
    • – einen ersten Turbolader mit einer Erstturbine und einen zweiten Turbolader mit einer Zweitturbine, wobei
    • – die Erstturbine (1) und die Zweitturbine (2) von einem gemeinsamen Trägergehäuse (6) gehalten sind;
    • – eine Bypass-Führung (7) für das Arbeitsfluid (A), welche die Erstturbine (1) umgeht. Die Erfindung betrifft auch ein Aufladesystem und eine Brennkraftmaschine.
  • Eine mehrstufige Aufladung erweist sich bei Motoren, insbesondere der hohen und mittleren Leistungsklasse, als bevorzugte Möglichkeit, die Leistung einer Brennkraftmaschine zu optimieren. Dabei hat sich auch die Verwendung mehrerer, parallel oder mehrstufig, beaufschlagter Turbolader bewährt. Beispielsweise ist in WO 2004/013472 A1 und DE19524566 der Anmelderin eine Brennkraftmaschine mit zwei oder mehr parallel beaufschlagbaren Abgasturboladern offenbart, welche im Wesentlichen in einem gemeinsamen Trägergehäuse angeordnet sind, wobei sich jeweils zugeordnete Verdichter außerhalb des Trägergehäuses befinden.
  • Das Konzept einer zweistufigen Aufladung ist z. B. bei einer Brennkraftmaschine der EP17 10 415 A1 realisiert. Um auch in einem unteren Leistungsbereich eines Motors eine effektive Aufladung zu ermöglichen, ist dort eine Bypass-Führung für das Arbeitsfluid der Brennkraftmaschine unter Umgehung der Erstturbine vorgesehen. Beider Erstturbine handelt es sich um eine Hochdruckturbine und bei der Zweitturbine um eine Niederdruckturbine. Bei einer Aufladegruppe der 3 der EP 17 10 415 A1 ist eine Niederdruckabgasturbine mit einem Doppelabgaseintritt vorgesehen, wobei dem einen Abgaseintritt Abgas aus dem Abgasaustritt der Turbine des Hochdruckturboladers zugeführt wird, während dem anderen Abgaseintritt über ein Drosselelement Abgas aus der Zuleitung zum Abgaseintritt der Turbine des Hochdruckturboladers zugeführt wird. Eine derartige lokale und separate Zuströmung zur Niederdruckturbine, d. h. lokal stromabwärtig der Hochdruckturbine, hat zur Folge, dass die Niederdruckturbine lediglich teilbeaufschlagt wird, was einen nachteiligen Einfluss auf den Turbinenwirkungsgrad hat.
  • Ein Drosselelement in Form eines Bypass-Ventils ist in DE10027668A1 beschrieben.
  • Insbesondere hat sich die zweistufige Aufladung bei Großmotoren der Anmelderin bewährt. In DE 10 2007 046 667 A1 der Anmelderin ist eine zweistufige Aufladegruppe beschrieben, welche die mit der Teilbeaufschlagung verbundenen Probleme größtenteils behebt, indem eine Beruhigungsstrecke zwischen dem Fluidaustritt der Hochdruckturbine und dem Fluideintritt der Niederdruckturbine bauraumsparend ausgelegt ist. Dazu kann auch eine Zumischzuführung strömungstechnisch vorteilhaft ausgelegt sein.
  • Wünschenswert ist eine Alternative, mit der eine Teilbeaufschlagung einer Zweitturbine, insbesondere im Falle der Nutzung einer Bypass-Führung, weitestgehend vermieden ist, u. a. um einen verbesserten Wirkungsgrad einer Aufladegruppe zu erreichen. An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, eine mehrstufige Aufladegruppe, ein Aufladesystem und eine Brennkraftmaschine anzugeben, die auch unter Nutzung einer Bypass-Führung einen vergleichsweise guten Wirkungsgrad aufweisen. Insbesondere sollen die Nachteile einer Teilbeaufschlagung der Zweitturbine bei Umgehung der Erstturbine der Aufladegruppe vermieden werden. Insbesondere soll die Zweitturbine in verbesserter Weise strömungsoptimiert beaufschlagt werden für den Fall der Nutzung der Bypass-Führung unter Umgehung der Erstturbine.
  • Die Aufgabe hinsichtlich der mehrstufigen Aufladegruppe wird gelöst durch eine Aufladegruppe der eingangs genannten Art, bei der erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass die Bypass-Führung wenigstens teilweise mit dem Trägergehäuse und innerhalb des Trägergehäuses gebildet ist.
  • Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass bei Halterung der Erstturbine und der Zweitturbine an einem gemeinsamen Trägergehäuse, insbesondere Anordnung in einem gemeinsamen Trägergehäuse, eine gute Möglichkeit gegeben ist, eine lediglich lokale Teilbeaufschlagung der Zweitturbine zu vermeiden. Die Erfindung nutzt dabei Überlegungen, um eine Zuführstrecke zur Zweitturbine nicht nur bauraumsparend unterzubringen, sondern darüberhinaus, soweit es geht, eine platzraubende Zuführstrecke zu vermeiden. Die Erfindung hat erkannt, dass in einem gemeinsamen Trägergehäuse der Erstturbine und Zweitturbine eine besonders vorteilhafte Strömungsführung auch für eine Bypass-Menge des Arbeitsfluids möglich ist. Ausgehend von dieser Überlegung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Bypass-Führung wenigstens teilweise mit dem Trägergehäuse gebildet ist. Mit anderen Worten kann eine Bypass-Menge des Arbeitsfluids dadurch wenigstens teilweise entlang des Trägergehäuses, insbesondere entlang einer Wand des Trägergehäuses, geführt werden. Das Konzept der Erfindung nutzt in überraschender Weise das Trägergehäuse nicht nur im Rahmen seiner üblichen Funktion zur Halterung, insbesondere Aufnahme, der Erstturbine und Zweitturbine. Darüber hinaus wird das Trägergehäuse als solches zur Bypass-Führung genutzt, um eine Bypass-Menge von Arbeitsfluid in der Bypass-Führung innerhalb des Trägergehäuses, d. h. in einem vom Trägergehäuse umgebenen Innenraum zu führen.
  • Unter dem Fall einer Aufnahme der Erstturbine und der Zweittur7bine in dem Trägergehäuse ist zu verstehen, dass wesentliche Teile, wenigstens ein Turbinenrad, im Innenraumbereich des Trägergehäuses angeordnet ist.
  • Im Prinzip wird erreicht, dass – selbst im Falle der Nutzung der Bypass-Führung – die Gesamtmenge an Arbeitsfluid durch die und an der Anordnung der Erstturbine geleitet wird; nämlich die Hauptmenge des Arbeitsfluids über die Erstturbine und die Bypass-Menge des Arbeitsfluids unter Umgehung der Erstturbine in der Bypass-Führung entlang und innerhalb des Trägergehäuses. Die Hauptmenge und die Bypass-Menge des Arbeitsfluids werden praktisch nebeneinander geführt, vorzugsweise getrennt durch eine Wand des Turbinengehäuses der Erstturbine. Die Gesamtmenge des Arbeitsfluids zur Zweitturbine lässt sich dann bauraumsparend und unter vergleichsweise geringen Strömungswiderständen gleichmäßig führen. Insbesondere lässt sich die Zweitturbine weitgehend gleichförmig beaufschlagen. Eine strömungswiderstandsarme praktisch unidirektionale Zuströmung zur Zweitturbine ist möglich. Dies führt zu einer beachtlichen Erhöhung des Gesamtwirkungsgrads der mehrstufigen Aufladegruppe. Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist dazu vorgesehen, dass eine Wandlung der Bypass-Führung wenigstens teilweise mit einer Wand des Trägergehäuses gebildet ist. Vorzugsweise ist die Wandung der Bypass-Führung zusätzlich wenigstens teilweise mit einer Wand des Turbinengehäuses der Erstturbine gebildet. Grundsätzlich eignet sich dazu auch eine andere Wand im vom Trägergehäuse umgebenen Innenraum. Besonders vorteilhaft bilden die Wand des Trägergehäuses und die Wand des Turbinengehäuses und/oder eine andere Wand im Innenraum sich gegenüberliegende Wandungsteile der Bypass-Führung. So kann das Arbeitsfluid in der Bypass-Führung zwischen den Wandungsteilen – also z. B. zwischen einer Wand des Trägergehäuses und einer Wand des Turbinengehäuses der Erstturbine – und in direktem Kontakt mit den Wandungsteilen geführt werden.
  • Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
  • Das Konzept der Erfindung hat sich als besonders vorteilhaft für eine Aufladegruppe erwiesen, bei welcher der erste Turbolader Teil einer Hochdruckstufe ist. Vorzugsweise ist der zweite Turbolader Teil einer Niederdruckstufe. Grundsätzlich können weitere Druckstufen der Aufladegruppe vorhanden sein. Das obige Konzept ist zwar nicht beschränkt auf die druckunterschiedliche Auslegung der Erstturbine und Zweitturbine, erweist sich jedoch insbesondere gemäß der zuvor erläuterten Weiterbildung als vorteilhaft.
  • Vorzugsweise weist der erste Turbolader einen Hochdruckverdichter und der zweite Turbolader einen Niederdruckverdichter auf, wobei der Hochdruckverdichter und der Niederdruckverdichter außerhalb des Trägergehäuses angeordnet sind. Dies hat sich hinsichtlich der Strömungsführung als besonders zweckmäßig erwiesen.
  • Es kann mit Vorteil versehen ein mehrwandiges oder auch einwandiges Trägergehäuse genutzt werden. So kann das Trägergehäuse mit zwei, drei oder mehr Wänden ausgeführt sein. Das Trägergehäuse ist vorteilhaft gasdicht, zur Führung einer Bypass-Menge des Arbeitsfluids ausgelegt. Vorteilhaft ist dazu wenigstens eine Wand des Trägergehäuses gasdicht.
  • Vorteilhaft kann eine Bypass-Führung innerhalb des Trägergehäuses mit einem sich in strömungsabwärtiger Richtung entlang der Bypass-Führung aufweitenden Querschnitt ausgelegt sein. Dies trägt zur Vergleichmäßigung der Strömung bei und erlaubt eine weiter verbesserte gleichförmige Beaufschlagung der Zweitturbine am ausgangsseitigen Ende der Bypass-Führung. Eine Aufweitung des Querschnitts kann z. B. durch einen sich ändernden Abstand von Wandungsteilen der Bypass-Führung erreicht werden.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Arbeitsfluid-Führung zwischen der Erstturbine und der Zweitturbine durch ein Zuströmgehäuse erfolgt. Das Zuströmgehäuse ist mit seinem strömungsführenden Teil in vorteilhafter Weise innerhalb des Trägergehäuses angeordnet. Gemäß der Weiterbildung umgibt das Zuströmgehäuse eingangs wenigstens einen Ausströmquerschnitt der Erstturbine.
  • Zur Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Zuströmgehäuse eingangs, zur Aufnahme von Arbeitsfluid aus der Bypass-Führung einen Kreisringquerschnitt aufweist, welcher einen größeren Durchmesser als der Ausströmquerschnitt der Erstturbine aufweist. Insbesondere umgibt der Kreisringquerschnitt den Ausströmquerschnitt unmittelbar, d. h. vorteilhaft lediglich getrennt durch das Turbinengehäuse der Erstturbine. Eine Bypass-Menge des Arbeitsfluids kann dadurch vergleichsweise strömungswiderstandsarm zusammen mit einer Hauptmenge des Strömungsfluids – praktisch nebeneinander – dem Zuströmgehäuse zugeleitet werden. Besonders bevorzugt umgibt das Zuströmgehäuse ausgangs einen Zuströmquerschnitt der Zweitturbine. Insbesondere entspricht vorteilhaft ein ausgangsseitiger Strömungsquerschnitt des Zuströmgehäuses dem Zuströmquerschnitt der Zweitturbine; die Querschnitte sind vorteilhaft Ringquerschnitte.
  • Insgesamt erweist sich eine bauraumintensive, völlig separate Bypass-Führung bzw. eine lokale Zuströmung hinter der Hochdruckturbine für eine Bypass-Menge eines Arbeitsfluids bei dem erläuterten Konzept als überflüssig, sodass auch die damit verbundenen, eingangs genannten Nachteile vermieden sind. Vielmehr führt das Konzept, insbesondere mit den vorgenannten Weiterbildungen zu einer vergleichmäßigten und widerstandsgeringen Strömungsführung sowohl der Hauptmenge des Arbeitsfluids als auch der Bypass-Menge des Arbeitsfluids und zu einer vergleichmäßigten Beaufschlagung der Zweitturbine sowohl im Bypass-Betrieb der Erstturbine als auch im Falle einer Vollbeaufschlagung der Erstturbine.
  • Betreffend die Zuführung des Arbeitsfluids zur Aufladegruppe sieht eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung vor, dass eine Turbinenzuführung einerseits zur Erstturbine und eine Bypass-Zuführung andererseits zur Bypass-Führung vorgesehen sind. Diese lassen sich vorteilhaft im unmittelbaren Zuströmbereich zur Erstturbine, z. B. in einen Zuführstutzen, nahezu parallel, mit vergleichsweise geringem Strömungswiderstand führen. Die Bypass-Zuführung kann zur Regelung der Bypass-Menge des Arbeitsfluids ein Regelorgan aufweisen. Das Regelorgan ist vorteilhaft in Form einer Drosselklappe gebildet. Insgesamt hat sich das Konzept der Erfindung als besonders vorteilhaft für eine Aufladegruppe mit einer konstruktiv als Radialturbine ausgeführten Erstturbine und/oder einer als Axialturbine ausgeführten Zweitturbine erwiesen. Diese lassen sich besonders bauraumsparend in einem gemeinsamen Trägergehäuse mit vergleichsweise geringen Strömungsverlusten unterbringen.
  • Zur Lösung der Aufgabe führt die Erfindung auch auf ein Aufladesystem mit einer Aufladegruppe der vorgenannten Art. Ein Aufladesystem weist insbesondere weiter ein Abgasrückführsystem und/oder ein Ladeluftzuführsystem auf, das mit Arbeitsfluid einer Brennkraftmaschine beaufschlagt werden kann. Das Aufladesystem weist insbesondere eine Abgasrückführung, eine Ladeluftansaugung und wenigstens einen Wärmetauscher auf.
  • Zur Lösung der Aufgabe führt das Konzept der Erfindung auch auf eine Brennkraftmaschine mit einer mehrstufigen Aufladegruppe der vorgenannten Art.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:
  • 1A: eine Teilschnittdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer zweistufigen Aufladegruppe mit einer Hochdruckstufe und einer Niederdruckstufe
  • 1B: eine Schnittansicht entlang des Schnitts B-B der 1A auf eine Zuführung zur Aufladegruppe.
  • Die Aufladegruppe der 1A ist als Anordnung von zwei Abgasturboladern in einer Hochdruckstufe H und einer Niederdruckstufe N ausgeführt, wobei eine Erstturbine 1 (nachfolgend Hochdruckturbine 1) der Hochdruckstufe H als Radialturbine und eine Zweitturbine 2 (nachfolgend Niederdruckturbine 2) der Niederdruckstufe N als Axialturbine für ein Abgas einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine dargestellt ist. Die Hochdruckturbine 1 weist ein Turbinengehäuse 16 und die Niederdruckturbine 2 weist ein Turbinengehäuse 17 auf. Neben den Hochdruck- und Niederdruckturbinen 1, 2 weist die Aufladegruppe 10 der 1 einen Hochdruckverdichter 11 mit entsprechendem nicht näher bezeichneten Verdichterrad und Gehäuse und einen Niederdruckverdichter 12 mit einem entsprechenden nicht näher bezeichneten Verdichterrad in einem Verdichtergehäuse auf. Der Verdichter 11 ist Teil der Hochdruckanordnung H. Der Verdichter 12 ist Teil der Niederdruckanordnung N.
  • Ein Arbeitsfluid A in Form von Abgas wird – wie aus 1B ersichtlich – aus einer symbolisch dargestellten Abgasleitung L eines symbolisch dargestellten, der Brennkraftmaschine zugeordneten Aufladesystems S dem Zuführstutzen 13 der Hochdruckturbine 1 zugeführt. Der Strömungsverlauf des Arbeitsfluids in der Aufladegruppe 10 ist durch den dunklen Pfeil gekennzeichnet. Der dunkle Pfeil kennzeichnet auch die Strömungsführung der Hauptmenge des Arbeitsfluids für den Fall, dass die Bypass-Führung genutzt wird. Das Arbeitsfluid bzw. die Hauptmenge des Arbeitsfluids verlässt die Hochdruckturbine 1 durch eine auf einer gemeinsamen Achse der Hochdruckturbinen 1 und 2 angeordnete abströmseitige Auslassöffnung 3 und wird weiter – in einem Zuströmgehäuse 4 – einem ringförmigen Zuströmquerschnitt 5 der Niederdruckturbine 2 zugeleitet. Das Zuströmgehäuse 4 umgibt eingangs den Ausströmquerschnitt 3 der Hochdruckturbine 1 und hat ausgangs einen dem Zuströmquerschnitt 5 der Niederdruckturbine 2 entsprechenden Durchmesser. Dem Konzept der Erfindung folgend ist vorliegend die Hochdruckturbine 1 und die Niederdruckturbine 2 in einem gemeinsamen Trägergehäuse 6 angeordnet, welches zudem eine Bypass-Führung 7 ausbildet. Die Bypass-Menge des in der Bypass-Führung 7 geführten Arbeitsfluids A ist vorliegend durch den hellen Pfeil gekennzeichnet.
  • Dem Konzept der Erfindung folgend hat das Zuströmgehäuse 4 einen den Ausströmquerschnitt 3 der Hochdruckturbine umgebenden strömungseingangsseitigen Kreisringquerschnitt 8, welcher zudem den Ausströmquerschnitt 3 der Hochdruckturbine 1 teilweise überlappt.
  • Im vorliegenden Fall ist das Trägergehäuse 6 zur Bildung einer Wandung mit zwei Wänden, nämlich einer Außenwand 6.1, und einer Innenwand 6.2 ausgebildet. Das Trägergehäuse 6 ist gasdicht.
  • Der abströmseitige Querschnitt der für die Bypass-Führung 7 gebildeten gasdichten Kammer zwischen der Wand 6.2 und dem Turbinengehäuse 16 der Erstturbine 1 wird durch das Zuströmgehäuse 4 praktisch geteilt. Mit anderen Worten es ist entlang eines von innen nach außen verlaufenden Schrägschnitts zunächst das innenliegende Turbinengehäuse 16 angeordnet, der als Teil des Gehäuses der Hochdruckturbine 1 zu sehen ist. Im Bereich des Ausströmquerschnitts 3 der Hochdruckturbine 1 ist weiter außenseitig zunächst eine Wand des Zuströmgehäuses 4 zur Bildung des vorgenannten Kreisringquerschnitts 8 angeordnet. Weiter außen liegend folgt die Innenwand 6.2 des Trägergehäuses 6 sowie anschließend die Außenwand 6.1 des Trägergehäuses 6.
  • Die Zuführung eines Arbeitsfluids bzw. einer Hauptmenge des Arbeitsfluids (dunkler Pfeil in 1B) bzw. einer Bypass-Menge des Arbeitsfluids (heller Pfeil in 1B) wird durch ein Regelorgan 9, vorliegend in Form einer Drosselklappe, grundsätzlich aber auch als Bypass-Ventil, gesteuert. Das Regelorgan 9 befindet sich in einem Zweig einer sich in einem Zuführstutzen 13 Y-artig aufspaltenden Abgasleitung L unmittelbar vor dem strömungseingangsseitigen Eingang der Bypass-Führung 7. Der Zuführstutzen 13 hat dazu eine Turbinenzuführung 14 und eine Bypass-Zuführung 15. Bei geschlossenem Regelorgan 9 ergibt sich lediglich der Strömungsverlauf gemäß dem dunklen Pfeil für das Arbeitsfluid A). Bei geöffnetem Regelorgan 9 verläuft die Hauptmenge des Arbeitsfluids entlang des dunklen Pfeils und die Bypass-Menge des Arbeitsfluids entlang des hellen Pfeils entlang der Bypass-Führung 7.
  • Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine mehrstufige Aufladegruppe 10 zur Beaufschlagung mit einem Arbeitsfluid einer Brennkraftmaschine, wenigstens aufweisend: einen ersten Turbolader und einen zweiten Turbolader, wobei eine Erstturbine 1 des ersten Turboladers und eine Zweitturbine 2 des zweiten Turboladers in einem gemeinsamen Trägergehäuse 6 angeordnet sind; eine Bypass-Führung 7 für das Arbeitsfluid unter Umgehung der Erstturbine 1. Dabei ist vorgesehen, dass die Bypass-Führung 7 wenigstens teilweise mit dem und innerhalb des Trägergehäuses 6 gebildet ist, vorliegend zwischen dem Trägergehäuse 6 und dem Turbinengehäuse 16 der Hochdruckturbine 1.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Erstturbine, Hochdruckturbine
    2
    Zweitturbine, Niederdruckturbine
    3
    Auslassöffnung, Ausströmquerschnitt
    4
    Zuströmgehäuse
    5
    Zuströmquerschnitt
    6
    Trägergehäuse
    6.1
    Wand, Außenwand des Trägergehäuses
    6.2
    Wand, Innenwand des Trägergehäuses
    7
    Bypass-Führung
    8
    Kreisringquerschnitt
    9
    Regelorgan, Drossel, Bypass-Ventil
    10
    Aufladegruppe
    11
    Hochdruckverdichter, Verdichter
    12
    Niederdruckverdichter, Verdichter
    13
    Zuführstutzen
    14
    Turbinen-Zuführung
    15
    Bypass-Zuführung
    16
    Turbinengehäuse der Erstturbine
    17
    Turbinengehäuse der Zweitturbine
    A
    Arbeitsfluid, Abgas
    H
    Hochdruckstufe, Hochdruckanordnung
    L
    Abgasleitung
    N
    Niederdruckstufe, Niederdruckanordnung
    S
    Aufladesystem
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2004/013472 A1 [0002]
    • DE 19524566 [0002]
    • EP 1710415 A1 [0003, 0003]
    • DE 10027668 A1 [0004]
    • DE 102007046667 A1 [0005]

Claims (13)

  1. Mehrstufige Aufladegruppe (10) zur Beaufschlagung mit einem Arbeitsfluid (A) einer Brennkraftmaschine, wenigstens aufweisend: – einen ersten Turbolader mit einer Erstturbine (1) und einen zweiten Turbolader mit einer Zweitturbine (2), wobei – die Erstturbine (1) und die Zweitturbine (2) von einem gemeinsamen Trägergehäuse (6) gehalten sind; – eine Bypass-Führung (7) für das Arbeitsfluid (A), welche die Erstturbine (1) umgeht; dadurch gekennzeichnet, dass die Bypass-Führung (7) wenigstens teilweise mit dem und innerhalb des Trägergehäuses (6) gebildet ist.
  2. Aufladegruppe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Turbolader Teil einer Hochdruckstufe (H) und/oder der zweite Turbolader Teil einer Niederdruckstufe (N) ist.
  3. Aufladegruppe (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandung der Bypass-Führung (7) durch eine Wand (6.2) des ein- oder mehrwandigen Trägergehäuses (6) und eine Wand des Turbinengehäuses (16) der Erstturbine (1) gebildet ist.
  4. Aufladegruppe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägergehäuse (6) gasdicht ist.
  5. Aufladegruppe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Turbolader einen Hochdruckverdichter (11) und der zweite Turbolader einen Niederdruckverdichter (12) aufweist, wobei die Verdichter (11, 12) außerhalb des Trägergehäuses (6) angeordnet sind.
  6. Aufladegruppe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Arbeitsfluidführung zwischen der Erstturbine (1) und der Zweitturbine (2) durch ein Zuströmgehäuse (4) erfolgt, das ausgangs einen Zuströmquerschnitt (5) der Zweitturbine (2) umgibt, insbesondere einen ausgangsseitigen Strömungsquerschnitt aufweist, welcher dem Zuströmquerschnitt (5) der Zweitturbine (2) entspricht.
  7. Aufladegruppe (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuströmgehäuse (4) eingangs wenigstens einen Ausströmquerschnitt (3) der Erstturbine (1) umgibt.
  8. Aufladegruppe (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuströmgehäuse (4) eingangs zur Aufnahme von Arbeitsfluid aus der Bypass-Führung (7) einen Kreisringquerschitt (8) mit größerem Durchmesser als der Ausströmquerschnitt (3) der Erstturbine (1) aufweist.
  9. Aufladegruppe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen Zuführstutzen (13) für das Arbeitsfluid (A) zur Aufladegruppe (10), welcher eine Turbinenzuführung (14) zur Erstturbine (1) und eine Bypass-Zuführung (15) zur Bypass-Führung (7) aufweist.
  10. Aufladegruppe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bypass-Zuführung (15) ein Regelorgan (9), insbesondere eine Drossel-Klappe, angeordnet ist.
  11. Aufladegruppe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Erstturbine (1) eine Radialturbine und/oder die Zweitturbine (2) eine Axialturbine ist.
  12. Aufladesystem (S) mit einer Aufladegruppe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, insbesondere ein Abgasrückführsystem und/oder Ladeluftzuführsystem, zur Beaufschlagung mit einem Arbeitsfluid einer Brennkraftmaschine aufweisend: eine Abgasrückführung, eine Ladeluftansaugung und wenigstens einen Wärmetauscher.
  13. Brennkraftmaschine mit einer mehrstufigen Aufladegruppe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und/oder einem Aufladesystem nach Anspruch 12.
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RU2012125617/06A RU2012125617A (ru) 2009-11-20 2010-11-16 Агрегат многоступенчатого наддува, система наддува и двигатель внутреннего сгорания, снабженные каждый агрегатом многоступенчатого наддува
CN2010800523517A CN102725495A (zh) 2009-11-20 2010-11-16 多级的增压器组、分别具有多级的增压器组的增压***与内燃机
KR1020127016020A KR20120084330A (ko) 2009-11-20 2010-11-16 다단계 충전 그룹, 그리고 각각 상기 다단계 충전 그룹을 포함하는 충전 시스템 및 내연 기관
EP10784977A EP2501913A1 (de) 2009-11-20 2010-11-16 Mehrstufige aufladegruppe, aufladesystem und brennkraftmaschine, jeweils mit der mehrstufigen aufladegruppe
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011115296A1 (de) * 2011-09-29 2013-04-04 Mtu Friedrichshafen Gmbh Zweistufige Aufladevorrichtung

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1843019B1 (de) 2006-04-05 2010-09-29 GM Global Technology Operations, Inc. Zweistufiger Turbolader für Brennkraftmaschine
JP5222274B2 (ja) * 2009-02-18 2013-06-26 三菱重工業株式会社 軸流タービンを備えたターボ過給機
GB2492995B (en) * 2011-07-19 2014-12-17 Jaguar Land Rover Ltd Reducing the catalyst light-off time for an engine with a multi-stage turbocharger
CN106948926A (zh) * 2017-05-11 2017-07-14 大连依勒斯涡轮增压技术有限公司 一种紧凑型两级涡轮机
CN106939821A (zh) * 2017-05-11 2017-07-11 大连依勒斯涡轮增压技术有限公司 一种紧凑型双动力输出涡轮机
FR3084919B1 (fr) * 2018-08-07 2020-12-11 Cryostar Sas Turbomachine a etages multiples

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19524566C1 (de) 1995-07-06 1996-06-27 Mtu Friedrichshafen Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Befestigung von Abgasturboladern an einem Trägergehäuse
DE10027668A1 (de) 2000-06-03 2001-12-06 Bosch Gmbh Robert Vorrichtung zur Steuerung der Verdichterleistung eines an eine Brennkraftmaschine angeschlossenen Abgasturboladers
WO2004013472A1 (de) 2002-07-26 2004-02-12 Mtu Friedrichshafen Gmbh Brennkraftmaschine mit abgasturboladern
DE102004058371A1 (de) * 2004-12-03 2006-06-14 Daimlerchrysler Ag Brennkraftmaschine mit Abgasaufladung
EP1710415A1 (de) 2005-04-04 2006-10-11 ABB Turbo Systems AG Mehrstufige Aufladung
DE102005025885A1 (de) * 2005-06-06 2006-12-07 Audi Ag Aufladevorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
DE102007017843A1 (de) * 2007-04-16 2008-11-06 Siemens Ag Turboladeranordnung
DE102007046667A1 (de) 2007-09-27 2009-04-09 Behr Gmbh & Co. Kg Mehrstufige Aufladegruppe, Mehrstufige Aufladevorrichtung und Aufladesystem

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19811782A1 (de) * 1998-03-18 1999-09-30 Daimler Chrysler Ag Brennkraftmaschine mit zwei Abgasturboladern
DE19822874A1 (de) * 1998-05-22 1999-11-25 Man Nutzfahrzeuge Ag Aufladesystem für Brennkraftmaschinen
US6422014B1 (en) * 2001-09-06 2002-07-23 Caterpillar Inc. Turbocharger with controllable flow geometry for two stage turbine
DE10230934B4 (de) * 2002-07-09 2008-10-16 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Schaltbarer, zweistufiger Abgas-Turbolader für eine Brennkraftmaschine
FR2891011A1 (fr) * 2005-09-21 2007-03-23 Melchior Jean F Dispositif de suralimentation pour moteur a combustion interne, et vehicule automobile equipe d'un tel dispositif
WO2007061339A1 (en) * 2005-11-22 2007-05-31 Volvo Lastvagnar Ab Internal combustion engine with two-stage turbo charging system
EP1843019B1 (de) * 2006-04-05 2010-09-29 GM Global Technology Operations, Inc. Zweistufiger Turbolader für Brennkraftmaschine
US20100126169A1 (en) * 2008-11-21 2010-05-27 Ronald Hegner Internal combustion engine with two-stage register supercharging

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19524566C1 (de) 1995-07-06 1996-06-27 Mtu Friedrichshafen Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Befestigung von Abgasturboladern an einem Trägergehäuse
DE10027668A1 (de) 2000-06-03 2001-12-06 Bosch Gmbh Robert Vorrichtung zur Steuerung der Verdichterleistung eines an eine Brennkraftmaschine angeschlossenen Abgasturboladers
WO2004013472A1 (de) 2002-07-26 2004-02-12 Mtu Friedrichshafen Gmbh Brennkraftmaschine mit abgasturboladern
DE102004058371A1 (de) * 2004-12-03 2006-06-14 Daimlerchrysler Ag Brennkraftmaschine mit Abgasaufladung
EP1710415A1 (de) 2005-04-04 2006-10-11 ABB Turbo Systems AG Mehrstufige Aufladung
DE102005025885A1 (de) * 2005-06-06 2006-12-07 Audi Ag Aufladevorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
DE102007017843A1 (de) * 2007-04-16 2008-11-06 Siemens Ag Turboladeranordnung
DE102007046667A1 (de) 2007-09-27 2009-04-09 Behr Gmbh & Co. Kg Mehrstufige Aufladegruppe, Mehrstufige Aufladevorrichtung und Aufladesystem

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011115296A1 (de) * 2011-09-29 2013-04-04 Mtu Friedrichshafen Gmbh Zweistufige Aufladevorrichtung
WO2013045063A3 (de) * 2011-09-29 2013-05-23 Mtu Friedrichshafen Gmbh Zweistufige aufladevorrichtung
CN103958854A (zh) * 2011-09-29 2014-07-30 Mtu腓特烈港有限责任公司 二级增压装置
US9371773B2 (en) 2011-09-29 2016-06-21 Mtu Friedrichshafen Gmbh Two-stage supercharging device
CN103958854B (zh) * 2011-09-29 2016-09-14 Mtu腓特烈港有限责任公司 二级增压装置

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