DE10359526A1 - Charged internal combustion engine - Google Patents

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DE10359526A1
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Peter Dipl.-Ing. Fledersbacher
Hans-Georg Dipl.-Ing. Lehmann (FH)
Siegfried Dipl.-Ing. Sumser
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Abstract

Eine aufgeladene Brennkraftmaschine besitzt einen Abgasturbolader mit einer im Abgasstrang angeordneten Abgasturbine und einem im Ansaugtrakt angeordneten Verdichter. Des Weiteren ist ein Sekundärlader mit einem Sekundärverdichter und einer Sekundärturbine vorgesehen, wobei die Sekundärturbine im Strömungsweg der Frischluft zur Brennkraftmaschine angeordnet und der Sekundärturbinen-Auslass mit dem Ansaugtrakt verbunden ist.A supercharged internal combustion engine has an exhaust gas turbocharger with an exhaust gas turbine arranged in the exhaust line and a compressor arranged in the intake tract. Furthermore, a secondary loader with a secondary compressor and a secondary turbine is provided, wherein the secondary turbine is arranged in the flow path of the fresh air to the internal combustion engine and the secondary turbine outlet is connected to the intake.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine aufgeladene Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The The invention relates to a supercharged internal combustion engine the preamble of claim 1.

In der Druckschrift DE 198 53 360 A1 wird eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit zwei in Reihe geschalteten Abgasturboladern beschrieben. Ein erster Abgasturbolader übernimmt die Funktion eines Hauptturboladers, dessen Abgasturbine im Abgasstrang und dessen Verdichter im Ansaugtrakt angeordnet ist, wobei der Verdichter unter Umgebungsluft angesaugte Verbrennungsluft auf einen erhöhten Ladedruck komprimiert. Zur Verbesserung des transienten Ansprechverhaltens ist dem Hauptlader ein Sekundärlader nachgeschaltet, dessen Verdichter in einem zuschaltbaren Bypass stromab des Hauptverdichters im Ansaugtrakt und dessen Turbine ebenfalls in einem zuschaltbaren Bypass stromauf der Hauptturbine im Abgasstrang angeordnet ist. Im niederen Drehzahlbereich wird der Sekundärlader zugeschaltet, der aufgrund seiner geringeren Größe ein schnelleres Ansprechverhalten aufweist. Im mittleren und oberen Drehzahlbereich kommt dagegen der Hauptturbolader zum Tragen, welcher höhere Leistungen ermöglicht.In the publication DE 198 53 360 A1 describes a supercharged internal combustion engine with two exhaust gas turbochargers connected in series. A first exhaust gas turbocharger assumes the function of a main turbocharger, the exhaust gas turbine is arranged in the exhaust line and the compressor in the intake, wherein the compressor compressed under ambient air sucked combustion air to an increased boost pressure. To improve the transient response of the main loader, a secondary charger is connected downstream, the compressor is arranged in a switchable bypass downstream of the main compressor in the intake and the turbine also in a switchable bypass upstream of the main turbine in the exhaust system. In the lower speed range of the secondary charger is switched on, which has a faster response due to its smaller size. In the middle and upper speed range, on the other hand, the main turbocharger comes into play, which enables higher outputs.

Voraussetzung für einen aktiven Betrieb sowohl des Hauptladers als auch des Sekundärladers ist jedoch eine Druckanforderung der Brennkraftmaschine im Ansaugtrakt mit Überdruck.requirement for one active operation of both the main loader and the secondary loader However, a pressure requirement of the internal combustion engine in the intake system with overpressure.

Bei niedrigen Lasten und Drehzahlen, insbesondere im Leerlauf, muss dagegen im Ansaugtrakt mithilfe einstellbarer Drosselelemente ein Unterdruck erzeugt werden. In diesem Last- und Drehzahlbereich kann der Sekundärlader keinen Beitrag leisten. Mit ansteigender Last kann zwar durch die Inbetriebnahme des Sekundärladers das transiente Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine verbessert werden, der Hauptlader läuft jedoch immer noch mit lediglich niedriger Drehzahl mit und muss bei weiter ansteigenden Lasten auf eine Mindest-Betriebsdrehzahl beschleunigt werden, damit vom Hauptverdichter eine signifikante Verdichtungsarbeit geleistet werden kann.at low loads and speeds, especially at idle, must on the other hand, in the intake tract using adjustable throttle elements Vacuum be generated. In this load and speed range can the secondary loader make no contribution. With increasing load can indeed through the Commissioning of the secondary loader the transient response of the internal combustion engine can be improved, the main loader is running but still with only low speed with and must be accelerated to a minimum operating speed with further increasing loads, so that the main compressor performs a significant compression work can be.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, das Ansprechverhalten von Brennkraftmaschinen insbesondere beim Beschleunigen aus niedrigen Lasten und Drehzahlen heraus zu verbessern. Zweckmäßig soll die Laderdrehzahl eines eingesetzten Abgasturboladers auch bei niedrigen Lasten und Motordrehzahlen auf ein Mindestniveau angehoben werden.Of the Invention is based on the problem, the response of Internal combustion engines, especially when accelerating from low loads and revs out. Expedient is the supercharger speed an inserted exhaust gas turbocharger even at low loads and engine speeds be raised to a minimum level.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.This Problem is inventively with the Characteristics of claim 1 solved. The dependent claims give expedient further education at.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine besitzt zusätzlich zu dem Abgasturbolader, der im Abgasstrang eine Abgasturbine und im Ansaugtrakt einen Verdichter umfasst, einen Sekundärlader mit einer Sekundärturbine und einem Sekundärverdichter, wobei die Sekundärturbine im Strömungsweg der Frischluft zur Brennkraftmaschine angeordnet ist und der Sekundärturbinen-Auslass mit dem Ansaugtrakt verbunden ist. Bei niedrigen Lasten und Drehzahlen der Brennkraftmaschine, bei denen im Ansaugtrakt unmittelbar vor den Zylindereingängen ein Unterdruck herrscht, kann das Druckgefälle zwischen Umgebungsdruck und Unterdruck im Ansaugtrakt für den Antrieb der Sekundärturbine ausgenutzt werden (so genannter Kaltluft-Turbinenbetrieb), wobei der Sekundärturbinen-Antrieb über die Laderwelle auf den Sekundärverdichter übertragen wird, so dass der Sekundärverdichter Verdichtungsarbeit erzeugt. Diese Verdichtungsarbeit kann für die Verdichtung von Gas für unterschiedliche Einsatzzwecke in der Brennkraftmaschine verwendet werden, insbesondere aber für Drehzahlsteigerungen des Abgasturboladers herangezogen werden.The inventive internal combustion engine has additionally to the exhaust gas turbocharger, in the exhaust line an exhaust gas turbine and in the intake system comprises a compressor, a secondary charger with a secondary turbine and a secondary compressor, the secondary turbine in the flow path the fresh air is arranged to the internal combustion engine and the secondary turbine outlet connected to the intake tract. At low loads and speeds of the Internal combustion engine, where in the intake immediately before cylinder inputs a negative pressure prevails, the pressure gradient between ambient pressure and negative pressure in the intake tract for the Drive the secondary turbine be exploited (so-called cold air turbine operation), where the secondary turbine drive over the Transfer the loader shaft to the secondary compressor so that the secondary compressor Compaction work generated. This compaction work can be used for compaction of gas for used different purposes in the internal combustion engine but especially for Speed increases of the exhaust gas turbocharger are used.

Der Sekundärverdichter saugt zweckmäßig Frischluft unter Umgebungsdruck an und komprimiert diese auf einen erhöhten Druck, unter dem die Frischluft weiter verwendet werden kann. Gemäß einer ersten zweckmäßigen Ausführung wird die im Sekundärverdichter komprimierte Luft in den Abgasstrang stromauf der Abgasturbine eingeleitet, so dass die Abgasturbine von einem zusätzlichen Gasvolumen mit erhöhtem Druck durchströmt und hierdurch die Laderdrehzahl des Abgasturboladers angehoben wird. Insbesondere bei niedrigen Drehzahlen, beispielsweise im Leerlauf des Motors, kann auf diese Weise eine Drehzahlanhebung des Abgasturboladers erreicht werden, die mit dem bei diesen Motorbedingungen verhältnismäßig geringen Abgasausstoß alleine nicht zu realisieren wäre. Mittels der Einspeisung der vom Sekundärverdichter komprimierten Luft in den Abgasstrang stromauf der Abgasturbine wird somit bereits bei niedrigen Lasten und Drehzahlen der Brennkraftmaschine eine signifikante Drehzahlsteigerung des Laders erreicht. Bei einem Anstieg der Motordrehzahl und einer hiermit einhergehenden höheren Druckanforderung im Ansaugtrakt kann der bereits mit Betriebsdrehzahl umlaufende Abgasturbolader ohne zeitliche Verzögerung den gewünschten, erhöhten Ladedruck bereitstellen.Of the secondary compressor expediently sucks fresh air under ambient pressure and compresses it to an elevated pressure, under which the fresh air can continue to be used. According to one first expedient embodiment in the secondary compressor introduced compressed air into the exhaust line upstream of the exhaust gas turbine, so that the exhaust gas turbine of an additional gas volume with increased pressure flows through and thereby the supercharger speed of the exhaust gas turbocharger is raised. Especially at low speeds, for example, at idle of the engine, can in this way a speed increase of the exhaust gas turbocharger be achieved with the at these engine conditions relatively low Exhaust emission alone could not be realized. By means of the feed of compressed air from the secondary compressor in the exhaust line upstream of the exhaust gas turbine is thus already at low loads and speeds of the internal combustion engine one achieved significant increase in the speed of the charger. At a rise the engine speed and a concomitant higher pressure requirement in the intake tract can already circulating at operating speed Exhaust gas turbocharger without delay the desired, increased Provide boost pressure.

Gemäß einer zweiten zweckmäßigen Ausführung ist der Auslass des Sekundärverdichters direkt oder indirekt mit dem Einlass der Sekundärturbine verbunden, wodurch ein Kurzschluss zwischen Sekundärverdichter und Sekundärturbine realisiert wird. In dieser Betriebsweise strömt bei niedrigen Lasten und Drehzahlen der Brennkraftmaschine zunächst Frischluft durch den Sekundärverdichter hindurch, die anschließend durch die Sekundärturbine geleitet wird, wobei über der Sekundärturbine aufgrund des Unterdruckes im Ansaugtrakt ein Druckgefälle herrscht, welches für den Antrieb der Sekundärturbine dient. Der Antrieb der Sekundärturbine wird auf den Sekundärverdichter übertragen, welcher die durchgeschleuste Frischluft auf einen erhöhten Druck verdichtet. Nach und nach stellt sich somit stromab des Sekundärverdichters und stromauf der Sekundärturbine ein erhöhtes Druckniveau ein, wobei zwischen Sekundärverdichter und Sekundärturbine vorteilhaft ein Luftpuffer angeordnet ist, in welchem das verdichtete Luftvolumen gesammelt wird. Das ansteigende Druckniveau im Luftpuffer verbessert den Antrieb der Sekundärturbine.According to a second expedient embodiment, the outlet of the secondary compressor is connected directly or indirectly to the inlet of the secondary turbine, whereby a short circuit between secondary compressor and secondary turbine realized becomes. In this mode of operation, at low loads and engine speeds, fresh air initially flows through the secondary compressor, which is then passed through the secondary turbine, with a pressure gradient prevailing over the secondary turbine due to the negative pressure in the intake tract, which serves to drive the secondary turbine. The drive of the secondary turbine is transferred to the secondary compressor, which compresses the fresh air flow through to an increased pressure. Gradually, thus, an elevated pressure level is established downstream of the secondary compressor and upstream of the secondary turbine, wherein an air buffer, in which the compressed air volume is collected, is advantageously arranged between the secondary compressor and the secondary turbine. The increasing pressure level in the air buffer improves the drive of the secondary turbine.

Aus dem Luftpuffer strömt zum einen die komprimierte Luft durch die Sekundärturbine und treibt diese an, zum andern kann über einen Bypass, welcher unmittelbar zwischen Luftpuffer und Ansaugtrakt liegt und in dem vorteilhaft eine Sekundär-Drosselklappe angeordnet ist, der Inhalt des Luftpuffers direkt unter Umgehung der Sekundärturbine in den Ansaugtrakt eingespeist werden. Die Zeitspanne, bestehend aus einer ersten Phase mit geschlossenem Bypass und Luftführung über die Sekundärturbine in den Ansaugtrakt und einer zweiten Phase mit geöffnetem Bypass und unmittelbarer Einleitung zusätzlicher Frischluft aus dem Luftpuffer in den Ansaugtrakt, reicht aus, den Abgasturbolader durch die Abgase der Brennkraftmaschine auf Betriebsdrehzahl zu beschleunigen, so dass bei zunehmender Last- und Motordrehzahl der Abgasturbolader ohne Zeitverzögerung einen erhöhten Ladedruck im Ansaugtrakt generieren kann. Der Sekundärlader spielt in dieser Phase mit höheren Lasten und Motordrehzahlen nur noch eine untergeordnete Rolle.Out flows in the air buffer on the one hand, the compressed air through the secondary turbine and drives it, to the other can over a bypass, which directly between the air buffer and the intake tract is located and arranged in the advantageous a secondary throttle is, the contents of the air buffer directly bypassing the secondary turbine be fed into the intake system. The time span, consisting from a first phase with closed bypass and air flow over the secondary turbine in the intake tract and a second phase with open Bypass and immediate introduction of additional fresh air from the Air buffer in the intake, is sufficient, the turbocharger through to accelerate the exhaust gases of the internal combustion engine to operating speed, so that with increasing load and engine speed of the turbocharger without time delay an elevated one Can generate boost pressure in the intake system. The secondary loader plays in this phase with higher Loads and engine speeds only a minor role.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:Further Advantages and expedient designs are the further claims, the figure description and the drawings. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader und einem Sekundärlader, wobei der Verdichterausgang des Sekundärladers über eine Verbindungsleitung mit dem Abgasstrang der Brennkraftmaschine verbunden ist, 1 a schematic representation of a supercharged internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger and a secondary charger, wherein the compressor output of the secondary charger is connected via a connecting line to the exhaust line of the internal combustion engine,

2 eine Brennkraftmaschine in modifizierter Ausführung, gemäß der der Verdichterausgang und der Turbineneingang des Sekundärladers über einen Luftpuffer miteinander verbunden sind. 2 an internal combustion engine in a modified version, according to which the compressor output and the turbine input of the secondary charger are connected to each other via an air buffer.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In The figures are the same components with the same reference numerals.

Der in 1 dargestellten Brennkraftmaschine 1 – ein Ottomotor oder eine Diesel-Brennkraftmaschine – ist ein Abgasturbolader 2 mit einem Verdichter 3 und einer Abgasturbine 5 zugeordnet, wobei Verdichter 3 und Abgasturbine 5 über eine Welle 7 drehgekoppelt sind. Der Verdichter 3 ist im Ansaugtrakt 4 der Brennkraftmaschine, die Abgasturbine 5 im Abgasstrang 6 angeordnet. Das Turbinenrad der Abgasturbine 5 wird von den unter Druck stehenden Abgasen der Brennkraftmaschine angetrieben, die Drehbewegung wird über die Welle 7 auf das Verdichterrad übertragen, woraufhin aus der Umgebung Verbrennungsluft angesaugt und auf einen erhöhten Ladedruck im An saugtrakt verdichtet wird. Die verdichtete Verbrennungsluft wird stromab des Verdichters 3 im Ansaugtrakt 4 in einem Ladeluftkühler 8 gekühlt und anschließend unter Ladedruck den Zylindern der Brennkraftmaschine 1 zugeführt. Die Abgase der Brennkraftmaschine werden über den Abgasstrang 6 und die im Abgasstrang angeordnete Abgasturbine 5 abgeleitet.The in 1 illustrated internal combustion engine 1 - A gasoline engine or a diesel internal combustion engine - is an exhaust gas turbocharger 2 with a compressor 3 and an exhaust gas turbine 5 assigned to compressors 3 and exhaust gas turbine 5 over a wave 7 are rotationally coupled. The compressor 3 is in the intake tract 4 the internal combustion engine, the exhaust gas turbine 5 in the exhaust system 6 arranged. The turbine wheel of the exhaust gas turbine 5 is driven by the pressurized exhaust gases of the internal combustion engine, the rotational movement is via the shaft 7 transferred to the compressor, whereupon drawn from the environment combustion air and compressed to an increased boost pressure in the intake tract. The compressed combustion air is downstream of the compressor 3 in the intake tract 4 in a charge air cooler 8th cooled and then under boost pressure the cylinders of the internal combustion engine 1 fed. The exhaust gases of the internal combustion engine are via the exhaust system 6 and the exhaust gas turbine arranged in the exhaust system 5 derived.

Des weiteren ist eine Steuer- und Regeleinheit 9 vorgesehen, welche in Abhängigkeit von Zustands- und Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine sowie gegebenenfalls auch in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen die der Brennkraftmaschine zugeordneten und verstellbaren Aggregate einstellt.Furthermore, there is a control unit 9 provided, which adjusts depending on the state and operating variables of the internal combustion engine and optionally also as a function of environmental conditions of the internal combustion engine associated and adjustable units.

Zusätzlich zum Abgasturbolader 2 ist der Brennkraftmaschine 1 ein Sekundärlader 10 zugeordnet, welcher insbesondere kleiner als der Abgasturbolader 2 dimensioniert ist und somit aufgrund seiner geringeren Masse und seines kleineren Trägheitsmomentes schneller auf seine Betriebsdrehzahl beschleunigt werden kann. Der Sekundärlader 10 umfasst eine Sekundärturbine 11 sowie einen Sekundärverdichter 12, wobei Turbinenrad und Verdichterrad über eine Welle 13 gekoppelt sind. Die Sekundärturbine 11 liegt im Strömungsweg der Frisch- bzw. Verbrennungsluft, welche den Zylindern der Brennkraftmaschine 1 zuzuführen ist. Dies wird dadurch realisiert, dass stromauf eines einstellbaren Drosselgliedes 15 im Ansaugtrakt 4 eine Luftzufuhrleitung 14 vom Ansaugtrakt abzweigt, welche in den Einlass der Sekundärturbine 11 einmündet. Der Auslass der Sekundärturbine 11 ist über einen Leitungsabschnitt 16 mit dem Ansaugtrakt 4 stromab des Drosselgliedes 15 verbunden.In addition to the turbocharger 2 is the internal combustion engine 1 a secondary loader 10 assigned, which in particular smaller than the exhaust gas turbocharger 2 dimensioned and thus faster due to its lower mass and its smaller moment of inertia can be accelerated to its operating speed. The secondary loader 10 includes a secondary turbine 11 and a secondary compressor 12 , where turbine wheel and compressor wheel via a shaft 13 are coupled. The secondary turbine 11 lies in the flow path of the fresh or combustion air, which the cylinders of the internal combustion engine 1 is to be supplied. This is realized by the fact that upstream of an adjustable throttle member 15 in the intake tract 4 an air supply line 14 branches off from the intake, which in the inlet of the secondary turbine 11 opens. The outlet of the secondary turbine 11 is over a line section 16 with the intake tract 4 downstream of the throttle member 15 connected.

Der Einlass des Sekundärverdichters 12 kommuniziert mit der Umgebung, Umgebungsluft wird mit Atmosphärendruck dem Einlass des Sekundärverdichters 12 zugeführt. Der Auslass des Sekundärverdichters 12 ist über eine Verbindungsleitung 17 mit dem Abgasstrang 6 stromauf der Abgasturbine 5 verbunden. In der Verbindungsleitung 17 befindet sich ein einstellbares Sperrventil 18.The inlet of the secondary compressor 12 communicates with the environment, ambient air is at atmospheric pressure to the inlet of the secondary compressor 12 fed. The outlet of the secondary compressor 12 is via a connection line 17 with the exhaust system 6 upstream of the exhaust gas turbine 5 connected. In the connection line 17 is an adjustable shut-off valve 18 ,

Bei niedrigen Lasten und Motordrehzahlen, insbesondere im Leerlauf der Brennkraftmaschine 1, kann das Drosselglied 15 im Ansaugtrakt 4 geschlossen oder zumindest beinahe geschlossen werden, so dass die Verbrennungsluft gezwungen ist, den weg über die Luftzufuhrleitung 14 und die Sekundärturbine 11 sowie den Leitungsabschnitt 16 zu nehmen. Aufgrund des in diesen Betriebszuständen herrschenden Unterdrucks im Bereich der Zylindereingänge der Brennkraftmaschine entsteht über der Sekundärturbine 11 ein Druckabfall, da eingangsseitig Atmosphärendruck und ausgangsseitig Unterdruck anliegt. Dieser Druckabfall bewirkt einen Antrieb der Sekundärturbine 11, deren Drehbewegung über die welle 13 auf den Sekundärverdichter 12 übertragen wird, woraufhin vom Sekundärverdichter 12 Frischluft aus der Umgebung angesaugt und auf einen erhöhten Druck verdichtet wird. Die verdichtete Luft wird über den Ausgang des Sekundärverdichters 12 in die Verbindungsleitung 17 eingeleitet und bei geöffnetem Sperrventil 18 in den Abgasstrang 6 stromauf der Abgasturbine 5 eingeführt. Das eingeführte Luftvolumen, welches unter Überdruck steht, treibt die Abgasturbine 5 und damit auch den Verdichter 3 an. Auf diese weise wird der Abgasturbolader 2 trotz der in diesen Motorbetriebszuständen nur geringen Abgasmengen auf seine Betriebsdrehzahl beschleunigt.At low loads and engine speeds, especially at idle the engine 1 , the throttle member can 15 in the intake tract 4 closed or at least almost closed, so that the combustion air is forced, the way over the air supply line 14 and the secondary turbine 11 as well as the line section 16 to take. Due to the prevailing in these operating conditions vacuum in the range of the cylinder inputs of the internal combustion engine is formed on the secondary turbine 11 a pressure drop, since the input side atmospheric pressure and the output side negative pressure is applied. This pressure drop causes a drive of the secondary turbine 11 whose rotary motion is over the shaft 13 on the secondary compressor 12 is transferred, whereupon from the secondary compressor 12 Fresh air is drawn in from the environment and compressed to an increased pressure. The compressed air is passing through the outlet of the secondary compressor 12 in the connection line 17 initiated and with open check valve 18 in the exhaust system 6 upstream of the exhaust gas turbine 5 introduced. The introduced air volume, which is under pressure, drives the exhaust gas turbine 5 and thus also the compressor 3 at. In this way, the exhaust gas turbocharger 2 despite the fact that in these engine operating conditions only small amounts of exhaust gas are accelerated to its operating speed.

Wird – ausgehend von niedrigen Lasten und Drehzahlen – eine höhere Lastanforderung an die Brennkraftmaschine vorgegeben, so kann bei erhöhtem Abgasausstoß der Brennkraftmaschine 1 die bereits mit Betriebsdrehzahl umlaufende Abgasturbine 5 ohne Verzögerung ansprechen und es kann im Verdichter 3 ein erhöhter Ladedruck der angesaugten Verbrennungsluft erzeugt werden. Auf diese Weise wird das transiente Verhalten des Abgasturboladers 2 und der Brennkraftmaschine 1 verbessert. Das Drosselglied 15 wird zugleich in seine Öffnungsposition überführt, so dass ein Großteil der zuzuführenden Verbrennungsluft den Weg unmittelbar über den Leitungsstrang des Ansaugtraktes nimmt und über die Luftzufuhrleitung 14 mit der darin angeordneten Sekundärturbine 11 nur noch ein kleiner Anteil der Verbrennungsluft geführt wird. Gegebenenfalls kann auch das Sperrventil 18 in der Verbindungsleitung 17 geschlossen werden, wodurch eine Luftströmung durch die Verbindungsleitung 17 ausgeschlossen ist und der Sekundärlader 10 praktisch außer Kraft gesetzt ist. In diesem Fall kann durch die Luftzufuhrleitung 14 keine signifikante Luftmenge mehr hindurchströmen.If - given low loads and speeds - a higher load request to the internal combustion engine specified, so can with increased exhaust emissions of the engine 1 the already at operating speed rotating exhaust gas turbine 5 respond without delay and it can be in the compressor 3 an increased boost pressure of the intake combustion air can be generated. In this way, the transient behavior of the exhaust gas turbocharger 2 and the internal combustion engine 1 improved. The throttle member 15 is also transferred to its open position, so that a large part of the combustion air to be supplied takes the path directly through the wiring harness of the intake and via the air supply line 14 with the secondary turbine arranged therein 11 only a small proportion of the combustion air is passed. Optionally, the check valve 18 in the connection line 17 be closed, creating a flow of air through the connecting pipe 17 is excluded and the secondary loader 10 practically disabled. In this case, through the air supply line 14 no significant amount of air flow through it.

Das mit strichpunktierter Linie dargestellte Detail Ib zeigt eine modifizierte Ausführung mit einem Druckspeicher 19 in der Verbindungsleitung 17 zwischen dem Auslass des Sekundärverdichters 12 und dem Abgasstrang 6 stromauf der Abgasturbine 5. Im Druckspeicher 19 kann so lange Frischluft unter erhöhtem Druck gespeichert werden, bis aufgrund der aktuellen Anforderungen eine erhöhte Last- und Drehzahl in der Brennkraftmaschine eingestellt werden muss. Zu diesem Zeitpunkt kann das bis dahin geschlossene Sperrventil 18 geöffnet werden, woraufhin die im Druckspeicher gespeicherte, aufgeladene Frischluft in den Abgasstrang 6 einströmt und das Turbinenrad der Abgasturbine 5 antreibt. Um zu verhindern, dass Frischluft aus dem Druckspeicher 19 wieder in Richtung Sekundärverdichter 2 zurückströmt, kann stromauf des Druckspeichers 19 ein Gleichrichterventil 20 in der Verbindungsleitung 17 angeordnet sein.The dashed-dotted line detail Ib shows a modified embodiment with a pressure accumulator 19 in the connection line 17 between the outlet of the secondary compressor 12 and the exhaust system 6 upstream of the exhaust gas turbine 5 , In pressure accumulator 19 can be stored as long as fresh air under increased pressure until due to the current requirements increased load and speed must be set in the engine. At this time, the previously closed check valve 18 be opened, whereupon stored in the pressure accumulator, charged fresh air into the exhaust system 6 flows in and the turbine wheel of the exhaust gas turbine 5 drives. To prevent fresh air from the accumulator 19 again in the direction of secondary compressor 2 flows back, upstream of the pressure accumulator 19 a rectifier valve 20 in the connection line 17 be arranged.

Die Variante mit dem Druckspeicher 19 bietet den Vorteil, dass vor der Einleitung der Druckluft in den Abgasstrang zu nächst ein erhöhtes Druckniveau im Druckspeicher erreicht werden kann, so dass beim Öffnen des Sperrventiles 18 ein schneller Anstieg der Laderdrehzahl des Abgasturboladers realisiert werden kann.The variant with the accumulator 19 offers the advantage that before the introduction of compressed air into the exhaust line to next an increased pressure level can be achieved in the pressure accumulator, so that when opening the check valve 18 a rapid increase in the supercharger speed of the exhaust gas turbocharger can be realized.

In der Ausführung gemäß 2 sind die Sekundärturbine 11 und der Sekundärverdichter 12 des Sekundärladers 10 über einen Luftpuffer 22 kurzgeschlossen. Der Sekundärverdichter 12 entnimmt der Umgebung Frischluft unter Atmosphärendruck und fördert diese in den Luftpuffer 22, welcher mit dem Auslass des Sekundärverdichters 12 verbunden ist. Der Luftpuffer 22 ist außerdem mit dem Einlass der Sekundärturbine 11 verbunden, deren Auslass über die Luftzufuhrleitung 14 mit dem Ansaugtrakt 4 verbunden ist, wobei die Luftzufuhrleitung 14 stromab des einstellbaren Drosselgliedes 15 in den Ansaugtrakt einmündet. In der Luftzufuhrleitung 14 befindet sich stromab der Sekundärturbine 11 außerdem ein Gleichrichterventil 21, welches eine Luftströmung nur in Richtung Ansaugtrakt 4 erlaubt.In the execution according to 2 are the secondary turbines 11 and the secondary compressor 12 of the secondary loader 10 via an air buffer 22 shorted. The secondary compressor 12 takes the environment fresh air at atmospheric pressure and promotes these in the air buffer 22 connected to the outlet of the secondary compressor 12 connected is. The air buffer 22 is also with the inlet of the secondary turbine 11 connected, whose outlet via the air supply line 14 with the intake tract 4 is connected, the air supply line 14 downstream of the adjustable throttle member 15 enters the intake system. In the air supply line 14 is located downstream of the secondary turbine 11 also a rectifier valve 21 , which is an air flow only in the direction of intake 4 allowed.

Der Luftpuffer 22 ist außerdem über einen Bypass 23 direkt mit dem Ansaugtrakt 4 stromab des Drosselgliedes 15 verbunden. Im Bypass 23 befindet sich eine einstellbare Sekundär-Drosselklappe 24.The air buffer 22 is also over a bypass 23 directly with the intake tract 4 downstream of the throttle member 15 connected. In the bypass 23 there is an adjustable secondary throttle 24 ,

Bei niedrigen Lasten und Drehzahlen der Brennkraftmaschine 1 kann das Drosselglied 15 im Ansaugtrakt 4 geschlossen werden. Auch die Sekundär-Drosselklappe 24 im Bypass 23 wird geschlossen, so dass die Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine 1 über den Sekundärverdichter 12, den Luftpuffer 22, die Sekundärturbine 11 und die Luftzufuhrleitung 14, welche in den Ansaugtrakt 4 mündet, erfolgt. Aufgrund der Druckdifferenz zwischen der unter Atmosphärendruck stehenden Umgebungsluft und dem Unterdruck an der Zylindereingangsseite erfährt die Se kundärturbine 11 einen Antrieb, welcher über die Welle 13 auf den Sekundärverdichter 11 übertragen wird, der daraufhin beginnt, Luft aus der Umgebung zu fördern und auf einen erhöhten Druck im Luftpuffer 22 zu verdichten. Hierdurch vergrößert sich die Druckdifferenz zwischen Eingangsseite und Ausgangsseite der Sekundärturbine 11, wodurch diese zusätzlich angetrieben wird.At low loads and speeds of the internal combustion engine 1 can the throttle member 15 in the intake tract 4 getting closed. Also the secondary throttle 24 in the bypass 23 is closed, allowing the air supply to the engine 1 over the secondary compressor 12 , the air buffer 22 , the secondary turbine 11 and the air supply line 14 which is in the intake tract 4 opens, takes place. Due to the pressure difference between the ambient air under atmospheric pressure and the negative pressure at the cylinder inlet side, the Se receives kundärturbine 11 a drive, which over the shaft 13 on the secondary compressor 11 which then begins to deliver air from the environment and to an increased pressure in the air buffer 22 to condense. This increases the pressure difference between the inlet side and outlet side of the secondary turbine 11 , whereby this is additionally driven.

Bei einer erhöhten Lastanforderung der Brennkraftmaschine 1 kann die Sekundär-Drosselklappe im Bypass 23 geöffnet werden, so dass die Druckluft im Luftpuffer 22 unmittelbar unter Umgehung der Sekundärturbine 11 den Zylindern der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Über die Position der Sekundär-Drosselklappe 24 kann der zuzuführende Luftstrom gesteuert werden.At an increased load request of the internal combustion engine 1 can bypass the secondary throttle 23 be opened so that the compressed air in the air buffer 22 immediately bypassing the secondary turbine 11 the cylinders of the internal combustion engine is supplied. About the position of the secondary throttle 24 the supplied air flow can be controlled.

Sobald der Luftstrom nicht mehr ausreicht, um die Anforderung der Brennkraftmaschine zu erfüllen, kann das Drosselglied 15 im Ansaugtrakt 4 geöffnet werden, so dass ein zunehmender Anteil der benötigten Verbrennungsluft über den Verdichter 3 des Abgasturboladers 2 bereitgestellt wird. Da zu diesem Zeitpunkt die Brennkraftmaschine ihren niedersten Last- und Drehzahlbereich bereits verlassen hat und demzufolge auch mehr Abgas produziert, welches die Abgasturbine 5 antreibt, befindet sich der Abgasturbolader 2 bereits auf seinem Mindest-Drehzahlniveau, so dass mit Beginn des Öffnens des Drosselgliedes 15 vom Verdichter 3 ohne Zeitverzögerung vom Verdichter 3 ein ausreichend hohes Druckniveau im Ansaugtrakt 4 erzeugt werden kann.Once the air flow is no longer sufficient to meet the requirement of the internal combustion engine, the throttle member 15 in the intake tract 4 be opened so that an increasing proportion of the required combustion air through the compressor 3 the exhaust gas turbocharger 2 provided. Since at this time the internal combustion engine has already left its lowest load and engine speed range and consequently also produces more exhaust gas, which is the exhaust gas turbine 5 drives, is the exhaust gas turbocharger 2 already at its minimum speed level, so that with the beginning of the opening of the throttle member 15 from the compressor 3 without time delay from the compressor 3 a sufficiently high pressure level in the intake tract 4 can be generated.

Die Sekundär-Drosselklappe 24 im Bypass 23, welcher vom Luftpuffer 22 abzweigt, kann nunmehr wieder geschlossen werden. Da der Druck im Ansaugtrakt bei diesen Lastbedingungen höher ist als der Umgebungsdruck, existiert auch kein die Sekundär turbine 11 antreibender Druckabfall mehr, so dass der Sekundärlader 10 nun außer Kraft gesetzt ist.The secondary throttle 24 in the bypass 23 , which from the air buffer 22 branches off, can now be closed again. Since the pressure in the intake system at these load conditions is higher than the ambient pressure, there is no secondary turbine 11 driving pressure drop more, leaving the secondary loader 10 is now overridden.

Claims (13)

Aufgeladene Brennkraftmaschine, mit einem Abgasturbolader (2), der eine im Abgasstrang (6) angeordnete Abgasturbine (5) und einen von der Abgasturbine (5) angetriebenen, im Ansaugtrakt (4) angeordneten Verdichter (3) umfasst, und mit einem Sekundärlader (10), der eine Sekundärturbine (11) und einen Sekundärverdichter (12) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärturbine (11) im Strömungsweg der Frischluft zur Brennkraftmaschine (1) angeordnet ist, wobei der Sekundärturbinen-Auslass mit dem Ansaugtrakt (4) verbunden ist.Charged internal combustion engine, with an exhaust gas turbocharger ( 2 ), one in the exhaust system ( 6 ) arranged exhaust gas turbine ( 5 ) and one of the exhaust gas turbine ( 5 ), in the intake tract ( 4 ) arranged compressors ( 3 ) and with a secondary loader ( 10 ), which is a secondary turbine ( 11 ) and a secondary compressor ( 12 ), characterized in that the secondary turbine ( 11 ) in the flow path of the fresh air to the internal combustion engine ( 1 ), wherein the secondary turbine outlet with the intake tract ( 4 ) connected is. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Sekundärverdichter (12) Frischluft unter Umgebungsdruck zuführbar ist.Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the secondary compressor ( 12 ) Fresh air can be supplied under ambient pressure. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärturbinen-Auslass stromab des Verdichters (3) in den Ansaugtrakt (4) mündet.Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the secondary turbine outlet downstream of the compressor ( 3 ) in the intake tract ( 4 ) opens. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärturbinen-Auslass stromab eines einstellbaren Drosselglieds (15) in den. Ansaugtrakt (4) mündet.Internal combustion engine according to claim 3, characterized in that the secondary turbine outlet downstream of an adjustable throttle member ( 15 ) in the. Intake tract ( 4 ) opens. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärturbinen-Einlass mit einer Luftzufuhrleitung (14) verbunden ist, die vom Ansaugtrakt (4) abzweigt.Internal combustion engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the secondary turbine inlet with an air supply line ( 14 ) connected to the intake tract ( 4 ) branches off. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzufuhrleitung (14) stromauf des Drosselglieds (15) abzweigt.Internal combustion engine according to claim 4 and 5, characterized in that the air supply line ( 14 ) upstream of the throttle member ( 15 ) branches off. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärverdichter-Auslass über eine Verbindungsleitung (17) mit dem Abgasstrang (6) verbunden ist.Internal combustion engine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the secondary compressor outlet via a connecting line ( 17 ) with the exhaust gas line ( 6 ) connected is. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindungsleitung (17) ein Druckspeicher (19) angeordnet ist.Internal combustion engine according to claim 7, characterized in that in the connecting line ( 17 ) an accumulator ( 19 ) is arranged. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindungsleitung (17) ein einstellbares Sperrventil (18) angeordnet ist.Internal combustion engine according to claim 7 or 8, characterized in that in the connecting line ( 17 ) an adjustable shut-off valve ( 18 ) is arranged. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärverdichter-Auslass mit dem Sekundärturbinen-Einlass verbunden ist.Internal combustion engine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the secondary compressor outlet with the Secondary turbine inlet connected is. Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Sekundärverdichter-Auslass und Sekundärturbinen-Einlass ein Luftpuffer (22) angeordnet ist.Internal combustion engine according to claim 10, characterized in that between the secondary compressor outlet and secondary turbine inlet an air buffer ( 22 ) is arranged. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftpuffer (22) über einen Bypass (23) direkt mit dem Ansaugtrakt (4) verbunden ist.Internal combustion engine according to claim 11, characterized in that the air buffer ( 22 ) via a bypass ( 23 ) directly to the intake tract ( 4 ) connected is. Brennkraftmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Bypass (23) eine einstellbare Sekundär-Drosselklappe (24) angeordnet ist.Internal combustion engine according to claim 12, characterized in that in the bypass ( 23 ) an adjustable secondary throttle valve ( 24 ) is arranged.
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