用于燃燒發動機的增壓裝置、燃燒發動機及其運行方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種根據權利要求1的前序部分所述的、用于燃燒發動機的增壓裝置。本發明另外涉及一種具有權利要求8的前序部分的特征的燃燒發動機并且涉及一種具有權利要求13的特征的、用于運行燃燒發動機的方法。
【背景技術】
[0002]從根本上，需要排氣渦輪增壓來實現所述排氣渦輪增壓器足夠快速的響應。太小的排氣渦輪增壓器確保了快速的響應，但是僅能在上限轉速和/或負載范圍內提供有限的新鮮空氣或燃燒空氣供所述燃燒發動機使用。可提供足夠的燃燒空氣供使用的大的排氣渦輪增壓器由于其轉子組件的高慣性矩而具有較差的響應。
[0003]因此。在此期間在燃燒發動機制造中使用了兩種排氣渦輪增壓器的結合。形成了這些排氣渦輪增壓器相對彼此的多種不同的設置如同各個控制元件在將這兩個排氣渦輪增壓器彼此流體連接的管道網絡的不同分支和入口處的位置。特別的嘗試將兩種傳統的增壓方法，分級增壓和2級增壓進行組合，從而可以達到所期望的燃燒發動機的運行性能。
[0004]因此，公開文獻DE 10 2011 008 566 Al、DE 10 2011 107 120 A1 和 EP 2 402576 A1以及歐洲專利文獻EP 1 519 017 B1公開了具有串聯安排兩個排氣渦輪增壓器的增壓裝置，這些排氣渦輪增壓器的渦輪機在燃燒發動機的排氣線路中和其壓縮機在燃燒發動機的進氣區段中這樣布置，使得在所述燃燒發動機的不同運行范圍上實現這兩個排氣渦輪增壓器的單一的、并聯或串聯運行。該排氣線路具有單一排氣歧管，所述排氣歧管流體連接至燃燒發動機上，所述燃燒發動機的所有排氣道都以可貫通流動的方式連接至該排氣歧管上。換言之，這意味著來自各個汽缸蓋或各個排氣道的排氣會相應于氣門設置流經渦輪機進入排氣管線之前，首先流經這個單一排氣歧管。
[0005]專利文獻DE 10 2008 036 308 B4公開了具有兩個排氣渦輪增壓器，S卩，第一排氣渦輪增壓器和第二排氣渦輪增壓器的燃燒發動機。對于所述燃燒發動機的每個汽缸蓋，形成了至少兩個排氣道，汽缸蓋的第一排氣道和第二排氣道，其中第一排氣渦輪增壓器可貫通流動的方式連接至第一排氣道上并且第二排氣渦輪增壓器可貫通流動的方式連接至第二排氣道上。借助于一個切換閥，還能夠準許流經第二排氣道的排氣進入所述第一排氣渦輪增壓器。此外，提供了一個可變氣門控制，借助于所述氣門控制，就有可能通過改變具有所述可變氣門控制的排氣門的控制正時來改變加載對應渦輪機的對應時間。當排氣渦輪增壓器中的一個被旁路繞開時，所述排氣渦輪增壓器不再可以貫通的流過，并且其轉子組件停止，當排氣被允許進入處于靜止的排氣渦輪增壓器時必須克服其慣性矩。這導致了延遲的響應。
[0006]歐洲專利EP 1 400 667 B1公開了一種用于燃燒發動機的增壓裝置。這里同樣形成有至少兩個排氣道，汽缸蓋的第一排氣道和第二排氣道，其中第一排氣渦輪增壓器以可貫通流動的方式連接第一排氣道并且第二排氣渦輪增壓器以可貫通流動的方式連接第二排氣道。設計了用于關閉排氣門的氣門控制，所述氣門控制與第二排氣渦輪增壓器流體連接。然而，通過這種增壓裝置，不可能使這兩個排氣渦輪增壓器以分級增壓模式獨立于彼此運行。因此，在此不可能有效地使用這兩個排氣渦輪增壓器。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是提供一種可以有效地運行的增壓裝置。另外，本發明的目的是改進一種燃燒發動機，該燃燒發動機具有改善的響應能力而同時具有高的功率。本發明的目的是還在于提供一種用于有效地運行燃燒發動機的方法。
[0008]根據本發明，該目的通過具有權利要求1的特征的增壓裝置來實現。此外，給出了一種具有權利要求8的特征的燃燒發動機。另外，給出了一種具有權利要求13的特征的、用于運行燃燒發動機的方法。在相應的從屬權利要求中描述了本發明的適宜且重要擴展的有利設計方案。
[0009]根據本發明的、用于燃燒發動機的增壓裝置包括第一排氣渦輪增壓器和第二排氣渦輪增壓器。形成有第一排氣路線，第一排氣渦輪增壓器的第一渦輪機以可通流的方式安裝在所述第一排氣管線中。第一排氣路線在第一渦輪機的上游具有第一排氣歧管，所述第一排氣歧管可以連接至該燃燒發動機的汽缸蓋的第一排氣道上，借助于所述第一排氣路線，能夠為所述第一渦輪機專門供給來自第一排氣道的排氣。第二排氣渦輪增壓器安裝在獨立于第一排氣管線構成的第二排氣管線中，所述第二排氣管線在第二渦輪機上游具有第二排氣歧管，所述第二排氣歧管可以連接至該燃燒發動機的第二排氣道上。在第一渦輪機的下游且在第二渦輪機的上游構造有可通流的第一連接通道，以便為該第二渦輪機提供來自該第一渦輪機的排氣。在第一分支處，所述第一連接通道具有與所述連接通道可通流連接的第一旁路通道，借助于所述第一旁路通道能夠繞開所述第二渦輪機。為此，所述第一旁路通道在第一進口處匯入到構造在第二渦輪機下游的排氣線路中。在該第一旁路通道中安排了用于關閉或打開該第一旁路通道的第二控制閥。為了能夠繞過該第二渦輪機，即，流經第一渦輪機的排氣不能流經第二渦輪機，該第一連接通道具有可以關閉或打開該第一旁通管道的第一控制閥。
[0010]根據本發明的增壓裝置的重要優點是，在低負載和/或低轉速范圍內關閉第二排氣門時，從燃燒發動機流出的排氣可以完全流向第一渦輪機，并且當該第一連接通道借助于第一控制閥被關閉時，排氣可以加載第二渦輪機，從而確保了該第二排氣渦輪增壓器的轉子組件在此運行范圍內已經進行旋轉運動并且可以克服其慣性矩。相比之下，在滿負載范圍內，通過借助于所述第一控制閥打開第一連接通道，能夠向所述第二渦輪機僅供給來自第二排氣道的排氣并且因此使其獨立于流經第一渦輪機的排氣而運行直至其塞滿極限/堵塞極限(Stopfgrenze)。因此，可以實現第一渦輪機和第二渦輪機二者的最大功率。當這兩個渦輪機以其最大功率運行時，其壓縮機也以其最大功率運行，因此輸送給燃燒發動機的新鮮空氣也可達到非常高的進氣壓力。
[0011]換言之，這意味著第一排氣渦輪增壓器可以在低的轉速和/或負載范圍內以其固有的全部功率來運行，并且這兩個排氣渦輪增壓器同樣可以在滿負載范圍內以其固有的全部功率來運行。因此，在低的轉速和/或負載范圍內可以完全獲得第一排氣渦輪增壓器的最大功率，在滿負載范圍內和/或高轉速下同樣也可以獲得兩個排氣渦輪增壓器的最大功率，并且因此所述增壓裝置是針對有效運行來設計的。
[0012]為了使得借助于第二渦輪機的渦輪機工作而產生的、第二排氣渦輪增壓器的第二壓縮機的壓縮機功率也能夠在燃燒發動機的低的轉速和/或負載范圍中使用，該增壓裝置具有可以與所述燃燒發動機連接的、用于饋送新鮮空氣的進氣管，其中，第一排氣渦輪增壓器的第一壓縮機在所述進氣管中被安排在第二壓縮機的下游。這意味著，被第一壓縮機吸入的新鮮空氣流經所述第二壓縮機，與此同時由于第二壓縮機被第二渦輪機驅動進行旋轉，就使得此新鮮空氣被預先壓縮。
[0013]在中等轉速和/或負載范圍內，如果尤其是第二排氣渦輪增壓器在輸送新鮮空氣就足夠了。為了確保以此方式輸送的新鮮空氣沒有流動損耗，此新鮮空氣至少部分借助于第三旁路通道而被繞過所述第一壓縮機輸送。所述第三旁通管道設計為在第一壓縮機的下游且在第二壓縮機的上游從所述進氣管分支出去、并且在第一壓縮機下游匯入到所述進氣管中。在第一壓縮機與第二壓縮機之間形成的進氣管中的流動路徑保持開放，以使得第一壓縮機能夠通過被第一渦輪機旋轉而沒有負壓地運行。使用了第一壓縮機的現有的壓縮機功率，并且被第一壓縮機壓縮的新鮮空氣量被輸送到在第一壓縮機的下游形