用于燃烧发动机的增压装置、燃烧发动机及其运行方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的、用于燃烧发动机的增压装置。本发明另外涉及一种具有权利要求8的前序部分的特征的燃烧发动机并且涉及一种具有权利要求13的特征的、用于运行燃烧发动机的方法。
【背景技术】
[0002]从根本上，需要排气涡轮增压来实现所述排气涡轮增压器足够快速的响应。太小的排气涡轮增压器确保了快速的响应，但是仅能在上限转速和/或负载范围内提供有限的新鲜空气或燃烧空气供所述燃烧发动机使用。可提供足够的燃烧空气供使用的大的排气涡轮增压器由于其转子组件的高惯性矩而具有较差的响应。
[0003]因此。在此期间在燃烧发动机制造中使用了两种排气涡轮增压器的结合。形成了这些排气涡轮增压器相对彼此的多种不同的设置如同各个控制元件在将这两个排气涡轮增压器彼此流体连接的管道网络的不同分支和入口处的位置。特别的尝试将两种传统的增压方法，分级增压和2级增压进行组合，从而可以达到所期望的燃烧发动机的运行性能。
[0004]因此，公开文献DE 10 2011 008 566 Al、DE 10 2011 107 120 A1 和 EP 2 402576 A1以及欧洲专利文献EP 1 519 017 B1公开了具有串联安排两个排气涡轮增压器的增压装置，这些排气涡轮增压器的涡轮机在燃烧发动机的排气线路中和其压缩机在燃烧发动机的进气区段中这样布置，使得在所述燃烧发动机的不同运行范围上实现这两个排气涡轮增压器的单一的、并联或串联运行。该排气线路具有单一排气歧管，所述排气歧管流体连接至燃烧发动机上，所述燃烧发动机的所有排气道都以可贯通流动的方式连接至该排气歧管上。换言之，这意味着来自各个汽缸盖或各个排气道的排气会相应于气门设置流经涡轮机进入排气管线之前，首先流经这个单一排气歧管。
[0005]专利文献DE 10 2008 036 308 B4公开了具有两个排气涡轮增压器，S卩，第一排气涡轮增压器和第二排气涡轮增压器的燃烧发动机。对于所述燃烧发动机的每个汽缸盖，形成了至少两个排气道，汽缸盖的第一排气道和第二排气道，其中第一排气涡轮增压器可贯通流动的方式连接至第一排气道上并且第二排气涡轮增压器可贯通流动的方式连接至第二排气道上。借助于一个切换阀，还能够准许流经第二排气道的排气进入所述第一排气涡轮增压器。此外，提供了一个可变气门控制，借助于所述气门控制，就有可能通过改变具有所述可变气门控制的排气门的控制正时来改变加载对应涡轮机的对应时间。当排气涡轮增压器中的一个被旁路绕开时，所述排气涡轮增压器不再可以贯通的流过，并且其转子组件停止，当排气被允许进入处于静止的排气涡轮增压器时必须克服其惯性矩。这导致了延迟的响应。
[0006]欧洲专利EP 1 400 667 B1公开了一种用于燃烧发动机的增压装置。这里同样形成有至少两个排气道，汽缸盖的第一排气道和第二排气道，其中第一排气涡轮增压器以可贯通流动的方式连接第一排气道并且第二排气涡轮增压器以可贯通流动的方式连接第二排气道。设计了用于关闭排气门的气门控制，所述气门控制与第二排气涡轮增压器流体连接。然而，通过这种增压装置，不可能使这两个排气涡轮增压器以分级增压模式独立于彼此运行。因此，在此不可能有效地使用这两个排气涡轮增压器。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种可以有效地运行的增压装置。另外，本发明的目的是改进一种燃烧发动机，该燃烧发动机具有改善的响应能力而同时具有高的功率。本发明的目的是还在于提供一种用于有效地运行燃烧发动机的方法。
[0008]根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的增压装置来实现。此外，给出了一种具有权利要求8的特征的燃烧发动机。另外，给出了一种具有权利要求13的特征的、用于运行燃烧发动机的方法。在相应的从属权利要求中描述了本发明的适宜且重要扩展的有利设计方案。
[0009]根据本发明的、用于燃烧发动机的增压装置包括第一排气涡轮增压器和第二排气涡轮增压器。形成有第一排气路线，第一排气涡轮增压器的第一涡轮机以可通流的方式安装在所述第一排气管线中。第一排气路线在第一涡轮机的上游具有第一排气歧管，所述第一排气歧管可以连接至该燃烧发动机的汽缸盖的第一排气道上，借助于所述第一排气路线，能够为所述第一涡轮机专门供给来自第一排气道的排气。第二排气涡轮增压器安装在独立于第一排气管线构成的第二排气管线中，所述第二排气管线在第二涡轮机上游具有第二排气歧管，所述第二排气歧管可以连接至该燃烧发动机的第二排气道上。在第一涡轮机的下游且在第二涡轮机的上游构造有可通流的第一连接通道，以便为该第二涡轮机提供来自该第一涡轮机的排气。在第一分支处，所述第一连接通道具有与所述连接通道可通流连接的第一旁路通道，借助于所述第一旁路通道能够绕开所述第二涡轮机。为此，所述第一旁路通道在第一进口处汇入到构造在第二涡轮机下游的排气线路中。在该第一旁路通道中安排了用于关闭或打开该第一旁路通道的第二控制阀。为了能够绕过该第二涡轮机，即，流经第一涡轮机的排气不能流经第二涡轮机，该第一连接通道具有可以关闭或打开该第一旁通管道的第一控制阀。
[0010]根据本发明的增压装置的重要优点是，在低负载和/或低转速范围内关闭第二排气门时，从燃烧发动机流出的排气可以完全流向第一涡轮机，并且当该第一连接通道借助于第一控制阀被关闭时，排气可以加载第二涡轮机，从而确保了该第二排气涡轮增压器的转子组件在此运行范围内已经进行旋转运动并且可以克服其惯性矩。相比之下，在满负载范围内，通过借助于所述第一控制阀打开第一连接通道，能够向所述第二涡轮机仅供给来自第二排气道的排气并且因此使其独立于流经第一涡轮机的排气而运行直至其塞满极限/堵塞极限(Stopfgrenze)。因此，可以实现第一涡轮机和第二涡轮机二者的最大功率。当这两个涡轮机以其最大功率运行时，其压缩机也以其最大功率运行，因此输送给燃烧发动机的新鲜空气也可达到非常高的进气压力。
[0011]换言之，这意味着第一排气涡轮增压器可以在低的转速和/或负载范围内以其固有的全部功率来运行，并且这两个排气涡轮增压器同样可以在满负载范围内以其固有的全部功率来运行。因此，在低的转速和/或负载范围内可以完全获得第一排气涡轮增压器的最大功率，在满负载范围内和/或高转速下同样也可以获得两个排气涡轮增压器的最大功率，并且因此所述增压装置是针对有效运行来设计的。
[0012]为了使得借助于第二涡轮机的涡轮机工作而产生的、第二排气涡轮增压器的第二压缩机的压缩机功率也能够在燃烧发动机的低的转速和/或负载范围中使用，该增压装置具有可以与所述燃烧发动机连接的、用于馈送新鲜空气的进气管，其中，第一排气涡轮增压器的第一压缩机在所述进气管中被安排在第二压缩机的下游。这意味着，被第一压缩机吸入的新鲜空气流经所述第二压缩机，与此同时由于第二压缩机被第二涡轮机驱动进行旋转，就使得此新鲜空气被预先压缩。
[0013]在中等转速和/或负载范围内，如果尤其是第二排气涡轮增压器在输送新鲜空气就足够了。为了确保以此方式输送的新鲜空气没有流动损耗，此新鲜空气至少部分借助于第三旁路通道而被绕过所述第一压缩机输送。所述第三旁通管道设计为在第一压缩机的下游且在第二压缩机的上游从所述进气管分支出去、并且在第一压缩机下游汇入到所述进气管中。在第一压缩机与第二压缩机之间形成的进气管中的流动路径保持开放，以使得第一压缩机能够通过被第一涡轮机旋转而没有负压地运行。使用了第一压缩机的现有的压缩机功率，并且被第一压缩机压缩的新鲜空气量被输送到在第一压缩机的下游形