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DE102015205910A1 - Two-stage rechargeable internal combustion engine with turbocharger and method for operating such an internal combustion engine - Google Patents

Two-stage rechargeable internal combustion engine with turbocharger and method for operating such an internal combustion engine Download PDF

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DE102015205910A1
DE102015205910A1 DE102015205910.3A DE102015205910A DE102015205910A1 DE 102015205910 A1 DE102015205910 A1 DE 102015205910A1 DE 102015205910 A DE102015205910 A DE 102015205910A DE 102015205910 A1 DE102015205910 A1 DE 102015205910A1
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DE
Germany
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compressor
internal combustion
combustion engine
supercharged internal
engine according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102015205910.3A
Other languages
German (de)
Inventor
Helmut Kindl
Frank Kraemer
Jörg Kemmerling
Vanco Smiljanovski
Franz J. Brinkmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ford Global Technologies LLC
Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Ford Global Technologies LLC filed Critical Ford Global Technologies LLC
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Priority to DE202015101916.5U priority patent/DE202015101916U1/en
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Abstract

Aufgeladene Brennkraftmaschine mit – einem Ansaugsystem (1) zum Zuführen von Ladeluft, – einem Abgasabführsystem zum Abführen von Abgas, – mindestens einem Abgasturbolader (2), der eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine (4) und einen im Ansaugsystem (1) angeordneten Radialverdichter (3) umfasst, wobei der Radialverdichter (3) mit mindestens einem auf einer drehbaren Welle (3b) gelagerten Laufrad (3c) ausgestattet ist, und – einem elektrisch antreibbaren Axialverdichter (5), der mit mindestens einem auf einer drehbaren Welle (5b) gelagerten Laufrad (5c) ausgestattet ist und der stromaufwärts des Radialverdichters (3) im Ansaugsystem (1) angeordnet ist und dessen Austrittsbereich (5a) koaxial zur Welle (5b) des Axialverdichters (5) verläuft, wobei der Radialverdichter (3) einen Eintrittsbereich (3a) aufweist, der koaxial zur Welle (3b) des Radialverdichters (3) und koaxial zum Austrittsbereich (5a) des Axialverdichters (5) verläuft und ausgebildet ist, wobei – das mindestens eine Laufrad (3c) des Radialverdichters (3) und das mindestens eine Laufrad (5c) des Axialverdichters (5) beabstandet zueinander in einem gemeinsamen Verdichtergehäuse (6) auf einer gemeinsamen Welle (3b, 5b, 7) angeordnet sind, wobei zwischen dem mindestens einen Laufrad (3c) des Radialverdichters (3) und dem mindestens einen Laufrad (5c) des Axialverdichters (5) eine gehäusefeste Leiteinrichtung (8) angeordnet ist.Supercharged internal combustion engine with - an intake system (1) for supplying charge air, - an exhaust gas removal system for discharging exhaust gas, - at least one exhaust gas turbocharger (2) having a turbine arranged in the Abgasabführsystem turbine (4) and in the intake system (1) arranged radial compressor (3 ), the radial compressor (3) being equipped with at least one impeller (3c) mounted on a rotatable shaft (3b), and - an electrically driven axial compressor (5) with at least one impeller mounted on a rotatable shaft (5b) (5c) and which is arranged upstream of the radial compressor (3) in the intake system (1) and whose outlet region (5a) is coaxial with the shaft (5b) of the axial compressor (5), the radial compressor (3) having an inlet region (3a). has, which is coaxial with the shaft (3b) of the radial compressor (3) and coaxial with the outlet region (5a) of the axial compressor (5) extends and is formed, wherein - the at least one impeller (3c) of the centrifugal compressor (3) and the at least one impeller (5c) of the axial compressor (5) spaced from each other in a common compressor housing (6) on a common shaft (3b, 5b, 7) are arranged, between the at least one impeller (3c) of the radial compressor (3) and the at least one impeller (5c) of the axial compressor (5) a housing-fixed guide (8) is arranged.

Description

Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit

  • – einem Ansaugsystem zum Zuführen von Ladeluft,
  • – einem Abgasabführsystem zum Abführen von Abgas,
  • – mindestens einem Abgasturbolader, der eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine und einen im Ansaugsystem angeordneten Radialverdichter umfasst, wobei der Radialverdichter mit mindestens einem auf einer drehbaren Welle gelagerten Laufrad ausgestattet ist, und
  • – einem elektrisch antreibbaren Axialverdichter, der mit mindestens einem auf einer drehbaren Welle gelagerten Laufrad ausgestattet ist und der stromaufwärts des Radialverdichters im Ansaugsystem angeordnet ist und dessen Austrittsbereich koaxial zur Welle des Axialverdichters verläuft, wobei der Radialverdichter einen Eintrittsbereich aufweist, der koaxial zur Welle des Radialverdichters und koaxial zum Austrittsbereich des Axialverdichters verläuft und ausgebildet ist.
The invention relates to a supercharged internal combustion engine with
  • An intake system for supplying charge air,
  • An exhaust gas removal system for removing exhaust gas,
  • - At least one exhaust gas turbocharger, which comprises a arranged in Abgasabführsystem turbine and a suction arranged in the radial compressor, wherein the centrifugal compressor is equipped with at least one mounted on a rotatable shaft impeller, and
  • - An electrically driven axial compressor which is equipped with at least one mounted on a rotatable shaft impeller and which is arranged upstream of the centrifugal compressor in the intake system and whose outlet region is coaxial with the shaft of the axial compressor, wherein the centrifugal compressor has an inlet region which is coaxial with the shaft of the centrifugal compressor and is coaxial with the exit region of the axial compressor and is formed.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine.Furthermore, the invention relates to a method for operating such an internal combustion engine.

Eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art wird als Kraftfahrzeugantrieb eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Brennkraftmaschine Dieselmotoren und Ottomotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, die ein Hybrid-Brennverfahren nutzen, sowie Hybrid-Antriebe, die neben der Brennkraftmaschine eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare Elektromaschine umfassen, welche Leistung von der Brennkraftmaschine aufnimmt oder als zuschaltbarer Hilfsantrieb zusätzlich Leistung abgibt.An internal combustion engine of the type mentioned is used as a motor vehicle drive. In the context of the present invention, the term internal combustion engine includes diesel engines and gasoline engines, but also hybrid internal combustion engines that use a hybrid combustion process, as well as hybrid drives, which in addition to the internal combustion engine include an electric motor that can be connected to the engine, which receives power from the internal combustion engine or as switchable auxiliary drive additionally delivers power.

Die Aufladung dient in erster Linie der Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine. Die für den Verbrennungsprozess benötigte Luft wird verdichtet, wodurch jedem Zylinder pro Arbeitsspiel eine größere Luftmasse zugeführt werden kann. Dadurch können die Kraftstoffmasse und damit der Mitteldruck gesteigert werden.The charge is used primarily to increase the performance of the internal combustion engine. The air required for the combustion process is compressed, which allows each cylinder per working cycle, a larger air mass can be supplied. As a result, the fuel mass and thus the medium pressure can be increased.

Die Aufladung ist ein geeignetes Mittel, bei unverändertem Hubraum die Leistung einer Brennkraftmaschine zu steigern oder bei gleicher Leistung den Hubraum zu reduzieren. In jedem Fall führt die Aufladung zu einer Erhöhung der Bauraumleistung und einer günstigeren Leistungsmasse. Wird der Hubraum verringert, lässt sich so das Lastkollektiv zu höheren Lasten hin verschieben, bei denen der spezifische Kraftstoffverbrauch niedriger ist. Durch Aufladung in Kombination mit einer geeigneten Getriebeauslegung kann auch ein sogenanntes Downspeeding realisiert werden, bei dem ebenfalls ein geringerer spezifischer Kraftstoffverbrauch erzielt werden kann.The charge is a suitable means to increase the capacity of an internal combustion engine with unchanged displacement or to reduce the displacement at the same power. In any case, the charging leads to an increase in space performance and a lower power mass. If the displacement is reduced, then the load spectrum can be shifted to higher loads, where the specific fuel consumption is lower. By charging in combination with a suitable transmission design and a so-called downspeeding can be realized, in which also a lower specific fuel consumption can be achieved.

Die Aufladung unterstützt folglich das ständige Bemühen in der Entwicklung von Brennkraftmaschinen, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren, d. h. den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu verbessern.Charging thus supports the constant effort in the development of internal combustion engines to minimize fuel consumption, d. H. to improve the efficiency of the internal combustion engine.

Häufig wird für die Aufladung ein Abgasturbolader eingesetzt, bei dem ein Verdichter und eine Turbine auf derselben Welle angeordnet sind. Der heiße Abgasstrom wird der Turbine zugeführt und entspannt sich unter Energieabgabe in der Turbine, wodurch die Welle in Drehung versetzt wird. Die vom Abgasstrom an die Turbine und schließlich an die Welle abgegebene Energie wird für den Antrieb des ebenfalls auf der Welle angeordneten Verdichters genutzt. Der Verdichter fördert und komprimiert die ihm zugeführte Ladeluft, wodurch eine Aufladung der Zylinder erreicht wird. Vorteilhafterweise wird ein Ladeluftkühler stromabwärts des Verdichters im Ansaugsystem vorgesehen, mit dem die komprimierte Ladeluft vor Eintritt in den mindestens einen Zylinder gekühlt wird. Der Kühler senkt die Temperatur und steigert damit die Dichte der Ladeluft, so dass auch der Kühler zu einer besseren Füllung der Zylinder, d. h. zu einer größeren Luftmasse, beiträgt. Es erfolgt eine Verdichtung durch Kühlung.Frequently, an exhaust gas turbocharger is used for charging, in which a compressor and a turbine are arranged on the same shaft. The hot exhaust stream is supplied to the turbine and relaxes with energy release in the turbine, causing the shaft to rotate. The energy emitted by the exhaust gas flow to the turbine and finally to the shaft is used to drive the compressor, which is also arranged on the shaft. The compressor conveys and compresses the charge air supplied to it, whereby a charging of the cylinder is achieved. Advantageously, a charge air cooler is provided downstream of the compressor in the intake system, with which the compressed charge air is cooled before entering the at least one cylinder. The radiator lowers the temperature and thus increases the density of the charge air, so that the cooler to a better filling of the cylinder, d. H. contributes to a larger air mass. There is a compaction by cooling.

Der Vorteil des Abgasturboladers beispielsweise im Vergleich zu einem mechanischen Lader besteht darin, dass keine mechanische Verbindung zur Leistungsübertragung zwischen Lader und Brennkraftmaschine besteht bzw. erforderlich ist. Während ein mechanischer Lader die für seinen Antrieb benötigte Energie vollständig von der Brennkraftmaschine bezieht und somit die bereitgestellte Leistung mindert und auf diese Weise den Wirkungsgrad nachteilig beeinflusst, nutzt der Abgasturbolader die Abgasenergie der heißen Abgase.The advantage of the exhaust gas turbocharger, for example in comparison to a mechanical supercharger, is that there is no mechanical connection to the power transmission between the supercharger and the internal combustion engine. While a mechanical supercharger obtains the energy required for its drive completely from the internal combustion engine and thus reduces the power provided and thus adversely affects the efficiency, the exhaust gas turbocharger uses the exhaust gas energy of the hot exhaust gases.

Der Vorteil eines Abgasturboladers im Vergleich zu einem mechanischen Lader besteht darin, dass ein Abgasturbolader die Abgasenergie der heißen Abgase nutzt, während ein mechanischer Lader die für seinen Antrieb erforderliche Energie direkt oder indirekt von der Brennkraftmaschine bezieht. In der Regel ist eine mechanische Verbindung, wie beispielsweise ein Zugmitteltrieb, zur Leistungsübertragung zwischen dem Lader und der Brennkraftmaschine erforderlich.The advantage of an exhaust gas turbocharger in comparison to a mechanical supercharger is that an exhaust gas turbocharger uses the exhaust gas energy of the hot exhaust gases, while a mechanical supercharger obtains the energy required for its drive directly or indirectly from the internal combustion engine. In general, a mechanical connection, such as a traction drive, for power transmission between the supercharger and the internal combustion engine is required.

Der Vorteil eines mechanischen Laders gegenüber einem Abgasturbolader besteht darin, dass der mechanische Lader in der Regel den angeforderten Ladedruck unabhängig vom momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine generieren und zur Verfügung stellen kann, insbesondere auch bei niedrigen Drehzahlen der Kurbelwelle. Das gilt insbesondere für einen mechanischen Lader, der mittels Elektromaschine antreibbar ist.The advantage of a mechanical supercharger over an exhaust gas turbocharger is that the mechanical supercharger can generally generate and provide the requested boost pressure independently of the current operating state of the internal combustion engine, in particular also at low speeds of the crankshaft. This applies in particular to a mechanical loader which can be driven by means of an electric machine.

Schwierigkeiten bereitet nämlich die Auslegung der Abgasturboaufladung, wobei grundsätzlich eine spürbare Leistungssteigerung in allen Drehzahlbereichen angestrebt wird. Bei mit einem Abgasturbolader aufgeladenen Brennkraftmaschinen wird bei Unterschreiten einer bestimmten Drehzahl ein starker Drehmomentabfall beobachtet. Dieser Effekt ist unerwünscht und zählt zu den Nachteilen der Abgasturboaufladung.Difficulties are the interpretation of the turbocharger, which is basically a noticeable increase in performance in all speed ranges sought. When charged with an exhaust gas turbocharger internal combustion engines falls below a certain speed, a strong torque drop is observed. This effect is undesirable and is one of the disadvantages of turbocharging.

Verständlich wird dieser Drehmomentabfall, wenn berücksichtigt wird, dass das Ladedruckverhältnis vom Turbinendruckverhältnis abhängt. Wird beispielsweise die Motordrehzahl verringert, führt dies zu einem kleineren Abgasmassenstrom und damit zu einem kleineren Turbinendruckverhältnis. Dies hat zur Folge, dass zu niedrigeren Drehzahlen hin das Ladedruckverhältnis ebenfalls abnimmt, was gleichbedeutend ist mit einem Drehmomentabfall.This torque drop becomes understandable if it is taken into account that the boost pressure ratio depends on the turbine pressure ratio. For example, if the engine speed is reduced, this leads to a smaller exhaust gas mass flow and thus to a smaller turbine pressure ratio. As a result, at lower speeds, the boost pressure ratio also decreases, which is equivalent to a torque drop.

Die Drehmomentcharakteristik einer mittels Abgasturboaufladung aufgeladenen Brennkraftmaschine wird nach dem Stand der Technik durch unterschiedliche Maßnahmen zu verbessern versucht.The torque characteristic of a charged by turbocharging internal combustion engine is trying to improve the prior art by various measures.

Beispielsweise durch eine kleine Auslegung des Turbinenquerschnittes und gleichzeitiger Abgasabblasung. Eine derartige Turbine wird auch als Waste-Gate-Turbine bezeichnet. Überschreitet der Abgasmassenstrom eine kritische Größe wird ein Teil des Abgasstromes im Rahmen der sogenannten Abgasabblasung mittels einer Bypassleitung an der Turbine vorbei geführt. Diese Vorgehensweise hat aber den Nachteil, dass das Aufladeverhalten bei höheren Drehzahlen unzureichend ist.For example, by a small design of the turbine cross-section and simultaneous Abgasabblasung. Such a turbine is also referred to as a waste gate turbine. If the exhaust gas mass flow exceeds a critical size, part of the exhaust gas flow is conducted past the turbine by means of a bypass line as part of the so-called exhaust gas blow-off. However, this approach has the disadvantage that the charging behavior at high speeds is insufficient.

Die Drehmomentcharakteristik einer aufgeladenen Brennkraftmaschine kann des Weiteren durch mehrere parallel angeordnete Turbolader, d. h. durch mehrere parallel angeordnete Turbinen von kleinerem Turbinenquerschnitt verbessert werden, wobei mit steigender Abgasmenge Turbinen sukzessive zugeschaltet werden.The torque characteristic of a supercharged internal combustion engine may be further characterized by a plurality of turbochargers arranged in parallel, i. H. be improved by a plurality of parallel turbines of smaller turbine cross-section, with turbines are switched successively with increasing exhaust gas quantity.

Die Drehmomentcharakteristik kann auch mittels mehrerer in Reihe geschalteter Abgasturbolader vorteilhaft beeinflusst werden. Durch das in Reihe Schalten von zwei Abgasturboladern, von denen ein Abgasturbolader als Hochdruckstufe und ein Abgasturbolader als Niederdruckstufe dient, kann das Verdichterkennfeld in vorteilhafter Weise aufgeweitet werden und zwar sowohl hin zu kleineren Verdichterströmen als auch hin zu größeren Verdichterströmen.The torque characteristic can also be advantageously influenced by means of a plurality of exhaust-gas turbochargers connected in series. By switching in series of two exhaust gas turbochargers, one of which is an exhaust gas turbocharger as a high pressure stage and an exhaust gas turbocharger as a low pressure stage, the compressor map can be widened in an advantageous manner, both towards smaller compressor streams as well as towards larger compressor streams.

Insbesondere ist bei dem als Hochdruckstufe dienenden Abgasturbolader ein Verschieben der Pumpgrenze hin zu kleineren Verdichterströmen möglich, wodurch auch bei kleinen Verdichterströmen hohe Ladedruckverhältnisse erzielt werden können, was die Drehmomentcharakteristik im unteren Drehzahlbereich deutlich verbessert. Erreicht wird dies durch eine Auslegung der Hochdruckturbine auf kleine Abgasmassenströme und Vorsehen einer Bypassleitung, mit der bei zunehmendem Abgasmassenstrom zunehmend Abgas an der Hochdruckturbine vorbeigeführt wird. Die Bypassleitung zweigt hierzu stromaufwärts der Hochdruckturbine vom Abgasabführsystem ab und mündet stromaufwärts der Niederdruckturbine wieder in das Abgasabführsystem. In der Bypassleitung ist ein Absperrelement angeordnet, um den an der Hochdruckturbine vorbeigeführten Abgasstrom zu steuern.In particular, in the case of the exhaust gas turbocharger serving as a high-pressure stage, the pumping limit can be shifted toward smaller compressor flows, whereby high boost pressure ratios can be achieved even with small compressor flows, which significantly improves the torque characteristic in the lower rpm range. This is achieved by designing the high-pressure turbine for small exhaust gas mass flows and providing a bypass line, with which increasing exhaust gas mass flow increasingly exhaust gas is passed to the high-pressure turbine. For this purpose, the bypass line branches off the exhaust-gas removal system upstream of the high-pressure turbine and returns to the exhaust-gas removal system upstream of the low-pressure turbine. In the bypass line, a shut-off element is arranged to control the exhaust gas flow passed past the high-pressure turbine.

Die Verwendung mehrerer Abgasturbolader hat aber auch Nachteile, wie im Folgenden anhand der zweistufigen Aufladung erläutert wird.However, the use of multiple turbochargers also has disadvantages, as will be explained below with reference to the two-stage charging.

Bei der Auslegung der Abgasturboaufladung ist man bemüht, die Turbine bzw. die Turbinen möglichst nahe am Auslass der Brennkraftmaschine, d. h. nahe der Auslassöffnungen der Zylinder, anzuordnen, um auf diese Weise die Abgasenthalpie der heißen Abgase, die maßgeblich vom Abgasdruck und der Abgastemperatur bestimmt wird, optimal nutzen zu können und ein schnelles Ansprechverhalten des Turboladers zu gewährleisten. Nicht nur der Weg der heißen Abgase zur Turbine verkürzt sich durch eine motornahe Anordnung, auch das Volumen des Abgasabführsystems stromaufwärts der Turbine nimmt ab. Die thermische Trägheit des Abgasabführsystems nimmt ebenfalls ab und zwar durch Reduzierung der Masse und der Länge des Teilstückes des Abgasabführsystems bis hin zur Turbine.In the design of the turbocharger turbocharger is trying hard, the turbine or turbines as close to the outlet of the engine, d. H. near the exhaust ports of the cylinder, to be arranged in order to be able to use the exhaust enthalpy of the hot exhaust gases, which is largely determined by the exhaust pressure and the exhaust gas temperature, optimally and to ensure a fast response of the turbocharger. Not only the way of the hot exhaust gases to the turbine is shortened by a close-coupled arrangement, also the volume of Abgasabführsystems upstream of the turbine decreases. The thermal inertia of the Abgasabführsystems also decreases by reducing the mass and the length of the portion of Abgasabführsystems to the turbine.

Aus den vorstehend genannten Gründen werden die Turbinen in der Regel auslassseitig am Zylinderkopf angeordnet. Der Abgaskrümmer wird nach dem Stand der Technik häufig im Zylinderkopf integriert. Die Integration des Abgaskrümmers gestattet darüber hinaus ein dichtes Packaging der Antriebseinheit. Zudem kann von einer gegebenenfalls im Zylinderkopf vorgesehenen Flüssigkeitskühlung partizipiert werden, so dass der Krümmer nicht aus thermisch hoch belastbaren Werkstoffen gefertigt werden muss, die kostenintensiv sind.For the reasons mentioned above, the turbines are usually arranged on the exhaust side of the cylinder head. The exhaust manifold is often integrated in the cylinder head according to the prior art. The integration of the exhaust manifold also allows a dense packaging of the drive unit. In addition, it is possible to participate in a liquid cooling system, which may be provided in the cylinder head, so that the manifold does not have to be manufactured from materials capable of bearing high thermal loads, which are cost-intensive.

Bei einer zweistufigen Aufladung bereitet die motornahe Anordnung der Turbine der Niederdruckstufe naturgemäß größere Probleme. Zu berücksichtigen ist dabei auch, dass die Turbine eines Abgasturboladers in der Regel in Radialbauweise ausgeführt wird, d. h. die Anströmung der Laufschaufeln erfolgt im Wesentlichen radial. Im Wesentlichen radial bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass die Geschwindigkeitskomponente in radialer Richtung größer ist als die axiale Geschwindigkeitskomponente.In a two-stage charging prepares the close-coupled arrangement of the turbine of the low-pressure stage naturally greater problems. It should also be borne in mind that the turbine of an exhaust-gas turbocharger is generally designed in radial design, ie the flow of the rotor blades is essentially radial. In the context of the present invention, essentially radial means that the velocity component is in the radial direction Direction is greater than the axial velocity component.

Folglich muss das Abgas nach Durchströmen der Hockdruckturbine zunächst via Abgasabführsystem umgeleitet bzw. umgelenkt werden, um stromabwärts der Hockdruckturbine der Radialturbine der Niederdruckstufe zugeführt werden zu können. Dies vergrößert nicht nur die Wegstrecke, sondern auch das Volumen und die thermische Trägheit zwischen den beiden Turbinen erheblich.Consequently, after flowing through the high-pressure turbine, the exhaust gas must first be diverted or deflected via the exhaust-gas removal system in order to be able to be fed to the low-pressure stage downstream of the high-pressure turbine of the radial turbine. This not only increases the distance, but also the volume and the thermal inertia between the two turbines considerably.

Um die Abgasenergie möglichst effizient nutzen zu können, sollte das Abgas möglichst wenig umgelenkt werden. Jede Richtungsänderung der Abgasströmung, beispielsweise infolge einer Krümmung des Abgasabführsystems, hat einen Druckverlust in der Abgasströmung und damit einen Enthalpieverlust zur Folge.In order to use the exhaust energy as efficiently as possible, the exhaust gas should be deflected as little as possible. Any change in direction of the exhaust gas flow, for example as a result of a curvature of the Abgasabführsystems, has a pressure drop in the exhaust gas flow and thus enthalpy loss.

Gelegentlich wird die Niederdruckturbine eines Abgasturboladers auch als Axialturbine ausgeführt, d. h. die Anströmung der Laufradschaufeln erfolgt im Wesentlichen axial. Im Wesentlichen axial bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass die Geschwindigkeitskomponente in axialer Richtung größer ist als die radiale Geschwindigkeitskomponente. Nach dem Stand der Technik wird aber auch bei Axialturbinen der Eintrittsbereich zur Zuführung des Abgases häufig als rundum verlaufendes Spiral- oder Schneckengehäuse ausgebildet. Die EP 1 710 415 A1 beschreibt eine derartige Axialturbine.Occasionally, the low-pressure turbine of an exhaust gas turbocharger is also designed as an axial turbine, ie, the flow of the impeller blades takes place substantially axially. In the context of the present invention, essentially axial means that the velocity component in the axial direction is greater than the radial velocity component. According to the state of the art, however, the inlet region for supplying the exhaust gas is also often designed as an all-round spiral or screw housing in axial turbines. The EP 1 710 415 A1 describes such an axial turbine.

Das für die Turbinen Gesagte gilt in analoger Weise auch für die Verdichter der Abgasturbolader, wobei die Verdichter aufgrund der auslassseitigen Anordnung der Turbinen ebenfalls auslassseitig angeordnet sind und die in den Verdichtern komprimierte Ladeluft stromabwärts der Verdichter zunächst auf die Einlassseite des Zylinderkopfes geleitet werden muss, um den Zylindern zugeführt werden zu können. Anders als bei den Turbinen werden Verdichter über ihre Abströmung definiert. Ein Radialverdichter ist somit ein Verdichter, dessen Abströmung aus den Laufschaufeln im Wesentlichen radial erfolgt. Hingegen erfolgt die Abströmung aus den Laufradschaufeln eines Axialverdichters im Wesentlichen axial.The said for the turbines applies in an analogous manner to the compressors of the exhaust gas turbocharger, the compressors are also arranged on the outlet side due to the outlet side arrangement of the turbines and compressed in the compressors charge air downstream of the compressor must first be passed to the inlet side of the cylinder head to to be fed to the cylinders. Unlike the turbines, compressors are defined by their outflow. A radial compressor is thus a compressor whose outflow from the blades takes place substantially radially. By contrast, the outflow from the impeller blades of an axial compressor takes place substantially axially.

Um einlassseitig einen Druckverlust zu vermeiden bzw. den Druckverlust zu minimieren, sollte die Ladeluft möglichst wenig umgelenkt werden. Das Ansaugsystem sollte möglichst kurz sein und möglichst wenig Richtungsänderungen stromaufwärts der Verdichter, stromabwärts der Verdichter und zwischen den Verdichtern aufweisen.In order to avoid a pressure loss on the inlet side or to minimize the pressure loss, the charge air should be deflected as little as possible. The intake system should be as short as possible and should have as few changes of direction upstream of the compressors, downstream of the compressors and between the compressors.

Aus den vorstehend genannten Gründen kann es vorteilhaft sein, den Radialverdichter eines Abgasturboladers mit einem Axialverdichter zu kombinieren, wobei der Axialverdichter stromaufwärts des Radialverdichters im Ansaugsystem angeordnet wird. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine verwirklicht dieses Aufladekonzept. Erfindungsgemäß ist der Axialverdichter ein elektrisch antreibbarer Verdichter.For the reasons mentioned above, it may be advantageous to combine the radial compressor of an exhaust gas turbocharger with an axial compressor, wherein the axial compressor is arranged upstream of the centrifugal compressor in the intake system. The internal combustion engine according to the invention realizes this charging concept. According to the invention, the axial compressor is an electrically drivable compressor.

Der Axialverdichter verfügt vorliegend über einen Austrittsbereich, der koaxial zur Welle des Axialverdichters verläuft, so dass die Abströmung der Ladeluft aus dem Axialverdichter via Austrittsbereich im Wesentlichen axial erfolgt. Der Radialverdichter weist zudem einen Eintrittsbereich auf, der koaxial zur Welle des Radialverdichters und koaxial zum Austrittsbereich des Axialverdichters verläuft und ausgebildet ist, so dass die Anströmung der Ladeluft zu dem Radialverdichter im Wesentlichen axial erfolgt.In the present case, the axial compressor has an outlet region, which runs coaxially with the shaft of the axial compressor, so that the outflow of the charge air from the axial compressor via the outlet region takes place essentially axially. The radial compressor also has an inlet region which is coaxial to the shaft of the centrifugal compressor and coaxial with the outlet region of the axial compressor and is designed so that the flow of the charge air to the centrifugal compressor takes place substantially axially.

Die Ladeluft muss nach Durchströmen des Axialverdichters nicht umgelenkt werden, um dem Radialverdichter zugeführt zu werden. Unnötige Druckverluste in der Ladeluftströmung infolge Strömungsumlenkung werden vermieden und die vorkomprimierte Ladeluft kann im Radialverdichter weiter komprimiert werden. Der Wirkungsgrad und das Ladedruckverhältnis der zweistufigen Verdichtung werden gesteigert.The charge air does not have to be deflected after flowing through the axial compressor to be fed to the centrifugal compressor. Unnecessary pressure losses in the charge air flow due to flow deflection are avoided and the precompressed charge air can be further compressed in the centrifugal compressor. The efficiency and the charge pressure ratio of the two-stage compression are increased.

Die Verwendung eines Axialverdichters anstelle eines weiteren Abgasturboladers gestattet darüber hinaus ein dichteres Packaging, insbesondere eine Reduzierung der Wegstrecke, des Volumens und der Masse des Ansaugsystems zwischen den beiden Verdichtern.The use of an axial compressor instead of another exhaust gas turbocharger also allows a denser packaging, in particular a reduction of the distance, the volume and the mass of the intake between the two compressors.

Eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art beschreibt beispielsweise die deutsche Offenlegungsschrift DE 100 50 161 A1 . Da die von der Bordbatterie eines Fahrzeuges bereitgestellte Energie beschränkt ist, kann der elektrische Antrieb des Axialverdichters nur als Hilfsantrieb bzw. als zusätzlicher Antrieb angesehen und verwendet werden.An internal combustion engine of the aforementioned type describes, for example, the German patent application DE 100 50 161 A1 , Since the energy provided by the on-board battery of a vehicle is limited, the electric drive of the axial compressor can only be regarded and used as an auxiliary drive or as an additional drive.

Vor dem Hintergrund des Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine aufgeladene Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, deren Aufladeverhalten weiter verbessert ist und deren Aufladung einen geringeren Raumbedarf hat und ein dichteres Packaging ermöglicht.In light of the above, it is an object of the present invention to provide a supercharged internal combustion engine according to the preamble of claim 1, the charging performance of which is further improved and the charging thereof has a smaller space requirement and enables denser packaging.

Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine aufzuzeigen.A further sub-task of the present invention is to show a method for operating such an internal combustion engine.

Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit

  • – einem Ansaugsystem zum Zuführen von Ladeluft,
  • – einem Abgasabführsystem zum Abführen von Abgas,
  • – mindestens einem Abgasturbolader, der eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine und einen im Ansaugsystem angeordneten Radialverdichter umfasst, wobei der Radialverdichter mit mindestens einem auf einer drehbaren Welle gelagerten Laufrad ausgestattet ist, und
  • – einem elektrisch antreibbaren Axialverdichter, der mit mindestens einem auf einer drehbaren Welle gelagerten Laufrad ausgestattet ist und der stromaufwärts des Radialverdichters im Ansaugsystem angeordnet ist und dessen Austrittsbereich koaxial zur Welle des Axialverdichters verläuft, wobei der Radialverdichter einen Eintrittsbereich aufweist, der koaxial zur Welle des Radialverdichters und koaxial zum Austrittsbereich des Axialverdichters verläuft und ausgebildet ist,
die dadurch gekennzeichnet ist, dass
  • – das mindestens eine Laufrad des Radialverdichters und das mindestens eine Laufrad des Axialverdichters beabstandet zueinander in einem gemeinsamen Verdichtergehäuse auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind, wobei zwischen dem mindestens einen Laufrad des Radialverdichters und dem mindestens einen Laufrad des Axialverdichters eine gehäusefeste Leiteinrichtung angeordnet ist.
The first subtask is solved by a supercharged internal combustion engine
  • An intake system for supplying charge air,
  • An exhaust gas removal system for removing exhaust gas,
  • - At least one exhaust gas turbocharger, which comprises a arranged in Abgasabführsystem turbine and a suction arranged in the radial compressor, wherein the centrifugal compressor is equipped with at least one mounted on a rotatable shaft impeller, and
  • - An electrically driven axial compressor which is equipped with at least one mounted on a rotatable shaft impeller and which is arranged upstream of the centrifugal compressor in the intake system and whose outlet region is coaxial with the shaft of the axial compressor, wherein the centrifugal compressor has an inlet region which is coaxial with the shaft of the centrifugal compressor and is coaxial with the exit region of the axial compressor and is formed,
which is characterized in that
  • - The at least one impeller of the centrifugal compressor and the at least one impeller of the axial compressor spaced from each other in a common compressor housing are arranged on a common shaft, wherein between the at least one impeller of the centrifugal compressor and the at least one impeller of the axial compressor, a housing-fixed guide is arranged.

Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist die Welle des Radialverdichters gleichzeitig die Welle des Axialverdichters, d. h. der Axialverdichter und der Radialverdichter teilen sich eine gemeinsame Welle, auf der auch das mindestens eine Laufrad der Turbine angeordnet ist. Folglich laufen das mindestens eine Laufrad des Radialverdichters, das mindestens eine Laufrad des Axialverdichters sowie das mindestens eine Laufrad der Turbine gleichsinnig und mit gleicher Drehzahl um und zwar ohne Ausnahme. Eine Kupplung zur mechanischen Entkopplung der Laufräder des Radialverdichters, des Axialverdichters und/oder der Turbine ist nicht notwendig und auch nicht vorgesehen.In the internal combustion engine according to the invention, the shaft of the centrifugal compressor is at the same time the shaft of the axial compressor, d. H. the axial compressor and the centrifugal compressor share a common shaft, on which also the at least one impeller of the turbine is arranged. Consequently, the at least one impeller of the centrifugal compressor, the at least one impeller of the axial compressor and the at least one impeller of the turbine in the same direction and at the same speed to run and that without exception. A coupling for mechanical decoupling of the impellers of the centrifugal compressor, the axial compressor and / or the turbine is not necessary and not provided.

Das Entfallen einer Kupplung macht die erfindungsgemäße Aufladung sehr kompakt und resultiert in einem vergleichsweise geringen Raumbedarf der Aufladung. Zudem vereinfacht sich die Konstruktion durch Verwendung einer einzelnen starren Welle und dem Wegfall von Lagern.The elimination of a coupling makes the charging according to the invention very compact and results in a relatively small space requirement of the charge. In addition, the design is simplified by using a single rigid shaft and the elimination of bearings.

Da sich der Axialverdichter und der Radialverdichter eine gemeinsame Welle teilen, auf der auch das mindestens eine Laufrad der Turbine angeordnet ist, teilen sich die beiden Verdichter auch die Turbine, welche beide Verdichter antreibt.Since the axial compressor and the centrifugal compressor share a common shaft, on which also the at least one impeller of the turbine is arranged, the two compressors also share the turbine, which drives both compressors.

Zwar ist der Axialverdichter elektrisch antreibbar. Dieser elektrische Antrieb ist aber als Hilfsantrieb anzusehen und wird im Bedarfsfall nur zusätzlich zur Turbine eingesetzt. Der elektrische Antrieb dient insbesondere zur Beschleunigung der Welle und der Laufräder bei erhöhter Lastanforderung und verbessert auf diese Weise das Ansprechverhalten der Aufladung. Da die von der Bordbatterie eines Fahrzeuges bereitgestellte Energie beschränkt ist, kommt der elektrische Antrieb nicht kontinuierlich zum Einsatz.Although the axial compressor is electrically driven. However, this electric drive is to be regarded as an auxiliary drive and is used in case of need only in addition to the turbine. The electric drive is used in particular to accelerate the shaft and the wheels with increased load requirement and thus improves the response of the charge. Since the energy provided by the on-board battery of a vehicle is limited, the electric drive is not used continuously.

Erfindungsgemäß ist zwischen dem mindestens einen Laufrad des Radialverdichters und dem mindestens einen Laufrad des Axialverdichters eine gehäusefeste Leiteinrichtung angeordnet. Unter Verwendung dieser Leiteinrichtung kann auf die Strömung der Ladeluft nach Durchströmen des Axialverdichters und vor Eintritt in den Radialverdichter Einfluss genommen werden, wodurch das Aufladeverhalten weiter verbessert wird. Der Wirkungsgrad und das Ladedruckverhältnis der zweistufigen Verdichtung werden gesteigert.According to the invention, a housing-fixed guide is arranged between the at least one impeller of the radial compressor and the at least one impeller of the axial compressor. Using this guide means, the flow of the charge air after flowing through the axial compressor and before entering the centrifugal compressor can be influenced, whereby the charging behavior is further improved. The efficiency and the charge pressure ratio of the two-stage compression are increased.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine verfügt über ein verbessertes Aufladeverhalten und eine Aufladung, die einen geringen Raumbedarf aufweist und ein dichteres Packaging ermöglicht. Dadurch wird die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst.The internal combustion engine according to the invention has an improved charging behavior and a charge, which has a small space requirement and allows a denser packaging. As a result, the first object underlying the invention is achieved.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.Further advantageous embodiments of the internal combustion engine according to the invention are discussed in connection with the subclaims.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denenAdvantageous embodiments of the supercharged internal combustion engine, in which

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die Turbine des mindestens einen Abgasturboladers eine Radialturbine ist. Diese Ausführungsform gestattet ebenfalls ein dichtes Packaging des Abgasturboladers und damit der Aufladung insgesamt.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the turbine of the at least one exhaust-gas turbocharger is a radial turbine are advantageous. This embodiment also allows a tight packaging of the exhaust gas turbocharger and thus the overall charge.

Aus Gründen des Packagings sind auch Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine vorteilhaft, bei denen nur ein Abgasturbolader vorgesehen ist.For reasons of packaging and embodiments of the supercharged internal combustion engine are advantageous in which only one exhaust gas turbocharger is provided.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen der Radialverdichter kleiner ausgelegt ist als der Axialverdichter.Advantageous embodiments of the supercharged internal combustion engine, in which the radial compressor is designed smaller than the axial compressor.

Bei den zwei in Reihe geschalteten, im Ansaugsystem angeordneten Verdichtern, kann es vorteilhaft sein, den Axialverdichter größer auszulegen als den stromabwärts gelegenen Radialverdichter, da bei einer zweistufigen Verdichtung der Radialverdichter die Hochdruckstufe bildet und die Ladeluft komprimiert, die bereits in dem dann als Niederdruckstufe dienenden Axialverdichter vorverdichtet wurde.In the case of the two compressors arranged in series and arranged in the intake system, it may be advantageous to make the axial compressor larger than the downstream radial compressor, since in a two-stage compression the radial compressor forms the high-pressure stage and the charge air compressed, which was already pre-compressed in the then used as a low pressure stage axial compressor.

Nichtsdestotrotz muss der Axialverdichter nicht zwingend größer ausgelegt werden als der Radialverdichter. Insbesondere kann der Axialverdichter auch gleichgroß sein oder kleiner ausgelegt werden, um die Verdichtung der Ladeluft bei kleinen Ladeluftmengen in zufriedenstellender Weise zu bewerkstelligen und sicherzustellen. Bei größeren Ladeluftmengen könnte der Axialverdichter dann mittels Bypassleitung umgangen werden und der Radialverdichter die Verdichtung der Ladeluft im Rahmen einer einstufigen Verdichtung vornehmen.Nevertheless, the axial compressor does not necessarily have to be made larger than the centrifugal compressor. In particular, the axial compressor can also be the same size or be designed to be smaller in order to accomplish the compression of the charge air at small charge air quantities in a satisfactory manner and ensure. For larger amounts of charge air, the axial compressor could then be bypassed by means of a bypass line and the centrifugal compressor make the compression of the charge air in the context of a single-stage compression.

Vorteilhaft sind daher auch Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen der Radialverdichter größer ausgelegt ist als der Axialverdichter bzw. gleichgroß ist.Therefore, embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the radial compressor is designed to be larger than the axial compressor or the same size are also advantageous.

Vorteilhaft können aus den vorstehend genannten Gründen auch Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine sein, bei denen eine erste Bypassleitung vorgesehen ist, die ein Absperrelement aufweist und die stromaufwärts des Axialverdichters vom Ansaugsystem abzweigt und zwischen dem Axialverdichter und dem Radialverdichter wieder in das Ansaugsystem mündet.Advantageous embodiments of the supercharged internal combustion engine can be for the reasons mentioned above, in which a first bypass line is provided, which has a shut-off and the upstream of the axial compressor branches off from the intake system and opens between the axial compressor and the centrifugal compressor back into the intake system.

Wird der Axialverdichter kleiner ausgelegt als der Verdichter des mindestens einen Abgasturboladers, übernimmt der Axialverdichter die Verdichtung der Ladeluft bei kleinen Ladeluftmengen bzw. niedrigen Drehzahlen zur Verbesserung der Drehmomentcharakteristik im unteren Drehzahlbereich. Bei größeren Ladeluftmengen könnte der Axialverdichter dann mittels erster Bypassleitung umgangen werden und der Radialverdichter sorgt für die Verdichtung der Ladeluft bei höheren Drehzahlen im Rahmen einer einstufigen Aufladung.If the axial compressor designed smaller than the compressor of at least one exhaust gas turbocharger, the axial compressor takes over the compression of the charge air at low charge air quantities or low speeds to improve the torque characteristics in the lower speed range. For larger amounts of charge air, the axial compressor could then be bypassed by means of the first bypass line and the centrifugal compressor ensures the compression of the charge air at higher speeds in the context of a single-stage charge.

Wird der Axialverdichter größer ausgelegt als der Verdichter des mindestens einen Abgasturboladers, übernimmt der Axialverdichter die Vorverdichtung der Ladeluft bei größeren Ladeluftmengen bzw. höheren Drehzahlen und der Radialverdichter dient im Rahmen einer zweistufigen Aufladung als Hochdruckstufe, in der die vorverdichtete Ladeluft weiter komprimiert wird. Bei kleineren Ladeluftmengen könnte der Axialverdichter dann mittels erster Bypassleitung umgangen werden und der Radialverdichter sorgt für die Verdichtung der Ladeluft bei niedrigeren Drehzahlen im Rahmen einer einstufigen Aufladung. In den meisten Fällen wird der Axialverdichter aber keinen allzu großen Strömungswiderstand bei kleinen Ladeluftmengen darstellen, weshalb eine erste Bypassleitung nicht unter allen Umständen erforderlich sein wird.If the axial compressor is designed to be larger than the compressor of the at least one exhaust gas turbocharger, the axial compressor takes over the precompression of the charge air with larger charge air quantities or higher speeds and the centrifugal compressor serves as a high-pressure stage in a two-stage charge, in which the precompressed charge air is further compressed. For smaller amounts of charge air, the axial compressor could then be bypassed by means of the first bypass line and the centrifugal compressor ensures the compression of the charge air at lower speeds in the context of a single-stage charge. In most cases, however, the axial compressor will not provide too much flow resistance with small amounts of charge air, so a first bypass line will not be required under all circumstances.

Vorteilhaft können auch Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine sein, bei denen eine zweite Bypassleitung vorgesehen ist, die ein Absperrelement aufweist und die zwischen dem Axialverdichter und dem Radialverdichter vom Ansaugsystem abzweigt und stromabwärts des Radialverdichters wieder in das Ansaugsystem mündet. Die zweite Bypassleitung dient der Umgehung des Radialverdichters.Embodiments of the supercharged internal combustion engine may also be advantageous in which a second bypass line is provided, which has a shut-off element and which branches off from the intake system between the axial compressor and the centrifugal compressor and opens again into the intake system downstream of the radial compressor. The second bypass line serves to bypass the centrifugal compressor.

Wird der Axialverdichter kleiner ausgelegt als der Verdichter des mindestens einen Abgasturboladers, übernimmt der Axialverdichter die Verdichtung der Ladeluft bei kleinen Ladeluftmengen bzw. niedrigen Drehzahlen zur Verbesserung der Drehmomentcharakteristik im unteren Drehzahlbereich. Bei kleinen Ladeluftmengen könnte der Radialverdichter dann mittels zweiter Bypassleitung umgangen werden. In den meisten Fällen wird der Radialverdichter aber keinen allzu großen Strömungswiderstand bei kleinen Ladeluftmengen darstellen, weshalb eine zweite Bypassleitung nicht zwingend erforderlich sein wird.If the axial compressor designed smaller than the compressor of at least one exhaust gas turbocharger, the axial compressor takes over the compression of the charge air at low charge air quantities or low speeds to improve the torque characteristics in the lower speed range. For small amounts of charge air, the centrifugal compressor could then be bypassed by means of a second bypass line. In most cases, however, the radial compressor will not be too great a flow resistance with small charge air quantities, which is why a second bypass line will not be absolutely necessary.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen zum Zwecke der Abgasabblasung eine dritte Bypassleitung vorgesehen ist, die stromaufwärts der Turbine vom Abgasabführsystem abzweigt und stromabwärts der Turbine wieder in das Abgasabführsystem mündet, wobei zur Steuerung der Abgasabblasung ein Absperrelement in der dritten Bypassleitung vorgesehen ist.Advantageous embodiments of the supercharged internal combustion engine, in which for the purpose of Abgasabblasung a third bypass line is provided, which branches off upstream of the turbine from Abgasabführsystem and downstream of the turbine opens again into the Abgasabführsystem, wherein a shut-off in the third bypass line is provided to control the Abgasabblasung.

Das Vorsehen einer dritten Bypassleitung gestattet die Auslegung der Turbine auf mittelgroße Abgasmassenströme und damit auf den mittleren Teillastbereich. Hinsichtlich der Umgehung der Turbine mittels Bypassleitung wurde bereits ausgeführt. Auf die entsprechenden Ausführungen wird Bezug genommen.The provision of a third bypass line allows the design of the turbine to medium exhaust gas mass flows and thus to the middle part load range. With regard to the bypass of the turbine by means of bypass line has already been carried out. Reference is made to the corresponding statements.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen der Axialverdichter einen Eintrittsbereich aufweist, der koaxial zur gemeinsamen Welle verläuft und ausgebildet ist, so dass die Anströmung der Ladeluft zu dem Axialverdichter im Wesentlichen axial erfolgt. Diese Ausführungsform erleichtert die Anordnung des mindestens einen Laufrades des Axialverdichters im Verdichtergehäuse und die Ausbildung des elektrischen Antriebs.Advantageous embodiments of the supercharged internal combustion engine, in which the axial compressor has an inlet region which is coaxial with the common shaft and is formed so that the flow of the charge air to the axial compressor takes place substantially axially. This embodiment facilitates the arrangement of the at least one impeller of the axial compressor in the compressor housing and the formation of the electric drive.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die Turbine des mindestens einen Abgasturboladers eine variable Turbinengeometrie aufweist.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the turbine of the at least one exhaust-gas turbocharger has a variable turbine geometry are advantageous.

Eine variable Turbinengeometrie erhöht die Flexibilität der Aufladung. Sie gestattet eine stufenlose Anpassung der Turbinengeometrie an den jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, insbesondere an den momentanen Abgasmassenstrom. Im Gegensatz zu einer Turbine mit fester Geometrie muss die Turbine nicht auf diskrete Abgasmengen ausgelegt werden, weshalb die Turbine in einem weiten Drehzahl- bzw. Lastbereich für eine befriedigende Aufladung sorgt, nämlich den gewünschten Ladedruck auf der Einlassseite.A variable turbine geometry increases the flexibility of charging. She allows one stepless adjustment of the turbine geometry to the respective operating point of the internal combustion engine, in particular to the current exhaust gas mass flow. Unlike a fixed-geometry turbine, the turbine does not need to be designed for discrete exhaust levels, which is why the turbine provides a satisfactory boost in a wide range of speeds and loads, namely the desired charge pressure on the intake side.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die Leiteinrichtung verstellbar ist. Die Leiteinrichtung implementiert eine variable Verdichtergeometrie beim Radialverdichter.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the guide is adjustable are advantageous. The diffuser implements a variable compressor geometry in the centrifugal compressor.

Grundsätzlich gestattet die Leiteinrichtung die Optimierung der Anströmung zum Radialverdichter und damit die Erhöhung des Verdichterdruckverhältnisses bzw. Ladedruckverhältnisses. Der Geschwindigkeitsvektor der Anströmung im Bereich des mindestens einen Laufrades des Radialverdichters weist vorzugsweise auch eine tangentiale Komponente zur Welle auf, d. h. einen Drall, wodurch der Wirkungsgrad erhöht wird. Eine variable Verdichtergeometrie ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Turbine des mindestens einen Abgasturboladers über eine variable Turbinengeometrie verfügt und eine variable Verdichtergeometrie dann auf die Turbinengeometrie kontinuierlich abstimmt werden kann. Insbesondere, wenn nur ein geringer Abgasmassenstrom durch die Turbine geleitet wird, erweist sich eine variable Verdichtergeometrie als vorteilhaft, da durch Verstellen der Schaufeln die Pumpgrenze des Verdichters im Verdichterkennfeld hin zu kleinen Verdichterströmen verschoben werden kann und so ein Arbeiten des Verdichters jenseits der Pumpgrenze vermieden wird.Basically, the guide allows the optimization of the flow to the radial compressor and thus increasing the compressor pressure ratio or boost pressure ratio. The velocity vector of the flow in the region of the at least one impeller of the radial compressor preferably also has a tangential component to the shaft, d. H. a twist, whereby the efficiency is increased. A variable compressor geometry is particularly advantageous if the turbine of the at least one exhaust-gas turbocharger has a variable turbine geometry and a variable compressor geometry can then be continuously tuned to the turbine geometry. In particular, if only a small exhaust gas mass flow is passed through the turbine, a variable compressor geometry proves to be advantageous, since by adjusting the blades, the pumping limit of the compressor in the compressor map to small compressor streams can be moved and so working of the compressor is avoided beyond the surge line ,

Übernimmt der Axialverdichter die Verdichtung der Ladeluft bei kleinen Ladeluftmengen bzw. kleinen Drehzahlen, stellt der Radialverdichter nur einen Strömungswiderstand auf dem Weg zu den Zylindern dar. Eine variable Verdichtergeometrie gestattet es, diesen Strömungswiderstand durch Öffnen der Geometrie zu vermindern.If the axial compressor takes over the compression of the charge air at small charge air quantities or low engine speeds, the radial compressor represents only a flow resistance on the way to the cylinders. A variable compressor geometry makes it possible to reduce this flow resistance by opening the geometry.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen stromabwärts der Verdichter ein Ladeluftkühler im Ansaugsystem angeordnet ist. Der Ladeluftkühler senkt die Lufttemperatur und steigert damit die Dichte der Ladeluft, wodurch auch der Kühler zu einer besseren Füllung des Brennraums mit Luft, d. h. zu einer größeren Luftmasse beiträgt.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which a charge air cooler is arranged in the intake system downstream of the compressor are advantageous. The charge air cooler lowers the air temperature and thus increases the density of the charge air, whereby the cooler to a better filling of the combustion chamber with air, d. H. contributes to a larger air mass.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen für den elektrischen Antrieb des Axialverdichters ein Elektromotor vorgesehen ist, der einen Stator und einen Rotor umfasst.Advantageous embodiments of the supercharged internal combustion engine, in which for the electric drive of the axial compressor, an electric motor is provided which comprises a stator and a rotor.

So kann ein Elektromotor, d. h. ein elektrischer Antrieb, ausgebildet werden mit einem drehfest mit dem Laufrad des Axialverdichters verbundenen Rotor und einem gehäusefest angeordneten Stator, der den Rotor umfänglich umgreift. Dabei ist der aus einem magnetischen Material gefertigte Rotor vorzugsweise ringförmig ausgebildet und sitzt auf der radial außenliegenden Kante des Verdichterlaufrades auf. Bei einer Bestromung des Stators, vorzugsweise einer Spule, wird eine den Rotor drehende elektromagnetische Kraft erzeugt.Thus, an electric motor, i. H. an electric drive, are formed with a rotatably connected to the impeller of the axial compressor rotor and a stator fixed to the housing, which surrounds the rotor circumferentially. In this case, the rotor made of a magnetic material is preferably annular and is seated on the radially outer edge of the compressor impeller. When the stator, preferably a coil, is energized, an electromagnetic force rotating the rotor is generated.

Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang daher Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen der Stator zumindest auch im gemeinsamen Verdichtergehäuse angeordnet und gehäusefest gelagert ist, sowie Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen der Stator eine bestrombare Spule zum Aufbau eines Magnetfeldes umfasst.Advantageous in this context, therefore, embodiments of the supercharged internal combustion engine, in which the stator is at least arranged in the common compressor housing and mounted fixed to the housing, and embodiments of the supercharged internal combustion engine, wherein the stator comprises a bestrombare coil for establishing a magnetic field.

Vorteilhaft sind aus den vorstehend genannten Gründen auch Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen der Rotor drehfest mit dem mindestens einen Laufrad des Axialverdichters verbunden ist, sowie Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen der Rotor mindestens einen Dauermagneten zum Aufbau eines Magnetfeldes umfasst.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the rotor is non-rotatably connected to the at least one impeller of the axial compressor, as well as embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the rotor comprises at least one permanent magnet for establishing a magnetic field, are also advantageous.

Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der Rotor auf radial außenliegenden Kanten des mindestens einen Laufrades des Axialverdichters angeordnet ist.Embodiments of the internal combustion engine in which the rotor is arranged on radially outer edges of the at least one impeller of the axial compressor are also advantageous in this connection.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen das Absperrelement in der ersten, zweiten, und/oder dritten Bypassleitung ein Ventil oder eine Drosselklappe ist.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the shut-off element in the first, second, and / or third bypass line is a valve or a throttle valve are advantageous.

Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen, bei denen das Absperrelement elektrisch, hydraulisch, pneumatisch, mechanisch oder magnetisch steuerbar ist, vorzugsweise mittels Motorsteuerung.In this case, embodiments in which the shut-off element is electrically, hydraulically, pneumatically, mechanically or magnetically controllable, preferably by means of motor control, are advantageous.

Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe, nämlich ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine einer vorstehend beschriebenen Art aufzuzeigen, wird gelöst durch ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Axialverdichter zusätzlich elektrisch angetrieben wird, um die Drehzahl ncompressor der gemeinsamen Welle zu erhöhen.The second sub-problem underlying the invention, namely to show a method for operating an internal combustion engine of the type described above, is achieved by a method which is characterized in that the axial compressor is additionally electrically driven to increase the speed n compressor of the common shaft ,

Das bereits für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine Gesagte gilt auch für das erfindungsgemäße Verfahren, weshalb an dieser Stelle im Allgemeinen Bezug genommen wird auf die vorstehend hinsichtlich der aufgeladenen Brennkraftmaschine gemachten Ausführungen. Die verschiedenen Brennkraftmaschinen erfordern teils unterschiedliche Verfahrensvarianten.What has already been said for the internal combustion engine according to the invention also applies to the A method according to the invention, which is why at this point in general reference is made to the statements made above with regard to the supercharged internal combustion engine. The various internal combustion engines sometimes require different process variants.

Der elektrische Antrieb des Axialverdichters kann im Bedarfsfall eingesetzt werden, um das Ansprechverhalten zu verbessern. Auf diese Weise lässt sich insbesondere das instationäre Betriebsverhalten bzw. das Aufladeverhalten optimieren.The electric drive of the axial compressor can be used if necessary to improve the response. In this way, it is possible in particular to optimize the transient operating behavior or the charging behavior.

Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen der Axialverdichter zusätzlich elektrisch angetrieben wird, um einen Ladedruck stromabwärts der Verdichter zu erhöhen.Advantageous are process variants in which the axial compressor is additionally electrically driven in order to increase a boost pressure downstream of the compressor.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß 1 näher beschrieben. Hierbei zeigt:In the following the invention is based on an embodiment according to 1 described in more detail. Hereby shows:

1 schematisch die Aufladung einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine, teilweise geschnitten. 1 schematically the charging of a first embodiment of the internal combustion engine, partially cut.

1 zeigt schematisch die Aufladung einer ersten Ausführungsform der aufgeladenen Brennkraftmaschine, teilweise geschnitten. 1 schematically shows the charging of a first embodiment of the supercharged internal combustion engine, partially cut.

Zum Zuführen der Ladeluft zu den Zylindern verfügt die Brennkraftmaschine über ein Ansaugsystem 1. Zwecks Aufladung der Zylinder ist ein Abgasturbolader 2 vorgesehen, der eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine 4 und einen im Ansaugsystem 1 angeordneten Verdichter 3 umfasst. Der Verdichter 3 ist ein Radialverdichter 3 und mit einem auf einer drehbaren Welle 3b gelagerten Laufrad 3c ausgestattet.For supplying the charge air to the cylinders, the internal combustion engine has an intake system 1 , For the purpose of charging the cylinder is an exhaust gas turbocharger 2 provided, which is arranged in the Abgasabführsystem turbine 4 and one in the intake system 1 arranged compressor 3 includes. The compressor 3 is a centrifugal compressor 3 and with one on a rotatable shaft 3b mounted impeller 3c fitted.

Zur Verbesserung der Drehmomentcharakteristik ist stromaufwärts des Radialverdichters 3 des Abgasturboladers 2 ein elektrisch antreibbarer Axialverdichter 5 im Ansaugsystem 1 angeordnet, der ebenfalls mit einem auf einer drehbaren Welle 5b gelagerten Laufrad 5c ausgestattet ist.To improve the torque characteristic is upstream of the centrifugal compressor 3 the exhaust gas turbocharger 2 an electrically drivable axial compressor 5 in the intake system 1 arranged, likewise with a on a rotatable shaft 5b mounted impeller 5c Is provided.

Der Axialverdichter 5 verfügt über einen Eintrittsbereich 5d und einen Austrittsbereich 5a, die jeweils koaxial zur Welle 5b des Axialverdichters 5 verlaufen. Sowohl die Anströmung der Ladeluft zu dem Axialverdichter 5 als auch die Abströmung der Ladeluft aus dem Axialverdichter 5 erfolgt daher im Wesentlichen axial. Der Radialverdichter 3 weist einen Eintrittsbereich 3a auf, der sowohl koaxial zur Welle 3b des Radialverdichters 3 als auch koaxial zum Austrittsbereich 5a des Axialverdichters 5 verläuft und ausgebildet ist. Die Anströmung der Ladeluft zu dem Verdichter 3 des Abgasturboladers 2 erfolgt ebenso im Wesentlichen axial.The axial compressor 5 has an entrance area 5d and an exit area 5a , each coaxial with the shaft 5b of the axial compressor 5 run. Both the flow of charge air to the axial compressor 5 as well as the outflow of the charge air from the axial compressor 5 therefore takes place substantially axially. The centrifugal compressor 3 has an entrance area 3a on, both coaxial with the shaft 3b of the centrifugal compressor 3 as well as coaxial with the exit area 5a of the axial compressor 5 runs and is formed. The flow of charge air to the compressor 3 the exhaust gas turbocharger 2 also takes place substantially axially.

Zwischen dem Laufrad 3c des Radialverdichters 3 und dem Laufrad 5c des Axialverdichters 5, die beabstandet zueinander in einem gemeinsamen Verdichtergehäuse 6 auf einer gemeinsamen Welle 3b, 5b, 7 angeordnet sind, ist eine gehäusefeste Leiteinrichtung 8 vorgesehen.Between the wheel 3c of the centrifugal compressor 3 and the impeller 5c of the axial compressor 5 spaced apart in a common compressor housing 6 on a common wave 3b . 5b . 7 are arranged, is a housing-fixed guide 8th intended.

Der Axialverdichter 5 ist elektrisch antreibbar, wobei der elektrische Antrieb, d. h. der Elektromotor 9, im Bedarfsfall zugeschaltet, d. h. eingeschaltet werden kann. The axial compressor 5 is electrically driven, wherein the electric drive, ie the electric motor 9 , if necessary, switched on, that can be switched on.

Der Elektromotor 9 wird vorliegend unter Verwendung eines drehfest mit dem Verdichterlaufrad 5c verbundenen Rotors 9b und eines gehäusefest angeordneten Stators 9a, der den Rotor 9b umfänglich umgreift, ausgebildet.The electric motor 9 is presently using a rotationally fixed with the compressor wheel 5c connected rotor 9b and a stator fixed to the housing 9a who is the rotor 9b encompasses circumferentially, trained.

Der aus einem Dauermagneten 9b´ gefertigte Rotor 9b ist ringförmig ausgebildet und sitzt auf den radial außenliegenden Kanten der Verdichterlaufradschaufeln. Bei einer Bestromung des Stators 9a, einer Spule 9a´, wird eine den Rotor 9b drehende elektromagnetische Kraft erzeugt.The one made of a permanent magnet 9b' manufactured rotor 9b is annular and sits on the radially outer edges of the compressor rotor blades. When energizing the stator 9a , a coil 9a' , one becomes the rotor 9b generates rotating electromagnetic force.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Ansaugsystem intake system
22
Abgasturbolader turbocharger
33
Verdichter des Abgasturboladers, Radialverdichter Compressor of turbocharger, centrifugal compressor
3a3a
Eintrittsbereich des Radialverdichters Entry area of the centrifugal compressor
3b3b
Welle des Radialverdichters Shaft of centrifugal compressor
3c3c
Laufrad des Radialverdichters Impeller of the centrifugal compressor
44
Turbine des Abgasturboladers Turbine of the exhaust gas turbocharger
55
Axialverdichter axial compressor
5a5a
Austrittsbereich des Axialverdichters Outlet area of the axial compressor
5b5b
Welle des Axialverdichters Shaft of the axial compressor
5c5c
Laufrad des Axialverdichters Impeller of the axial compressor
5d5d
Eintrittsbereich des Axialverdichters Entry area of the axial compressor
66
gemeinsames Verdichtergehäuse common compressor housing
77
gemeinsame Welle common wave
88th
Leiteinrichtung guide
99
Elektromotor electric motor
9a9a
Stator stator
9a´9a'
bestrombare Spule energizing coil
9b9b
Rotor rotor
9b´9b'
Dauermagnet permanent magnet

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1710415 A1 [0024] EP 1710415 A1 [0024]
  • DE 10050161 A1 [0031] DE 10050161 A1 [0031]

Claims (19)

Aufgeladene Brennkraftmaschine mit – einem Ansaugsystem (1) zum Zuführen von Ladeluft, – einem Abgasabführsystem zum Abführen von Abgas, – mindestens einem Abgasturbolader (2), der eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine (4) und einen im Ansaugsystem (1) angeordneten Radialverdichter (3) umfasst, wobei der Radialverdichter (3) mit mindestens einem auf einer drehbaren Welle (3b) gelagerten Laufrad (3c) ausgestattet ist, und – einem elektrisch antreibbaren Axialverdichter (5), der mit mindestens einem auf einer drehbaren Welle (5b) gelagerten Laufrad (5c) ausgestattet ist und der stromaufwärts des Radialverdichters (3) im Ansaugsystem (1) angeordnet ist und dessen Austrittsbereich (5a) koaxial zur Welle (5b) des Axialverdichters (5) verläuft, wobei der Radialverdichter (3) einen Eintrittsbereich (3a) aufweist, der koaxial zur Welle (3b) des Radialverdichters (3) und koaxial zum Austrittsbereich (5a) des Axialverdichters (5) verläuft und ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das mindestens eine Laufrad (3c) des Radialverdichters (3) und das mindestens eine Laufrad (5c) des Axialverdichters (5) beabstandet zueinander in einem gemeinsamen Verdichtergehäuse (6) auf einer gemeinsamen Welle (3b, 5b, 7) angeordnet sind, wobei zwischen dem mindestens einen Laufrad (3c) des Radialverdichters (3) und dem mindestens einen Laufrad (5c) des Axialverdichters (5) eine gehäusefeste Leiteinrichtung (8) angeordnet ist.Charged internal combustion engine with - an intake system ( 1 ) for supplying charge air, - an exhaust gas removal system for discharging exhaust gas, - at least one exhaust gas turbocharger ( 2 ), which is arranged in the Abgasabführsystem turbine ( 4 ) and one in the intake system ( 1 ) arranged radial compressor ( 3 ), wherein the radial compressor ( 3 ) with at least one on a rotatable shaft ( 3b ) mounted impeller ( 3c ), and - an electrically driven axial compressor ( 5 ) with at least one on a rotatable shaft ( 5b ) mounted impeller ( 5c ) and the upstream of the radial compressor ( 3 ) in the intake system ( 1 ) is arranged and its exit area ( 5a ) coaxial with the shaft ( 5b ) of the axial compressor ( 5 ), wherein the radial compressor ( 3 ) an entrance area ( 3a ) coaxial with the shaft ( 3b ) of the radial compressor ( 3 ) and coaxial with the exit area ( 5a ) of the axial compressor ( 5 ) and is formed, characterized in that - the at least one impeller ( 3c ) of the radial compressor ( 3 ) and the at least one impeller ( 5c ) of the axial compressor ( 5 ) spaced apart in a common compressor housing ( 6 ) on a common wave ( 3b . 5b . 7 ) are arranged, wherein between the at least one impeller ( 3c ) of the radial compressor ( 3 ) and the at least one impeller ( 5c ) of the axial compressor ( 5 ) a housing-fixed guide ( 8th ) is arranged. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (4) des mindestens einen Abgasturboladers (2) eine Radialturbine ist.Supercharged internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the turbine ( 4 ) of the at least one exhaust gas turbocharger ( 2 ) is a radial turbine. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Radialverdichter (3) kleiner ausgelegt ist als der Axialverdichter (5). Supercharged internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the radial compressor ( 3 ) is designed smaller than the axial compressor ( 5 ). Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Radialverdichter (3) größer ausgelegt ist als der Axialverdichter (5).Supercharged internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the radial compressor ( 3 ) is designed to be larger than the axial compressor ( 5 ). Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Bypassleitung vorgesehen ist, die ein Absperrelement aufweist und die stromaufwärts des Axialverdichters (5) vom Ansaugsystem (1) abzweigt und zwischen dem Axialverdichter (5) und dem Radialverdichter (3) wieder in das Ansaugsystem (1) mündet.Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that a first bypass line is provided, which has a shut-off element and the upstream of the axial compressor ( 5 ) from the intake system ( 1 ) branches off and between the axial compressor ( 5 ) and the centrifugal compressor ( 3 ) back into the intake system ( 1 ) opens. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Bypassleitung vorgesehen ist, die ein Absperrelement aufweist und die zwischen dem Axialverdichter (5) und dem Radialverdichter (3) vom Ansaugsystem (1) abzweigt und stromabwärts des Radialverdichters (3) wieder in das Ansaugsystem (1) mündet.Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that a second bypass line is provided, which has a shut-off element and between the axial compressor ( 5 ) and the centrifugal compressor ( 3 ) from the intake system ( 1 ) branches off and downstream of the centrifugal compressor ( 3 ) back into the intake system ( 1 ) opens. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zwecke der Abgasabblasung eine dritte Bypassleitung vorgesehen ist, die stromaufwärts der Turbine (4) vom Abgasabführsystem abzweigt und stromabwärts der Turbine (4) wieder in das Abgasabführsystem mündet, wobei zur Steuerung der Abgasabblasung ein Absperrelement in der dritten Bypassleitung vorgesehen ist.Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that for the purpose of Abgasabblasung a third bypass line is provided, the upstream of the turbine ( 4 ) branches off the exhaust system and downstream of the turbine ( 4 ) opens again into the exhaust gas removal system, wherein a shut-off element is provided in the third bypass line for controlling the Abgasabblasung. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Axialverdichter (5) einen Eintrittsbereich (5d) aufweist, der koaxial zur gemeinsamen Welle (3b, 5b, 7) verläuft und ausgebildet ist, so dass die Anströmung der Ladeluft zu dem Axialverdichter (5) im Wesentlichen axial erfolgt. Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the axial compressor ( 5 ) an entrance area ( 5d ) coaxial with the common shaft ( 3b . 5b . 7 ) and is formed so that the flow of the charge air to the axial compressor ( 5 ) is effected substantially axially. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (4) des mindestens einen Abgasturboladers (2) eine variable Turbinengeometrie aufweist.Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the turbine ( 4 ) of the at least one exhaust gas turbocharger ( 2 ) has a variable turbine geometry. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiteinrichtung (8) verstellbar ist.Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the guide device ( 8th ) is adjustable. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Verdichter (3, 5) ein Ladeluftkühler im Ansaugsystem (1) angeordnet ist.Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that downstream of the compressor ( 3 . 5 ) an intercooler in the intake system ( 1 ) is arranged. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den elektrischen Antrieb des Axialverdichters (5) ein Elektromotor (9) vorgesehen ist, der einen Stator (9a) und einen Rotor (9b) umfasst.Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that for the electric drive of the axial compressor ( 5 ) an electric motor ( 9 ) is provided, which is a stator ( 9a ) and a rotor ( 9b ). Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (9a) zumindest auch im gemeinsamen Verdichtergehäuse (6) angeordnet und gehäusefest gelagert ist.Supercharged internal combustion engine according to claim 12, characterized in that the stator ( 9a ) at least in the common compressor housing ( 6 ) is arranged and mounted fixed to the housing. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (9a) eine bestrombare Spule (9a´) zum Aufbau eines Magnetfeldes umfasst.Supercharged internal combustion engine according to claim 12 or 13, characterized in that the stator ( 9a ) an energizable coil ( 9a' ) to build up a magnetic field. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (9b) drehfest mit dem mindestens einen Laufrad (5c) des Axialverdichters (5) verbunden ist. Supercharged internal combustion engine according to one of claims 12 to 14, characterized in that the rotor ( 9b ) rotatably with the at least one impeller ( 5c ) of the axial compressor ( 5 ) connected is. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (9b) mindestens einen Dauermagneten (9b´) zum Aufbau eines Magnetfeldes umfasst.Supercharged internal combustion engine according to one of claims 12 to 15, characterized in that the rotor ( 9b ) at least one permanent magnet ( 9b' ) to build up a magnetic field. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (9b) auf radial außenliegenden Kanten des mindestens einen Laufrades (5c) des Axialverdichters (5) angeordnet ist.Supercharged internal combustion engine according to claim 15 or 16, characterized in that the rotor ( 9b ) on radially outer edges of the at least one impeller ( 5c ) of the axial compressor ( 5 ) is arranged. Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Axialverdichter (5) zusätzlich elektrisch angetrieben wird, um die Drehzahl ncompressor der gemeinsamen Welle (7) zu erhöhen.Method for operating a supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the axial compressor ( 5 ) is additionally electrically driven to the speed n compressor of the common shaft ( 7 ) increase. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Axialverdichter (5) zusätzlich elektrisch angetrieben wird, um einen Ladedruck stromabwärts der Verdichter (3, 5) zu erhöhen.Method according to claim 18, characterized in that the axial compressor ( 5 ) is additionally electrically driven to a boost pressure downstream of the compressor ( 3 . 5 ) increase.
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