Brennkraftmaschine mit zweistufiger Aufladung

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Frischlufttrakt zum Zuführen von Frischluft an Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine, einem Abgastrakt zum Abführen von Abgas aus den Arbeitszylindern, einem ersten Abgasturbolader einer Niederdruckstufe (ND-Abgasturbolader), welcher eine in dem Abgastrakt angeordnete erste Turbine (ND-Turbine) sowie eine in dem Frischlufttrakt angeordneten Verdichter (ND- Verdichter) aufweist, und mindestens einem zweiten Abgasturbolader einer Hockdruckstufe (HD-Abgasturbolader), welcher eine im Abgastrakt stromauf der ersten Turbine angeordnete zweite Turbine (HD-Turbine) sowie einen im Frischlufttrakt stromab des ersten Verdichters angeordneten zweiten Verdichter (HD-Verdichter) aufweist, wobei beide Turbinen eine verstellbare Turbinengeometrie (VTG) aufweisen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bekannte Dieselmotoren mit geregelter zweistufiger Aufladung weisen eine Schaltung auf, die aus einem Wastegate- oder VTG-Hochdrucklader (VTG - variable Turbinengeometrie), einem Bypass und einem nachgeschalteten Wastegatelader mit Wastegate besteht. Solche Motoren weisen immer eine externe Abgasrückführung (AGR) auf, die über einen separaten AGR-Kühler verfügt. Zur Emissionsabsenkung ist in der Regel eine möglichst hohe AGR-Rate

wünschenswert. Die maximale AGR-Rate wird durch das Druckverhältnis zwischen Saug- und Abgasseite beeinflusst. Daher verfügen doppelt aufgeladene Dieselmotoren üblicherweise über eine ins Saugrohr Integrierte Drosselklappe, mit der das Druckgefälle hin zur Saugseite angehoben werden kann. Damit steigt jedoch die Ladungswechselarbeit an und der Verbrauch nimmt zu. Durch abgasseitige Drosselung kann das Druckgefälle alternativ oder ergänzend zur Saugrohrdrosselung ebenfalls gesteigert werden. Bei Verwendung von VTG-Ladern mit verstellbaren VTG-Schaufeln ist dies besonders einfach möglich, indem die VTG-Schaufeln nicht auf beste Turbinen-Leistung, sondern auf höchsten Abgasgegendruck optimiert eingestellt werden. Parallel ist mit den VTG-Schaufeln ein turbineninterner Bypass möglich, so dass eine Begrenzung der Turbinendrehzahl auch ohne externen Bypass möglich ist.

Aus der DE 10 2004 056 894 A1 ist eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine mit zweistufiger Aufladung bekannt, wobei die Turbinen beider Stufen jeweils eine variable Turbinengeometrie aufweisen.

BESTÄTIGUNGSKOPIE Aus der DE 198 51 028 C2 ist ein Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen

Brennkraftmaschine bekannt, die zwei parallel angeordnete Abgasturbolader aufweist, wobei jeweils nur ein Abgasturbolader betrieben wird und nach vorbestimmten Zeitintervallen zwischen den beiden Abgasturboladern umgeschaltet wird. Beide parallel angeordnete

Abgasturbolader sind jeweils mit einer variablen Turbinengeometrie ausgebildet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine der o.g. Art hinsichtlich Emission und Verbrauch zu verbessern sowie hinsichtlich der Systemkomplexität zu

vereinfachen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Brennkraftmaschine der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.

Dazu ist es bei einer Brennkraftmaschine der o.g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Abgastrakt stromab der ersten Turbine über die erste Turbine und zusätzlich über ein erstes Wastegate mit erstem Wastegateventil mit dem Abgastrakt stromauf der ersten Turbine und stromab der zweiten Turbine fluidleitend verbunden ist, wobei der Abgastrakt stromab der zweiten Turbine und stromauf der ersten Turbine über die zweite Turbine und zusätzlich über einen zweiten Turbinenbypasskanal mit zweitem Turbinenbypasskanalventil und ein zweites Wastegate mit zweitem Wastegateventil mit dem Abgastrakt stromauf der zweiten Turbine fluidleitend verbunden ist, wobei der Frischlufttrakt stromauf des ersten Verdichters

ausschließlich über den ersten Verdichter mit dem Frischlufttrakt stromab des ersten

Verdichters und stromauf des zweiten Verdichters fluidleitend verbunden ist, wobei der

Frischlufttrakt stromauf des zweiten Verdichters und stromab der ersten Verdichters über den zweiten Verdichter und zusätzlich über einen zweiten Verdichterbypasskanal mit zweitem Verdichterbypasskanalventil mit dem Frischlufttrakt stromab des zweiten Verdichters fluidleitend verbunden ist, wobei stromab des zweiten Verdichters ein zweiter Ladeluftkühler angeordnet ist, wobei stromauf der zweiten Turbine eine Hochdruck-Abgasrückführleitung (HD-AGR-Leitung) von dem Abgastrakt abzweigt und stromab des zweiten Verdichters in den Frischlufttrakt einmündet, wobei die HD-AGR-Leitung stromab des zweiten Ladeluftkühlers in den

Frischlufttrakt einmündet, wobei in der HD-AGR-Leitung ein Kühler für rückgeführtes Abgas (HD-AGR-Kühler) angeordnet ist, wobei in der HD-AGR-Leitung ein Ventil für rückgeführtes Abgas (HD-AGR-Ventil) angeordnet ist.

Dies hat den Vorteil, dass ohne zusätzliche Abgasklappe eine maximal mögliche

Abgasrückführrate (AGR-Rate) realisierbar ist, da mittels der VTG ein Abgasgegendruck entsprechend erhöht werden kann, so dass sich ein erweiterter Kennfeldbereich ergibt, in dem der Druck im Abgastrakt an der Entnahmestelle für rückzuführendes Abgas größer ist als der Druck in dem Frischlufttrakt an der Einleitstelle für rückzuführendes Abgas. Die Regelfähigkeit des abgasseitigen Gegendruckes ist maximiert. Zusätzlich kann ohne ergänzende Einrichtung eine Motorbremswirkung durch Verstellen der VTG realisiert werden. Es wird eine Erweiterung der Regelfähigkeit insbesondere hinsichtlich des Ladedruckes des zweistufigen Aufladesystems erzielt. Dadurch, dass die erste und die zweite Turbine jeweils eine VTG aufweist ergibt sich zusätzlich ein vergrößertes Regelspektrum hinsichtlich des Abgasgegendruckes. Eine gleichzeitige Verminderung von Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine wird dadurch erzielt, dass stromauf der zweiten Turbine eine Hochdruck-Abgasrückführleitung (HD-AGR- Leitung) von dem Abgastrakt abzweigt und stromab des zweiten Verdichters in den

Frischlufttrakt einmündet. Um eine Verunreinigung des zweiten Ladeluftkühlers durch rückgeführtes Abgas zu vermeiden, mündet die HD-AGR-Leitung stromab des zweiten

Ladeluftkühlers in den Frischlufttrakt ein.

Zur Erhöhung der Effektivität der Aufladung ist im zweiten Verdichterbypasskanal ein dritter Ladeluftkühler angeordnet.

Zum Erhöhen der Effektivität der Aufladung ist stromab des ersten Verdichters und stromauf des zweiten Verdichters ein erster Ladeluftkühler angeordnet.

Eine Verminderung von Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine wird dadurch erzielt, dass stromab der ersten Turbine eine Niederdruck-Abgasrückführleitung (ND-AGR-Leitung) von dem Abgastrakt abzweigt und stromauf des ersten Verdichters in den Frischlufttrakt oder in den HD-AGR-Kühler der HD-AGR-Leitung einmündet.

Zum Kühlen des rückgeführten Abgas und/oder zum Beeinflussen der Menge des

rückgeführten Abgases ist in der ND-AGR-Leitung ein Kühler für rückgeführtes Abgas (ND- AGR-Kühler) und/oder ein Ventil für rückgeführtes Abgas (ND-AGR-Ventil) angeordnet.

Eine Verminderung von Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine wird dadurch erzielt, dass stromauf der ersten Turbine und stromab der zweiten Turbine eine Mitteldruck- Abgasrückführleitung (MD-AGR-Leitung) von dem Abgastrakt abzweigt und stromab des ersten Verdichters sowie stromauf des zweiten Verdichters in den Frisch lufttrakt einmündet.

Zum Kühlen des rückgeführten Abgas und/oder zum Beeinflussen der Menge des

rückgeführten Abgases ist in der MD-AGR-Leitung ein Kühler für rückgeführtes Abgas (MD- AGR-Kühler) und/oder ein Ventil für rückgeführtes Abgas (MD-AGR-Ventil) angeordnet. Zur Anpassung der Brennkraftmaschine in die jeweils gewünschte Leistungsklasse weist diese mindestens 3, insbesondere 4, 5, 6, 8, 10 oder 12 Arbeitszylinder auf.

Eine besonders funktionssichere Kraftstoffzuführung und eine gezielt steuerbare Verbrennung erzielt man dadurch, dass die Brennkraftmaschine eine direkte Kraftstoffeinspritzung in mindestens einen Arbeitszylinder, insbesondere nach dem Common-Rail-System, aufweist.

Zur Anpassung der Brennkraftmaschine in die jeweils gewünschte Leistungsklasse weist diese eine Nenndrehzahl von mindestens 3.000 Umdrehungen pro Minute, insbesondere 3.500, 4.000, 4500, 5000 oder 5.000 Umdrehungen pro Minute, auf.

Eine auf ein gewünschtes Leistungsniveau und Drehmomentniveau angepasste

Brennkraftmaschine erzielt man dadurch, dass mindesten ein Arbeitszylinder einen Hubraum von kleiner oder gleich 800 ccm, insbesondere kleiner oder gleich 700 ccm, 600 ccm, 500 ccm, 400 ccm oder 350 ccm, aufweist.

Zum Ableiten von Abgas aus den Arbeitszylindern in den Abgastrakt sind mindestens einem Arbeitszylinder mindestens ein, insbesondere zwei oder mehr, Auslassventile zugeordnet.

Zum Zuführen von Verbrennungsluft an die Arbeitszylindern aus dem Frischlufttrakt sind mindestens einem Arbeitszylinder mindestens ein, insbesondere zwei oder mehr, Einlassventile zugeordnet.

Eine Bauraumeinsparung erzielt man dadurch, dass mindestes ein erster und zweiter Verdichter in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1 eine erste bekannte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine in schematischer

Darstellung,

Fig. 2 eine zweite bekannte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine in schematischer

Darstellung,

Fig. 3 eine dritte bekannte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine in schematischer

Darstellung, Fig. 4 eine vierte bekannte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung,

Fig. 5 eine fünfte bekannte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine in schematischer

Darstellung,

Fig. 6 eine sechste bekannte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen

Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung,

Fig. 7 eine siebte bekannte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine in schematischer

Darstellung,

Fig. 8 eine achte bekannte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine in schematischer

Darstellung,

Fig. 9 eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung,

Fig. 10 eine zehnte bekannte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine in schematischer

Darstellung,

Fig. 11 eine graphische Darstellung von Emissionsbereichen der Brennkraftmaschine,

Fig. 12 eine graphische Darstellung von Rußdurchsatz und NO _x -Durchsatz bei einem

Betriebszustand der Brennkraftmaschine mit 1.500 min ^"1 sowie mit einem Mitteldruck pme = 3 bar,

Fig. 13 eine graphische Darstellung einer Ladedruckvariation bei einem Betriebszustand der

Brennkraftmaschine mit 1.500 min ^"1 sowie mit einem Mitteldruck pme = 3 bar,

Fig. 14 eine graphische Darstellung eines Abgasdruckes vor Turbine ohne AGR bei einem

Betriebszustand der Brennkraftmaschine mit 1.500 min ^"1 sowie mit einem Mitteldruck pme = 3 bar,

Fig. 15 eine graphische Darstellung eines Abgasdruckes vor Turbine mit AGR bei einem

Betriebszustand der Brennkraftmaschine mit 1.500 min ^"1 sowie mit einem Mitteldruck pme = 3 bar, Fig. 16 eine graphische Darstellung einer maximal erreichbaren AGR-Rate bei einem

Betriebszustand der Brennkraftmaschine mit 1.500 min ^"1 sowie mit einem Mitteldruck pme = 3 bar,

Fig. 17 eine graphische Darstellung einer minimal erreichbaren NO _x -Emission bei einem

Betriebszustand der Brennkraftmaschine mit 1.500 min ^"1 sowie mit einem Mitteldruck pme = 3 bar,

Fig. 18 eine graphische Darstellung einer Ladedruckvariation bei einem Betriebszustand der

Brennkraftmaschine mit 2.000 min ^"1 sowie mit einem Mitteldruck pme = 8 bar,

Fig. 19 eine graphische Darstellung von Rußdurchsatz und NO _x -Durchsatz bei einem

Betriebszustand der Brennkraftmaschine mit 2.000 min ^"1 sowie mit einem Mitteldruck pme = 8 bar,

Fig. 20 eine graphische Darstellung einer Ladedruckvariation bei einem Betriebszustand der

Brennkraftmaschine mit 2.000 min ^"1 sowie mit einem Mitteldruck pme = 8,9 bar und

Fig. 21 eine graphische Darstellung von Rußdurchsatz und NO _x -Durchsatz bei einem

Betriebszustand der Brennkraftmaschine mit 2.000 min ^"1 sowie mit einem Mitteldruck pme = 8,9 bar.

Die in Fig. 1 dargestellte, bekannte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen

Brennkraftmaschine umfasst Arbeitszylinder 10, einen Frischlufttrakt 12, einen Abgastrakt 14, einen ersten Abgasturbolader 16 (ND-ATL) einer ersten Aufladestufe (Niederdruckstufe) und einen zweiten Abgasturbolader 18 (HD-ATL) einer zweiten Aufladestufe (Hochdruckstufe). Der Abgastrakt 14 umfasst einen Abgaskrümmer 20 zum Sammeln von aus den Arbeitszylindern 10 abgegebenen Abgas 21 , und einen Abgaskanal 22. In dem Abgaskanal 22 ist eine zweite Turbine 24 (HD-Turbine) des zweiten Abgasturboladers 18 und eine erste Turbine 26 (ND- Turbine) des ersten Abgasturboladers 16 angeordnet.

Der Frischlufttrakt 12 umfasst einen Frischluftkanal 44, in dem in Strömungsrichtung gesehen folgendes angeordnet ist: Ein erster Verdichter 36 (ND-Verdichter) des ersten Abgasturboladers 16, ein zweiter Verdichter 38 (HD-Verdichter) des zweiten Abgasturboladers 18, ein zweiter Ladeluftkühler 40, eine Drosselklappe 41 und ein Saugrohr 42, welches in die Arbeitszylinder 10 über Einlassventile (nicht dargestellt) mündet. Weiterhin weist der Frischlufttrakt 12 einen zweiten Verdichterbypasskanal 46 auf, welcher den zweiten Verdichter 38 des zweiten

Abgasturboladers 18 überbrückt. Der Bypasskanal 46 zweigt stromab eines Austritts 48 des ersten Verdichters 36 des ersten Abgasturboladers 16 und stromauf eines Eintritts 50 des zweiten Verdichters 38 des zweiten Abgasturboladers 18 von dem Frischluftkanal 44 ab und mündet stromab eines Austritts 52 des zweiten Verdichters 38 des zweiten Abgasturboladers 18 und stromauf des zweiten Ladeluftkühlers 40 wieder in den Frischluftkanal 44 ein. In dem zweiten Verdichterbypasskanal 46 ist ein zweites Verdichterbypassventil 54 angeordnet. Dieses zweite Verdichterbypassventil 54 ist passiv mechanisch oder aktiv mehrstufig oder stufenlos ansteuerbar. Beispielsweise ist das zweite Verdichterbypassventil 54 als Drossel ausgebildet.

Optional ist in dem zweiten Verdichterbypasskanal 46 zusätzlich ein dritter Ladeluftkühler 56 angeordnet. Der dritte Ladeluftkühler 56 ist derart angeordnet und ausgebildet, dass dieser nur von demjenigen Teil der Ladeluft von dem ersten Verdichter 36 durchströmt wird, welcher über den zweiten Verdichterbypasskanal 46 strömt. Weiterhin optional ist stromab des ersten Verdichters 36 und stromauf des zweiten Verdichters 38 ein erster Ladeluftkühler 57 angeordnet. Der erste Ladeluftkühler 57 ist derart angeordnet und ausgebildet, dass die gesamte aus dem ersten Verdichter 36 kommende Ladeluft durch diesen ersten Ladeluftkühler 57 strömt. Hierzu ist der erste Ladeluftkühler 57 in dem Frischluftkanal 44 zwischen dem ersten Verdichter 36 und dem zweiten Verdichter 38 stromauf oder stromab der Abzweigung des zweiten Verdichterbypasskanal 46 angeordnet.

Stromauf der zweiten Turbine 24 zweigt von dem Abgaskanal 22 eine Abgasrückführleitung 58 für unter hohem Druck rückzuführendes Abgas (HD-AGR-Leitung) ab und mündet stromab des zweiten Ladeluftkühlers 40 sowie stromab der Drosselklappe 41 sowie stromauf des

Saugrohres 42 in den Frischluftkanal 44 des Frischlufttraktes 12 ein. In der HD-AGR-Leitung 58 ist ein Kühler 60 für das rückgeführte Abgas (HD-AGR-Kühler) sowie ein Ventil 62 für das rückgeführte Abgas (HD-AGR-Ventil) angeordnet.

Optional ist eine Abgasrückführleitung 64 für unter niedrigem Druck rückzuführendes Abgas (ND-AGR-Leitung) vorgesehen, welche von dem Abgaskanal 22 des Abgastraktes 14 stromab der ersten Turbine 26 abzweigt und stromauf des ersten Verdichters 36 in den Frischluftkanal 44 des Frischlufttraktes 12 mündet. Diese ND-AGR-Leitung 64 weist ggf. ebenfalls einen Abgaskühler (ND-AGR-Kühler; nicht dargestellt) und ein Ventil (ND-AGR-Ventil; nicht dargestellt) für das unter niedrigem Druck rückgeführte Abgas auf. Alternativ mündet die ND- AGR-Leitung 64 in den HD-AGR-Kühler 60 der HD-AGR-Leitung 58 ein.

Weiterhin optional ist eine Abgasrückführleitung 66 für unter mittlerem ^" Druck rückzuführendes Abgas (MD-AGR-Leitung) vorgesehen, welche von dem Abgaskanal 22 des Abgastraktes 14 stromauf der ersten Turbine 26 sowie stromab der zweiten Turbine 24 abzweigt und stromab des ersten Verdichters 36 sowie stromauf des zweiten Verdichters 38 in die Frischluftleitung 44 des Frischlufttraktes 12 einmündet. Diese MD-AGR-Leitung 64 weist ggf. ebenfalls einen Abgaskühler (MD-AGR-Kühler; nicht dargestellt) und ein Ventil (MD-AGR-Ventil; nicht dargestellt) für das unter mittlerem Druck rückgeführte Abgas auf.

Die AGR-F*fade 58, 64, 66 sind optional mit einer ggf. schaltbaren Luft- oder Wasserkühlung versehen, wobei die Wasserkühlung beispielsweise aus einem separaten

Niedertemperaturkreislauf oder mit Kühlmittel aus dem Motorkreislauf gespeist wird.

Bei der bekannten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1 sind sowohl die erste Turbine 26 als auch die zweite Turbine 24 jeweils mit einer verstellbaren Turbinengeometrie (VTG) ausgerüstet. Gleichzeit ist bei beiden Turbinen 24, 26 kein

Bypasskanal und kein Wastegate vorgesehen. Dies vereinfacht das System zumindest

Abgasseitig auf nur noch zwei Steller für die VTGs. Die Funktion eines Bypasskanals bzw.

eines Wastegates wird durch entsprechende Einstellung der VTG übernommen. Es ist lediglich ein verdichterseitiger Bypass in Form des zweiten Verdichterbypasskanals 46 vorgesehen, der hinsichtlich des zweiten Verdichterbypassventils 54 passiv oder alternativ aktiv steuerbar ausgeführt ist. Aufgrund des insbesondere an der HD-Turbine 24 fehlenden

Turbinenbypasskanals wird zur Vermeidung von Überdrehzahlen des HD-ATL 18

beispielsweise nur eine spezifische Leistung von kleiner oder gleich 70 kW/dm ³ , 65 kW/dm ³ , 60 kW/dm ³ oder 55 kW/dm ³ realisiert. Somit kommt das System abgasseitig mit 2 Stellgliedern für die beiden VTG's aus.

Das Druckgefälle zwischen Abgastrakt 14 und Frischlufttrakt 12 wird alternativ oder zusätzlich zur saugseitigen Drosselung mittels der Drosselklappe 41 durch abgasgegendruckoptimierte Einstellung der VTG der HD-Turbine 24 und zusätzlich abgasgegendruckoptimierte Einstellung der VTG der ND-Turbine 26 gesteigert. Damit kann die Rate bzw. der Massenstrom für rückzuführendes Abgas (AGR-Rate) deutlich angehoben werden. Im Stand der Technik sind bei Motoren von 1 ,85 I bis 2,05 I Hubraum heute im Kennfeldbereich 1500 min ^"1 bis 2000 min ^"1 und 50 Nm bis 150 Nm normalerweise zu >60% des Bereiches Abgasrückführraten von >35% üblich. Letzterer Wert wird bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine auf >40%, insbesondere >45 bis 50%, verbessert. Um das gesamte Potential des Systems vollständig auszunutzen, wird die Leistung des bzw. der AGR-Kühler 40, 56, 57 angehoben. In einem Betriebspunkt mit 2.000 min ^"1 und 150 Nm weist ein AGR-Kühler üblicherweise eine

Kühlleistung von etwa 5 kW auf. Dies entspricht ca. 3,5 % bis 4 % der Motor-Nennleistung bzw. ca. 6 % bis 6,5 % der maximalen Motorleistung bei 2.000 min ^"1 . Vorliegend wird die AGR- Kühlleistung in diesem Betriebspunkt auf größer oder gleich 4 %, 4,6 %, 5 %, 6 %, 8 %, 10 %, 13 %, 18 % oder 25 % der Motornennleistung angehoben, was technisch beispielsweise durch eine entsprechende Volumenanpassung des AGR-Kühlers erfolgt. Für Nutzfahrzeuge ist ferner bei Gefällefahrten eine Unterstützung der Betriebsbremse durch die Motorbremswirkung von Bedeutung. Mit der erfindungsgemäßen zweistufigen Aufladung mit VTG kann auch im

Bremsfall eine Maximierung des Abgasgegendrucks eingestellt werden, so dass auf eine separate Abgasklappe zur Unterstützung der Motorbremse verzichtet werden kann.

Bevorzugt kommt die zweistufige Aufladung bei Fahrzeugen zum Einsatz, die die

Emissionsstufe EU5, EU6 bzw. EURO-V, EURO-VI erfüllen. Da aufgrund der hohen möglichen AGR-Raten eine sehr wirkungsvolle Minderung der NO _x -Rohemissionen erreicht wird, kommt die Aufladung bevorzugt bei Fahrzeugen zum Einsatz, bei denen im Rollenprüfstandstest die kumulierten NO _x -Endrohremissionen um kleiner 40 %, 30 %, 20 % oder 10 % unter den kumulierten NO _x -Rohemissionen des Motors liegen, d.h. die über keine hochaktive NO _x - Abgasnachbehandlung verfügen und insbesondere kein SCR-System (SCR: Selektive

Katalytische Reduktion von Stickoxiden) aufweisen.

Optional sind die Turbinen 24, 26 in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Ebenso ist es optional vorgesehen, dass die Verdichter 36, 38 in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, falls keine Zwischenkühlung (Ladeluftkühler 57) vorgesehen ist oder die Turbinen 24, 26 nicht bereits in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Dies spart Kosten und reduziert einen Bauraumbedarf des Aufladesystems.

Die zuvor beschriebenen Ladeluftkühler 40, 56, 57 und die Abgasrückführleitungen 58, 64, 66 sind bevorzugte Weiterbildungen einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 9 beschrieben.

In Fig. 2 ist eine zweite bekannte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine dargestellt, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, wie in Fig. 1 , so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1 verwiesen wird. Mit 70 ist der die Arbeitszylinder, das Saugrohr und den Abgaskrümmer aufweisende Motorblock bezeichnet. Im Unterschied zur ersten bekannten Ausführungsform gemäß Fig. 1 weist bei der zweiten bekannten Ausführungsform gemäß Fig. 2 nur die HD-Turbine 24 eine VTG auf, wie mit Pfeil 68 angedeutet ist, nicht jedoch die ND-Turbine 26. Weiterhin ist ein zweiter Turbinenbypasskanal 72 (HD-Turbinenbypasskanal) mit zweitem Turbinenbypassventil 74 (HD-Turbinenbypassventil) und ein erstes Wastegate 76 (ND-Wastegate) mit erstem Wastegateventil 78 (ND- Wastegateventil) vorgesehen. Der HD-Turbinenbypasskanal 72 überbrückt wahlweise die erste Turbine 26 des ersten Abgasturboladers 16. Das HD-Turbinenbypassventil 74 ist beispielsweise aktiv pneumatisch angesteuert, so dass es den ersten Abgasbypasskanal 28 wahlweise öffnet oder schließt. Das ND-Wastegate 76 überbrückt wahlweise die erste Turbine. Das ND- Wastegateventil 78 ist beispielsweise pneumatisch betätigt und mit einer Lagerückmeldung ausgebildet, wobei das ND-Wastegateventil 78 den zweiten Abgasbypasskanal 32 wahlweise öffnet oder schließt. Das zweite Verdichterbypassventil 54 ist beispielsweise mechanisch oder pneumatisch angesteuert.

In Fig. 3 ist eine dritte bekannte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine dargestellt, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, wie in Fig. 1 und 2, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1 und 2 verwiesen wird. Im

Unterschied zur zweiten bekannten Ausführungsform gemäß Fig. 2 weist die dritte bekannte Ausführungsform gemäß Fig. 3 keinen HD-Turbinenbypasskanal 72 und keinen zweiten Verdichterbypasskanal 46 auf. Hierdurch ergibt sich eine kostengünstige Variante, die trotzdem alle erforderlichen Schadstoffgrenzwerte hinsichtlich des Abgases einhält. Diese dritte bekannte Ausführungsform weist unterhalb einer Motordrehzahl von 3.000 min ^"1 den gleichen

Drehmomentverlauf wie die zweite bekannte Ausführungsform auf. Da die Verdichter- und Turbinenbypassklappe fehlen, wird der Nennleistungsbereich rein zweistufig gefahren. Dies stellt eine sehr kostengünstige Variante für Brennkraftmaschinen mit einer Nennleistung von kleiner oder gleich 150 kW zur Verfügung. Der abgasrelevante Bereich ändert sich gegenüber der zweiten bevorzugten Ausführungsform nicht. Dieses System ist kostengünstig, nahezu applikationsneutral und EU6-fähig.

In Fig. 4 ist eine vierte bekannte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine dargestellt, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, wie in Fig. 1 , 2 und 3, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1 , 2 und 3 verwiesen wird. Im Unterschied zur dritten bekannten Ausführungsform gemäß Fig. 3 weist die vierte bekannte Ausführungsform gemäß Fig. 4 kein ND-Wastegate 76 an der ND-Turbine 26 auf. Dieses System hat die gleichen Eigenschaften wie die dritte bekannte Ausführungsform. Da der Ladedruck mangels Wastegate nicht reduziert werden kann, liegt das Leistungspotenzial unter 140 kW. Der Drehmomentverlauf unterhalb 3.000 min ^"1 , sowie die EU6-fähigkeit entspricht der zweiten Ausführungsform.

In Fig. 5 ist eine fünfte bekannte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine dargestellt, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, wie in Fig. 1 bis 4, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1 bis 4 verwiesen wird. Im

Unterschied zur zweiten bekannten Ausführungsform gemäß Fig. 2 weist die fünfte beaknnte Ausführungsform gemäß Fig. 5 auch bei der ND-Turbine 26 eine VTG auf, wie mit Pfeil 68 angedeutet ist. Die fünfte Ausführungsform bietet die meisten thermodynamischen

Freiheitsgrade durch die VTG 68 an der ND-Turbine 26 und der HD-Turbine 24. Mit diesem System kann die Nennleistung im Vergleich zu den bekannten Ausführungsformen zwei bis vier deutlich erhöht werden. Zusätzlich ist das Abgaspotenzial höher als bei der zweiten bekannten Ausführungsform.

In Fig. 6 ist eine sechste bekannte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine dargestellt, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, wie in Fig. 1 bis 5, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1 bis 5 verwiesen wird. Im Unterschied zur dritten bekannten Ausführungsform gemäß Fig. 3 weist die sechste bekannte Ausführungsform gemäß Fig. 6 auch bei der ND-Turbine 26 eine VTG auf, wie mit Pfeil 68 angedeutet ist. Die sechste bekannte Ausführungsform erzielt gegenüber der fünften bekannten Ausführungsform einen Kostenvorteil, da kein zweiter Verdichterbypasskanal 46 und kein zweiter Turbinenbypasskanal 72 (HD-Turbinenbypasskanal) vorhanden ist.

In Fig. 7 ist eine siebte bekannte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine dargestellt, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, wie in Fig. 1 bis 6, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1 bis 6 verwiesen wird. Im

Unterschied zur fünften bekannten Ausführungsform gemäß Fig. 5 weist die siebte bekannte Ausführungsform gemäß Fig. 7 nur bei der ND-Turbine 26 eine VTG auf, wie mit Pfeil 68 angedeutet ist. Die HD-Turbine 24 ist hingegen ohne VTG ausgebildet. Dies erzielt einen Kostenvorteil gegenüber der fünften bekannten Ausführungsform.

In Fig. 8 ist eine achte bekannte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine dargestellt, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, wie in Fig. 1 bis 7, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1 bis 7 verwiesen wird. Im

Unterschied zur sechsten bekannten Ausführungsform gemäß Fig. 6 weist die achte bekannte Ausführungsform gemäß Fig. 8 nur bei der ND-Turbine 26 eine VTG auf, wie mit Pfeil 68 angedeutet ist. Die HD-Turbine 24 ist hingegen ohne VTG ausgebildet. Dies erzielt einen Kostenvprteil gegenüber der sechsten Ausführungsform.

In Fig. 9 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine dargestellt, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, wie in Fig. 1 bis 8, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1 bis 8 verwiesen wird. Im Unterschied zur fünften bekannten Ausführungsform gemäß Fig. 5 weist die neunte bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß Fig. 9 zusätzlich ein zweites Wastegate 80 mit zweitem Wastegateventil 82 auf.

In Fig. 10 ist eine zehnte bekannte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine dargestellt, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, wie in Fig. 1 bis 9, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1 bis 9 verwiesen wird. Im Unterschied zur vierten bekannten Ausführungsform gemäß Fig. 4 weist die zehnte bekannte Ausführungsform gemäß Fig. 10 nur bei der ND-Turbine 26 eine VTG auf, wie mit Pfeil 68 angedeutet ist. Die HD-Turbine 24 ist hingegen ohne VTG ausgebildet. Dies erzielt einen Kostenvorteil gegenüber der vierten bekannten Ausführungsform.

Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen ohne Bypasskanal oder Wastegate an der HD-Turbine 24 ist bei getrennter Ausführung der Turbinengehäuse eine unterschiedliche Werkstoffwahl vorteilhaft. Bei sehr hohen spezifischen Leistungen der Brennkraftmaschine von beispielsweise größer oder gleich 60 kW/dm ³ , 70 kW/dm ³ , 75 kW/dm ³ , 80 kW/dm ³ , 90 kW/dm ³ oder 100 kW/dm ³ ist an der HD-Turbine 24 ein hochtemperaturfester Werkstoff, wie

beispielsweise D-5S (austenitisches Gusseisen mit Kugelgraphit; EN-GJSA-XNiSiCr35-5-2; Nr. EN-JS3061 ; Gefüge: austenitische Matrix mit Chromkarbiden und Kugelgraphit) bevorzugt, während die ND-Turbine 26, die stets mit einer niedrigeren Temperatur beaufschlagt ist, mit einem weniger hochtemperaturfesten, kostengünstigen Werkstoff, wie beispielsweise SiMoCr, ausgerüstet werden kann.

Kraftfahrzeuge mit doppelt aufgeladenem, selbstzündendem Motor gemäß vorliegender Erfindung weisen bei Betrieb im Neuen Europäischen Fahrzyklus NO _x -Rohemissionen mit einem Wert kleiner 300 mg/km, 280 mg/km, 235 mg/km, 200 mg/km, 180 mg/km oder

160 mg/km auf und gleichzeitig überschreiten die Partikelrohemissionen einen Wert von 35 mg/km, 40 mg/km, 45 mg/km, 50 mg/km, 55 mg/km, 60 mg/km, 80 mg/km oder 100 mg/km nicht (Erfüllung EU5).

Kraftfahrzeuge mit doppelt aufgeladenem, selbstzündenden Motor gemäß vorliegender

Erfindung weisen bei Betrieb im Neuen Europäischen Fahrzyklus NO _x -Rohemissionen mit einem Wert kleiner 140 mg/km, 120 mg/km, 100 mg/km, 80 mg/km, 60 mg/km oder 40 mg/km auf und gleichzeitig überschreiten die Partikelrohemissionen einen Wert von 35 mg/km, 40 mg/km, 45 mg/km, 50 mg/km, 55 mg/km, 60 mg/km, 80 mg/km oder 100 mg/km nicht (Erfüllung EU6).

In Fig. 11 ist auf einer horizontalen Achse 110 eine Drehzahl in [min ^"1 ] und auf einer vertikalen Achse 112 ein Mitteldruck pme in [bar] aufgetragen. In der graphischen Darstellung sind ein erster Emissionsbereich.114 (MVEG Bereich I) und ein zweiter Emissionsbereich 116 (MVEG Bereich II) dargestellt. Der erste Emissionsbereich 114 erstreckt sich für alle Drehzahlen 110 bis etwa 6 bar pme 112 und der zweite Emissionsbereich 116 erstreckt sind für alle Drehzahlen 110 ab etwa 6 bar pme 12 und höher. Nachfolgend werden die zuvor erläuterte erste bis zehnte Ausführungsform mit einer ersten herkömmlichen Variante einer Brennkraftmaschine mit nur einem Abgasturbolader mit VTG (Monoturbo-ATL mit VTG; nicht dargestellt) und mit einer zweiten herkömmlichen Variante einer Brennkraftmaschine mit zweistufiger Aufladung jedoch ohne VTG an beiden Turbinen (Biturbo mit HD-ATL als Festlader und ND-ATL als Wastegate; nicht dargestellt) verglichen.

In Fig. 12 ist auf einer horizontalen Achse 1 18 ein NO _x -Durchsatz in [gib] und auf einer vertikalen Achse 120 ein Russdurchsatz in [g/h] aufgetragen. Mit 122 ist ein EU 6-Bereich und mit 124 ist ein EU 5-Bereich bezeichnet. Eine gestrichelte Linie 126 zeigt einen Verlauf des ΝΟχ-Durchsatzes 1 18 für verschiedene AGR-Raten und bei einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine im ersten Emissionsbereich 1 14 mit 1.500 min ^"1 sowie mit einem

Mitteldruck 1 12 pme = 3 bar. Mit zunehmender AGR-Rate sinkt der NO _x -Durchsatz 1 18. Im ersten Emissionsbereich 1 14 gibt es keinen konventionellen NO _x -Ruß-Trade. Das

Emissionspotential der Brennkraftmaschine, d.h. minimale NOx-Emissionen bei verträglichen Partikelemissionen, ist nur von der AGR-Rate 126 abhängig. Die maximal mögliche AGR-Rate 126 wird maßgeblich von dem Aufladesystem bestimmt.

In Fig. 13 ist auf einer horizontalen Achse 128 eine Frischluftmasse in [g/Hub] und auf einer vertikalen Achse 130 ein Ladedruck in [mbar] aufgetragen. Ein erster Graph 132 zeigt einen Verlauf des Ladedruckes 130 über die Frischluftmasse 128 ohne AGR für alle Varianten, d.h. für die erste und zweite herkömmliche Ausführungsform sowie für die erste bis zehnte bekannte Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis 8 und 10 sowie die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß Fig. 9. Weiterhin veranschaulicht ein zweiter Graph 134 den Verlauf des Ladedruckes 130 über die Frischluftmasse 128 mit AGR für die erste herkömmliche Ausführungsform der Brennkraftmaschine (Monoturbo-ATL mit VTG), ein dritter Graph 136 veranschaulicht den Verlauf des Ladedruckes 130 über die Frischluftmasse 128 mit AGR für die zweite herkömmliche Ausführungsform der Brennkraftmaschine (Biturbo mit HD-ATL als Festlader und ND-ATL als Wastegate) und ein vierter Graph 138

veranschaulicht den Verlauf des Ladedruckes 130 über die Frischluftmasse 128 mit AGR für die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß Fig. 9. Auch in Fig. 13 ist ein Betriebzustand der jeweiligen Brennkraftmaschine innerhalb des ersten Emissionsbereiches 1 14 (vgl. Fig. 1 1 ) mit 1.500 min ^"1 sowie mit einem Mitteldruck 1 12 pme = 3 bar dargestellt. Zum Erzeugen der Graphen 132, 134, 136 und 138 wird bei der ersten herkömmlichen Ausführungsform der Brennkraftmaschine und der bevorzugten

Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß Fig. 9 zunächst die VTG ohne AGR schrittweise zugefahren. Bei der zweiten herkömmlichen Ausführungsform der Brennkraftmaschine (Biturbo ohne VTG) wird das Wastegateventil des ND-ATL stufenweise geschlossen. Hierbei ergibt sich bei allen Ausführungsformen zunächst der erste Graph 132, wobei je nach Ausführungsform mit dieser Betriebsweise unterschiedlich hohe Ladedrücke erzielt werden. Der maximale Ladedruck der zweiten herkömmlichen Ausführungsform der Brennkraftmaschine beträgt 1.350 mbar am Punkt 140. Der maximale Ladedruck der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß Fig. 9 beträgt 1.620 mbar am Punkt 142. Der maximale Ladedruck der ersten herkömmlichen

Ausführungsform der Brennkraftmaschine beträgt 1.350 mbar am Punkt 144. Bei dem

jeweiligen maximalen Ladedruck der jeweiligen Ausführungsform wird dann das AGR-Ventil schrittweise geöffnet, so dass sich die Graphen 134 (Monoturbo mit VTG), 136 (Biturbo) und 138 (erfindungsgemäße Brennkraftmaschine gemäß Fig. 9: Biturbo mit VTG) ergeben. Bei gleicher Frischluftmasse wird mit der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß Fig. 9 jeweils ein höherer Ladedruck (Graph 138) erzielt als bei den beiden herkömmlichen Ausführungsformeh (Graphen 134 und 136). Bei 145 ist jeweils die maximale AGR-Rate erreicht. Dieses Ergebnis wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig.

14 bis 17 näher analysiert.

In den Fig. 14 bis 17 bezeichnet analog wie in Fig. 13 das Bezugszeichen 34 das jeweilige Ergebnis für die erste herkömmliche Ausführungsform der Brennkraftmaschine (Monoturbo-ATL mit VTG), das Bezugszeichen 136 das jeweilige Ergebnis für die zweite herkömmliche

Ausführungsform der Brennkraftmaschine (Biturbo mit HD-ATL als Festlader und ND-ATL als Wastegate) und das Bezugszeichen 138 das jeweilige Ergebnis für die bevorzugte

Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß Fig. 9. In den Fig. 14 und

15 ist auf einer vertikalen Achse 146 ein Abgasgegendruck vor Turbine in [mbar] aufgetragen. In Fig. 16 ist auf einer vertikalen Achse 148 eine AGR-Rate in [%] und in Fig. 17 ist auf einer vertikalen Achse 150 ein NO _x -Durchsatz in [g/h] aufgetragen. Fig. 14 veranschaulicht den Abgasruck vor Turbine ohne AGR, Fig. 15 veranschaulicht den Abgasdruck vor Turbine mit AGR, Fig. 16 veranschaulicht eine maximale AGR-Rate und Fig. 17 veranschaulicht eine erreichbare minimale NO _x -Emission. Wie aus Fig. 14 ersichtlich, erreichet die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß Fig. 9 durch die

Reihenschaltung der Turbolader und die VTG-Technologie einen höheren Gegendruck als die erste herkömmliche Ausführungsform der Brennkraftmaschine (Monoturbo-ATL mit VTG) und die zweite herkömmliche Ausführungsform der Brennkraftmaschine (Biturbo mit HD-ATL als Festlader und ND-ATL als Wastegate). Wenn das AGR-Ventil nahezu vollständig geöffnet ist, erfolgt ein Druckausgleich zwischen dem Abgaskrümmer und dem Saugrohr. Dies ist die begrenzende Größe für die maximale AGR-Rate, wie in Fig. 16 dargestellt. Die maximale AGR- Rate für die zweite herkömmliche Ausführungsform der Brennkraftmaschine (Balkengraph 136; Biturbo mit HD-ATL als Festlader und ND-ATL als Wastegate) beträgt 45%. Die maximale AGR- Rate für die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß Fig. 9 (Balkengraph 138) beträgt 68%. Die maximale AGR-Rate für die erste herkömmliche Ausführungsform der Brennkraftmaschine (Balkengraph 134; Monoturbo-ATL mit VTG) beträgt 58%. Gemäß Fig. 12 ergibt sich das NO _x -Potential, welches in Fig. 17 dargestellt ist, folgendermaßen: Die NO _x -Emission für die zweite herkömmliche Ausführungsform der

Brennkraftmaschine (Balkengraph 136; Biturbo mit HD-ATL als Festlader und ND-ATL als Wastegate) beträgt ca. 6 g/h. Die NO _x -Emission für die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß Fig. 9 (Balkengraph 138) beträgt etwa 1 g/h. Die NO _x -Emission für die erste herkömmliche Ausführungsform der Brennkraftmaschine

(Balkengraph 134; Monoturbo-ATL mit VTG) beträgt etwa 4 g/h.

Fig. 18 zeigt eine Ladedruckvariation analog zu Fig. 13, wobei jedoch die jeweilige

Brennkraftmaschine (erste herkömmliche Ausführungsform, zweite herkömmliche

Ausführungsform bzw. bevorzugte Ausführungsform gemäß Fig. 9) in dem zweiten

Emissionsbereich 16 (vgl. Fig. 1 1 ) mit 2.000 min ^"1 und Mitteldruck 1 12 pme = 8 bar betrieben wird. Gleiche Bezugszeichen haben die gleiche Bedeutung, wie in Fig. 13, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 13 verwiesen wird. Die Betriebsweise zum Erzeugen der Graphen 132, 134, 136 und 138 ist analog wie oben in Bezug auf Fig. 13 beschrieben. Der maximale Ladedruck der zweiten herkömmlichen Ausführungsform der Brennkraftmaschine beträgt 1.850 mbar am Punkt 140. Der maximale Ladedruck der bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß Fig. 9 beträgt 2.150 mbar am Punkt 142. Der maximale Ladedruck der ersten herkömmlichen

Ausführungsform der Brennkraftmaschine beträgt 1.50 mbar am Punkt 144. Bei maximalem Ladedruck wird dann, analog wie bei Fig. 13, das AGR-Ventil schrittweise geöffnet. Mit der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß Fig. 9 wird ein höherer Ladedruck bei gleichzeitig höherer AGR-Rate erreicht. Dieses Ergebnis wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 19 näher analysiert.

Fig. 19 zeigt eine Darstellung zu Werten für den Russdurchsatz und NOx-Durchsatz analog zu Fig. 12. Gleiche Bezugszeichen haben gleiche Bedeutung, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 12 verwiesen wird. Die Ergebnisse für die erste herkömmliche Ausführungsform der Brennkraftmaschine (Monoturbo-ATL mit VTG) zeigt der zweite Graph 134. Die Ergebnisse für die zweite herkömmliche Ausführungsform der Brennkraftmaschine (Biturbo mit HD-ATL als Festlader und ND-ATL als Wastegate) zeigt der dritte Graph 136. Die Ergebnisse für die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß Fig. 9 zeigt der vierte Graph 38. Aus Fig. 19 ist ersichtlich, dass für alle drei

miteinander verglichenen Systeme ein NOx / Ruß-Trade vorliegt. Bei der zweiten

herkömmlichen Ausführungsform (Biturbo mit HD-ATL als Festlader und ND-ATL als

Wastegate) werden hohe AGR Raten nur mit niedrigem Ladedruck erreicht, was bei gleicher ΝΟχ-Emission zu einem hohen Russausstoß führt. Die erste herkömmliche Ausführungsform der Brennkraftmaschine (Monoturbo-ATL mit VTG) hat einen besseren NO _x -Rate-Trade wegen der höheren Ladedrücke. Die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß Fig. 9 hat jeweils wegen der Stufenaufladung in Kombination mit der VTG Technik das höchste Emissionspotential. Hier können sehr hohe AGR-Raten mit hohen Ladedrücke gefahren werden. Der hohe Ladedruck sorgt für eine hohe Luftmasse im Zylinder. Die eingespritzte Kraftstoff masse muss in diesem Fall eine höhere Luftmasse aufheizen als bei der ersten und zweiten herkömmlichen Ausführungsform der

Brennkraftmaschine. Daraus resultiert eine geringere maximale Verbrennungstemperatur und niedrigere NO _x -Emissionen. Trotz der hohen AGR-Rate ist im Vergleich zu der ersten und zweiten herkömmlichen Ausführungsform mehr Sauerstoff für die Rußoxidation vorhanden. Dies führt zu NO _x - und Rußemissionen auf EU6 Niveau.

Fig. 20 zeigt nochmals eine Ladedruckvariation analog zu Fig. 13 und 8, wobei jedoch die jeweilige Brennkraftmaschine (erste herkömmliche Ausführungsform, zweite herkömmliche Ausführungsform bzw. bevorzugte Ausführungsform gemäß Fig. 9) in dem zweiten

Emissionsbereich 116 (vgl. Fig. 11) mit 2.000 min ^"1 und Mitteldruck 112 pme = 8,9 bar betrieben wird. Gleiche Bezugszeichen haben die gleiche Bedeutung, wie in Fig. 13 und 18, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 13 und 18 verwiesen wird. Die

Betriebsweise zum Erzeugen der Graphen 132, 134, 136 und 138 ist analog wir oben in Bezug auf Fig. 13 bzw. 8 beschrieben. In Fig. 20 sind zusätzlich Linien 152 gleicher AGR-Rate für AGR-Raten von 0 %, 5 %, 10 %, 15 %, 20 %, 25 %, 30 %, 35 %, 40 %, 45 %, 50 % und 55 % eingezeichnet. Die in Fig. 20 dargestellten Ergebnisse belegen eindeutig, dass mit der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß Fig. 9 höhere AGR-Raten in diesem Betriebsbereich darstellbar sind. Der Fig. 20 kann weiterhin entnommen werden, dass bei gleicher AGR-Rate ein höherer Frischluftanteil, d.h. mehr Sauerstoff, im Brennraum vorhanden ist.

Fig. 21 zeigt eine Darstellung zu Werten für den Russdurchsatz und NOx-Durchsatz analog zu Fig. 12 und 19. Gleiche Bezugszeichen haben gleiche Bedeutung, so dass zu deren

Erläuterung auf die Beschreibung der Fig. 12 und 19 verwiesen wird. Die Ergebnisse für die erste herkömmliche Ausführungsform der Brennkraftmaschine (Monoturbo-ATL mit VTG) zeigt der zweite Graph 134. Die Ergebnisse für die zweite herkömmliche Ausführungsform der Brennkraftmaschine (Biturbo mit HD-ATL als Festlader und ND-ATL als Wastegate) zeigt der dritte Graph 136. Die Ergebnisse für die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß Fig. 9 zeigt der vierte Graph 138. In Fig. 21 sind zusätzlich Linien 152 gleicher AGR-Rate für AGR-Raten von 0 %, 5 %, 10 %, 15 %, 20 %, 25 %, 30 %, 35 %, 40 %, 45 %, 50 % und 55 % eingezeichnet. Fig. 21 stellt die in Bezug auf Fig. 20 erläuterten physikalischen Effekte nachmals graphisch dar.