In der Druckschrift DE 198 53 360 Al wird eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit zwei in Reihe geschalteten Abgasturbo- ladern beschrieben. Ein erster Abgasturbolader übernimmt die Funktion eines Hauptturboladers, dessen Abgasturbine im Ab- gasstrang und dessen Verdichter im Ansaugtrakt angeordnet ist, wobei der Verdichter unter Umgebungsluft angesaugte Verbrennungsluft auf einen erhöhten Ladedruck komprimiert.

Zur Verbesserung des transienten Ansprechverhaltens ist dem Hauptlader ein Sekundärlader nachgeschaltet, dessen Verdich- ter in einem zuschaltbaren Bypass stromab des Hauptverdich- ters im Ansaugtrakt und dessen Turbine ebenfalls in einem zu- schaltbaren Bypass stromauf der Hauptturbine im Abgasstrang angeordnet ist. Im niederen Drehzahlbereich wird der Sekun- därlader zugeschaltet, der aufgrund seiner geringeren Größe ein schnelleres Ansprechverhalten aufweist. Im mittleren und oberen Drehzahlbereich kommt dagegen der Hauptturbolader zum Tragen, welcher höhere Leistungen ermöglicht.

Voraussetzung für einen aktiven Betrieb sowohl des Hauptla- ders als auch des Sekundärladers ist jedoch eine Druckanfor- derung der Brennkraftmaschine im Ansaugtrakt mit Überdruck.

Bei niedrigen Lasten und Drehzahlen, insbesondere im Leer- lauf, muss dagegen im Ansaugtrakt mithilfe einstellbarer Drosselelemente ein Unterdruck erzeugt werden. In diesem Last-und Drehzahlbereich kann der Sekundärlader keinen Bei- trag leisten. Mit ansteigender Last kann zwar durch die Inbe- triebnahme des Sekundärladers das transiente Ansprechverhal- ten der Brennkraftmaschine verbessert werden, der Hauptlader läuft jedoch immer noch mit lediglich niedriger Drehzahl mit und muss bei weiter ansteigenden Lasten auf eine Mindest- Betriebsdrehzahl beschleunigt werden, damit vom Hauptverdich- ter eine signifikante Verdichtungsarbeit geleistet werden kann.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, das Ansprechverhal- ten von Brennkraftmaschinen insbesondere beim Beschleunigen aus niedrigen Lasten und Drehzahlen heraus zu verbessern.

Zweckmäßig soll die Laderdrehzahl eines eingesetzten Abgas- turboladers auch bei niedrigen Lasten und Motordrehzahlen auf ein Mindestniveau angehoben werden.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An- spruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Wei- terbildungen an.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine besitzt zusätzlich zu dem Abgasturbolader, der im Abgasstrang eine Abgasturbine und im Ansaugtrakt einen Verdichter umfasst, einen Sekundärlader mit einer Sekundärturbine und einem Sekundärverdichter, wobei die Sekundärturbine im Strömungsweg der Frischluft zur Brenn- kraftmaschine angeordnet ist und der Sekundärturbinen-Auslass mit dem Ansaugtrakt verbunden ist. Bei niedrigen Lasten und Drehzahlen der Brennkraftmaschine, bei denen im Ansaugtrakt unmittelbar vor den Zylindereingängen ein Unterdruck herrscht, kann das Druckgefälle zwischen Umgebungsdruck und Unterdruck im Ansaugtrakt für den Antrieb der Sekundärturbine ausgenutzt werden (so genannter Kaltluft-Turbinenbetrieb), wobei der Sekundärturbinen-Antrieb über die Laderwelle auf den Sekundärverdichter übertragen wird, so dass der Sekundär- verdichter Verdichtungsarbeit erzeugt. Diese Verdichtungsar- beit kann für die Verdichtung von Gas für unterschiedliche Einsatzzwecke in der Brennkraftmaschine verwendet werden, insbesondere aber für Drehzahlsteigerungen des Abgasturbola- ders herangezogen werden.

Der Sekundärverdichter saugt zweckmäßig Frischluft unter Um- gebungsdruck an und komprimiert diese auf einen erhöhten Druck, unter dem die Frischluft weiter verwendet werden kann.

Gemäß einer ersten zweckmäßigen Ausführung wird die im Sekun- därverdichter komprimierte Luft in den Abgasstrang stromauf der Abgasturbine eingeleitet, so dass die Abgasturbine von einem zusätzlichen Gasvolumen mit erhöhtem Druck durchströmt und hierdurch die Laderdrehzahl des Abgasturboladers angeho- ben wird. Insbesondere bei niedrigen Drehzahlen, beispiels- weise im Leerlauf des Motors, kann auf diese Weise eine Dreh- zahlanhebung des Abgasturboladers erreicht werden, die mit dem bei diesen Motorbedingungen verhältnismäßig geringen Ab- gasausstoß alleine nicht zu realisieren wäre. Mittels der Einspeisung der vom Sekundärverdichter komprimierten Luft in den Abgasstrang stromauf der Abgasturbine wird somit bereits bei niedrigen Lasten und Drehzahlen der Brennkraftmaschine eine signifikante Drehzahlsteigerung des Laders erreicht. Bei einem Anstieg der Motordrehzahl und einer hiermit einherge- henden höheren Druckanforderung im Ansaugtrakt kann der be- reits mit Betriebsdrehzahl umlaufende Abgasturbolader ohne zeitliche Verzögerung den gewünschten, erhöhten Ladedruck be- reitstellen.

Gemäß einer zweiten zweckmäßigen Ausführung ist der Auslass des Sekundärverdichters direkt oder indirekt mit dem Einlass der Sekundärturbine verbunden, wodurch ein Kurzschluss zwi- schen Sekundärverdichter und Sekundärturbine realisiert wird.

In dieser Betriebsweise strömt bei niedrigen Lasten und Dreh- zahlen der Brennkraftmaschine zunächst Frischluft durch den Sekundärverdichter hindurch, die anschließend durch die Se- kundärturbine geleitet wird, wobei über der Sekundärturbine aufgrund des Unterdruckes im Ansaugtrakt ein Druckgefälle herrscht, welches für den Antrieb der Sekundärturbine dient.

Der Antrieb der Sekundärturbine wird auf den Sekundärverdich- ter übertragen, welcher die durchgeschleuste Frischluft auf einen erhöhten Druck verdichtet. Nach und nach stellt sich somit stromab des Sekundärverdichters und stromauf der Sekun- därturbine ein erhöhtes Druckniveau ein, wobei zwischen Se- kundärverdichter und Sekundärturbine vorteilhaft ein Luftpuf- fer angeordnet ist, in welchem das verdichtete Luftvolumen gesammelt wird. Das ansteigende Druckniveau im Luftpuffer verbessert den Antrieb der Sekundärturbine.

Aus dem Luftpuffer strömt zum einen die komprimierte Luft durch die Sekundärturbine und treibt diese an, zum andern kann über einen Bypass, welcher unmittelbar zwischen Luftpuf- fer und Ansaugtrakt liegt und in dem vorteilhaft eine Sekun- där-Drosselklappe angeordnet ist, der Inhalt des Luftpuffers direkt unter Umgehung der Sekundärturbine in den Ansaugtrakt eingespeist werden. Die. Zeitspanne, bestehend aus einer ers- ten Phase mit geschlossenem Bypass und Luftführung über die Sekundärturbine in den Ansaugtrakt und einer zweiten Phase mit geöffnetem Bypass und unmittelbarer Einleitung zusätzli- cher Frischluft aus dem Luftpuffer in den Ansaugtrakt, reicht aus, den Abgasturbolader durch die Abgase der Brennkraftma- schine auf Betriebsdrehzahl zu beschleunigen, so dass bei zu- nehmender Last-und Motordrehzahl der Abgasturbolader ohne Zeitverzögerung einen erhöhten Ladedruck im Ansaugtrakt gene- rieren kann. Der Sekundärlader spielt in dieser Phase mit hö- heren Lasten und Motordrehzahlen nur noch eine untergeordnete Rolle.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weite- ren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen : Fig. 1 eine schematische Darstellung einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader und ei- nem Sekundärlader, wobei der Verdichterausgang des Sekundärladers über eine Verbindungsleitung mit dem Abgasstrang der Brennkraftmaschine verbunden ist, Fig. 2 eine Brennkraftmaschine in modifizierter Ausfüh- rung, gemäß der der Verdichterausgang und der Turbi- neneingang des Sekundärladers über einen Luftpuffer miteinander verbunden sind.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszei- chen versehen.

Der in Fig. 1 dargestellten Brennkraftmaschine 1-ein Otto- motor oder eine Diesel-Brennkraftmaschine-ist ein Abgastur- bolader 2 mit einem Verdichter 3 und einer Abgasturbine 5 zu- geordnet, wobei Verdichter 3 und Abgasturbine 5 über eine Welle 7 drehgekoppelt sind. Der Verdichter 3 ist im Ansaug- trakt 4 der Brennkraftmaschine, die Abgasturbine 5 im Abgas- strang 6 angeordnet. Das Turbinenrad der Abgasturbine 5 wird von den unter Druck stehenden Abgasen der Brennkraftmaschine angetrieben, die'Drehbewegung wird über die Welle 7 auf das Verdichterrad übertragen, woraufhin aus der Umgebung Verbren- nungsluft angesaugt und auf einen erhöhten Ladedruck im An- saugtrakt verdichtet wird. Die verdichtete Verbrennungsluft wird stromab des Verdichters 3 im Ansaugtrakt 4 in einem La- deluftkühler 8 gekühlt und anschließend unter Ladedruck den Zylindern der Brennkraftmaschine 1 zugeführt. Die Abgase der Brennkraftmaschine werden über den Abgasstrang 6 und die im Abgasstrang angeordnete Abgasturbine 5 abgeleitet.

Des Weiteren ist eine Steuer-und Regeleinheit 9 vorgesehen, welche in Abhängigkeit von Zustands-und Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine sowie gegebenenfalls auch in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen die der Brennkraftmaschine zugeord- neten und verstellbaren Aggregate einstellt.

Zusätzlich zum Abgasturbolader 2 ist der Brennkraftmaschine 1 ein Sekundärlader 10 zugeordnet, welcher insbesondere kleiner als der Abgasturbolader 2 dimensioniert ist und somit auf- grund seiner geringeren Masse und seines kleineren Trägheits-. momentes schneller auf seine Betriebsdrehzahl beschleunigt werden kann. Der Sekundärlader 10 umfasst eine Sekundärturbi- ne 11 sowie einen Sekundärverdichter 12, wobei Turbinenrad und Verdichterrad über eine Welle 13 gekoppelt sind. Die Se- kundärturbine 11 liegt im Strömungsweg der Frisch-bzw.

Verbrennungsluft, welche den Zylindern der Brennkraftmaschine 1 zuzuführen ist. Dies wird dadurch realisiert, dass stromauf eines einstellbaren Drosselgliedes 15 im Ansaugtrakt 4 eine Luftzufuhrleitung 14 vom Ansaugtrakt abzweigt, welche in den Einlass der Sekundärturbine 11 einmündet. Der Auslass der Se- kundärturbine 11 ist über einen Leitungsabschnitt 16 mit dem Ansaugtrakt 4 stromab des Drosselgliedes 15 verbunden.

Der Einlass des Sekundärverdichters 12 kommuniziert mit der Umgebung, Umgebungsluft wird mit Atmosphärendruck dem Einlass des Sekundärverdichters 12 zugeführt. Der Auslass des Sekun- därverdichters 12 ist über eine Verbindungsleitung 17 mit dem Abgasstrang 6 stromauf der Abgasturbine 5 verbunden. In der Verbindungsleitung 17 befindet sich ein einstellbares Sperr- ventil 18.

Bei niedrigen Lasten und Motordrehzahlen, insbesondere im Leerlauf der Brennkraftmaschine 1, kann das Drosselglied 15 im Ansaugtrakt 4 geschlossen oder zumindest beinahe geschlos- sen werden, so dass die Verbrennungsluft gezwungen ist, den Weg über die Luftzufuhrleitung 14 und die Sekundärturbine 11 sowie den Leitungsabschnitt 16 zu nehmen. Aufgrund des in diesen Betriebszuständen herrschenden Unterdrucks im Bereich der Zylindereingänge der Brennkraftmaschine entsteht über der Sekundärturbine 11 ein Druckabfall, da eingangsseitig Atmo- sphärendruck und ausgangsseitig Unterdruck anliegt. Dieser Druckabfall bewirkt einen Antrieb der Sekundärturbine 11, de- ren Drehbewegung über die Welle 13 auf den Sekundärverdichter 12 übertragen wird, woraufhin vom Sekundärverdichter 12 Frischluft aus der Umgebung angesaugt und auf einen erhöhten Druck verdichtet wird. Die verdichtete Luft wird über den Ausgang des Sekundärverdichters 12 in die Verbindungsleitung 17 eingeleitet und bei geöffnetem Sperrventil 18 in den Ab- gasstrang 6 stromauf der Abgasturbine 5 eingeführt. Das ein- geführte Luftvolumen, welches unter Überdruck steht, treibt die Abgasturbine 5 und damit auch den Verdichter 3 an. Auf diese Weise wird der Abgasturbolader 2 trotz der in diesen Motorbetriebszuständen nur geringen Abgasmengen auf seine Be- triebsdrehzahl beschleunigt.

Wird-ausgehend von niedrigen Lasten und Drehzahlen-eine höhere Lastanforderung an die Brennkraftmaschine vorgegeben, so kann bei erhöhtem Abgasausstoß der Brennkraftmaschine 1 die bereits mit Betriebsdrehzahl umlaufende Abgasturbine 5 ohne Verzögerung ansprechen und es kann im Verdichter 3 ein erhöhter Ladedruck der angesaugten Verbrennungsluft erzeugt werden. Auf diese Weise wird das transiente Verhalten des Ab- gasturboladers 2 und der Brennkraftmaschine 1 verbessert. Das Drosselglied 15 wird zugleich in seine Öffnungsposition über- führt, so dass ein Großteil der zuzuführenden Verbrennungs- luft den Weg unmittelbar über den Leitungsstrang des Ansaug- traktes nimmt und über die Luftzufuhrleitung 14 mit der darin angeordneten Sekundärturbine 11 nur noch ein kleiner Anteil der Verbrennungsluft geführt wird. Gegebenenfalls kann auch das Sperrventil 18 in der Verbindungsleitung 17 geschlossen werden, wodurch eine Luftströmung durch die Verbindungslei- tung 17 ausgeschlossen ist und der Sekundärlader 10 praktisch außer Kraft gesetzt ist. In diesem Fall kann durch die Luft- zufuhrleitung 14 keine signifikante Luftmenge mehr hindurch- strömen.

Das mit strichpunktierter Linie dargestellte Detail Ib zeigt eine modifizierte Ausführung mit einem Druckspeicher 19 in der Verbindungsleitung 17 zwischen dem Auslass des Sekundär- verdichters 12 und dem Abgasstrang 6 stromauf der Abgasturbi- ne 5. Im Druckspeicher 19 kann so lange Frischluft unter er- höhtem Druck gespeichert werden, bis aufgrund der aktuellen Anforderungen eine erhöhte Last-und Drehzahl in der Brenn- kraftmaschine eingestellt werden muss. Zu diesem Zeitpunkt kann das bis dahin geschlossene Sperrventil 18 geöffnet wer- den, woraufhin die im Druckspeicher gespeicherte, aufgeladene Frischluft in den Abgasstrang 6 einströmt und das Turbinenrad der Abgasturbine 5 antreibt. Um zu verhindern, dass Frisch- luft aus dem Druckspeicher 19 wieder in Richtung Sekundärver- dichter 2 zurückströmt, kann stromauf des Druckspeichers 19 ein Gleichrichterventil 20 in der Verbindungsleitung 17 ange- ordnet sein.

Die Variante mit dem Druckspeicher 19 bietet den Vorteil, dass vor der Einleitung der Druckluft in den Abgasstrang zu- nächst ein erhöhtes Druckniveau im Druckspeicher erreicht werden kann, so dass beim Öffnen des Sperrventiles 18 ein schneller Anstieg der Laderdrehzahl des Abgasturboladers rea- lisiert werden kann.

In der Ausführung gemäß Fig. 2 sind die Sekundärturbine 11 und der Sekundärverdichter 12 des Sekundärladers 10 über ei- nen Luftpuffer 22 kurzgeschlossen. Der Sekundärverdichter 12 entnimmt der Umgebung Frischluft unter Atmosphärendruck und fördert diese in den Luftpuffer 22, welcher mit dem Auslass des Sekundärverdichters 12 verbunden ist. Der Luftpuffer 22 ist außerdem mit dem Einlass der Sekundärturbine 11 verbun- den, deren Auslass über die Luftzufuhrleitung 14 mit dem An- saugtrakt 4 verbunden ist, wobei die Luftzufuhrleitung 14 stromab des einstellbaren Drosselgliedes 15 in den Ansaug- trakt einmündet. In der Luftzufuhrleitung 14 befindet sich stromab der Sekundärturbine 11 außerdem ein Gleichrichterven- til 21, welches eine Luftströmung nur in Richtung Ansaugtrakt 4 erlaubt.

Der Luftpuffer 22 ist außerdem über einen Bypass 23 direkt mit dem Ansaugtrakt 4 stromab des Drosselgliedes 15 verbun- den. Im Bypass 23 befindet sich eine einstellbare Sekundär- Drosselklappe 24.

Bei niedrigen Lasten und Drehzahlen der Brennkraftmaschine l kann das Drosselglied 15 im Ansaugtrakt 4 geschlossen werden.

Auch die Sekundär-Drosselklappe 24 im Bypass 23 wird ge- schlossen, so dass die Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine l ü- ber den Sekundärverdichter 12, den Luftpuffer 22, die Sekun- därturbine 11 und die Luftzufuhrleitung 14, welche in den An- saugtrakt 4 mündet, erfolgt. Aufgrund der Druckdifferenz zwi- schen der unter Atmosphärendruck stehenden Umgebungsluft und dem Unterdruck an der Zylindereingangsseite. erfährt die Se- kundärturbine 11 einen Antrieb, welcher über die Welle 13 auf den Sekundärverdichter 11 übertragen wird, der daraufhin be- ginnt, Luft aus der Umgebung zu fördern und auf einen erhöh- ten Druck im Luftpuffer 22 zu verdichten. Hierdurch vergrö- ßert sich die Druckdifferenz zwischen Eingangsseite und Aus- gangsseite der Sekundärturbine 11, wodurch diese zusätzlich angetrieben wird.

Bei einer erhöhten Lastanforderung der Brennkraftmaschine 1 kann die Sekundär-Drosselklappe im Bypass 23 geöffnet werden, so dass die Druckluft im Luftpuffer 22 unmittelbar unter Um- gehung der Sekundärturbine 11 den Zylindern der Brennkraftma- schine zugeführt wird. Über die Position der Sekundär- Drosselklappe 24 kann der zuzuführende Luftstrom gesteuert werden.

Sobald der Luftstrom nicht mehr ausreicht, um die Anforderung der Brennkraftmaschine zu erfüllen, kann das Drosselglied 15 im Ansaugtrakt 4 geöffnet werden, so dass ein zunehmender An- teil der benötigten Verbrennungsluft über den Verdichter 3 des Abgasturboladers 2 bereitgestellt wird. Da zu diesem.

Zeitpunkt die Brennkraftmaschine ihren niedersten Last-und Drehzahlbereich bereits verlassen hat und demzufolge auch mehr Abgas produziert, welches die Abgasturbine 5 antreibt, befindet sich der Abgasturbolader 2 bereits auf seinem Min- dest-Drehzahlniveau, so dass mit Beginn des Öffnens des Dros- selgliedes 15 vom Verdichter 3 ohne Zeitverzögerung vom Ver- dichter 3 ein ausreichend hohes Druckniveau im Ansaugtrakt 4 erzeugt werden kann.

Die Sekundär-Drosselklappe 24 im Bypass 23, welcher vom Luft- puffer 22 abzweigt, kann nunmehr wieder geschlossen werden.

Da der Druck im Ansaugtrakt bei diesen Lastbedingungen höher ist als der Umgebungsdruck, existiert auch kein die Sekundär- turbine 11 antreibender Druckabfall mehr, so dass der Sekun- därlader 10 nun außer Kraft gesetzt ist.