DE102011077205A1

DE102011077205A1 - Doppelschnecken-Abgasturbolader mit AGR-Entnahmevorrichtungen

Info

Publication number: DE102011077205A1
Application number: DE102011077205A
Authority: DE
Inventors: Daniel Joseph Styles; Brad Alan Boyer; Lawrence Marshall; James Leiby
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2010-06-14
Filing date: 2011-06-08
Publication date: 2011-12-15
Also published as: US8567189B2; US9157380B2; CN102297014B; US20110302917A1; US9506396B2; US20140053550A1; US20160003132A1; CN102297014A; RU112724U1

Abstract

Es werden Systeme und Verfahren geschaffen, um einen Doppelschnecken-Turbomotor mit einem Verbindungsteil zu betreiben, das konfiguriert ist, um die wahlweise Abgaszuführung zu einem Abgasrückführungssystem und einer Doppelschnecken-Turbine zu steuern.

Description

Gebiet
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf Doppelschnecken-Abgasturbolader und die Abgasrückführung.
Hintergrund und Zusammenfassung
Doppelschnecken-Abgasturboladerkonfigurationen können in Turbomotoren verwendet werden. Eine Doppelschnecken-Abgasturboladerkonfiguration kann einen Einlass in eine Turbine in zwei getrennte Durchgänge, die mit Abgaskrümmerkanälen verbunden sind, trennen, so dass das Abgas von Motorzylindern, deren Abgasimpulse einander stören können, getrennt wird.
Beispielsweise können bei einem I4-Motor mit der Zylinderzündreihenfolge 1-3-4-2 die Abgaskrümmerkanäle 1 und 4 mit einem ersten Einlass einer Doppelschnecken-Turbine verbunden sein, während die Abgaskrümmerkanäle 2 und 3 mit einem zweiten Einlass der Doppelschnecken-Turbine verbunden sein können, wobei der zweite Einlass vom ersten Einlass verschieden ist. Das Trennen von Abgasimpulsen auf diese Weise führt in manchen Beispielen zu einer Zunahme des Wirkungsgrades der Abgaszuführung zu einer Turbine.
Jedoch haben die genannten Erfinder erkannt, dass unter manchen Motorbetriebsbedingungen das Trennen von Abgasimpulsen, wie es oben beschrieben worden ist, den Wirkungsgrad der Abgaszuführung zu einer Turbine verkleinern kann. Beispielsweise haben die genannten Erfinder erkannt, dass unter bestimmten Motorbetriebsbedingungen, z. B. Hochdrehzahl- und Hochlastbedingungen, das Trennen von Abgasimpulsen, wie es oben beschrieben worden ist, beispielsweise infolge einer Zunahme der Abgasenthalpie zu einer Zunahme des Abgasgegendrucks und der Pumparbeit führen kann.
Die genannten Erfinder haben außerdem erkannt, dass bei Motoren mit einer Doppelschnecken-Abgasturboladerkonfiguration während mancher Zustände die Hochdruck-Abgasrückführung (AGR) verwendet werden kann. Die genannten Erfinder haben erkannt, dass dann, wenn der Abgasspeisung einer Doppelschnecken-Turbine Abgas entnommen wird, die Druckpulsationen des Abgases, das die Turbine antreibt, nachteilig gedämpft werden können.
In einem beispielhaften Lösungsweg umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Motors mit einer Doppelschnecken-Turbine und einem AGR-System: während eines ersten Zustands das fluidtechnische bzw. strömungstechnische Trennen der Schnecken (scrolls) der Doppelschnecken-Turbine und das Betreiben des Motors mit verringerter AGR und während eines zweiten Zustands das fluidtechnische Kombinieren der Schnecken der Doppelschnecken-Turbine und das Betreiben des Motors mit erhöhter AGR.
Auf diese Weise kann ein Motor mit einer Doppelschnecken-Abgasturboladerkonfiguration je nach den verschiedenen Motorbetriebsbedingungen unter Verwendung des Doppelschnecken-Merkmals in einer ersten Betriebsart betrieben werden und unter Verwendung einer einzigen Schnecke zum Antreiben der Turbine in einer zweiten Betriebsart wirksam betrieben werden.
Außerdem kann dann, wenn bei einem Motor mit einer Doppelschnecken-Konfiguration die Hochdruck-AGR verwendet wird, das Abgas, das das AGR-System speist, beiden Seiten des Doppelschnecken-Einlasses zur Turbine entnommen werden. Auf diese Weise können die Dämpfung und/oder die Ungleichheit der Druckpulsationen des Abgases, das die Turbine antreibt, verringert werden.
Beispielsweise kann durch Eröffnen des Hochdruck-AGR-Systems und der Kommunikation zwischen den Schnecken einer Doppelschnecken-Turbine während bestimmter Motorbetriebszustände, z. B. während Hochdrehzahl-/Hochlastzuständen, zur Anreicherungsreduktion die Hochdruck-AGR verwendet werden, wobei die Turbineneinlasskommunikation den Gegendruck verringern und die Pferdestärkenfähigkeit des Motors erhöhen kann.
Selbstverständlich ist die obige Zusammenfassung erstellt worden, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die in der Genauen Beschreibung näher beschrieben werden. Sie ist nicht dazu gedacht, Schlüssel- oder Hauptmerkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstands zu identifizieren, dessen Umfang lediglich durch die der Genauen Beschreibung folgenden Ansprüche definiert ist. Außerdem ist der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf Implementierungen, die irgendwelche Nachteile, die oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angeführt sind, beseitigen, begrenzt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Motors mit einem Doppelschnecken-Abgasturbolader und einem Abgasrückführungs-(AGR)-System.
2 zeigt ein mit einem Motor gekoppeltes beispielhaftes Hochdruck-AGR-Entnahmevorrichtungs- und Doppelschnecken-Kommunikationsventil.
3–5 zeigen verschiedene Gesichtspunkte eines beispielhaften Hochdruck-AGR-Entnahmevorrichtungs- und Doppelschnecken-Kommunikationsventils.
6 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Betreiben eines Doppelschnecken-Turbomotors mit einem Verbindungsteil, das konfiguriert ist, um die Abgaszuführung zu einem Abgasrückführungssystem und einer Doppelschnecken-Turbine wahlweise zu steuern.
7 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Betreiben eines Doppelschnecken-Turbomotors ohne AGR.
Genaue Beschreibung
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zum Betreiben eines Motors mit einem Doppelschnecken-Abgasturboladersystem und einem Abgasrückführungs-(AGR)-System, wie beispielsweise in 1 gezeigt ist.
Doppelschnecken-Abgasturboladerkonfigurationen können in Turbomotoren verwendet werden. Beispielsweise können Doppelschnecken-Abgasturboladerkonfigurationen in Benzinmotoren verwendet werden, wo wegen der hohen Betriebstemperaturen die Abgasturboladertechnik mit verstellbaren Schaufeln verboten sein kann.
Im Gegensatz zu einer Single-Scroll-(Einschnecken)-Abgasturboladerkonfiguration, die einen einzigen Abgaseinlass zur Turbine aufweist, kann eine Doppelschnecken-Abgasturboladerkonfiguration einen Einlass zu einer Turbine in zwei getrennte Durchgänge, die mit Abgaskrümmerkanälen verbunden sind, trennen, so dass das Abgas von Zylindern, deren Abgasimpulse einander stören können, getrennt wird.
Beispielsweise können bei einem I4-Motor mit der Zylinderzündreihenfolge 1-3-4-2 die Abgaskrümmerkanäle 1 und 4 mit einem ersten Einlass einer Doppelschnecken-Turbine verbunden sein, während die Abgaskrümmerkanäle 2 und 3 mit einem zweiten Einlass der Doppelschnecken-Turbine verbunden sein können, wobei der zweite Einlass vom ersten Einlass verschieden ist.
Das Trennen von Abgasimpulsen auf diese Weise führt in manchen Beispielen zu einer Verbesserung des Ansprechens der Aufladung und des Turbowirkungsgrades. Vorteile der Verwendung einer Doppelschnecken-Abgasturboladerkonfiguration können ferner die Verkürzung der Turboverzögerung und eine Verbesserung des volumetrischen Wirkungsgrades des Motors umfassen. Während bestimmter Zustände können bei einem Motor mit einem Doppelschnecken-Abgasturbolader ein größerer Betrag positiver Ventilüberlappung und ein höherer Zündverzug verwendet werden. Außerdem können niedrigere Abgastemperaturen erhalten und magerere Luft-/Kraftstoffverhältnisse verwendet werden.
Jedoch kann während bestimmter Motorbetriebszustände das Trennen von Abgasimpulsen, wie es oben beschrieben worden ist, den Wirkungsgrad der Abgaszuführung zu einer Turbine senken. Beispielsweise kann unter bestimmten Motorbetriebsbedingungen, z. B. Hochdrehzahl- und Hochlastbedingungen, das Trennen von Abgasimpulsen, wie es oben beschrieben worden ist, beispielsweise infolge einer Zunahme der Abgasenthalpie zu einer Zunahme des Abgasgegendrucks und der Pumparbeit führen.
Außerdem kann bei Motoren mit Doppelschnecken-Abgasturboladern während mancher Zustände die Hochdruck-Abgasrückführung (AGR) verwendet werden. Jedoch können in manchen Beispielen dann, wenn der Abgasspeisung einer Doppelschnecken-Turbine Abgas entnommen wird, die Druckpulsationen des Abgases, das die Turbine antreibt, nachteilig gedämpft werden.
Um sich wenigstens teilweise diesen Problemen zuzuwenden, wird ein Verbindungsteil, wie es z. B. in den 1–5 gezeigt ist, geschaffen, das konfiguriert ist, um die Abgaszuführung zu einem AGR-System und einer Doppelschnecken-Turbine wahlweise zu steuern.
Wie in dem beispielhaften Verfahren in 6 gezeigt ist, kann in einer ersten Betriebsart ein solches Verbindungsteil so konfiguriert sein, dass es von beiden Schnecken einer Doppelschnecken-Turbine einem AGR-System Abgas zuführt, wobei die Zwillingsschnecken (twin scrolls) in Fluidkommunikation versetzt sind. In einer zweiten Betriebsart kann ein solches Verbindungsteil so konfiguriert sein, dass es den Abgasstrom zu einem AGR-System versperrt und die Schnecken einer Doppelschnecken-Turbine fluidtechnisch trennt.
Auf diese Weise kann ein Motor mit einer Doppelschnecken-Abgasturboladerkonfiguration je nach den verschiedenen Motorbetriebsbedingungen unter Verwendung des Doppelschnecken-Merkmals in einer ersten Betriebsart betrieben werden und unter Verwendung einer einzigen Schnecke zum Antreiben der Turbine in einer zweiten Betriebsart wirksam betrieben werden.
Außerdem kann dann, wenn bei einem Motor mit einer Doppelschnecken-Konfiguration Hochdruck-AGR verwendet wird, das Abgas, das das AGR-System speist, beiden Seiten des Doppelschnecken-Einlasses zur Turbine entnommen werden. Auf diese Weise können die Dämpfung und/oder die Ungleichheit der Druckpulsationen des Abgases, das die Turbine antreibt, verringert werden.
Beispielsweise kann durch Eröffnen des Hochdruck-AGR-Systems und der Kommunikation zwischen den Doppelschnecken-Turbineneinlässen während bestimmter Motorbetriebszustände, z. B. während Hochdrehzahl-/Hochlastzuständen, zur Anreicherungsreduktion die Hochdruck-AGR verwendet werden, wobei die Turbineneinlasskommunikation den Abgasgegendruck verringern und die Pferdestärkenfähigkeit des Motors erhöhen kann.
In 1 ist zunächst eine schematische Darstellung eines Motors 10, der in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs enthalten sein kann, gezeigt. Der Motor 10 kann wenigstens teilweise durch ein Steuersystem mit einem Controller 12 und durch Eingabe von einem Fahrzeugbediener 14 über eine Eingabevorrichtung 16 gesteuert werden. In diesem Beispiel umfasst die Eingabevorrichtung 16 ein Fahrpedal und einen Fahrpedalsensor 18 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalstellungssignals PP.
Der Motor 10 kann mehrere Verbrennungskammern (d. h. Zylinder) umfassen. In dem in 1 gezeigten Beispiel umfasst der Motor 10 die Verbrennungskammern 20, 22, 24 und 26, die in einer Vierzylinder-Reihenkonfiguration angeordnet sind. Obwohl 1 vier Zylinder zeigt, kann der Motor 10 wohlgemerkt irgendeine Anzahl von Zylindern in irgendeiner Konfiguration, z. B. V6, I6, V12 oder Vierzylinder-Boxer usw., umfassen.
Obwohl dies in 1 nicht gezeigt ist, kann jede Verbrennungskammer (d. h. jeder Zylinder) des Motors 10 Verbrennungskammerwände mit einem darin positionierten Kolben aufweisen. Die Kolben können mit einer Kurbelwelle gekoppelt sein, so dass die Hin- und Herbewegungen der Kolben in eine Rotationsbewegung der Kurbelwelle umgesetzt werden. Die Kurbelwelle kann beispielsweise über ein Zwischengetriebesystem mit wenigstens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs gekoppelt sein. Ferner kann ein Startermotor über ein Schwungrad mit der Kurbelwelle gekoppelt sein, um einen Startvorgang des Motors 10 zu ermöglichen.
Jede Verbrennungskammer kann über einen Lufteinlassdurchgang 30 Ansaugluft von einem Ansaugkrümmer 28 aufnehmen. Der Ansaugkrümmer 28 kann über Ansaugkanäle mit den Verbrennungskammern gekoppelt sein. Beispielsweise ist der Ansaugkrümmer 28 in 1 so gezeigt, dass er mit den Zylindern 20, 22, 24 und 26 über die Ansaugkanäle 32, 34, 36 bzw. 38 gekoppelt ist. Jeder betreffende Ansaugkanal kann dem jeweiligen Zylinder Luft und/oder Kraftstoff zuführen.
Jede Verbrennungskammer kann über einen damit gekoppelten Auslasskanal Verbrennungsgase ausstoßen. Beispielsweise sind in 1 die Auslasskanäle 40, 42, 44 und 46 gezeigt, die mit den Zylindern 20, 22, 24 bzw. 26 gekoppelt sind. Jeder betreffende Auslasskanal kann Verbrennungsgase von einem jeweiligen Zylinder zu einem Abgaskrümmer oder Abgasdurchgang direkt ausstoßen.
Jeder Zylinderansaugkanal kann über ein Einlassventil mit dem Zylinder wahlweise kommunizieren. Beispielsweise sind in 1 die Zylinder 20, 22, 24 und 26 mit den Einlassventilen 48, 50, 52 bzw. 54 gezeigt. Ähnlich kann jeder Zylinderauslasskanal über ein Auslassventil mit dem Zylinder wahlweise kommunizieren. Beispielsweise sind in 1 die Zylinder 20, 22, 24 und 26 mit den Auslassventilen 56, 58, 60 bzw. 62 gezeigt. In manchen Beispielen kann jede Verbrennungskammer zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile aufweisen.
Obwohl dies in 1 nicht gezeigt ist, kann in manchen Beispielen jedes Einlassventil und jedes Auslassventil durch einen Einlassnocken und einen Auslassnocken betätigt werden. Alternativ können eines oder mehrere der Einlass- und Auslassventile durch eine elektromechanisch gesteuerte Ventilspulen- und Ankeranordnung gesteuert werden. Die Stellung eines Einlassnockens kann durch einen Einlassnockensensor ermittelt werden. Die Stellung eines Auslassnockens kann durch einen Auslassnockensensor ermittelt werden.
Der Einlassdurchgang 30 kann eine Drossel 64 mit einer Drosselklappe 66 enthalten. In diesem speziellen Beispiel kann die Stellung der Drosselklappe 66 durch den Controller 12 über ein Signal, das an einen mit der Drossel 64 aufgenommenen elektrischen Motor oder Aktor geliefert wird, eine Konfiguration, die gewöhnlich als elektronische Drosselsteuerung (electronic throttle control, ETC) bezeichnet wird, verändert werden. Auf diese Weise kann die Drossel 64 betätigt werden, um die den Verbrennungskammern gelieferte Ansaugluft zu variieren. Die Stellung der Drosselklappe 66 kann dem Controller 12 durch ein Drosselstellungssignal TP von einem Drosselstellungssensor 68 verschafft werden. Der Einlassdurchgang 30 kann einen Massenluftdurchfluss-(mass air flow, MAF)-Sensor 70 und einen Krümmerluftdruck-(manifold air Pressure, MAP)-Sensor 72 umfassen, um dem Controller 12 die entsprechenden Signale MAF und MAP zu verschaffen.
In 1 sind Kraftstoffeinspritzvorrichtungen gezeigt, die mit den Verbrennungskammern direkt verbunden sind, um Kraftstoff proportional zu einer Impulsbreite eines Signals FPW, das vom Controller 12 beispielsweise über einen elektronischen Treiber empfangen wird, direkt einzuspritzen. Beispielsweise sind in 1 die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 74, 76, 78 und 80 gezeigt, die mit den Zylindern 20, 22, 24 bzw. 26 gekoppelt sind. Auf diese Weise besorgen die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen die sogenannte Direkteinspritzung von Kraftstoff in die Verbrennungskammer. Jede betreffende Kraftstoffeinspritzvorrichtung kann beispielsweise in der Seite der entsprechenden Verbrennungskammer oder in der Oberseite der entsprechenden Verbrennungskammer angebracht sein. In manchen Beispielen können eine oder mehrere Kraftstoffeinspritzvorrichtungen in einem Einlassdurchgang 28 angeordnet sein, und zwar in einer Konfiguration, die die sogenannte Saugrohreinspritzung von Kraftstoff in die Ansaugkanäle stromaufwärts der Verbrennungskammern besorgt. Obwohl dies in 1 nicht gezeigt ist, kann den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen durch ein Kraftstoffsystem, das einen Kraftstoffbehälter, eine Kraftstoffpumpe, eine Kraftstoffleitung und ein Kraftstoffverteilerrohr umfasst, Kraftstoff zugeführt werden.
Die Verbrennungskammern des Motors 10 können in einer Kompressionszündungsbetriebsart mit oder ohne Zündfunke betrieben werden. In manchen Beispielen kann ein verteilerloses Zündsystem (nicht gezeigt) Zündkerzen, die mit den Verbrennungskammern gekoppelt sind, einen Zündfunken als Reaktion auf den Controller 12 liefern. Beispielsweise sind in 1 die Zündkerzen 82, 84, 86 und 88 gezeigt, die mit den Zylindern 20, 22, 24 bzw. 26 gekoppelt sind.
Der Motor 10 kann einen Abgasturbolader 90 umfassen. Der Abgasturbolader 90 kann eine Turbine 92 und einen Kompressor 94 umfassen, die über eine gemeinsame Welle 96 gekoppelt sind. Die Schaufeln der Turbine 92 können dadurch, dass ein Teil des vom Motor 10 abgegebenen Abgasstroms auf die Schaufeln der Turbine auftrifft, veranlasst werden, sich um die gemeinsame Welle zu drehen. Der Kompressor 94 kann mit der Turbine 92 gekoppelt sein, so dass der Kompressor 94 betätigt werden kann, wenn die Schaufeln der Turbine 92 veranlasst werden, sich zu drehen. Der Kompressor 94 kann, wenn er betätigt wird, mit Druck beaufschlagtes frisches Gas in den Luftansaugkrümmer 28 leiten, von wo es dann zum Motor 10 geleitet wird.
Der Motor 10 kann ein Doppelschnecken-(oder Zwillingsschnecken- oder Zweiimpuls)-Abgasturboladersystem 98 verwenden, bei dem wenigstens zwei getrennte Gaseintrittspfade in und durch die Turbine 92 führen. Ein Doppelschnecken-Abgasturboladersystem kann so konfiguriert sein, dass das Abgas von Zylindern, deren Abgasimpulse bei ihrer Zufuhr zur Turbine 92 einander stören, getrennt wird. Beispielsweise zeigt 1 eine erste Schnecke 100 und eine zweite Schnecke 102, die dazu verwendet werden, der Turbine 92 getrennte Abgasströme zuzuführen.
Wenn beispielsweise ein Vierzylindermotor (z. B. ein I4-Motor, wie er in 1 gezeigt ist) die Zündreihenfolge 1-3-4-2 besitzt (z. B. Zylinder 20, gefolgt vom Zylinder 24, gefolgt vom Zylinder 26, gefolgt vom Zylinder 22), kann der Zylinder 20 gerade seinen Expansionstakt beenden und seine Auslassventile öffnen, während die Auslassventile des Zylinders 22 noch offen sind. In einem Single-Scroll- oder ungeteilten Abgaskrümmer kann der Abgasdruckimpuls vom Zylinder 20 die Fähigkeit des Zylinders 22 seine Abgase auszustoßen beeinträchtigen. Jedoch können durch Verwendung eines Doppelschneckensystems, bei dem die Abgaskanäle 40 und 46 von den Zylindern 20 und 26 mit einem Einlass der ersten Schnecke 100 verbunden sind und die Abgaskanäle 42 und 44 von den Zylindern 22 und 24 mit der zweiten Schnecke 102 verbunden sind, Abgasimpulse getrennt und die die Turbine antreibende Impulsenergie erhöht werden.
Die Turbine 92 kann wenigstens einen Ladedruckregler umfassen, um den durch die Turbine verschafften Aufladungsbetrag zu steuern. In einem Doppelschneckensystem kann jede Schnecke einen entsprechenden Ladedruckregler umfassen, um die durch die Turbine 92 strömende Abgasmenge zu steuern. Beispielsweise umfasst in 1 die erste Schnecke 100 einen ersten Ladedruckregler 104. Der erste Ladedruckregler 104 umfasst ein Ladedruckregelventil 106, das konfiguriert ist, um die die Turbine 92 umgehende Abgasmenge zu steuern. Ähnlich umfasst die zweite Schnecke 102 einen zweiten Ladedruckregler 108. Der zweite Ladedruckregler 108 umfasst ein Ladedruckregelventil 110, das konfiguriert ist, um die die Turbine 92 umgehende Abgasmenge zu steuern.
Abgase, die die Turbine 92 und/oder die Ladedruckregler verlassen, können durch eine Emissionssteuervorrichtung 112 gehen. Die Emissionssteuervorrichtung 112 kann in einem Beispiel mehrere Katalysatorziegel umfassen. In einem weiteren Beispiel können mehrere Emissionssteuervorrichtungen, jeweils mit mehreren Ziegeln, verwendet werden. In manchen Beispielen kann die Emissionssteuervorrichtung 112 ein Dreiwege-Katalysator sein. In weiteren Beispielen kann die Emissionssteuervorrichtung 112 einen Diesel-Oxidationskatalysator (DOC), einen selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (SCR) oder ein Diesel-Partikelfilter (DPF) oder mehrere davon umfassen. Nach dem Durchgang durch die Emissionssteuervorrichtung 112 kann das Abgas zu einem Auspuffendrohr 114 geleitet werden.
Der Motor 10 kann ein Abgasrückführungs-(AGR)-System 116 umfassen. Das AGR-System 116 kann einen Teil des Abgases, das den Motor 10 verlässt, in den Motor-Lufteinlassdurchgang 30 liefern. Das AGR-System umfasst eine AGR-Leitung 118, die mit den Schnecken 100 und 102 und mit dem Lufteinlassdurchgang 30 gekoppelt ist. In manchen Beispielen kann die AGR-Leitung 118 ein AGR-Ventil 120 umfassen, das konfiguriert ist, um die Menge des rückgeführten Abgases zu steuern.
Unter manchen Bedingungen kann das AGR-System 116 dazu verwendet werden, die Temperatur oder die Verdünnung des Luft-/Kraftstoffgemischs in den Verbrennungskammern zu regeln, womit ein Verfahren zum Steuern des Zündzeitpunkts während mancher Verbrennungsweisen geschaffen wird. Ferner kann während mancher Zustände durch Steuern des Auslassventilzeitpunkts ein Teil der Verbrennungsgase in der Verbrennungskammer zurückgehalten oder eingefangen werden.
In manchen Beispielen kann der Controller 12 ein herkömmlicher Mikrocomputer sein, der umfasst: eine Mikroprozessoreinheit, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse, einen Nur-Lese-Speicher, einen Direktzugriffsspeicher, einen Zündspeicher und einen herkömmlichen Datenbus. Der Controller 12 ist in 1 so gezeigt, dass er neben jenen Signalen, die oben besprochen worden sind, verschiedenen Signale von mit dem Motor 10 gekoppelten Sensoren empfängt; diese umfassen: die Motorkühlmitteltemperatur (engine coolant temperature, ECT) von einem Temperatursensor 128, einen Motor-Stellungssensor 130, z. B. einen Hall-Effekt-Sensor 118, der die Kurbelwellenstellung misst. Zur Verarbeitung durch den Controller 12 kann auch der barometrische Druck erfasst werden (Sensor nicht gezeigt). In manchen Beispielen kann der Motor-Stellungssensor 130 mit jeder Umdrehung der Kurbelwelle eine vorgegebene Anzahl gleich beabstandeter Impulse erzeugen, woraus die Motordrehzahl (RPM) ermittelt werden kann. Außerdem können verschiedene Sensoren verwendet werden, um den Abgasturbolader-Ladedruck zu ermitteln. Beispielsweise kann ein Drucksensor 132 in dem Einlass 30 stromabwärts vom Kompressor 94 angeordnet sein, um den Ladedruck zu ermitteln. Außerdem kann jede Schnecke des Doppelschneckensystems 98 verschiedene Sensoren zur Überwachung der Betriebsbedingungen bzw. der Betriebszustände des Doppelschneckensystems umfassen. Beispielsweise kann die erste Schnecke 100 einen Abgassensor 134 umfassen, während die zweite Schnecke 102 einen Abgassensor 136 umfassen kann. Die Abgassensoren 134 und 136 können irgendein geeigneter Sensor zur Verschaffung einer Angabe des Abgas-Luft-/Kraftstoffverhältnisse wie etwa ein linearer Sauerstoffsensor oder UEGO-Sensor (Universal- oder Weitbereichsabgassauerstoffsensor), ein Zweizustands-Sauerstoffsensor oder EGO-Sensor, ein HEGO-Sensor (Sensor für erhitzten EGO), ein NOx-Sensor, ein HC-Sensor oder ein CO-Sensor sein.
Die AGR-Leitung 118 kann an einem Verbindungsteil 122 sowohl mit der ersten Schnecke 100 als auch mit der zweiten Schnecke 102 des Doppelschneckensystems 98 gekoppelt sein, so dass beiden Seiten des Doppelschneckeneinlasses zur Turbine AGR entnommen werden kann, um z. B. ungleichmäßige Druckpulsationen beim Antreiben der Turbine 92 zu verringern. Beispielsweise kann eine erste AGR-Entnahmevorrichtung 138 in der ersten Schnecke 100 angeordnet sein, während eine zweite AGR-Entnahmevorrichtung 140 in der zweiten Schnecke 102 angeordnet sein kann.
Das Verbindungsteil 122 kann ein Ventil 124, das in der AGR-Entnahmevorrichtung von der ersten Schnecke 100 angeordnet ist, und ein zweites Ventil 126, das in der AGR-Entnahmevorrichtung von der zweiten Schnecke 102 angeordnet ist, umfassen. In manchen Beispielen können die Ventile 124 und 126 Doppelabsperrklappen sein, die so konfiguriert sind, dass sie sich synchron öffnen und schließen. Die Ventile 124 und 126 können in manchen Beispielen gekühlt werden. Beispielsweise können die Ventile durch Zirkulierenlassen eines geeigneten Kühlmittels, z. B. Wasser oder dergleichen, durch wenigstens einen Abschnitt der Ventile wassergekühlt werden. Als weiteres Beispiel können die Ventile, z. B. durch Zirkulierenlassen von Luft durch wenigstens einen Abschnitt der Ventile, luftgekühlt werden. Auf diese Weise können Abgase, während sie über die Ventile streichen, gekühlt werden.
In einer ersten Betriebsart kann das Verbindungsteil 122 so konfiguriert sein, dass dem AGR-System 116 von beiden Schnecken Abgas zugeführt wird, wobei die erste und die zweite Schnecke in Fluidkommunikation versetzt sind. Beispielsweise können in der ersten Betriebsart die Ventile 124 und 126 geöffnet sein, um das Strömen von Abgas in das AGR-System 116 zu ermöglichen, wobei die erste und die zweite Schnecke in Fluidkommunikation versetzt sind.
In einer zweiten Betriebsart kann das Verbindungsteil 122 so konfiguriert sein, dass der Abgasstrom zum AGR-System 116 versperrt ist und die erste und die zweite Schnecke fluidtechnisch getrennt sind. Beispielsweise können in der zweiten Betriebsart die Ventile 124 und 126 geschlossen sein, um den Abgasfluss zum AGR-System zu versperren, wobei die erste und die zweite Schnecke fluidtechnisch getrennt sind.
In manchen Beispielen können die Ventile 124 und 126 eingestellt werden, um die in das AGR-System eintretende Abgasmenge und das Ausmaß der Fluidkommunikation zwischen der ersten und der zweiten Schnecke zu dosieren. Beispielsweise können die Ventile 124 und 126 teilweise geöffnet werden, um die dem AGR-System gelieferte Abgasmenge zu reduzieren und das Ausmaß der Fluidkommunikation zwischen der ersten und der zweiten Schnecke zu reduzieren.
Beispielsweise können die in den AGR-Entnahmevorrichtungen positionierten Ventile 124 und 126 dazu dienen, das Hochdruck-AGR-Volumen während Betriebszuständen, wo jenes AGR-Volumen nachteilig für die die Turbine antreibende Druckpulsation ist, abzusperren. Beispielsweise können während Motorbeschleunigungs- oder Hochlast-/Niedrigdrehzahlzuständen die Ventile 124 und 126 geschlossen sein. In diesem Beispiel sind die erste und die zweite Schnecke fluidtechnisch getrennt, um z. B. das Antreiben der Turbine zu verstärken.
Als weiteres Beispiel können die in den AGR-Entnahmevorrichtungen positionierten Ventile 124 und 126 dazu dienen, während Betriebszuständen, wo die Luft-/Kraftstoffverdünnung vorteilhaft sein kann, Hochdruck-AGR zu besorgen. Beispielsweise können die Ventile 124 und 126 während Hochdrehzahl- und Hochlastzuständen des Motors, wo zur Anreicherungsreduktion Hochdruck-AGR verwendet werden kann, geöffnet sein. In diesem Beispiel sind die erste und die zweite Schnecke in Fluidkommunikation versetzt, um z. B. den Abgasgegendruck zu verringern.
In den 2–5 sind ein beispielhaftes Verbindungsteil 122, das so konfiguriert ist, dass es die Abgaszuführung zu einem AGR-System steuert, und eine Doppelschnecken-Turbine aus mehreren Gesichtspunkten gezeigt. Genauer zeigt 2 eine Seitenansicht des mit dem Motor 10 gekoppelten beispielhaften Verbindungsteils 122, zeigt 3 eine perspektivische Seitenansicht des Verbindungsteils 122, zeigt 4 eine Rückansicht des Verbindungsteils 122 und zeigt 5 eine Draufsicht des Verbindungsteils 122. Das beispielhafte Verbindungsteil ist in den 2–5 annähernd maßstabsgerecht gezeigt.
Das Verbindungsteil 122 kann aus verschiedenartigen geeigneten Materialien zusammengesetzt und aus einer oder mehreren Komponenten gebildet sein. In manchen Beispielen kann das Verbindungsteil 122 im Wesentlichen aus einem oder mehreren Metallmaterialien, z. B. Stahl oder dergleichen, zusammengesetzt sein. In weiteren Beispielen kann das Verbindungsteil im Wesentlichen aus einem Polymermaterial wie etwa einem Thermoplast zusammengesetzt sein. In nochmals weiteren Beispielen kann das Verbindungsteil 122 aus einer Kombination aus verschiedenen Materialien, z. B. sowohl Metall- als auch Polymermaterialien, zusammengesetzt sein.
In manchen Beispielen kann das Verbindungsteil 122 mehrere Komponenten umfassen; das Verbindungsteil 122 kann z. B. aus mehreren Komponenten gebildet sein, die durch Anwendung geeigneter Koppelverfahren, z. B. Anwendung eines geeigneten Schweißprozesses und/oder über geeignete mechanische Kopplungen wie etwa Bolzen und dergleichen, zusammengekoppelt sind. In anderen Beispielen kann das Verbindungsteil 122, z. B. mittels geeigneter Formtechniken und/oder Bearbeitungstechniken, als eine Einheit ausgebildet sein.
Das Verbindungsteil 122 weist mehrere Durchgänge auf, die durch Wände und verschiedenen Ventile unterteilt sind. In manchen Beispielen kann die Dicke der Wände des Verbindungsteils 122 von den erwarteten Temperaturen des die Durchgänge passierenden Abgases abhängen. So kann die Dicke der Wände auf Grundlage des Typs des verwendeten Motors vorgegeben sein. Beispielsweise kann ein Motor, der höhere Abgastemperaturen erzeugt (z. B. ein Benzinmotor) dickere Wände besitzen als ein Motor, der niedrigere Abgastemperaturen erzeugt (z. B. ein Dieselmotor). Außerdem kann die Dicke der Verbindungsteilwände von der Größe des verwendeten Motors, z. B. von der Anzahl von Zylindern, vom Verdichtungsverhältnis der Zylinder usw., abhängen.
Das Verbindungsteil 122 umfasst einen zweifach gebohrten Körper, der in den 2–5 allgemein bei 200 gezeigt ist. Der zweifach gebohrte Körper 200 weist eine erste Bohrung 100 und eine zweite Bohrung 102 auf, wobei die erste Bohrung 100 der ersten Schnecke 100 entspricht und die zweite Bohrung 102 der zweiten Schnecke 102 entspricht, die in 1 schematisch gezeigt sind. Die erste und die zweite Bohrung im Körper 200 sind im Wesentlichen durch den Körper des Verbindungsteils 122 verlaufende hohle Ausschnitte.
Der zweifach gebohrte Körper 200 ist Teil eines Doppelschnecken-Abgasturboladersystems, wie es in 1 bei 98 schematisch dargestellt ist. Wie oben beschrieben worden ist, kann ein Doppelschnecken-Abgasturboladersystem so konfiguriert sein, dass es das Abgas von Zylindern, deren Abgasimpulse bei ihrer Zufuhr zu einer Turbine, z. B. der in 1 gezeigten Turbine 92, einander stören, trennt. Die erste Bohrung 100 des Körpers 200 schafft einen Kommunikationsdurchgang zwischen dem Abgas eines ersten Satzes von Zylindern und der Doppelschnecken-Turbine. Die zweite Bohrung 102 des Körpers 200 schafft einen Kommunikationsdurchgang zwischen dem Abgas eines zweiten Satzes von Zylindern und der Doppelschnecken-Turbine.
Wenn beispielsweise ein Vierzylindermotor (z. B. ein I4-Motor, wie er in 1 gezeigt ist) die Zündreihenfolge 1-3-4-2 besitzt (z. B. Zylinder 20, gefolgt vom Zylinder 24, gefolgt vom Zylinder 26, gefolgt vom Zylinder 22), kann der erste Satz von Zylindern die Zylinder 20 und 26 umfassen, während der zweite Satz von Zylindern die Zylinder 22 und 24 umfassen kann. Auf diese Weise können unter bestimmten Bedingungen die erste Bohrung und die zweite Bohrung das Abgas von Zylindern, deren Abgasimpulse bei ihrer Zufuhr zur Turbine einander stören, trennen.
Die erste und die zweite Bohrung in dem zweifach gebohrten Körper 200 bilden einen ersten bzw. einen zweiten Abgasdurchgang. Der erste und der zweite Durchgang im Körper 200 können verschiedenartige Formen, Größen und Konturen besitzen. In manchen Beispielen können die Größen, Formen und/oder Konturen der Bohrungen so gestaltet sein, dass die der Turbine durch die hindurchströmenden Abgase verliehene Energie erhöht wird. Beispielsweise können die erste und die zweite Bohrung eine verdrehte und/oder gekrümmte Form, wie sie z. B. in den 3 und 4 bei 202 gezeigt ist, besitzen, um die der Turbine durch die Abgase verliehene Energie zu erhöhen. Auf diese Weise kann die Beschleunigung des Abgases bei seinem Durchgang durch die Bohrungen erhöht werden.
Das Verbindungsteil 122 umfasst einen Motorträger, der in den 2-5 allgemein bei 204 gezeigt ist. Der Motorträger 204 ist mit dem zweifach gebohrten Körper 200 gekoppelt und weist einen im Wesentlichen flachen Montageabschnitt auf, der für die Kopplung des Motors 10 und die fluidtechnische Kopplung der ersten Bohrung 100 und der zweiten Bohrung 102 im Körper 200 mit dem Abgas eines ersten Satzes von Zylindern bzw. dem Abgas eines von dem ersten Satz von Zylindern verschiedenen zweiten Satzes von Zylindern konfiguriert ist. Wenn beispielsweise ein Vierzylindermotor (z. B. ein I4-Motor, wie er in 1 gezeigt ist) die Zündreihenfolge 1-3-4-2 besitzt (z. B. Zylinder 20, gefolgt vom Zylinder 24, gefolgt vom Zylinder 26, gefolgt vom Zylinder 22), kann der erste Satz von Zylindern die Zylinder 20 und 26 umfassen, während der zweite Satz von Zylindern die Zylinder 22 und 24 umfassen kann. 2 zeigt das über einen Motorträger 204 mit dem Motor 10 gekoppelte Verbindungsteil 122.
In manchen Beispielen kann der Motorträger 204 einen Flansch aufweisen, der konfiguriert ist, um die Kopplung des Verbindungsteils 122 mit dem Motor zu unterstützen. So kann sich, um den Flansch zu bilden, der Motorträger 204 um einen Abstand über die Bohrungsmündungen im Motorträger hinaus erstrecken. Der Motorträger kann verschiedene Merkmale aufweisen, die konfiguriert sind, um die Kopplung des Verbindungsteils 122 mit dem Motor, z. B. über eine mechanische Kopplung, zu unterstützen.
Beispielsweise kann der Motorträger mehrere Öffnungen 206 aufweisen, die ausgelegt sind, um mechanische Koppelelemente aufzunehmen, wobei die mechanischen Koppelelemente die Kopplung des Verbindungsteils 122 mit dem Motor unterstützen können. Beispielsweise können die mechanischen Koppelelemente Bolzen oder dergleichen umfassen. In manchen Beispielen kann der Motorträger 204 anstelle der oben beschriebenen mechanischen Kopplungen oder zusätzlich zu diesen mit dem Motor verschweißt sein.
Am Motor 10 können mehrere Merkmale, die den mehreren Öffnungen 206 entsprechen, enthalten sein, um die Kopplung des Verbindungsteils 122 mit dem Motor zu unterstützen. In manchen Beispielen können die mehreren am Motor enthaltenen Merkmale Öffnungen zur Aufnahme von Koppelelementen umfassen. Wenn zum Befestigen des Verbindungsteils 122 am Motor 10 über die Öffnungen 206 Bolzen verwendet werden, können die mehreren am Motor enthaltenen Merkmale für die Aufnahme der Bolzen konfigurierte Gewindeöffnungen umfassen.
Das Verbindungsteil 122 umfasst einen Turbinenträger, der in den 2-5 allgemein bei 208 gezeigt ist. Der Turbinenträger 208 ist an ein Ende des zweifach gebohrten Körpers, das dem Motorträger 204 gegenüberliegt, angekoppelt. Der Turbinenträger 208 weist einen im Wesentlichen flachen Montageabschnitt auf, der für die Kopplung mit einer Doppelschnecken-Turbine, z. B. der Turbine 92, und die fluidtechnische Kopplung der ersten Bohrung 100 und der zweiten Bohrung 102 im Körper 200 mit einer ersten Schnecke bzw. einer zweiten Schnecke in der Doppelschnecken-Turbine konfiguriert ist.
In manchen Beispielen kann der Turbinenträger 208 einen Flansch aufweisen, der konfiguriert ist, um die Kopplung des Verbindungsteils 122 mit der Turbine zu unterstützen. So kann sich, um den Flansch zu bilden, der Turbinenträger 208 um einen Abstand über die Bohrungsmündungen im Turbinenträger hinaus erstrecken. Der Turbinenträger kann verschiedene Merkmale aufweisen, die konfiguriert sind, um die Kopplung des Verbindungsteils 122 mit der Turbine, z. B. über eine mechanische Kopplung, zu unterstützen.
Beispielsweise kann der Turbinenträger mehrere Öffnungen 210 aufweisen, die ausgelegt sind, um mechanische Koppelelemente aufzunehmen, wobei die mechanischen Koppelelemente die Kopplung des Verbindungsteils 122 mit der Turbine unterstützen können. Beispielsweise können die mechanischen Koppelelemente Bolzen oder dergleichen umfassen. In manchen Beispielen kann der Turbinenträger 208 anstelle der oben beschriebenen mechanischen Kopplungen oder zusätzlich zu diesen mit der Turbine verschweißt sein.
An der Doppelschnecken-Turbine können mehrere Merkmale, die den mehreren Öffnungen 210 entsprechen, enthalten sein, um die Kopplung des Verbindungsteils 122 mit der Turbine zu unterstützen. In manchen Beispielen können die mehreren an der Turbine enthaltenen Merkmale Öffnungen zur Aufnahme von Koppelelementen umfassen. Wenn zum Befestigen des Verbindungsteils 122 an der Turbine 92 über die Öffnungen 210 Bolzen verwendet werden, können die mehreren an der Turbine enthaltenen Merkmale für die Aufnahme der Bolzen konfigurierte Gewindeöffnungen umfassen.
Das Verbindungsteil 122 umfasst einen AGR-Entnahmevorrichtungskörper, der in den 2–5 allgemein bei 212 gezeigt ist. Der AGR-Entnahmevorrichtungskörper 212 ist mit dem zweifach gebohrten Körper 200 gekoppelt und umfasst eine erste AGR-Entnahmevorrichtung 138, die mit der ersten Bohrung 100 in dem zweifach gebohrten Körper 200 fluidtechnisch gekoppelt ist, und eine zweite AGR-Entnahmevorrichtung 140, die mit der zweiten Bohrung 102 in dem zweifach gebohrten Körper 200 fluidtechnisch gekoppelt ist.
Die erste AGR-Entnahmevorrichtung 138 und die zweite AGR-Entnahmevorrichtung 140 sind Durchgänge, die sich durch den AGR-Entnahmevorrichtungskörper 212 erstrecken und konfiguriert sind, um mit einer gemeinsamen AGR-Leitung, z. B. der in 1 schematisch gezeigten AGR-Leitung 118, zu kommunizieren.
Der AGR-Entnahmevorrichtungskörper 212 umfasst ein erstes Ventil 124, das in der ersten AGR-Entnahmevorrichtung 138 von der ersten Bohrung 100 positioniert ist, und ein zweites Ventil 126, das in der zweiten AGR-Entnahmevorrichtung 140 von der zweiten Bohrung 102 positioniert ist. In manchen Beispielen können das erste Ventil 124 und das zweite Ventil 126 Doppelabsperrklappen sein, die so konfiguriert sind, dass sie sich synchron öffnen und schließen. In einem solchen Fall können das erste und das zweite Ventil mit einer gemeinsamen, drehenden Ventilwelle 214 gekoppelt sein, wobei die Ventilwelle durch einen Controller, z. B. den Controller 12, gedreht werden kann, um die Doppelabsperrklappen zu öffnen und zu schließen.
Die Ventile 124 und 126 können in manchen Fällen gekühlt werden. Beispielsweise können die Ventile durch Zirkulierenlassen eines geeigneten Kühlmittels, z. B. Wasser oder dergleichen, durch wenigstens einen Abschnitt der Ventile wassergekühlt werden. Als weiteres Beispiel können die Ventile, z. B. durch Zirkulierenlassen von Luft durch wenigstens einen Abschnitt der Ventile, luftgekühlt werden. Auf diese Weise können Abgase, während sie über die Ventile streichen, gekühlt werden.
Der AGR-Entnahmevorrichtungskörper 212 umfasst eine AGR-Leitungshalterung, die in den 2–5 allgemein bei 216 gezeigt ist. Die AGR-Leitungshalterung 216 weist einen im Wesentlichen flachen Montageabschnitt auf, der für die Kopplung mit einer AGR-Leitung, z. B. der in 1 gezeigten AGR-Leitung 118, konfiguriert ist.
In manchen Beispielen kann die AGR-Leitungshalterung 216 einen Flansch aufweisen, der konfiguriert ist, um die Kopplung des Verbindungsteils 122 mit der Turbine zu unterstützen. So kann sich, um den Flansch zu bilden, die AGR-Leitungshalterung 216 um einen Abstand über die Mündungen der AGR-Entnahmevorrichtungen 138 und 140 hinaus erstrecken. Die AGR-Leitungshalterung 216 kann verschiedene Merkmale aufweisen, die konfiguriert sind, um die Kopplung der AGR-Leitung mit dem AGR-Entnahmevorrichtungskörper 212, z. B. über eine mechanische Kopplung, zu unterstützen.
Beispielsweise kann die AGR-Leitungshalterung 216 mehrere Öffnungen 218 aufweisen, die ausgelegt sind, um mechanische Koppelelemente aufzunehmen, wobei die mechanischen Koppelelemente die Kopplung einer AGR-Leitung mit dem AGR-Entnahmevorrichtungskörper 212 unterstützen können. Beispielsweise können die mechanischen Koppelelemente Bolzen oder dergleichen umfassen. In manchen Beispielen kann die AGR-Leitungshalterung 216 anstelle der oben beschriebenen mechanischen Kopplungen oder zusätzlich zu diesen mit einer AGR-Leitung verschweißt sein.
An der AGR-Leitung können mehrere Merkmale, die den mehreren Öffnungen 218 entsprechen, enthalten sein, um die Kopplung der AGR-Leitungshalterung 216 mit der AGR-Leitung zu unterstützen. In manchen Beispielen können die mehreren an der AGR-Leitung enthaltenen Merkmale Öffnungen zur Aufnahme von Koppelelementen umfassen. Wenn zum Befestigen der AGR-Leitungshalterung 216 an der AGR-Leitung 118 über die Öffnungen 218 Bolzen verwendet werden, können die mehreren an der AGR-Leitung enthaltenen Merkmale für die Aufnahme der Bolzen konfigurierte Gewindeöffnungen umfassen.
6 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 600 zum Betreiben eines Doppelschnecken-Turbomotors mit einem Verbindungsteil, z. B. dem oben beschriebenen Verbindungsteil 122, das konfiguriert ist, um die Abgaszuführung zu einem AGR-System und einer Doppelschnecken-Turbine wahlweise zu steuern.
Bei 602 umfasst das Verfahren 600 das Ermitteln, ob die Eintrittsbedingungen erfüllt sind. In manchen Beispielen kann dann, wenn die Eintrittsbedingungen erfüllt sind, das Verfahren das Ermitteln, ob die Bedingungen zur Verwendung getrennter Zwillingsschnecken zum Antreiben einer Doppelschnecken-Turbine erfüllt sind, umfassen.
Die Bedingungen für die Verwendung getrennter Zwillingsschnecken zum Antreiben einer Doppelschnecken-Turbine können verschiedene Motorbetriebsbedingungen umfassen, wobei getrennte Schnecken, die die Doppelschnecken-Turbine antreiben, vorteilhaft für den Motorbetrieb sein können.
Wie oben beschrieben worden ist, kann das Trennen der Schnecken während mancher Zustände das Ansprechen der Aufladung und den Turbowirkungsgrad verbessern. Beispielsweise können die Bedingungen für die Verwendung getrennter Zwillingsschnecken zum Antreiben der Turbine Motorbetriebszustände umfassen, wo die Turbine auf Touren kommt, d. h. Motorbetriebszustände, wo die Drehzahl der Turbine von einer ersten Drehzahl auf eine zweite Drehzahl zunimmt, wobei die zweite Drehzahl größer als die erste Drehzahl ist, z. B. während Motorbeschleunigungszuständen.
So können die Eintrittsbedingungen Hochlast- und Niedrigdrehzahl-Motorbetriebsbedingungen umfassen, z. B. den Fall, dass von einer Bedienungsperson des Motors z. B. über ein Fahrpedal ein hohes Motordrehmoment gefordert wird. Beispielsweise können die Eintrittsbedingungen eine Motorlast, die größer als ein erster vorgegebener Schwellenwert ist, und eine Motordrehzahl, die kleiner als ein zweiter vorgegebener Schwellenwert ist, umfassen.
In manchen Beispielen kann das Ermitteln, ob die Eintrittsbedingungen erfüllt sind, das Ermitteln, ob die Bedingungen zum Betreiben des Motors mit Hochdruck-AGR nicht erfüllt sind, oder das Ermitteln, ob Hochdruck-AGR nicht erwartet wird, umfassen.
Beispielsweise kann zur Anreicherungsreduktion des in den Motor eintretenden Luft-/Kraftstoffverhältnisses die Hochdruck-AGR verwendet werden. Während Hochdrehzahl-/Hochlastmotorbetriebszuständen kann die Hochdruck-AGR zur Anreicherungsreduktion verwendet werden. So sind während Niedrigdrehzahlzuständen die Bedingungen zum Betreiben des Motors mit Hochdruck-AGR gegebenenfalls nicht erfüllt.
Weitere Beispiele von Bedingungen zum Betreiben des Motors mit Hochdruck-AGR, die nicht erfüllt sind, können Motorbetriebszustände umfassen, die niedrige NOx-Emissionen, eine geringe Ladungsdichte, eine niedrige Motortemperatur und/oder Kombinationen davon zur Folge haben.
Wenn bei 602 die Eintrittsbedingungen erfüllt sind, geht das Verfahren 600 zu 604 weiter. Bei 604 umfasst das Verfahren 600 das Betreiben des Motors mit einer reduzierten AGR-Menge und mit getrennten Zwillingsschnecken, die die Doppelschnecken-Turbine antreiben. Beispielsweise können bei 604 Motorabgasimpulse getrennt werden, um die Turbine anzutreiben, und kann eine erste Abgasmenge zum Motor zurückgeführt werden. In manchen Beispielen kann bei 604 der Motor ohne AGR betrieben werden. Beispielsweise können die Ventile 124 und 126 geschlossen sein, um wenigstens teilweise die AGR-Entnahmevorrichtungen von den Zwillingsschnecken zu versperren und die Zwillingsschnecken zum Antreiben der Turbine zu trennen.
Bei 606 umfasst das Verfahren 600 das Einstellen von Betriebsparametern in Antwort auf das Betreiben des Motors ohne AGR, und zwar mit getrennten Zwillingsschnecken. Beispiele von Motorbetriebsparametern, die in Antwort auf das Betreiben des Motors ohne AGR bei getrennten Zwillingsschnecken eingestellt werden können, umfassen das Luft-/Kraftstoffverhältnis, die Drosselstellung, die Ventilüberlappung, den Zündzeitpunkt usw. Beispielsweise kann die Ventilüberlappung vergrößert und/oder die Zündverzögerung verlängert werden; z. B. kann der Zündzeitpunkt verzögert werden. Beispielsweise kann der Motor mit einem ersten Betrag positiver Ventilüberlappung bei wenigstens einem Zylinder des Motors betrieben werden und/oder kann der Motor mit einem ersten Nachzündungswert bei wenigstens einem Zylinder des Motors betrieben werden. In manchen Beispielen kann der Motor mit einer ersten, erhöhten Kraftstoffmenge betrieben werden.
Wenn bei 602 jedoch die Eintrittsbedingungen nicht erfüllt sind, geht das Verfahren 600 zu 608 weiter. Bei 608 umfasst das Verfahren das Betreiben des Motors mit einer erhöhten AGR-Menge, z. B. relativ zu der oben beschriebenen im Schritt 604 verwendeten AGR-Menge, wobei beide Schnecken der Doppelschnecken-Turbine in Fluidkommunikation stehen. In diesem Fall kann die Doppelschnecken-Turbine in einer Single-Scroll-Betriebsart wirksam betrieben werden, wobei die Impulstrennung reduziert sein kann. Beispielsweise können bei 608 Abgasimpulse kombiniert werden, um die Turbine anzutreiben, und kann eine zweite Abgasmenge zum Motor zurückgeführt werden, wobei die zweite Abgasmenge größer als die oben beschriebene im Schritt 604 verwendete Abgasmenge ist. Beispielsweise können die Ventile 124 und 126 im AGR-Entnahmevorrichtungskörper wenigstens teilweise geöffnet sein, um beiden Schnecken Abgas für das AGR-System zu entnehmen, wobei beide Schnecken in Fluidkommunikation versetzt sind. In diesem Fall kann beiden Schnecken der Doppelschnecken-Turbine über einen gemeinsamen AGR-Durchgang stromaufwärts der Doppelschnecken-Turbine AGR entnommen werden, wobei die jeder Schnecke entnommene AGR-Menge im Wesentlichen die gleiche sein kann.
Bei 610 umfasst das Verfahren 600 das Einstellen von Betriebsparametern in Antwort auf das Betreiben des Motors mit Hochdruck-AGR, wobei beide Schnecken des Doppelschnecken-Systems in Fluidkommunikation stehen. Solche Motorbetriebsparameter können den Zündzeitpunkt, das Luft-/Kraftstoffverhältnis, die Menge eingespritzten Kraftstoffs, die Ventilüberlappung usw. umfassen. Beispielsweise kann der Zündzeitpunkt vorverlegt und/oder die dem Motor gelieferte Kraftstoffmenge reduziert werden. Beispielsweise kann der Motor mit einem zweiten Betrag positiver Ventilüberlappung bei wenigstens einem Zylinder des Motors betrieben werden, wobei der zweite Ventilüberlappungsbetrag kleiner als der oben beschriebene im Schritt 604 verwendete Ventilüberlappungsbetrag ist. Als weiteres Beispiel kann der Motor mit einem zweiten Nachzündungswert bei wenigstens einem Zylinder des Motors betrieben werden, wobei der zweite Nachzündungswert kleiner als der im Schritt 604 verwendete Nachzündungswert ist. In manchen Beispielen kann der Motor mit einer zweiten Kraftstoffmenge betrieben werden, wobei die zweite Kraftstoffmenge kleiner als die im Schritt 604 verwendete erste Kraftstoffmenge ist.
In manchen Beispielen können während bestimmter Zustände, z. B. während Hochdrehzahl- und Hochlastmotorbetriebszuständen, die Ventile 124 und 126 geöffnet und das AGR-Ventil 120 geschlossen sein, um die Turbinenschnecken in Fluidkommunikation zu versetzen und dabei der AGR-Fluss zum Motor zu versperren. Auf diese Weise kann, z. B. während Hochdrehzahl- und Hochlastzuständen, über eine Verringerung des Abgasgegendrucks (z. B. ein verringertes Zylindervorauslassvolumen über Zweigkommunikation) die Turbinenleistung erhöht werden. Außerdem umfasst in manchen beispielhaften Ausführungsformen der Motor eventuell kein AGR-System, sondern eine Absperrklappe wie etwa die Ventile 124 und 126, die konfiguriert sind, um die Schnecken einer Doppelschnecken-Turbine fluidtechnisch zu kombinieren. Auf diese Weise kann während bestimmter Motorbetriebszustände, z. B. während Hochdrehzahl- und Hochlastmotorbetriebszuständen, die Turbinenleistung erhöht werden.
7 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 700 zum Betreiben eines Doppelschnecken-Turbomotors ohne AGR. Bei 702 umfasst das Verfahren 700 das Ermitteln, ob die Eintrittsbedingungen erfüllt sind. Wie oben beschrieben worden ist, kann das Trennen der Schnecken während mancher Zustände das Ansprechen der Aufladung und den Turbowirkungsgrad verbessern. Beispielsweise können die Bedingungen für die Verwendung getrennter Zwillingsschnecken zum Antreiben der Turbine Motorbetriebszustände umfassen, wo die Turbine auf Touren kommt, d. h. Motorbetriebszustände, wo die Drehzahl der Turbine von einer ersten Drehzahl auf eine zweite Drehzahl zunimmt, wobei die zweite Drehzahl größer als die erste Drehzahl ist, z. B. während Motorbeschleunigungszuständen.
So können die Eintrittsbedingungen Hochlast- und Niedrigdrehzahl-Motorbetriebsbedingungen umfassen, z. B. den Fall, dass von einer Bedienungsperson des Motors z. B. über ein Fahrpedal ein hohes Motordrehmoment gefordert wird. Beispielsweise können die Eintrittsbedingungen eine Motorlast, die größer als ein erster vorgegebener Schwellenwert ist, und eine Motordrehzahl, die kleiner als ein zweiter vorgegebener Schwellenwert ist, umfassen. Wenn bei 702 die Eintrittsbedingungen erfüllt sind, geht das Verfahren 700 zu 704 weiter.
Bei 704 umfasst das Verfahren 700 das Betreiben des Motors mit beiden in Fluidkommunikation stehenden Schnecken der Doppelschnecken-Turbine, jedoch ohne AGR. Beispielsweise können die Ventile 124 und 126 geöffnet und das AGR-Ventil 120 geschlossen sein, um die Turbinenschnecken in Fluidkommunikation zu versetzen und dabei den AGR-Fluss zum Motor zu versperren.
Bei 706 umfasst das Verfahren 700 das Einstellen von Betriebsparametern in Antwort auf das Betreiben des Motors ohne AGR und mit beiden in Fluidkommunikation stehenden Schnecken des Doppelschnecken-Systems. Solche Betriebsparameter können den Zündzeitpunkt, das Luft-/Kraftstoffverhältnis, die Menge eingespritzten Kraftstoffs, die Ventilüberlappung usw. umfassen. Beispielsweise kann der Zündzeitpunkt vorverlegt und/oder die dem Motor gelieferte Kraftstoffmenge reduziert werden.
Es sei angemerkt, dass die hier enthaltenen beispielhaften Systeme und Verfahren mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere irgendeiner Anzahl von Verarbeitungsstrategien wie etwa Ereignissteuerung, Unterbrechungssteuerung, Multitasking, Multithreading und dergleichen umfassen. Als solches können die erläuterten verschiedene Maßnahmen, Operationen oder Funktionen in der gezeigten Abfolge oder parallel ausgeführt werden oder in manchen Fällen weggelassen werden. Ähnlich ist, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Ausführungsformen zu erzielen, die Verarbeitungsreihenfolge nicht unbedingt erforderlich, jedoch zur Vereinfachung der Erläuterung und Beschreibung angegeben. Eine oder mehrere der erläuterten Maßnahmen oder Funktionen können in Abhängigkeit von der angewandten speziellen Strategie wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Maßnahmen graphischen Code repräsentieren, der in Form von Mikroprozessoranweisungen codiert und in dem computerlesbaren Speichermedium in dem Motorsteuersystem gespeichert ist.
Selbstverständlich sind die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen dem Wesen nach beispielhaft, wobei diese spezifischen Ausführungsformen, weil zahlreiche Veränderungen möglich sind, nicht in einschränkendem Sinn auszulegen sind. Beispielsweise kann die obige Technik auf V6-, I4-, I6-, V12- oder Vierzylinder-Boxermotortypen, Benzin- oder Dieselmotortypen oder andere Motortypen und Kraftstofftypen angewandt werden. Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Teilkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und weiteren Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart sind.
Die folgenden Ansprüche legen speziell bestimmte Kombinationen und Teilkombinationen, die als neuartig und nicht offensichtlich betrachtet werden, dar. Diese Ansprüche können auf ”ein” Element oder ”ein erstes” Element oder dessen Äquivalent verweisen. Solche Ansprüche umfassen selbstverständlich die Aufnahme eines oder mehrerer solcher Elemente, wobei sie zwei oder mehrere solche Elemente weder erfordern noch ausschließen. Durch Ergänzung der vorliegenden Ansprüche oder durch Präsentation neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung können weitere Kombinationen und Teilkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften beansprucht sein.
Solche Ansprüche, ob sie nun weiter, enger oder gleich gefasst oder im Umfang von den ursprünglichen Ansprüchen verschieden sind, werden ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst betrachtet.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Motors mit einer Doppelschnecken-Turbine (98) und einem AGR-System, das umfasst: während eines ersten Zustands das fluidtechnische Trennen der Schnecken (100, 102) der Doppelschnecken-Turbine und das Betreiben des Motors mit verringerter AGR und während eines zweiten Zustands das fluidtechnische Kombinieren der Schnecken der Doppelschnecken-Turbine und das Betreiben des Motors mit erhöhter AGR.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Zustand eine Motorlast, die größer als ein erster Schwellenwert ist, und eine Motordrehzahl, die kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite Zustand eine Motorlast, die größer als ein erster Schwellenwert ist, und eine Motordrehzahl, die größer als ein zweiter Schwellenwert ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei während des ersten Zustands der Motor mit einem ersten Ventilüberlappungsbetrag bei wenigstens einem Zylinder des Motors betrieben wird und während des zweiten Zustands der Motor mit einem zweiten Ventilüberlappungsbetrag bei dem wenigstens einen Zylinder des Motors betrieben wird, wobei der erste Ventilüberlappungsbetrag größer als der zweite Ventilüberlappungsbetrag ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei während des ersten Zustands der Motor mit einem ersten Nachzündungswert bei wenigstens einem Zylinder des Motors betrieben wird und während des zweiten Zustands der Motor mit einem zweiten Nachzündungswert bei dem wenigstens einen Zylinder betrieben wird, wobei der erste Nachzündungswert größer als der zweite Nachzündungswert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei während des ersten Zustands der Motor ohne AGR betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei während des ersten Zustands der Motor mit einer ersten Kraftstoffmenge betrieben wird und während des zweiten Zustands der Motor mit einer zweiten Kraftstoffmenge betrieben wird, wobei die erste Kraftstoffmenge größer als die zweite Kraftstoffmenge ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei während des zweiten Zustands beiden Schnecken der Doppelschnecken-Turbine über einen gemeinsamen AGR-Durchgang stromaufwärts der Doppelschnecken-Turbine AGR entnommen wird, wobei die jeder Schnecke der Doppelschnecken-Turbine entnommene AGR-Menge im Wesentlichen die gleiche ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner während eines dritten Zustands das fluidtechnische Kombinieren der Schnecken der Doppelschnecken-Turbine und das Betreiben des Motors ohne AGR umfasst.
Verfahren zum Betreiben eines Turbomotors mit einer Turbine, das umfasst: während eines ersten Zustands das Trennen von Motorabgasimpulsen zum Antreiben der Turbine und das Rückführen einer ersten Abgasmenge zum Motor und während eines zweiten Zustands das Kombinieren von Motorabgasimpulsen zum Antreiben der Turbine und das Rückführen einer zweiten Menge kombinierten Abgases zum Motor, wobei die zweite Abgasmenge größer als die erste Abgasmenge ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der erste Zustand Hochlast- und Niedrigdrehzahlmotorbetriebszustände umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der zweite Zustand Hochlast- und Hochdrehzahlmotorbetriebszustände umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, das ferner das Vergrößern der Ventilüberlappung während des ersten Zustands umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, das ferner das Verzögern des Zündzeitpunkts während des ersten Zustands umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, das ferner das Vorverlegen des Zündzeitpunkts während des zweiten Zustands umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, das ferner das Verringern der dem Motor gelieferten Kraftstoffmenge während des zweiten Zustands umfasst.
Turbomotor, der umfasst: eine erste Schnecke (100) und eine zweite Schnecke (102), die mit einer Turbine (92) fluidtechnisch gekoppelt sind, wobei die erste Schnecke mit einem ersten Satz von Motorzylindern (40, 46) gekoppelt ist und die zweite Schnecke mit einem zweiten Satz von Motorzylindern (42, 44) gekoppelt ist; eine erste AGR-Entnahmevorrichtung, die ein erstes Ventil (124) umfasst, wobei die erste AGR-Entnahmevorrichtung mit der ersten Schnecke fluidtechnisch gekoppelt ist; eine zweite AGR-Entnahmevorrichtung, die ein zweites Ventil (126) umfasst, wobei die zweite AGR-Entnahmevorrichtung mit der zweiten Schnecke fluidtechnisch gekoppelt ist; eine AGR-Leitung, die mit der ersten und der zweiten AGR-Entnahmevorrichtung gekoppelt ist; ein computerlesbares Speichermedium, das codierte Anweisungen enthält, die umfassen: Anweisungen, um während eines ersten Zustands das erste und das zweite Ventil zu schließen; Anweisungen, um während eines zweiten Zustands das erste und das zweite Ventil zu öffnen.
Motor nach Anspruch 17, wobei der erste Zustand Hochlast- und Niedrigdrehzahlmotorbetriebszustände umfasst.
Motor nach Anspruch 17, wobei der zweite Zustand Hochlast- und Hochdrehzahlmotorbetriebszustände umfasst.
Motor nach Anspruch 17, wobei das erste und das zweite Ventil Doppelabsperrklappen sind.
Motor nach Anspruch 20, wobei die Doppelabsperrklappen ein hindurchzirkulierendes Kühlmittel umfassen und wobei die Doppelabsperrklappen mit einer gemeinsamen Drehwelle gekoppelt sind.