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ANMERKUNG ZU STAATLICHER FORSCHUNG
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Diese Erfindung wurde mit Regierungsunterstützung mit der Vertragsnummer DE-FC26-07NT43271 gemacht, der durch das Energieministerium zuerkannt wurde. Die US-Regierung besitzt gewisse Rechte an dieser Erfindung.
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese Erfindung betrifft einen Turbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie beispielweise im Wesentlichen aus der
JP 2007 154 675 A bekannt.
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HINTERGRUND
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Der effiziente Gebrauch von Abgasrückführung (AGR) ist für alle modernen Verbrennungsmotoren wichtig, einschließlich sowohl Benzin- als auch Dieselmotoren. Der effiziente Gebrauch von AGR unterstützt allgemein die Aufgaben der Verwirklichung eines hohen Leistungsausgangs von diesen Motoren, während auch eine hohe Kraftstoffeffizienz und -wirtschaftlichkeit erreicht werden und zunehmend strengere Motoremissionsanforderungen erreicht werden. Die Verwendung einer Zwangsbeatmungsvorrichtung, insbesondere mit Turboladern und Superladern, in diesen Motoren wird häufig dazu verwendet, den Motoransaugluftmassenstrom und den Leistungsausgang des Motors zu erhöhen. Zusätzlich weisen Superlader mechanische Antriebskomponenten auf, wie Riemen, Zahnräder, Wellen oder Ketten, die mit der Kurbelwelle des Motors verbunden sind und Herausforderungen beim Motoreinbau darstellen können. Turbolader werden durch Abgas betrieben, so dass der effiziente Gebrauch von AGR und Zwangsbeatmung die synergistische Konstruktion dieser Systeme erfordert.
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Beispielsweise beschreibt die
DE 11 2006 003 468 T5 einen Turbolader, in dessen Turbine ein Teil des Abgases aus der Abgasleitung rückgeführt wird.
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Es ist erwünscht, turboaufgeladene oder superaufgeladene Motoren zu haben, die die Energie, die in dem Abgassystem verfügbar ist, effizient nutzen, um den gesamten Motorwirkungsgrad und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern. Ferner kann, da Motoren immer komplexer werden, das Einbauen verschiedener Komponenten eine Herausforderung für die Konstruktion des Turboladers oder Superladers darstellen. Beispielsweise kann, da Emissionsregulierungen immer strenger werden, ein eng gekoppelter Katalysatorwandler direkt an dem Turboladerabgasauslass montiert werden. Dies kann die Positionierung der AGR-Systemkomponenten, wie Abgasliefer- und -aufnahmekanäle beeinträchtigen. Demgemäß ermöglicht ein verbesserter Einbau des Turboladers, des Luftansaugsystems, des Abgassystems und des AGR-Systems den erweiterten Gebrauch von Turboladern und AGR-Systemen in einer Vielzahl von Anwendungen, was zu einer verbesserten Wirtschaftlichkeit und Leistungsfähigkeit führt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Turbolader zu schaffen, der diesen Anforderungen gerecht wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Diese Aufgabe wird mit einem Turbolader gelöst, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
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Ferner kann ein Kompressorgehäuse einen Kompressoreinlass in Fluidkommunikation mit einem Kompressorspiralgehäuse umfassen, das derart konfiguriert ist, ein Kompressorrad aufzunehmen, wobei der Kompressoreinlass derart konfiguriert ist, eine erste Luftströmung an das Kompressorrad zu liefern, und einen Kompressor-auslass in Fluidkommunikation mit dem Kompressorspiralgehäuse, wobei der Kompressorauslass derart konfiguriert ist, ein komprimiertes Gas an einen Ansaugkrümmer zu lenken. Das Kompressorgehäuse kann ferner einen Abgasrückführungseinlasskanal in Fluidkommunikation mit dem Kompressorspiralgehäuse aufweisen, wobei der Abgasrückführungseinlasskanal derart konfiguriert ist, eine Abgasströmung mit der Luftströmung zu dem Kompressorrad zu kombinieren.
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Ferner kann eine Zwangsluftbeatmungsvorrichtung einen Kompressor aufweisen, der ein Kompressorrad, das drehbar in einem Kompressorgehäuse eingerichtet ist, und einen Kompressoreinlass in dem Kompressorgehäuse umfasst, wobei der Kompressoreinlass in Fluidkommunikation mit einem Kompressorspiralgehäuse steht, das das Kompressorrad enthält. Zusätzlich kann die Vorrichtung einen Kompressorauslass in dem Kompressorgehäuse aufweisen, wobei der Kompressorauslass in Fluidkommunikation mit dem Kompressorspiralgehäuse steht, und einen Abgasrückführungseinlasskanal auf, der an dem Kompressorgehäuse angeordnet ist, wobei der Abgasrückführungseinlasskanal in Fluidkommunikation mit dem Kompressorspiralgehäuse steht.
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Die obigen Merkmale und Vorteile wie auch weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen leicht offensichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Andere Aufgaben, Vorteile und Einzelheiten sind in der folgenden detaillierten Beschreibung nur beispielhaft vorgesehen, wobei die detaillierte Beschreibung Bezug auf die Zeichnungen nimmt, in welchen
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1 ein schematisches Diagramm eines Verbrennungsmotors ist, der Merkmale der Erfindung verkörpert;
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2 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Turboladers ist;
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3 eine perspektivische Ansicht eines nicht beanspruchten Turboladers ist;
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4 eine perspektivische Ansicht eines anderen nicht beanspruchten Turboladers ist; und
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5 ein schematisches Diagramm eines weiteren Verbrennungsmotors ist;
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Die detaillierte Beschreibung erläutert die Erfindung zusammen mit Vorteilen anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Bezug nehmend auf 1 ist ein beispielhafter Verbrennungsmotor 10, in diesem Fall ein Reihen-Vier-Zylinder-Motor gezeigt, der ein Ansaugsystem 12 und ein Abgassystem 14 aufweist. Der Verbrennungsmotor weist eine Mehrzahl von Zylindern 16 auf, in die eine Kombination aus Verbrennungsluft und Kraftstoff eingeführt wird. Das Verbrennungs-Luft/Kraftstoff-Gemisch wird verbrannt, was in einer Hubbewegung von Kolben (nicht gezeigt) darin resultiert. Die Hubbewegung der Kolben rotiert eine Kurbelwelle (nicht gezeigt), um Antriebsleistung an einen Fahrzeugantriebsstrang (nicht gezeigt) oder an einen Generator oder einen anderen stationären Empfänger derartiger Leistung (nicht gezeigt) in dem Fall einer stationären Anwendung des Verbrennungsmotors 10 zu liefern.
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Der Verbrennungsmotor 10 weist einen Ansaugkrümmer 18 in Fluidkommunikation mit den Zylindern 16 auf, der eine komprimierte Ansaugladung von einem Kompressor in dem Ansaugsystem 12 aufnimmt und die Ladung an die Mehrzahl von Zylindern 16 liefert. Das Abgassystem 14 weist einen Abgaskrümmer 22 ebenfalls in Fluidkommunikation mit den Zylindern 16 auf, der derart konfiguriert ist, verbrannte Bestandteile der Verbrennungsluft und Kraftstoff (d. h. Abgas 24) zu entfernen und diese an einen abgasgetriebenen Turbolader 26 zu liefern, der in Fluidkommunikation damit angeordnet ist. Der abgasgetriebene Turbolader 26 weist ein Abgasturbinenrad 27 auf, das in einem Turbinengehäuse 28 aufgenommen ist. Das Turbinengehäuse weist einen Einlass 30 und einen Auslass 32 auf. Der Auslass 32 steht in Fluidkommunikation mit dem Rest des Abgassystems 14 und liefert das Abgas 24 an eine Abgasleitung 34. Die Abgasleitung 34 kann verschiedene Abgasnachbehandlungsvorrichtungen aufweisen, wie einen katalytischen Wandler 50. Wie gezeigt ist, ist der katalytische Wandler 50 eng mit dem Auslass 32 des Turboladers 26 gekoppelt und derart konfiguriert, verschiedene regulierte Bestandteile des Abgases 24 vor ihrer Freisetzung an die Atmosphäre zu behandeln.
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Der abgasgetriebene Turbolader 26 weist auch ein Ansaugladungskompressorrad 35 auf, das in einem Kompressorgehäuse 36 aufgenommen ist. Das Kompressorrad 35 ist durch eine Welle 37 mit dem Turbinenrad 27 gekoppelt. Das Kompressorgehäuse 36 weist einen Einlass 38 und einen Auslass 40 auf. Der Auslass 40 steht in Fluidkommunikation mit dem Ansaugsystem 12 und liefert eine komprimierte Ansaugladung 20 durch die Ansaugladungsleitung 42 an den Ansaugkrümmer 18. Die Ansaugladung 20 wird durch den Ansaugkrümmer 18 an die Zylinder 16 des Verbrennungsmotors 10 zur Mischung mit Kraftstoff und zur Verbrennung darin verteilt. In Reihe zwischen dem Kompressorgehäuseauslass 40 und dem Ansaugkrümmer 18 kann ein Kühler 44 für komprimierte Ansaugladung eingerichtet sein. Der Kühler 44 für komprimierte Ansaugladung nimmt (aufgrund von Kompression) erhitzte komprimierte Ansaugladung 20 von der Ansaugladungsleitung 42 auf und liefert diese nach der Kühlung der komprimierten Ansaugladung 20 darin an den Ansaugkrümmer 18 durch einen anschließenden Abschnitt der Ansaugladungsleitung 42.
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Wie in der 1 gezeigt ist, ist in Fluidkommunikation mit dem Abgassystem 14 ein Abgasrückführungs-(”AGR”)-System 80 angeordnet. Das AGR-System 80 weist eine AGR-Lieferleitung 82, eine AGR-Einlassleitung 84 und ein AGR-Ventil 85 auf. Die AGR-Lieferleitung 82 kann in Fluidkommunikation mit dem Turbinengehäuse 28 stehen und mit diesem gekoppelt sein. Zusätzlich steht die AGR-Einlassleitung 84 in Fluidkommunikation mit dem Kompressorgehäuse 36 und ist mit diesem gekoppelt. Die AGR-Lieferleitung 82 ist derart konfiguriert, einen Anteil des Abgases 24 von dem Turbinengehäuse 28 umzulenken und diesen an das Ansaugsystem 12 durch das Kompressorgehäuse 36 des abgasgetriebenen Turboladers 26 zu lenken oder rückzuführen. Wie gezeigt ist, steht das AGR-Ventil 85 in Signalkommunikation mit einem Steuermodul, wie dem Motorcontroller 60. Das AGR-Ventil 85 stellt auf Grundlage der jeweiligen Motorbetriebsbedingungen zu einem gegebenen Zeitpunkt die Volumenmenge an aufgenommenem Abgas 24 ein, die als rückgeführtes Abgas 81 an das Ansaugsystem 12 umgelenkt wird. Der Motorcontroller 60 sammelt Information bezüglich des Betriebs des Verbrennungsmotors 10 von den Sensoren 61a–61n, wie Temperatur (Ansaugsystem, Abgassystem, Motorkühlmittel, Umgebung, etc.), Druck, Abgassystembedingungen, Fahreranforderung, und kann als Folge davon die Strömung von Abgas 24 durch das AGR-Ventil 85 zur Mischung mit frischer Luft 72 einstellen, um die komprimierte Ansaugladung 20 zu bilden. Der hier verwendete Begriff ”Controller” betrifft eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Infolgedessen kann die komprimierte Ansaugladung 20 eine kontinuierlich variable Kombination aus frischer Luft 72 und Abgas 24 abhängig von der angewiesenen Größe an AGR durch den Controller 60 umfassen. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Abgaslieferung 86 von der Abgasleitung 34 entweder stromaufwärts oder stromabwärts des katalytischen Wandlers 50 an das AGR-Ventil 85 umgelenkt werden. Bei einer noch weiteren Ausführungsform steht der AGR-Einlass 87 in Fluidkommunikation mit der Ansaugladungsleitung 42, wodurch das Abgas zur Mischung mit der Luftansaugladung 20 stromabwärts des Turboladers 26 gelenkt wird.
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Die AGR-Lieferleitung 82 ist mit dem Turbinengehäuse 28 über einen Lieferkanal nahe dem Abgasauslass 32 gekoppelt. Die Abgasströmung 24 gelangt durch das Turbinenrad 27, das in dem Turbinengehäuse 28 angeordnet ist. Die AGR-Lieferleitung 82 nimmt einen Anteil von Abgasströmung 24 von der Kammer, der durch den Abgasauslassabschnitt 32 geführt wird, vor Behandlung der Abgasströmung 24 durch den katalytischen Wandler 50 auf. Eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Turboladers 26 und des AGR-Systems 80 wird nachfolgend detailliert unter Bezugnahme auf die 1 beschrieben.
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Nun Bezug nehmend auf die 1 und 2 weist der erfindungsgemäße Turbolader 88 einen Turbinenabschnitt 89 und einen Kompressorabschnitt 90 auf. Der Turbinenabschnitt 89 weist ein Turbinengehäuse 92 auf, und der Kompressorabschnitt 90 weist ein Kompressorgehäuse 94 auf. Das Turbinengehäuse 92 und das Kompressorgehäuse 94 sind durch ein Wellengehäuse 96 gekoppelt. Der Turbolader 88 weist auch einen Wastegate- bzw. Ladedruckregelventil-Controller 98 auf, der derart konfiguriert ist, eine gewählte Strömung von Abgas durch einen Ladedruckregelventil-Durchgang 100 zu steuern. Das Turbinengehäuse 92 weist einen Abgaseinlass 102 auf, der derart konfiguriert ist, Abgasströmung 24, 1, von dem Abgaskrümmer 22 aufzunehmen. Die Abgasströmung 24 treibt eine Rotation des Turbinenrades 27, das in dem Turbinenspiralgehäuse 104 des Turbinengehäuses 92 angeordnet ist, an. Das Turbinengehäuse 92 weist auch einen Abgasauslass 106 auf, der eine Abgasströmung 24 von dem Turbinenspiralgehäuse 104 zu dem Abgassystem 34 lenkt. Ein AGR-Lieferkanal 108 befindet sich an dem Abgasauslass 106 und steht mit diesem in Fluidkommunikation. Der AGR-Lieferkanal 108 ist derart konfiguriert, einen Anteil von Abgas 24 von dem Turbinenspiralgehäuse 104 an die AGR-Lieferleitung 82 zu lenken. Die AGR-Lieferleitung 82 lenkt das Abgas 24 an das AGR-Ventil 85, wobei eine gewählte Menge der Abgasströmung 24 an den Luftansaugkrümmer 18 über geeignete Leitungen oder eine geeignete Verrohrung, wie die AGR-Einlassleitung 84 und das Kompressorspiralgehäuse 110, gelenkt wird, die die Abgasströmung 24 an die Ansaugladungsleitung 42 lenkt.
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Das Turbinenrad 27 in dem Turbinengehäuse 28, 92 ist durch die Welle 37 (1) in dem Wellengehäuse 96 mit dem Kompressorrad 35 in dem Kompressorgehäuse 94 gekoppelt. Das Wellengehäuse 96 weist auch Lager (nicht gezeigt) auf, um eine Rotation der Welle 37 zu ermöglichen. Das Kompressorgehäuse 94 weist einen Lufteinlass 109, ein Kompressorspiralgehäuse 110 und einen Auslass 112 für komprimierte Luft bzw. einen Druckluftauslass 112 auf. Der Lufteinlass 109 nimmt frische Luft 72 auf und lenkt die Luft an das Kompressorrad 35 in dem Kompressorspiralgehäuse 110. Die komprimierte Luft wird von dem Kompressorspiralgehäuse 110 an den Auslass 112 für komprimierte Luft gelenkt, wo die Luftansaugladung 20 dann an den Motor 10 durch das Ansaugsystem 12 geführt wird. Erfindungsgemäß steht ferner ein AGR-Lieferkanal 114 in Fluidkommunikation mit dem Ladedruckregelventil-Durchgang 100 und befindet sich an diesem, wo ein Anteil der Abgasströmung 24, der durch den Durchgang 100 geführt wird, durch das AGR-System 80 zur Mischung mit der Frischluft an der Ansaugung 38 geführt werden kann. Die Abgasströmung durch den AGR-Lieferkanal 114 ist stromaufwärts des Turbinenrades angeordnet und befindet sich daher bei einem höheren Druck relativ zu der Abgasströmung stromabwärts des Turbinenrades 27. Erfindungsgemäß ist in das Turbinengehäuse 92 der AGR-Lieferkanal 114 und der AGR-Lieferkanal 108 integriert. Das Turbinengehäuse 92 und die AGR-Lieferkanäle 108 und 114 können durch ein beliebiges geeignetes Verfahren erzeugt werden, wie maschinelle Bearbeitung der Teile, Gießen eines einzelnen Teiles oder durch Gießen einer Mehrzahl von Teilen und Koppeln derselben über Schweißnähte oder Befestigungseinrichtungen. Die Teile können aus einem beliebigen geeigneten beständigen Material geformt sein, wie Gusseisen, rostfreiem Stahl oder einer Stahllegierung.
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Wie hier diskutiert ist, können die Turbolader gemäß den 2–4 im Wesentlichen ähnliche Komponenten aufweisen, obwohl nicht jede Komponente in jeder Figur gezeigt sein muss, wobei die veranschaulichten Ausführungsformen dazu verwendet werden, bestimmte Abschnitte des Turboladers und/oder AGR-Systemkonfigurationen zu beschreiben.
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Die AGR-Lieferleitung 82 und die AGR-Lieferkanäle 108 und 114 sehen einen verbesserten Einbau für zunehmend komplexere Motoren durch Bereitstellung einer AGR-Integration in den Turbolader 88 vor. Zusätzlich sieht die Konfiguration eine Flexibilität für eine Vielzahl von Motoren und Anwendungen vor. Durch Integration der AGR-Lieferkanäle 108 und 114 in dem Turbinengehäuse 92 sehen die Ausführungsformen ein vereinfachtes System vor, um Kosten zu reduzieren und Produktionszeit zu reduzieren. Überdies sehen die Ausführungsformen einen verbesserten Motorwirkungsgrad vor, in dem eine Lieferung von Abgas 24 von dem Turbolader 88 stromaufwärts des eng gekoppelten katalytischen Wandlers 50 ermöglicht wird. Wie hier diskutiert ist, wird der Begriff Spiralgehäuse dazu verwendet, ein Gehäuse zu bezeichnen, das ein Teil eines Turboladers oder Superladers sein kann. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Spiralgehäuse ein Gehäuse, das derart konfiguriert ist, dass es ein Rad, wie ein Kompressorrad 35 aufnimmt.
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Nun Bezug nehmend auf die 1 und 3 weist ein nicht beanspruchter Turbolader 120 einen Turbinenabschnitt 122 und einen Kompressorabschnitt 124 auf. Der Turbinenabschnitt 122 weist ein Turbinengehäuse 126 auf, und der Kompressorabschnitt 124 weist ein Kompressorgehäuse 128 auf. Das Turbinengehäuse 126 und der Kompressorabschnitt 124 sind durch ein Wellengehäuse (nicht gezeigt) gekoppelt. Der Turbolader 120 weist ferner einen Ladedruckregelventil-Controller 130 auf, der derart konfiguriert ist, eine Strömung von Abgas durch einen Ladedruckregelventil-Durchgang (nicht gezeigt) zu ermöglichen. Das Turbinengehäuse 126 weist einen Abgaseinlass 132 auf, der derart konfiguriert ist, eine Abgasströmung 24 von dem Abgaskrümmer 22 aufzunehmen. Die Abgasströmung 24 durch ein Turbinenspiralgehäuse in dem Turbinengehäuse 126 treibt eine Rotation des Turbinenrades 27 an. Das Turbinengehäuse 126 weist auch einen Abgasauslass (nicht gezeigt) auf, der eine Abgasströmung 24 von dem Turbinenspiralgehäuse an das Abgassystem 34 und den katalytischen Wandler 50 lenkt.
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Das Kompressorgehäuse 128 weist einen Lufteinlass 134, ein Kompressorspiralgehäuse 136, einen Kompressorauslass 138 und einen AGR-Einlasskanal 140 auf. Der Lufteinlass 134 nimmt frische Luft 72 auf und lenkt die Strömung an das Kompressorrad 35 in dem Kompressorspiralgehäuse 136. Wie gezeigt ist, steht der AGR-Einlasskanal 140 in Fluidkommunikation mit dem Lufteinlass 134, wodurch eine Kombination von Abgas 24 mit frischer Luft 72 ermöglicht wird. Der AGR-Einlasskanal 140 kann Abgas 24 von der AGR-Einlassleitung 84 und dem AGR-Ventil 85 aufnehmen, wobei das AGR-Ventil 85 das Abgas von der AGR-Lieferleitung 82 aufnimmt, die mit dem AGR-Lieferkanal 108 gekoppelt ist, wie in 2 gezeigt ist. Bei einer anderen Ausführungsform nimmt der AGR-Einlasskanal 140 Abgas 24 von der AGR-Leitung 86 auf, die mit der Abgasleitung 34 gekoppelt ist, und lenkt das Abgas 24 durch das AGR-Ventil 85 durch die AGR-Einlassleitung 84 an den AGR-Einlasskanal 140. Gemäß 3 bildet die Anordnung des AGR-Einlasskanales 140, die mit dem Lufteinlass 134 in Fluidkommunikation steht und sich daran befindet, eine kombinierte Strömung von AGR-Abgas und Frischluft 72 zu dem Kompressorrad. Der AGR-Einlasskanal 140 kann stromaufwärts des Kompressorrades positioniert sein, der die AGR-Strömung bei einem geringeren Druck relativ zu der Gasströmung stromaufwärts des Kompressorrades liefert. Demgemäß sieht das Kompressorrad 35 eine Kompression und Druckbeaufschlagung des Gemisches der Frischluft 20 und des AGR-Abgases vor und lenkt das Gemisch der Ansaugladung 20 durch den Kompressorauslass 138. Das Gemisch aus komprimierter Luft und AGR-Gas wird dann an den Motor 10 durch das Ansaugsystem 12 geführt. Wie hier diskutiert ist, beschreiben die Begriffe stromaufwärts und stromabwärts die Position von Komponenten oder Teilen des Turboladers oder AGR-Systems in Bezug auf die Strömung von Gas, Luft, Abgas oder einer Kombination daraus durch das System. Ferner ist der Druck der Fluidströmung stromaufwärts eines Turbinenrades größer als ein Fluidströmungsdruck stromabwärts des Turbinenrades. Überdies ist der Druck der Fluidströmung stromaufwärts eines Kompressorrades kleiner als der Fluidströmungsdruck stromabwärts des Kompressorrades. Die Integration des AGR-Einlasskanales 140 mit dem Kompressorgehäuse 128 sieht eine Herstellungs- und Konstruktionsflexibilität über einen vereinfachten Einbau für eine Vielzahl von Verbrennungsmotoren vor.
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Nun Bezug nehmend auf die 1 und 4 weist ein nicht beanspruchter Turbolader 150 einen Turbinenabschnitt 152 und einen Kompressorabschnitt 154 auf. Der Turbinenabschnitt 152 weist ein Turbinengehäuse 156 auf, während der Kompressorabschnitt 154 ein Kompressorgehäuse 158 aufweist. Das Wellengehäuse 160 koppelt das Turbinengehäuse 156 und das Kompressorgehäuse 158. Der Turbolader 150 weist einen Ladedruckregelventil-Controller 162 auf, der derart konfiguriert ist, eine Strömung von Abgas durch einen Ladedruckregelventil-Durchgang 163 zu steuern. Das Turbinengehäuse 156 weist einen Abgaseinlass 164 auf, der derart konfiguriert ist, eine Abgasströmung 24 von dem Abgaskrümmer 22 aufzunehmen. Die Abgasströmung 24 treibt eine Rotation des Turbinenrades 27 an, das in einem Turbinenspiralgehäuse 166 des Gehäuses 156 angeordnet ist. Das Turbinengehäuse 156 weist auch einen Abgasauslass 168 auf, der eine Abgasströmung 24 von dem Turbinenspiralgehäuse 166 an den katalytischen Wandler 50, die Abgasleitung 34 oder andere Abgasbehandlungsvorrichtungen lenkt.
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Das Turbinenrad 27 in dem Turbinengehäuse 156 ist durch eine Welle (nicht gezeigt) mit einem Kompressorrad 35 in dem Kompressorgehäuse 158 gekoppelt. Das Kompressorgehäuse 158 weist einen Lufteinlass 170, ein Kompressorspiralgehäuse 172, einen Kompressorauslass 174 und einen AGR-Einlasskanal 176 auf. Wie gezeigt ist, nimmt der Lufteinlass 170 frische Luft 72 auf und lenkt eine Luftströmung an das Kompressorrad 35 in dem Kompressorspiralgehäuse 172. Komprimierte frische Luft 72 wird von dem Kompressorspiralgehäuse 172 an den Kompressorauslass 174 gelenkt. Der AGR-Einlasskanal 176 steht in Fluidkommunikation mit dem Kompressorauslass 174. Bei einer beispielhaften Ausführungsform nimmt der AGR-Einlasskanal 176 das Abgas 24 von der AGR-Einlassleitung 84 des AGR-Systems 80 auf, wobei die Einlassleitung 84 das Abgas von der AGR-Lieferleitung 82 aufnimmt, die mit dem AGR-Lieferkanal 108 gekoppelt ist, wie in den 2 und 4 gezeigt ist. Bei einer anderen Ausführungsform nimmt der AGR-Einlasskanal 176 das Abgas 24 von der AGR-Leitung 86 auf, die mit der Abgasleitung 34 gekoppelt ist, und lenkt das Abgas 24 durch das AGR-Ventil 85 durch die AGR-Einlassleitung 84 an den AGR-Einlasskanal 176. Wie in den 4 gezeigt ist, wird eine kombinierte Strömung aus Abgas 24 von dem AGR-Einlasskanal 176 und frischer Luft 72 von dem Kompressorspiralgehäuse 172 an den Motoransaugkrümmer 18 gelenkt. Zusätzlich ist der AGR-Einlasskanal 176 stromabwärts des Kompressorrades 35 positioniert und liefert die AGR-Strömung bei einem Druck, der größer als der Druck der Luftströmung stromaufwärts des Kompressorrades ist. Demgemäß sieht das Kompressorrad 35 eine Kompression und Druckbeaufschlagung der frischen Luft vor, die dann an den Kompressorauslass 174 gelenkt wird, wo die komprimierte Luft mit dem Abgas 24 gemischt wird, um die Ansaugladung 20 zu bilden, die von dem Kompressorauslass 174 an den Motor 10 über das Ansaugsystem 12 geführt wird. Die Integration des AGR-Einlasskanales 176 mit dem Kompressorgehäuse 158 sieht eine Herstellungs- und Konstruktionsflexibilität über einen vereinfachten Einbau für eine Vielzahl von Verbrennungsmotoren vor.
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Gemäß den 3 und 4 steht die AGR-Einlassleitung 84 (1) in Fluidkommunikation mit einem AGR-Einlasskanal (140, 176), der mit dem Kompressorgehäuse 36 gekoppelt oder an diesem angeordnet ist. Eine gewählte Menge an rückgeführter Abgasströmung 81 wird von einer Abgaslieferung, wie einem Turbinengehäuse 28 oder einer Abgasleitung 34, durch das AGR-Ventil 85 an die Einlassleitung 84 geführt. Die rückgeführte Abgasströmung 81 wird in das Kompressorgehäuse 36 eingeführt, wodurch die Komplexität der AGR-Verrohrung oder -Leitungen (82, 84, 85) reduziert wird. Daher sehen der AGR-Einlasskanal (140, 176) und die Einlassleitung 84 einen verbesserten und vereinfachten Einbau für zunehmend komplexere Motoren durch Bereitstellung einer AGR-Integration in den Turbolader (120, 150) vor. Zusätzlich sieht die Konfiguration eine Flexibilität für eine Vielzahl von Motorkonfigurationen und Anwendungen vor. Durch Integration des AGR-Einlasskanales (140, 176) mit dem Kompressorgehäuse (128, 158) wird ein vereinfachtes System vorgesehen, um Kosten zu reduzieren und Produktionszeit zu reduzieren. Überdies wird ein verbesserter Motorwirkungsgrad vorgesehen, in dem eine Lieferung von Abgas 24 von dem Turbolader (120, 150) stromaufwärts des eng gekoppelten katalytischen Wandlers 50 ermöglicht wird.
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Die beispielhaften AGR-Lieferkanäle und AGR-Einlasskanäle können in Kombination oder mit alternativen Anordnungen für Luftansaugsysteme, Turbolader, Superlader oder Abgassysteme verwendet werden. Beispielsweise kann der AGR-Lieferkanal 108 eine rückgeführte Abgasströmung liefern, die an den AGR-Abgaseinlasskanal 140 und/oder den AGR-Abgaseinlasskanal 176 gelenkt ist. Bei einer Ausführungsform, die den AGR-Lieferkanal 108 und den AGR-Abgaseinlasskanal 140 aufweist, wird bei relativ geringem Druck befindliches Abgas von dem Kanal 108 an eine bei relativ geringem Druck vorliegende Luftströmung an Einlasskanal 140 gelenkt. Bei einer anderen Ausführungsform, die den AGR-Lieferkanal 108 und den AGR-Abgaseinlasskanal 176 aufweist, wird das Abgas von dem Kanal 108 an eine auf relativ hohem Druck komprimierte Luftströmung an dem Einlasskanal 176 gelenkt. Bei einer noch weiteren Ausführungsform, die den AGR-Lieferkanal 114 (2) und den AGR-Abgaseinlasskanal 176 aufweist, wird ein bei relativ hohem Druck befindliches Abgas von dem Kanal 114 an eine auf relativ hohem Druck komprimierte Luftströmung an dem Einlasskanal 176 gelenkt. Bei einer Ausführungsform, die den AGR-Lieferkanal 114 und den AGR-Abgaseinlasskanal 140 aufweist, wird das bei relativ hohem Druck befindliche Abgas von dem Kanal 114 an eine bei relativ geringem Druck befindliche Luftströmung an dem Einlasskanal 140 gelenkt. Bei Ausführungsformen können der Turbinenabschnitt 152 und der Kompressorabschnitt 154 getrennt sein, wobei der Kompressorabschnitt 154 durch einen Elektromotor angetrieben wird. Demgemäß werden der Turbinenabschnitt 152 und der Kompressorabschnitt 154 funktionell durch solche nicht beschränkenden Beispiele, wie elektrische Leiter oder eine mechanische Vorrichtung, z. B. eine Welle, gekoppelt.
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Die Kompressoren 124 und 154, die in den 3 bzw. 4 gezeigt sind, können auch in verschiedenen Zwangsluftbeatmungsvorrichtungen verwendet werden, wie dem beispielhaften Superlader und Motor, die in 5 gezeigt sind. Wie in 5 ist, weist ein Verbrennungsmotor 10 einen Ansaugkrümmer 18 in Fluidkommunikation mit Zylindern 16 auf, die eine komprimierte Ansaugladung von einem Kompressor in dem Ansaugsystem 12 aufnehmen. Das Abgassystem 14 weist einen Abgaskrümmer 22 ebenfalls in Fluidkommunikation mit Zylindern 16 auf, der derart konfiguriert ist, verbrannte Bestandteile der Verbrennungsluft und -Kraftstoff (d. h. Abgas 24) zu entfernen und diese an eine Abgasleitung 34 zu liefern. Die Abgasleitung steht in Fluidkommunikation mit dem Rest des Abgassystems 14 und liefert das Abgas 24 an verschiedene Abgasnachbehandlungsvorrichtungen, wie einen katalytischen Wandler.
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Das Ansaugsystem 12 weist auch einen Ansaugladungskompressor oder motorgetriebenen Superlader 200 mit einem Gehäuse 202 auf, das einen Einlass 204 und einen Auslass 206 aufweist. Der Auslass 206 steht in Fluidkommunikation mit dem Ansaugsystem 12 und liefert eine komprimierte Ansaugladung 20 durch eine Ansaugladungsleitung 42 an den Ansaugkrümmer 18 zur Lieferung an die Zylinder 16 des Verbrennungsmotors 10 zur Mischung mit Kraftstoff und zur Verbrennung darin. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist zwischen dem Kompressorgehäuseauslass 206 und dem Ansaugkrümmer 18 in Reihe ein Kühler 44 für komprimierte Ansaugladung eingerichtet. Der Kühler 44 für komprimierte Ansaugladung empfängt die (aufgrund der Kompression der Ansaugladung und Zusatz von heißem AGR) erhitzte komprimierte Ansaugladung 20 von der Ansaugladungsleitung 42 und liefert diese nach der Kühlung der komprimierten Ansaugladung 20 darin an den Ansaugkrümmer 18 durch einen nachfolgenden Abschnitt der Ansaugladungsleitung 42. Der Ansaugladungskühler 44 umfasst einen Einlass 46 und einen Auslass 48 zur Zirkulation eines Kühlmediums 51 (wie ein typisches glykolbasiertes Kraftfahrzeugkühlmittel oder ein anderes geeignetes Medium zur effektiven Wärmeübertragung in einem Wärmetauscher) hindurch.
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In Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 34 des Abgassystems 14 ist eine Leitung 59 zur Abgasrückführung (”AGR”) angeordnet. Die AGR-Leitung 59 ist derart konfiguriert, einen Anteil des Abgases 24 von der Abgasleitung 34 umzulenken und diesen an das Ansaugsystem 12 des Verbrennungsmotors 10 durch die AGR-Leitung 61, das AGR-Ventil 58, den AGR-Einlasskanal 210 und Einlass 204 des motorgetriebenen Superladers 200 rückzuführen oder zu rezirkulieren. Der AGR-Einlasskanal 210 ist an dem Einlass 204 angeordnet und kombiniert eine Strömung von rückgeführtem Abgas 25 mit der Frischluftströmung 42 stromaufwärts des Kompressorrades 212 des Superladers. Daher befindet sich die Strömung von Abgas und Luft an dem AGR-Einlasskanal 210 bei einem geringeren Druck relativ zu dem Strömungsdruck stromabwärts (20) des Kompressorrades 212. Zusätzlich kann der zweite AGR-Einlasskanal 214 an oder nahe dem Kompressorgehäuseauslass 206 angeordnet sein, wobei das rückgeführte Abgas 24 mit einer komprimierten Luftströmung kombiniert wird, wobei eine Ansaugladung 20 gebildet wird. Daher befindet sich die Strömung von Abgas und Luft an dem Einlasskanal 214 bei einem Druck, der größer als der der Luftströmung (72) stromaufwärts des Kompressorrades 212 ist. Bei Ausführungsformen können entweder eines oder eine Kombination aus den AGR-Einlasskanälen 210 und 214 zusammen mit den zugeordneten AGR-Leitungen verwendet werden, um eine rückgeführte Abgasströmung zur Mischung mit Luft zu liefern.
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Das AGR-Ventil 58, das in Signalkommunikation mit einem Steuermodul, wie einem Controller 60, steht, stellt auf Grundlage der jeweiligen Motorbetriebsbedingungen zu einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt die Volumenmenge von rückgeführtem Abgas 25 ein, die an das Ansaugsystem 12 geliefert wird. Der Motorcontroller 60 sammelt Information bezüglich des Betriebs des Verbrennungsmotors 10 von den Sensoren 61a bis 61n, wie Temperatur (Ansaugsystem, Abgassystem, Motorkühlmittel, Umgebung, etc.), Druck, Abgassystembedingungen, Fahreranforderung wie auch die Temperatur der komprimierten Ansaugladung, die durch einen Temperatursensor (nicht gezeigt) geliefert wird, und kann als Resultat die Strömung des rückgeführten Abgases 25 durch das AGR-Ventil 58 und in die komprimierte Ansaugladung 20 einstellen. Als Folge davon kann die komprimierte Ansaugladung 20 eine kontinuierlich variable Kombination aus Frischluft 72 und rückgeführtem Abgas 25 abhängig von dem angewiesenen Grad an AGR-Strömung durch den Controller 60 umfassen. Demgemäß sieht die gezeigte Konfiguration des AGR-Systems, Ansaugsystems und Superladers einen verbesserten Einbau und eine vereinfachte Konstruktion vor, wodurch Kosten reduziert und ein verbesserter Motorwirkungsgrad ermöglicht werden.
