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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Turboladersystem mit einem in einen Zylinderkopf integrierten Wastegate-Ventil.
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Turbolader können in Motoren verwendet werden, um eine Aufladung für eine erhöhte Motorleistungsabgabe zu gewährleisten oder eine Verkleinerung des Motors zu ermöglichen. Es kann jedoch wünschenswert sein, die dem Motor zugeführte Aufladungshöhe unter bestimmten Betriebsbedingungen einzustellen. Deshalb sind in Turbinen-Bypässen positionierte Turbolader-Wastegates implementiert worden. Wastegates können auch die Temperatur von zu stromabwärtigen Komponenten geleitetem Abgas im Vergleich zu durch die Turbine geleitetem Abgas erhöhen. Folglich können Abgasreinigungsvorrichtungen, wie zum Beispiel stromabwärts der Turbine positionierte Katalysatoren, schneller die Anspringtemperatur erreichen.
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Die
US 2011/0099998 offenbart zum Beispiel eine Turbine mit einem Wastegate und einem Turbinen-Bypass, die in das Gehäuse der Turbine integriert sind, um eine Aufladungseinstellung des Motors zu ermöglichen.
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Die Erfinder haben mehrere Nachteile bei dem in der
US 2011/0099998 offenbarten Wastegate erkannt. Das Turbinengehäuse kann dem Turbinen-Bypass und -wastegate Designzwänge auferlegen. Folglich kann die Länge des Turbinen-Bypasses vergrößert sein, wodurch sich der Abgasstromweg zwischen den Zylindern und den stromabwärtigen Abgasreinigungsvorrichtungen vergrößert, wenn kein Turbinenbetrieb erwünscht ist und das Wastegate geöffnet ist. Dies kann zum Beispiel zu verstärkter Emission bei Kaltstarts führen. Um den hohen Temperaturen um die Turbine herum zu widerstehen, können das Wastegate und die Turbinen-Bypassleitung aus Materialien hergestellt sein, die einen hohen Wärmewiderstand besitzen. Solche Materialien sind jedoch kostspielig, wodurch sich die Kosten des Turboladers und des Motors erhöhen.
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Die vorliegenden Erfinder haben mindestens einige der obigen Aspekte erkannt und ein Turboladersystem entwickelt. Das Turboladersystem kann einen Zylinderkopf, der einen Teil einer Brennkammer bildet und einen integrierten Auslasskrümmer enthält, der mit der Brennkammer in Strömungsverbindung steht, und ein im Zylinderkopf positioniertes Wastegate-Ventil, das einen mit dem integrierten Auslasskrümmer in Strömungsverbindung stehenden Einlass und einen mit einem Auslass einer stromabwärts des integrierten Auslasskrümmers positionierten Turbine in Strömungsverbindung stehenden Auslass enthält, enthalten.
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Wenn das Wastegate-Ventil im Zylinderkopf positioniert ist, kann die Länge der Turbinen-Bypassleitung (in der das Wastegate positioniert ist) reduziert werden, wodurch die Temperatur der einer stromabwärtigen Abgasreinigungsvorrichtung zugeführten Abgase bei Kaltstarts erhöht wird. Die Verkleinerung der Bypass-Leitungslänge kann zum Beispiel durch Beseitigen der durch die Integration der Turbinen-Bypassleitung in das Gehäuse der Turbine auferlegten Designzwänge erreicht werden. Infolgedessen kann die Abgasreinigungsvorrichtung im Vergleich zu einem Turboladersystem mit einer sich außerhalb des Zylinderkopfs befindenden Wastegate-Position schneller Anspringtemperaturen erreichen.
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In einigen Beispielen kann das Turboladersystem ferner einen Zylinderkopfkühlmantel enthalten, der einen ein Gehäuse des Wastegate-Ventils durchquerenden Kühlmittelkanal enthält. Auf diese Weise dient der Zylinderkopfkühlkreislauf nicht nur der Bereitstellung von Kühlung für den Zylinderkopf, sondern auch für das Wastegate-Ventil, falls erwünscht.
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Die obigen Vorteile und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, alleine betrachtet oder in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, leicht hervor.
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Es versteht sich, dass die obige Kurzdarstellung dazu vorgesehen ist, in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Sie soll keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstands aufzeigen, dessen Schutzbereich einzig durch die der ausführlichen Beschreibung folgenden Ansprüche definiert wird. Des Weiteren ist der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem anderen Teil dieser Offenbarung angeführten Nachteile lösen. Darüber hinaus sind die obigen Aspekte von den vorliegenden Erfindern erkannt worden, und ihres Wissens nach nicht bekannt.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Motors, der ein Turboladersystem enthält; und
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2 zeigt ein Verfahren zum Betrieb eines Turboladersystems.
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Es wird hierin ein Turboladersystem mit einem in einen Zylinderkopf integrierten Wastegate-Ventil beschrieben. Die Integration des Wastegate-Ventils in den Zylinderkopf ermöglicht mehr als eine bloße Reduzierung von Komponenten und/oder Komplexität, sondern sie stellt mehrere synergistische Wirkungen bereit, die die Motorleistung verbessern können. Solch ein Ansatz ermöglicht zum Beispiel, dass der Zylinderkopf (anstelle des Turboladergehäuses oder zusätzlich dazu) als eine Wärmesenke für das Wastegate dient, wodurch die Temperatur des Wastegates verringert und die Wahrscheinlichkeit einer thermischen Beeinträchtigung des Wastegates vermindert wird. Dies gilt insbesondere für einen integrierten Auslasskrümmer mit Kühlmittelkanälen im Kopf, wodurch eine Verbesserung des Wärmeabfuhrvermögens bereitgestellt wird. Auf diese Weise kann das Wastegate-Ventil durch den Zylinderkopfkühlkreislauf gekühlt werden, wenn der Motor und/oder das Wastegate-Ventil bei erhöhten Temperaturen, wie zum Beispiel über einer Sollbetriebstemperatur, betrieben werden. Folglich kann der Zylinderkopfkühlkreislauf zur Bereitstellung mehrerer Wirkungen dienen, wodurch die Kosten des Motors über die bloße Integration des Wastegates in den Zylinderkopf hinaus verringert werden. Darüber hinaus kann die Länge der Turbinen-Bypassleitung, in der das Wastegate positioniert ist, aufgrund der Positionierung des Zylinderkopfs bezüglich des Turboladergehäuses reduziert werden, wodurch die Temperatur der einer stromabwärtigen Abgasreinigungsvorrichtung zugeführten Abgase zum Beispiel bei Kaltstarts, wenn das Wastegate geöffnet ist, erhöht wird. Infolgedessen kann die Abgasreinigungsvorrichtung schneller Anspringtemperaturen erreichen.
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1 ist ein Schemadiagramm, das einen Mehrzylindermotor 10, der einen Zylinderkopf 11 enthält, zeigt. Der Zylinderkopf 11 kann in einem Beispiel aus einem einzigen durchgängigen Materialstück hergestellt sein. Insbesondere enthält der Motor 10 zwei Zylinder in einer Reihenkonfiguration. Es versteht sich jedoch, dass in anderen Beispielen eine andere Anzahl von Zylindern und/oder eine andere Zylinderkonfiguration verwendet werden kann/können. Zum Beispiel kann der Motor 4 Zylinder in einer Reihenkonfiguration, 4 Zylinder in einer V-Konfiguration usw. enthalten.
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Der Motor 10 kann in einem Antriebssystem eines Fahrzeugs 100 enthalten sein, in dem ein Abgasensor 126 (zum Beispiel ein Luft-Kraftstoffsensor) zur Bestimmung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des durch dem Motor 10 erzeugten Abgases verwendet werden kann. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann (zusammen mit anderen Betriebsparametern) zur Regelung des Motors 10 in verschiedenen Betriebsmodi verwendet werden. Der Motor 10 kann durch ein die Steuerung 12 enthaltendes Steuersystem und durch Eingabe von einem Fahrzeugführer 132 über eine Eingabevorrichtung 130 zumindest teilweise gesteuert werden. In diesem Beispiel enthält die Eingabevorrichtung 130 ein Fahrpedal und einen Pedalstellungssensor 134 zur Erzeugung eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Die Zylinder (das heißt die Brennkammer) 30 des Motors 10 kann Brennkammerwände mit einem (nicht gezeigten) darin positionierten Kolben enthalten. Die Kolben können so mit einer (nicht gezeigten) Kurbelwelle gekoppelt sein, dass eine Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgewandelt wird. Die Kurbelwelle kann darüber hinaus über ein Zwischengetriebesystem mit mindestens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs gekoppelt sein. Des Weiteren kann ein Startermotor über ein Schwungrad mit der Kurbelwelle gekoppelt sein, um einen Startbetrieb des Motors 10 zu ermöglichen.
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Der Zylinder 30 kann Einlassluft von dem Einlasskrümmer 44 über den Einlasskanal 42 empfangen und kann Verbrennungsgase über einen integrierten Auslasskrümmer 48, der in den Zylinderkopf 11 integriert ist, ablassen. Der integrierte Einlasskrümmer 48 enthält mehrere Auslasskrümmerrohre 150. Insbesondere werden in 1 zwei Auslasskrümmerrohre gezeigt. Es versteht sich jedoch, dass zusätzliche Auslasskrümmerrohre im Auslasskrümmer enthalten sein können. Zum Beispiel kann der Motor 10 zwei Auslassventile pro Zylinder enthalten. Deshalb kann der Motor in solch einem Beispiel vier Auslasskrümmerrohre enthalten, ein einziges Rohr pro Auslassventil. Die Auslasskrümmerrohre 150 konvergieren strömungstechnisch zur Bildung einer einzigen vereinigten Leitung 152 mit einem Auslass 154 auf einer ersten Seite 156 (zum Beispiel der Auslassseite) des Zylinderkopfs 11. Der Zylinderkopf 11 enthält ferner eine zweite Seite 158 (zum Beispiel eine Einlassseite), eine dritte Seite 160 (zum Beispiel die Oberseite), eine vierte Seite 162 (zum Beispiel die Unterseite), eine fünfte Seite 164 und eine sechste Seite 166.
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Der Einlasskrümmer 44 und der Auslasskrümmer 48 können über jeweilige Einlassventile 52 und Auslassventil 54 gezielt mit Zylindern 30 in Verbindung treten. Somit enthält jeder der Zylinder 30 in dem gezeigten Beispiel ein einziges Einlassventil und ein einziges Auslassventil. In anderen Beispielen kann jeder der Zylinder jedoch zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile enthalten. Eine Drossel 62, die eine Drosselplatte 64 enthält, ist im Einlasskanal 42 positioniert. Die Drossel ist dazu konfiguriert, die zu den Zylindern 30 strömende Luftstrommenge einzustellen.
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Die Drossel 62 ist stromabwärts eines in einem Turboladersystem 171 enthaltenen Verdichters 170 positioniert. Der Verdichter 170 ist dazu konfiguriert, den Druck der Einlassluft zu erhöhen, wodurch den Zylindern 30 aufgeladene Luft zugeführt wird. Ferner enthält der Turbolader eine Turbine 172. Die Turbine 172 ist dazu konfiguriert, Abgas von dem integrierten Auslasskrümmer 48 zu empfangen. In dem gezeigten Beispiel ist die Turbine 172 direkt mit dem Zylinderkopf 11 gekoppelt. Direkt gekoppelt bedeutet, dass sich zwischen den gekoppelten Komponenten keine dazwischen liegenden Komponenten befinden. Insbesondere steht die Turbine 172 in direkter Strömungsverbindung mit dem Auslass 154 des Auslasskrümmers 48. Durch die direkte Kopplung der Turbine mit dem Zylinderkopf werden Verluste im Auslasssystem reduziert, wodurch, falls gewünscht, der Wirkungsgrad des Turboladers sowie die durch den Motor bereitgestellte Aufladung erhöht werden. In anderen Beispielen kann die Turbine jedoch mit einer Auslassleitung stromabwärts des Zylinderkopfs gekoppelt sein. Die Turbine 172 ist dazu konfiguriert, Energie aus dem Abgasstrom abzuziehen und sie in Drehenergie umzuwandeln. Die Drehenergie in der Turbine 172 wird über einen mechanischen Gelenkmechanismus, wie zum Beispiel eine Antriebswelle, zum Verdichter 170 übertragen. Auf diese Weise kann Energie aus dem Abgas abgezogen werden, um dem Motor Aufladung zuzuführen. Infolgedessen kann/können der Verbrennungswirkungsgrad und/oder die abgegebene Motorleistung erhöht werden.
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Das Turboladersystem 171 enthält ferner ein Wastegate-Ventil 190. Das Wastegate-Ventil 190 ist in den Zylinderkopf 11 integriert. Die Integration des Wastegate-Ventils 190 in den Zylinderkopf 11 ermöglicht eine Erhöhung der Temperatur der der Abgasreinigungsvorrichtung 70 zugeführten Abgase im Vergleich zu außerhalb des Zylinderkopfs positionierten Wastegates durch eine Verringerung einer Länge einer Turbinen-Bypassleitung, in der das Wastegate-Ventil positioniert ist. Eine Erhöhung der der Abgasreinigungsvorrichtung zugeführten Abgastemperaturen kann bei einem Kaltstart günstig sein, wenn sich die Abgasreinigungsvorrichtung unter einer Anspringtemperatur befindet. Infolgedessen können Motoremissionen verringert werden, wenn das Wastegate-Ventil in den Zylinderkopf integriert ist. Des Weiteren ermöglicht die Integration des Wastegates in den Zylinderkopf 11, dass ein Motorkühlsystem mehreren Aspekten, Kühlen des Zylinderkopfs sowie Kühlen des Wastegate-Ventils, während gewünschter Zeitintervalle dient. Zum Beispiel kann das Wastegate-Ventil gekühlt werden, wenn sich der Zylinderkopf und/oder das Wastegate-Ventil über einer Sollbetriebstemperatur befinden/befindet. Auf diese Weise wird die Wahrscheinlichkeit einer thermischen Beeinträchtigung des Wastegate-Ventils vermindert. Darüber hinaus können die Kosten des Motors reduziert werden, wenn das Motorkühlsystem auf zweierlei Weise verwendet werden kann.
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Das Wastegate-Ventil 190 enthält einen Wastegate-Ventileinlass 197 und einen Wastegate-Ventilauslass 198. Der Wastegate-Ventileinlass 197 steht mit dem integrierten Auslasskrümmer 48 in Strömungsverbindung, und der Wastegate-Ventilauslass 198 steht mit einer stromabwärts (zum Beispiel direkt stromabwärts) der Turbine 172 positionierten Auslassleitung 188 in Strömungsverbindung. In einigen Beispielen kann der Auslass 198 mit einem Auslass der Turbine 172 in direkter Strömungsverbindung stehen. In dem gezeigten Beispiel steht der Einlass 197 in direkter Strömungsverbindung mit dem integrierten Auslasskrümmer. In anderen Beispielen kann das Wastegate-Ventil 190 jedoch in einem stromabwärtigen Teil einer den Zylinderkopf 11 durchquerenden Turbinen-Bypassleitung 192 positioniert sein.
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Das Integrieren des Wastegate-Ventils 190 in den Zylinderkopf 11 ermöglicht auch die Verwendung mehrerer verschiedener Arten von Wastegate-Ventilen im Turboladersystem. Das Wastegate-Ventil 190 kann in einem Beispiel ein Tellerventil sein. In einem anderen Beispiel kann das Wastegate-Ventil 190 jedoch ein Schieberventil sein. Das Schieberventil kann zylindrische Schieber enthalten, die zum Blockieren und Öffnen von Kanälen, die mit einer hierin ausführlicher besprochenen Turbinen-Bypassleitung 192 in Strömungsverbindung (zum Beispiel in direkter Strömungsverbindung) stehen, konfiguriert sind.
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In einem anderen Beispiel kann das Wastegate-Ventil 190 jedoch ein Schmetterlingsventil sein. Das Schmetterlingsventil kann eine Platte (zum Beispiel eine Scheibe) enthalten, die dazu betätigbar ist, Abgasstrom durch die Turbinen-Bypassleitung 192 zu sperren und zu gestatten. Die Platte kann dazu bemessen sein, Abgasstrom in einer geschlossenen Konfiguration im Wesentlichen zu sperren. Deshalb können die Umfangskonturen der Platte den Konturen der Turbinen-Bypassleitung folgen. In einer geöffneten Konfiguration kann die Platte gedreht werden, um Abgasstrom durch die Turbinen-Bypassleitung zu gestatten.
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Das Wastegate-Ventil 190 kann in einem anderen Beispiel ein Absperrschieber sein. Der Absperrschieber kann ein Schieberelement enthalten, das dazu konfiguriert ist, sich in den und aus dem Weg des Abgases zu bewegen. Insbesondere kann das Schieberelement in einem Beispiel bei Betätigung in eine senkrecht zur mittleren Achse der Turbinen-Bypassleitung verlaufende Richtung bewegt werden. Die Dichtungsflächen zwischen dem Schieberelement und den Sitzen im Ventil können in einigen Beispielen planar sein.
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Das Wastegate-Ventil 190 kann in einem anderen Beispiel ein Kükenventil sein.
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Das Wastegate-Ventil 190 kann in einem anderen Beispiel ein Klappenventil sein. Das Klappenventil kann eine Abdeckplatte enthalten, die auf einem Flansch der Turbinen-Bypassleitung sitzt und dagegen abdichtet. Die Abdeckplatte kann über ein mechanisches Gestänge schwenken, um das Ventil zu öffnen und zu schließen. Somit kann die Abdeckplatte in einer geöffneten Konfiguration so geschwenkt werden, dass sie von dem Flansch beabstandet ist, und in einer geschlossenen Konfiguration kann die Abdeckplatte auf dem Flansch sitzen und dagegen abdichten.
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In einem Beispiel ist das Wastegate-Ventil 190 in einem sich von einer Außenfläche in den Zylinderkopf 11 erstreckenden Wastegate-Kanal 191 positioniert. Auf diese Weise kann das Wastegate-Ventil 190 für Installation, Entfernen und/oder Reparatur zugänglich sein. Insbesondere kann sich der Wastegate-Kanal 191 von einer Oberseite des Zylinderkopfs 11 erstrecken. Wie gezeigt, ist das Wastegate-Ventil 190 mit einer lateralen Seite des integrierten Auslasskrümmers 48 gekoppelt. Für den Bezug ist eine Querachse vorgesehen. In anderen Beispielen kann das Wastegate-Ventil 190 jedoch vertikal über dem integrierten Auslasskrümmer 48 positioniert und mit einer Oberseite des integrierten Auslasskrümmers gekoppelt sein. Es versteht sich, dass die vertikale Achse in die und aus der Seite verlaufen kann. Eine solche Positionierung des Wastegate-Ventils 190 kann das Wastegate-Ventil 190 näher an die Turbine 172 positionieren.
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Das Turboladersystem 171 enthält ferner eine Turbinen-Bypassleitung 192. Die Turbinen-Bypassleitung 192 enthält einen den Zylinderkopf 11 durchquerenden ersten Teil 193 und einen sich außerhalb des Zylinderkopfs 11 befindenden zweiten Teil 194. In anderen Beispielen kann jedoch die gesamte Turbinen-Bypassleitung 192 außerhalb des Zylinderkopfs 11 positioniert sein. Darüber hinaus enthält die Turbinen-Bypassleitung 192 einen Einlass 195, der mit dem integrierten Auslasskrümmer 48 in Strömungsverbindung steht, und einen Auslass 196, der mit der Auslassleitung 188 in Strömungsverbindung (zum Beispiel in direkter Strömungsverbindung) steht. Auf diese Weise kann Abgas die Turbine 172 umgehen. Der Einlass 195 steht in der Darstellung mit dem Wastegate-Ventilauslass 198 in direkter Strömungsverbindung. In anderen Beispielen kann der Einlass 195 jedoch in dem integrierten Auslasskrümmer 48 münden, und das Wastegate-Ventil 190 kann an einer zwischen dem Einlass 195 und dem Auslass 196 liegenden Stelle mit der Turbinen-Bypassleitung 192 gekoppelt sein.
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Ferner enthält der Motor 10 einen Zylinderkopfkühlkreislauf 140. Der Zylinderkopfkühlkreislauf 140 kann in einem Motorkühlsystem enthalten sein. Das Motorkühlsystem kann ferner Kühlmittelkanäle enthalten, die in einem Beispiel einen mit dem Zylinderkopf gekoppelten Zylinderblock durchqueren. Der Zylinderkopfkühlkreislauf 140 enthält eine Kühlmittelpumpe 142, die dazu konfiguriert ist, Fluid um Kanäle im Kreislauf zu leiten. Der Zylinderkopfkühlkreislauf 140 enthält mindestens einen Kühlmittelkanal 143, der den Zylinderkopf 11 durchquert. Es versteht sich, dass der Zylinderkopfkühlkreislauf 140 mehrere Kühlmittelkanäle enthalten kann, die in anderen Beispielen den Zylinderkopf durchqueren. Wie gezeigt, durchquert ein Teil 144 des Kühlmittelkanals 143 das Wastegate-Ventil 190. In einem Beispiel kann der Kühlmittelkanal ein Gehäuse des Wastegate-Ventils 190 durchqueren. In anderen Beispielen kann der Kühlmittelkanal jedoch mit dem Gehäuse des Wastegate-Ventils gekoppelt sein oder einen Teil des Zylinderkopfs neben dem Wastegate-Ventil durchqueren. Auf diese Weise können das Motorkühlsystem und insbesondere der Zylinderkopfkühlkreislauf insofern auf zweierlei Weise verwendet werden, als dass es bzw. er eine Kühlung des Zylinderkopfs sowie des Wastegate-Ventils bereitstellt. Folglich können die Kosten des Motors im Vergleich zu einem Motor, der getrennte Kühlkreisläufe zur Kühlung des Zylinderkopfs und Wastegate-Ventils verwendet, reduziert werden.
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Der Zylinderkopfkühlkreislauf 140 enthält ferner einen Wärmetauscher 145, der zum Abziehen von Wärme aus dem Zylinderkopfkühlkreislauf 140 konfiguriert ist. Der Wärmetauscher 145 ist in dem gezeigten Beispiel außerhalb des Zylinderkopfs 11 positioniert. Es versteht sich, dass der Zylinderkopf 11 aufgrund seiner großen thermischen Masse als Wärmesenke für das Wastegate-Ventil 190 wirken kann, wodurch Kühlung für das Wastegate-Ventil 190 bereitgestellt wird und somit die Wahrscheinlichkeit einer thermischen Beeinträchtigung des Wastegate-Ventils reduziert wird. Darüber hinaus versteht sich, dass das Wastegate, falls gewünscht, aus einem weniger wärmebeständigen Material hergestellt sein kann, wenn es bei einer niedrigeren Temperatur betrieben wird. Folglich können die Kosten des Wastegates im Vergleich zu einem aus einem Material mit einem größeren Wärmewiderstand, das teurer sein kann, hergestellten Wastegate reduziert werden.
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Die Einlassventile 52 und die Auslassventile 54 können in Einlasskanälen 180 und Auslasskanälen 182 positioniert sein. Die Einlasskanäle 180 und die Auslasskanäle 182 stehen mit ihrem jeweiligen Zylinder 30 in Strömungsverbindung (zum Beispiel in direkter Strömungsverbindung). Die Einlassventile 52 können Einlassluftstrom vom Einlasskrümmer 44 zu ihrem jeweiligen Zylinder 30 sperren und gestatten, und die Auslassventile 54 können Abgas von ihren jeweiligen Zylinder 30 zum Auslasskrümmer 48 sperren und gestatten.
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Die Einlassventile 52 und/oder die Auslassventile 54 können in einem Beispiel durch Nocken betätigt werden. In anderen Beispielen kann jedoch eine elektrische Nockenbetätigung verwendet werden. Wenn Nocken zur Betätigung der Ventile verwendet werden, kann der Motor 10 in einem Beispiel ein System zur variablen Nockenverstellung enthalten, das dazu konfiguriert ist, die Nockensteuerung (nach früh oder nach spät) zu verstellen. Die Stellung der Einlassventile 52 und der Auslassventile 54 kann durch die Positionssensoren 55 bzw. 57 bestimmt werden.
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Ferner kann der Motor 10 ein (nicht gezeigtes) Kraftstoffversorgungssystem enthalten, das dazu konfiguriert ist, die Zylinder 30 in gewünschten Zeitintervallen mit Kraftstoff zu versorgen. Die Steuerung 12 kann zur Steuerung der den Zylindern zugeführten Kraftstoffmenge und zur Zeitsteuerung des den Zylindern zugeführten Kraftstoffs konfiguriert sein. Es kann ein Einlasskanaleinspritzungs- und/oder Direkteinspritzungssystem verwendet werden, um den Zylindern Kraftstoff zuzuführen.
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Das Zündsystem 88 kann den Zylindern 30 über Zündvorrichtungen 92 (zum Beispiel Zündkerzen) als Reaktion auf ein Zündungsfrühverstellungssignal SA von der Steuerung 12 unter ausgewählten Betriebsmodi einen Zündfunken zuführen. Obgleich Funkenzündungskomponenten gezeigt werden, können in einigen Beispielen die Zylinder 30 oder eine oder mehrere andere Brennkammern des Motors 10 in einem Eigenzündungsmodus mit oder ohne Zündfunken betrieben werden.
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In der Darstellung ist ein Abgassensor 126 stromaufwärts der Abgasreinigungsvorrichtung 70 mit dem Auslasskanal 48 des Auslasssystems 50 verbunden. Der Sensor 126 kann irgendein geeigneter Sensor zur Bereitstellung einer Anzeige eines Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, wie zum Beispiel ein linearer Sauerstoffsensor oder UEGO (universal or wide-range exhaust gas oxygen)-, ein Zweizustands-Sauerstoffsensor oder ein EGO-, ein HEGO-(heated EGO), ein NOx-, ein HC- oder ein CO-Sensor, sein. In einigen Beispielen kann der Abgassensor 126 ein erster mehrerer Abgassensoren sein, die im Auslasssystem positioniert sind. Zum Beispiel können zusätzliche Abgassensoren stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung 70 positioniert sein.
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Die Abgasreinigungsvorrichtung 70 ist in der Darstellung entlang dem Auslasskanal 48 stromabwärts des Abgassensors 126 angeordnet. Die Abgasreinigungsvorrichtung 70 kann ein Dreiwege-Katalysator (TWC – three-way catalyst), eine NOx-Falle, verschiedene andere Abgasreinigungsvorrichtungen oder Kombinationen daraus sein. In anderen Beispielen kann die Abgasreinigungsvorrichtung 70 eine erste mehrerer Abgasreinigungsvorrichtungen sein, die im Auslasssystem positioniert sind. In einigen Beispielen kann die Abgasreinigungsvorrichtung 70 während des Betriebs des Motors 10 durch Betätigung mindestens eines Zylinders des Motors in einem bestimmten Luft-/Kraftstoff-Verhältnis regelmäßig zurückgestellt werden. In der in 1 gezeigten Darstellung ist die Steuerung 12 ein Mikrocomputer, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangs-Ports (I/O) 104, ein in diesem bestimmten Beispiel als Nurlesespeicherchip (ROM) 106 gezeigtes elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierwerte, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 108, einen Erhaltungsspeicher (KAM) 110 und einen Datenbus enthält. Die Steuerung 12 kann neben den zuvor besprochenen Signalen verschiedene Signale von mit dem Motor 10 gekoppelten Sensoren erhalten, darunter Messung der eingeleiteten Luftmasse (MAF) von dem Luftmassensensor 120; die Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von dem mit dem Zylinderkopf 11 gekoppelten Temperatursensor 112; die Drosselklappenstellung (TP) von einem Drosselklappenstellungssensor und ein Absolutkrümmerdrucksignal, MAP, von dem Sensor 122. Das Einlasskrümmerdrucksignal MAP von einem Krümmerdrucksensor kann zur Bereitstellung einer Anzeige über Vakuum oder Druck im Einlasskrümmer verwendet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass verschiedene Kombinationen der obigen Sensoren verwendet werden können, wie zum Beispiel ein MAF-Sensor ohne einen MAP-Sensor oder umgekehrt. Bei stöchiometrischem Betrieb kann der MAP-Sensor eine Angabe über das Motordrehmoment geben. Des Weiteren kann dieser Sensor zusammen mit der erfassten Motordrehzahl eine Schätzung der in den Zylinder eingespeisten Ladung (einschließlich Luft) bereitstellen. Weiterhin kann ein Motordrehzahlsensor mit der Kurbelwelle gekoppelt sein und mit der Steuerung 12 elektronisch gekoppelt sein, um der Steuerung ein Motordrehzahlsignal zuzuführen.
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Im Betrieb kann jeder Zylinder 30 im Motor 10 einen Viertaktprozess erfahren: der Prozess umfasst den Ansaughub, den Verdichtungshub, den Arbeitshub und den Auslasshub. Es versteht sich, dass die Verbrennungstakte in den verschiedenen Zylindern, falls gewünscht, möglicherweise nicht gleichzeitig implementiert werden. Insbesondere kann in einigen Beispielen die Verbrennung in den Zylindern versetzt sein, um Motorvibrationen zu reduzieren. Es kommen jedoch auch andere Arten von Verbrennungstakten in Betracht.
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Während des Ansaughubs schließt sich allgemein das Auslassventil und das Einlassventil öffnet sich. Beispielsweise wird über den Einlasskrümmer Luft in den Zylinder eingeleitet, und der Kolben bewegt sich zum Boden der Brennkammer, um das Volumen im Zylinder zu vergrößern. Die Position, in der sich der Kolben nahe dem Boden der Brennkammer und am Ende seines Hubs befindet (zum Beispiel, wenn der Zylinder sein größtes Volumen aufweist), wird in der Regel vom Fachmann als unterer Totpunkt (uT) bezeichnet. Während des Verdichtungshubs sind das Einlassventil und das Auslassventil geschlossen. Der Kolben bewegt sich zum Zylinderkopf, um die Luft im Zylinder zu komprimieren. Der Punkt, an dem sich der Kolben an seinem Hubende befindet und der am nächsten zum Zylinderkopf liegt (zum Beispiel, wenn der Zylinder sein kleinstes Volumen aufweist), wird vom Fachmann in der Regel als oberer Totpunkt (oT) bezeichnet. Bei einem im Folgenden als Einspritzung bezeichneten Vorgang wird Kraftstoff in die Brennkammer eingeleitet. Bei einem im Folgenden als Zündung bezeichneten Vorgang wird der eingespritzte Kraftstoff durch bekannte Zündvorrichtungen, wie zum Beispiel eine Zündkerze, gezündet, was zur Verbrennung führt. Zusätzlich oder als Alternative dazu kann Kompression zum Zünden des Luft-Kraftstoff-Gemisches verwendet werden. Während des Arbeitshubs drücken die expandierenden Gase den Kolben zum uT zurück. Eine Kurbelwelle kann die Kolbenbewegung in ein Drehmoment der Drehwelle umwandeln. Schließlich öffnet sich das Auslassventil während des Auslasshubs, um das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch zum Auslasskrümmer abzugeben, und der Kolben kehrt zum oT zurück. Es sei darauf hingewiesen, dass Obiges nur als Beispiel gezeigt wird und dass die Zeitpunkte des Öffnens und/oder Schließens des Einlass- und Auslassventils variieren können, um eine positive oder negative Ventilüberschneidung, spätes Schließen des Einlassventils oder verschiedene andere Beispiele zu liefern. Zusätzlich oder als Alternative kann in dem Zylinder Kompressionszündung implementiert werden.
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2 zeigt ein Verfahren 200 zum Betrieb eines Turboladersystems. Das Verfahren 200 kann durch das Turboladersystem und die Komponenten, das bzw. die unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wird/werden, implementiert werden oder kann durch andere geeignete Turboladersysteme und Komponenten implementiert werden
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Bei 202 umfasst das Verfahren Leiten von Abgas von einem in einen Zylinderkopf integrierten Auslasskrümmer in ein im Zylinderkopf positioniertes Wastegate-Ventil. Als Nächstes umfasst das Verfahren bei 204 Leiten von Abgas vom Wastegate-Ventil zu einer sich außerhalb des Zylinderkopfs stromabwärts einer Turbine befindenden Auslassleitung. In einigen Beispielen kann das Leiten von Abgas vom Wastegate-Ventil zu der Auslassleitung implementiert werden, wenn eine stromabwärts der Auslassleitung positionierte Abgasreinigungsvorrichtung unter einer Schwellanspringtemperatur liegt.
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Als Nächstes umfasst das Verfahren bei 206 Abziehen von Wärme von dem Wastegate-Ventil über einen in einem Zylinderkopf-Wassermantel enthaltenen, den Zylinderkopf durchquerenden Kühlkanal. Wie zuvor besprochen, kann sich der Kühlkanal neben dem Wastegate-Ventilgehäuse befinden oder ihn durchqueren. Bei 208 umfasst das Verfahren Sperren von Abgasstrom durch das Wastegate-Ventil.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die hier enthaltenen beispielhaften Routinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Ferner können verschiedene dargestellte Handlungen, Betätigungen oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge oder parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen weggelassen werden. Ebenso muss die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsweise die Merkmale und Vorteile der beispielhaften Ausführungsformen, die hier beschrieben werden, erreichen, sondern ist zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung vorgesehen. Eine oder mehrere der dargestellten Handlungen oder Funktionen kann in Abhängigkeit von der verwendeten bestimmten Strategie wiederholt durchgeführt werden.
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Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Verfahren rein beispielhaft sind und dass diese bestimmten Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne betrachtet werden sollen, weil zahlreiche Variationen möglich sind. Die obige Technologie kann zum Beispiel auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, Boxer-4- und andere Motortypen angewandt werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt somit alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart sind, ein.
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Die folgenden Ansprüche weisen speziell auf bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen hin, die als neu und nicht offensichtlich betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf "ein" Element oder "ein erstes" Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sollten als den Einschluss von einem oder mehreren solchen Elementen umfassend verstanden werden, wobei sie zwei oder mehr solche Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage von neuen Ansprüchen in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden, ob ihr Schutzbereich weiter, enger, gleich oder anders in Bezug auf die ursprünglichen Ansprüche ist, auch als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2011/0099998 [0003, 0004]
