DE102016100329A1

DE102016100329A1 - Abgassteuerventil für Zweigkommunikation und Ladedruckregelung

Info

Publication number: DE102016100329A1
Application number: DE102016100329.8A
Authority: DE
Inventors: Gregory Patrick McConville; Daniel Joseph Styles; Brad Alan Boyer
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-01-16
Filing date: 2016-01-11
Publication date: 2016-07-21
Also published as: CN105804861A; US9810143B2; RU2712331C2; CN105804861B; RU2015156477A3; RU2015156477A; US20160208680A1

Abstract

Verfahren und Systeme zum Verstellen eines Zweigkommunikations- und Ladedruckregelungsventils in einem Doppelstrom-Turbolader-System sind bereitgestellt. In einem Beispiel kann ein Verfahren ein Verstellen des Zweigkommunikations- und Ladedruckregelungsventils in einem Kanal, der eine erste Flut, eine zweite Flut und einen Ladedruckregelungskanal verbindet, umfassen und eine Abgasdurchflussmenge zu einer Turbine unter bestimmten Kraftmaschinenbetriebsbedingungen steuern.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität bezüglich der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/104,565 “EXHAUST CONTROL VALVE BRANCH COMMUNICATION AND WASTEGATE”, eingereicht am 16. Januar 2015, deren gesamter Inhalt hiermit durch Bezugnahme für alle Zwecke aufgenommen ist.
Gebiet
Die vorliegende Offenlegung bezieht sich auf einen Turbolader einer Kraftmaschine.
Hintergrund/Zusammenfassung
Twin-Scroll-Turbolader- bzw. Doppelstrom-Turbolader-Anordnungen können in Turbolader-Kraftmaschinen eingesetzt werden. Eine Twin-Scroll-Turbolader-Anordnung kann einen Einlass zu einer Turbine in zwei getrennte Kanäle aufteilen, die mit Abgaskrümmerleitungen verbunden sind. Auf diese Weise werden Abgase aus den Kraftmaschinenzylindern, deren Abgasimpulse sich gegenseitig stören können, fluidtechnisch getrennt.
Beispielsweise können bei einer I4-Kraftmaschine mit einer Zylinderzündfolge von Abgaskrümmerleitungen 1-3-4-2 die Abgaskrümmerleitungen 1 und 4 mit einem ersten Einlass einer Twin-Scroll-Turbine verbunden werden und die Abgaskrümmerleitungen 2 und 3 mit einem zweiten Einlass der Twin-Scroll-Turbine verbunden werden, wobei der zweite Einlass von dem ersten Einlass verschieden und fluidtechnisch getrennt ist. Auf diese Weise kann das Trennen von Abgasimpulsen in einigen Fällen zu einer Effizienzsteigerung der Abgaslieferung an eine Turbine führen.
Unter bestimmten Kraftmaschinenbetriebsbedingungen kann das Trennen der Abgasimpulse, wie es oben beschrieben ist, eine Effizienz der Abgaslieferung an eine Turbine verringern. Beispielsweise kann unter bestimmten Kraftmaschinenbetriebsbedingungen wie etwa Bedingungen mit hoher Drehzahl und hoher Belastung das Trennen der Abgasimpulse zu einem Anstieg eines Gegendrucks und einer Pumparbeit führen. Dieser Anstieg des Gegendrucks und der Pumparbeit kann von den einschränkenderen Kanälen mit geringerem Volumen zwischen dem Auslass und der Turbine bei einer Turbine mit zwei Fluten im Vergleich zu einem Kanal in einer Turbine mit einer Flut, der nicht aufgeteilt ist, herrühren. Daher kann die Menge an Abgas in dem Zylinder den Druck in den Kanälen mit geringerem Volumen im Vergleich zu dem nicht aufgeteilten Kanal mit relativ größerem Volumen erhöhen. Der erhöhte Gegendruck kann auch zu höheren Pegeln von heißem Restgas in dem Zylinder führen und kann die Ausgabeleistung der Kraftmaschine reduzieren.
Ein beispielhafter Ansatz zum Verringern des Gegendrucks und der Pumparbeit in einem Twin-Scroll-Turbolader ist von Styles et al. in US 2014/0219849 aufgezeigt worden. Hierbei sind Systeme, die ein Zweigkommunikationsventil zwischen einer ersten Flut und einer zweiten Flut in einem Twin-Scroll-Turbolader-System (d. h. Doppelstrom-Turbolader-System) anordnen, bereitgestellt. In einem Beispiel kann ein Zweigkommunikationsventil benachbart zu einer Trennwand, die eine erste Flut und eine zweite Flut des Twin-Turboladers trennt, angeordnet sein. In einer offenen Position kann das Zweigkommunikationsventil die Fluidkommunikation zwischen der ersten Flut und der zweiten Flut verstärken und in einer geschlossenen Position kann das Zweigkommunikationsventil die Fluidkommunikation zwischen der ersten Flut und der zweiten Flut abschwächen. In einigen Beispielen kann jede Flut eine entsprechende Ladedruckregelungsvorrichtung und ein entsprechendes Ladedruckregelungsventil umfassen, um die Menge an Abgas, die die Turbine durchläuft, zu steuern.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben ein mögliches Problem mit dem beispielhaften Ansatz von Styles et al. erkannt. Zum Beispiel kann es Nachteile hinsichtlich von Kosten, Gewicht und Verpackung mit sich bringen, sowohl ein Zweigkommunikationsventil als auch ein oder mehrere Ladedruckregelungsventile in dem Turbolader und dem Kraftmaschinensystem einzubeziehen. Ferner kann es auch eine zusätzliche Belastung für ein Kraftmaschinensteuerungs- und Überwachungssystem sein, wenn zwei oder mehr Ventile implementiert sind und durch das oben erwähnte System basierend auf Kraftmaschinenbetriebsbedingungen angepasst werden.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben ein Konzept erkannt, um das oben genannte Problem zumindest teilweise zu beheben. In einem beispielhaften Ansatz kann ein Verfahren bereitgestellt sein, das Folgendes umfasst: Verstellen eines Ventils, das in einem Kanal angeordnet ist, der eine erste Flut und eine zweite Flut einer Turbine verbindet, um eine Abgasdurchflussmenge zu der Turbine dann, wenn eine Turbinendrehzahl kleiner als eine Schwelle ist, und während eines ersten Lastzustands zu erhöhen, und Verstellen des Ventils, um die Abgasdurchflussmenge zu der Turbine dann, wenn die Turbinendrehzahl größer als die Schwelle ist, und während eines zweiten Lastzustands zu verringern. In diesem Beispiel ist das Ventil in Fluidkommunikation mit einem Ladedruckregelungskanal, der Abgas um die Turbine herum leitet. Auf diese Weise wird ein Grad an Fluidkommunikation und -transport zwischen der ersten Flut und der zweiten Flut und zu dem Ladedruckregelungskanal angepasst werden, um einen erwünschten Ladedruck auf Basis verschiedener Kraftmaschinenbetriebsbedingungen bereitzustellen.
Zum Beispiel kann der erste Lastzustand umfassen, dass ein Ladedruck kleiner als ein gewünschter Ladedruck ist, dass eine Kraftmaschinenlast größer als eine Schwellenlast ist und/oder dass ein Drehmomentbedarf steigt. Andererseits kann der zweite Lastzustand in einem weiteren Beispiel umfassen, dass der Ladedruck größer als ein gewünschter Ladedruck ist, dass die Kraftmaschinenlast kleiner als eine Schwellenlast ist und/oder dass der Drehmomentbedarf abnimmt. Durch Verstellen des einzelnen Ventils wie beispielsweise eines kombinierten Zweigkommunikations- und Ladedruckregelungsventils, um den Ladedruck als Antwort auf verschiedene Kraftmaschinenbetriebsbedingungen zu steuern, können auch der Gegendruck und die Pumparbeit reduziert werden. Ferner kann eine zusätzliche Belastung für ein Kraftmaschinensteuerungs- und Überwachungssystem dann, wenn das einzelne Ventil implementiert und angepasst wird, verglichen mit dem separaten Implementieren von Zweigkommunikationsventil und Ladedruckregelungsventil reduziert werden.
Es sollte verstanden werden, dass die obige Zusammenfassung dazu vorgesehen ist, in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die in der genauen Beschreibung weiter beschrieben sind. Sie soll keine entscheidenden oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstandes, dessen Umfang einzig durch die Ansprüche, die der genauen Beschreibung folgen, definiert ist, aufzeigen. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche Nachteile beheben, die oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angeführt sind.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Ansicht eines ersten Beispiels einer Kraftmaschine, die einen Doppelstrom-Turbolader (Twin-Scroll-Turbolader) und ein Zweigkommunikations- und Ladedruckregelungsventil umfasst.
2 zeigt eine schematische Ansicht eines zweiten Beispiels einer Kraftmaschine, die einen Doppelstrom-Turbolader (Twin-Scroll-Turbolader) und ein Zweigkommunikations- und Ladedruckregelungsventil umfasst.
3A–3D zeigen Schnittansichten eines beispielhaften Zweigkommunikations- und Ladedruckregelungsventils in vier verschiedenen Stellungen oder Zuständen.
4A–4D zeigen Schnittansichten eines anderen beispielhaften Zweigkommunikations- und Ladedruckregelungsventils in vier verschiedenen Stellungen oder Zuständen.
5 zeigt ein beispielhaftes Verfahren, um ein Zweigkommunikations- und Ladedruckregelungsventil anzupassen.
6 zeigt ein beispielhaftes Betriebsablaufdiagramm, um ein Zweigkommunikations- und Ladedruckregelungsventil als Antwort auf Kraftmaschinenbetriebsbedingungen anzupassen.
Genaue Beschreibung
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zum Steuern einer Fluidkommunikation zwischen einer ersten und einer zweiten Flut in einem Twin-Scroll-Turbolader-System (d. h. Doppelstrom-Turbolader-System), das ein Zweigkommunikations- und Ladedruckregelungsventil aufweist, in einem Kraftmaschinensystem, wie beispielsweise den Kraftmaschinensystemen in 1–2. Wie in 3A bis 4D gezeigt kann in einigen Ausführungsformen ein Ventil mit kombinierter, dualer und/oder integrierter Funktionalität wie beispielsweise ein einzelnes Zweigkommunikations- und Ladedruckregelungsventil vorgesehen sein, um eine Zunahme oder Abnahme einer Fluidkommunikation zwischen der ersten und der zweiten Flut und einen Abgasdurchfluss durch die Turbine und die Ladedruckregelungsvorrichtung zu steuern. Das kombinierte Zweigkommunikations- und Ladedruckregelungsventil kann ein zylindrisches Ventil wie in 3A–3D gezeigt oder ein Schieberventil wie in 4A–4D gezeigt oder eine beliebige Kombination davon sein. Ein Öffnen des Zweigkommunikations- und Ladedruckregelungsventils kann eine erhöhte Fluidkommunikation zwischen der ersten und der zweiten Flut ermöglichen, während ein Schließen des Zweigkommunikations- und Ladedruckregelungsventils die Fluidkommunikation zwischen der ersten und der zweiten Flut verringern kann. Somit kann ein Grad an Fluidkommunikation und -transport zwischen der ersten Flut und der zweiten Flut basierend auf Kraftmaschinenbetriebsbedingungen angepasst werden, wie unten mit Bezug auf 5 gezeigt ist. Beispielhafte Ventilanpassungen auf Grundlage der Kraftmaschinenbetriebsbedingungen sind in 6 gezeigt.
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine schematische Darstellung einer Kraftmaschine 10 gezeigt, die in einem Antriebssystem eines Fahrzeugs enthalten sein kann. Die Kraftmaschine 10 kann zumindest teilweise durch ein Steuersystem, das einen Controller 12 umfasst, und eine Eingabe von einem Fahrzeugführer 14 über eine Eingabevorrichtung 16 gesteuert werden. Der Controller 12 kann ein Mikrocomputer sein, der eine Mikroprozessoreinheit, Ein-/Ausgabe-Anschlüsse, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, einen Direktzugriffsspeicher, einen Erhaltungsspeicher und einen Datenbus umfasst. Wie dargestellt kann der Controller 12 Eingaben aus mehreren Sensoren (nicht dargestellt) empfangen, was Anwendereingaben und/oder Sensoren (wie beispielsweise Sensoren für eine Getriebeposition, eine Gaspedaleingabe, eine Abgaskrümmertemperatur, ein Kraftstoff/Luft-Verhältnis, eine Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Kraftmaschinendrehzahl, einen Luftmassendurchfluss durch die Kraftmaschine, einen Ladedruck, eine Umgebungstemperatur, eine Luftfeuchtigkeit, eine Einlasslufttemperatur, ein Kühlsystem und andere) einschließen kann. Der Controller kann auch mehrere Steuersignale an verschiedene Kraftmaschinenaktoren (nicht gezeigt) senden, um den Kraftmaschinenbetrieb basierend auf von den Sensoren empfangenen Signalen (nicht gezeigt) anzupassen. In diesem Beispiel umfasst die Eingabevorrichtung 16 ein Fahrpedal und einen Pedalstellungssensor 18 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalstellungssignals PP. Die Kraftmaschine 10 kann in einem Fahrzeug wie beispielsweise einem Straßenfahrzeug unter anderen Typen von Fahrzeugen enthalten sein. Obwohl die Anwendungsbeispiele der Kraftmaschine 10 unter Bezugnahme auf ein Fahrzeug beschrieben werden, versteht es sich, dass verschiedene Typen von Kraftmaschinen und Antriebssystemen verwendet werden können, einschließlich Personenkraftwagen, Lastkraftwagen usw.
Die Kraftmaschine 10 kann mehrere Brennkammern (d. h. Zylinder) umfassen. Bei den in 1–2 gezeigten Beispielen kann die Kraftmaschine 10 Brennkammern 20, 22, 24 und 26 aufweisen, die in einer Vierzylinder-Reihenanordnung angeordnet sind. Es sollte jedoch verstanden werden, dass, obwohl 1 vier Zylinder zeigt, die Kraftmaschine 10 eine beliebige Anzahl von Zylindern umfassen kann. Beispielsweise kann die Kraftmaschine 10 eine beliebige geeignete Anzahl von Zylindern, z. B. 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 oder mehr Zylinder in einer beliebigen Anordnung, beispielsweise V-6, I-6, V-12, 4-Boxer usw. umfassen. Obwohl in 1–2 nicht gezeigt, kann jede Brennkammer (d. h. jeder Zylinder) der Kraftmaschine 10 Brennkammerwände 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 Anlassermotor über ein Schwungrad mit der Kurbelwelle gekoppelt sein, um einen Startvorgang der Kraftmaschine 10 zu ermöglichen.
Jede Brennkammer kann über einen Lufteinlasskanal 30 Einlassluft von einem Einlasskrümmer 28 aufnehmen. Der Einlasskrümmer 28 kann über Einlassanschlüsse mit den Brennkammern gekoppelt sein. Beispielsweise ist der Einlasskrümmer 28 in 1 so gezeigt, dass er mit den Zylindern 20, 22, 24 und 26 über die Einlassanschlüsse 32, 34, 36 bzw. 38 gekoppelt ist. Jeder betreffende Einlassanschluss kann dem jeweiligen Zylinder Luft und/oder Kraftstoff für die Verbrennung zuführen.
Jede Brennkammer kann über einen damit gekoppelten Auslassanschluss Brenngase ausstoßen. Beispielsweise sind in 1 die Auslassanschlüsse 40, 42, 44 und 46 gezeigt, die mit den Zylindern 20, 22, 24 bzw. 26 gekoppelt sind. Jeder betreffende Auslassanschluss kann Brenngase von einem jeweiligen Zylinder zu einem Abgaskrümmer oder Auslasskanal direkt ausstoßen.
Jeder Zylindereinlassanschluss kann über ein Einlassventil wahlweise mit dem Zylinder kommunizieren. Beispielsweise sind in 1 die Zylinder 20, 22, 24 und 26 mit den Einlassventilen 48, 50, 52 bzw. 54 gezeigt. Ähnlich kann jeder Zylinderauslassanschluss über ein Auslassventil wahlweise mit dem Zylinder 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 Brennkammer zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile aufweisen.
Obwohl nicht in 1–2 gezeigt kann in einigen Beispielen jedes Einlass- und 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 (nicht gezeigt) gesteuert werden. Die Stellung eines Einlassnockens kann durch einen Einlassnockensensor (nicht gezeigt) ermittelt werden. Die Stellung eines Auslassnockens kann durch einen Auslassnockensensor (nicht gezeigt) ermittelt werden.
Der Einlasskanal 30 kann eine Drossel 64 mit einer Drosselklappe 66 enthalten. In einem 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, variiert werden, was eine Anordnung ist, die gewöhnlich als elektronische Drosselsteuerung (ETC) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann die Drossel 64 betätigt werden, um die den Brennkammern gelieferte Einlassluft zu variieren. Die Stellung der Drosselklappe 66 kann dem Controller 12 durch ein Drosselstellungssignal TP von einem Drosselstellungssensor 68 bereitgestellt werden. Der Einlasskanal 30 kann einen Massenluftdurchflusssensor 70 und einen Krümmerluftdrucksensor 72 umfassen, um dem Controller 12 die entsprechenden Signale MAF und MAP zu liefern. MAP und MAF sind vielleicht nicht beide vorhanden und nur ein Sensor kann verwendet werden.
In 1–2 sind Kraftstoffeinspritzvorrichtungen gezeigt, die mit den Brennkammern direkt verbunden sind, um Kraftstoff proportional zu einer Impulsbreite eines Signals FPW, das von dem 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 Brennkammer. Jede betreffende Kraftstoffeinspritzvorrichtung kann beispielsweise in der Seite der entsprechenden Brennkammer oder auf der Oberseite der entsprechenden Verbrennungskammer angebracht sein. In anderen Beispielen können eine oder mehrere Kraftstoffeinspritzvorrichtungen in dem Lufteinlasskrümmer 28 in einer Anordnung angeordnet sein, die das bereitstellt, was als Kanaleinspritzung von Kraftstoff in die Einlassanschlüsse (z. B. die Einlassanschlüsse 32, 34, 36 und 38), die den Brennkammern vorgeschaltet sind, bekannt ist. Obwohl nicht in 1 gezeigt können die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen dazu ausgelegt sein, Kraftstoff über eine Hochdruckkraftstoffpumpe (nicht gezeigt) und eine Kraftstoffverteilerleiste (nicht gezeigt) zu liefern. Alternativ kann der Kraftstoff durch eine einstufige Kraftstoffpumpe bei einem niedrigeren Druck geliefert werden, wobei die Zeitvorgabe der direkten Kraftstoffeinspritzung während des Verdichtungstakts stärker eingeschränkt sein kann als bei Verwendung eines Hochdruckkraftstoffsystems. Ferner kann der Kraftstofftank einen Druckwandler aufweisen, der ein Signal an den Controller 12 liefert. In einigen Beispielen kann der Kraftstoff direkt in die jeweilige Brennkammer eingespritzt werden. Dies kann als direkte Einspritzung bezeichnet werden. Eine indirekte Einspritzung kann in anderen Beispielen verwendet werden.
Die Brennkammern der Kraftmaschine 10 können in einer Verdichtungszündungsbetriebsart mit oder ohne Zündfunke betrieben werden. In manchen Beispielen kann ein verteilerloses Zündsystem (nicht gezeigt) Zündkerzen, die mit den Brennkammern gekoppelt sind, als Antwort auf den Controller 12 einen Zündfunken liefern. Beispielsweise sind in 1 Zündkerzen 82, 84, 86 und 88 gezeigt, die mit den Zylindern 20, 22, 24 bzw. 26 gekoppelt sind.
Wie oben erwähnt, kann der Einlasskanal 30 mit einem oder mehreren Zylindern der Kraftmaschine 10 kommunizieren. In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere der Einlasskanäle eine Ladevorrichtung wie beispielsweise einen Turbolader 90 umfassen. Der Turbolader 90 kann eine Turbine 92 und einen Verdichter 94, die auf einer gemeinsamen Welle 96 gekoppelt sind, umfassen. Die Schaufeln einer Turbine 92 können dazu gebracht werden, sich um die gemeinsame Welle 96 zu drehen, wenn ein Teil des Abgasstroms oder -flusses, der von der Kraftmaschine 10 abgegeben wird, auf die Schaufeln der Turbine trifft. Der Verdichter 94 kann mit der Turbine 92 derart gekoppelt sein, dass der Verdichter 94 betätigt werden kann, wenn die Schaufeln der Turbine 92 in Drehung versetzt werden. Wenn er betätigt wird, kann der Verdichter 94 dann unter Druck gesetztes Frischgas in den Lufteinlasskanal 28 leiten, wo es dann zu der Kraftmaschine 10 geleitet werden kann. Die Drehzahl der Turbine kann aus einer oder mehreren Kraftmaschinenbetriebsbedingungen abgeleitet werden. In einigen Beispielen kann die Drehzahl der Turbine 92 mit einem Sensor gemessen werden. Beispielsweise kann ein Drehzahlsensor 97 mit der gemeinsamen Welle 96 gekoppelt sein. Ein Signal, das die Drehzahl angibt, kann beispielsweise an den Controller 12 geliefert werden.
Die Turbine 92 kann mindestens eine Ladedruckregelungsvorrichtung umfassen, um ein Ausmaß der Ladung zu steuern, die von der Turbine geliefert wird. Bei einem Doppelstromsystem können sich beide Fluten eine Ladedruckregelungsvorrichtung teilen, um eine Menge an Abgas, die die Turbine 92 durchläuft, zu steuern. Beispielsweise umfassen in 1 die erste Flut 100 und die zweite Flut 102 einen Ladedruckregelungskanal 104. Der Abgasstrom durch den Ladedruckregelungskanal 104 kann durch ein Ventil wie z. B. ein unten diskutiertes Ventil 140 gesteuert werden, um die Menge an Abgas zu regulieren, das die Turbine 92 umgeht. In einer Ausführungsform kann ein Bereich einer Öffnung des Ladedruckregelungskanals 104 in gleicher Weise für jede der Fluten geöffnet positioniert sein, so dass während einiger Zustände im Wesentlichen ähnliche Mengen an Abgasstrom jede der Fluten in den Ladedruckregelungskanal 104 verlassen können.
Die Kraftmaschine 10 kann ein Doppelstrom-(oder Twin-Scroll- oder Zwei-Impuls-)Turbolader-System 98 einsetzen, wobei mindestens zwei getrennte Abgaseintrittswege in und durch die Turbine 92 führen. Ein Doppelstrom-Turbolader-System kann dazu ausgelegt sein, Abgas aus Zylindern zu separieren, deren Abgasimpulse sich gegenseitig stören, wenn sie der Turbine 92 zugeführt werden. Beispielsweise zeigt 1 eine erste Flut 100 und eine zweite Flut 102, wobei sowohl die erste Flut als auch die zweite Flut verwendet werden kann, um einen separaten Abgasstrom an die Turbine 92 zu liefern. Die Querschnittsform der ersten Flut 100 und der zweiten Flut 102 kann verschiedene Formen annehmen, einschließlich kreisförmig, quadratisch, rechteckig, D-förmig usw.
Wenn beispielsweise eine Vier-Zylinder-Kraftmaschine (beispielsweise eine I4-Kraftmaschine wie in 1) eine Zündfolge 1-3-4-2 (beispielsweise Zylinder 20, gefolgt von Zylinder 24, gefolgt von Zylinder 26, gefolgt von Zylinder 22) aufweist, dann kann der Zylinder 20 seinen Arbeitsstakt beenden und seine Auslassventile öffnen, während die Auslassventile des Zylinders 22 immer noch geöffnet sind. In einer Einzelflut oder einem ungeteilten Abgaskrümmer kann der Abgasdruckimpuls aus dem Zylinder 20 die Fähigkeit des Zylinders 22, seine Abgase auszustoßen, stören. Jedoch können durch Verwenden eines Doppelstrom-Turbolader-Systems, in dem die Auslassanschlüsse 40 und 46 aus den Zylindern 20 und 26 mit einem Einlass der ersten Flut 100 verbunden sind und die Auslassöffnungen 42 und 44 aus den Zylindern 22 und 24 mit der zweiten Flut 102 verbunden sind, die Abgasimpulse oder der Gasstrom getrennt werden und die Impulsenergie, die die Turbine antreibt, kann erhöht werden.
Abgase, die die Turbine 92 und/oder eine Ladedruckregelvorrichtung über den Ladedruckregelungskanal 104 verlassen, können eine Emissionssteuerungsvorrichtung 112 durchlaufen. Die Emissionssteuerungsvorrichtung 112 kann in einem Beispiel mehrere Katalysatorblöcke umfassen. In einem anderen Beispiel können mehrere Emissionssteuerungsvorrichtungen, jeweils mit mehreren Blöcken, verwendet werden. In einigen Beispielen kann die Emissionssteuerungsvorrichtung 112 ein Dreiwegekatalysator sein. In anderen Beispielen kann die Emissionssteuerungsvorrichtung 112 einen Dieseloxidationskatalysator (DOC), einen Katalysator mit selektiver katalytischer Reduktion (SCR) und/oder einen Dieselpartikelfilter (DPF) umfassen. Nach Durchlaufen der Emissionssteuerungsvorrichtung 112 kann Abgas zu einem Endrohr 114 geleitet werden.
Der Kraftmaschine 10 kann ein Abgasrückführungssystem (AGR-System) 116 umfassen. Das AGR-System 116 kann einen Teil des aus der Kraftmaschine 10 austretenden Abgases in den Kraftmaschinenlufteinlasskanal 30 liefern. Das AGR-System umfasst eine AGR-Leitung 118, die mit einer Leitung oder einem Auslasskanal 122, der der Turbine 92 nachgeschaltet ist, und mit dem Einlasskanal 30 gekoppelt ist. In manchen Beispielen kann die AGR-Leitung 118 ein AGR-Ventil 120 umfassen, das dazu ausgelegt ist, die Menge des rückgeführten Abgases zu steuern. Wie in 1 gezeigt ist das AGR-System 116 ein Niederdruck-AGR-System, das Abgas von einer der Turbine 92 nachgeschalteten Stelle zu einer dem Verdichter 94 vorgeschalteten Stelle leitet. In einigen Beispielen kann ein AGR-Kühler (nicht gezeigt) entlang der AGR-Leitung 118 platziert sein, was dazu dienen kann, die Temperatur des Abgases, das rückgeführt wird, zu verringern. In einem weiteren Beispiel kann ein Hochdruck-AGR-System zusätzlich zu oder anstelle des Niederdruck-AGR-Systems verwendet werden. An sich kann das Hochdruck-AGR-System Abgas von der ersten Flut 100 und/oder der zweiten Flut 102 von einer Stelle stromauf der Turbine 92 zu dem Einlasskanal 30 an einer Stelle stromab des Verdichters 34 leiten.
Während mancher Zustände kann das AGR-System 116 dazu verwendet werden, die Temperatur oder die Verdünnung des Luft-/Kraftstoff-Gemischs in den Brennkammern zu regeln, womit ein Verfahren zum Steuern des Zündzeitvorgabe während mancher Verbrennungsweisen bereitgestellt wird. Ferner kann während mancher Zustände durch Steuern der Auslassventilzeitvorgabe ein Teil der Verbrennungsgase in der Verbrennungskammer zurückgehalten oder eingefangen werden.
In manchen Beispielen kann der Controller 12 ein Mikrocomputer sein, der eine Mikroprozessoreinheit, Ein-/Ausgangsanschlüsse, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, einen Direktzugriffsspeicher, einen Erhaltungsspeicher und einen Datenbus umfasst. Wie dargestellt kann der Controller 12 Eingaben aus mehreren Sensoren (nicht dargestellt) empfangen, was Anwendereingaben und/oder Sensoren (wie beispielsweise Sensoren für eine Getriebeposition, eine Gaspedaleingabe, eine Abgaskrümmertemperatur, ein Kraftstoff/Luft-Verhältnis, eine Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Kraftmaschinendrehzahl, einen Luftmassendurchfluss durch die Kraftmaschine, eine Umgebungstemperatur, eine Luftfeuchtigkeit, eine Einlasslufttemperatur, ein Kühlsystem und andere) einschließen kann. Der Controller kann auch mehrere Steuersignale an verschiedene Kraftmaschinenaktoren (nicht gezeigt) senden, um den Kraftmaschinenbetrieb basierend auf von den Sensoren empfangenen Signalen (nicht gezeigt) anzupassen. In diesem Beispiel umfasst die Eingabevorrichtung 16 ein Fahrpedal und einen Pedalstellungssensor 18 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalstellungssignals PP. Der Controller 12 ist in 1 so gezeigt, dass er neben jenen Signalen, die oben besprochen worden sind, verschiedene Signale von mit der Kraftmaschine 10 gekoppelten Sensoren empfängt; diese umfassen: die Kraftmaschinenkühlmitteltemperatur (ECT) von einem Temperatursensor 128, einen Kraftmaschinen-Stellungssensor 130, z. B. einen Hall-Effekt-Sensor, der die Kurbelwellenstellung misst. Zur Verarbeitung durch den Controller 12 kann auch der barometrische Druck erfasst werden (Sensor nicht gezeigt). In manchen Beispielen erzeugt der Kraftmaschinen-Stellungssensor 130 mit jeder Umdrehung der Kurbelwelle eine vorgegebene Anzahl gleich beabstandeter Impulse, woraus die Kraftmaschinendrehzahl (RPM) bestimmt werden kann. Außerdem können verschiedene Sensoren verwendet werden, um den Turbolader-Ladedruck zu bestimmen. Beispielsweise kann ein Drucksensor 132 in dem Einlass 30 dem Verdichter 94 nachgeschaltet angeordnet sein, um den Ladedruck zu bestimmen. Außerdem kann jede Flut des Doppelstromsystems 98 verschiedene Sensoren zur Überwachung der Betriebsbedingungen des Doppelstromsystems umfassen. Beispielsweise kann die erste Flut 100 einen Abgassensor 134 umfassen, während die zweite Flut 102 einen Abgassensor 136 umfassen kann. Die Abgassensoren 134 und 136 können irgendein geeigneter Sensor zum Bereitstellen einer Angabe des Abgas-Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses wie etwa ein linearer Sauerstoffsensor oder UEGO (Universal- oder Breitband-Abgassauerstoff), ein Zweizustandssauerstoffsensor oder EGO, ein HEGO (erhitzter EGO), ein NOx-Sensor, ein HC-Sensor oder ein CO-Sensor sein. In einigen Fällen kann ein einzelner Sensor verwendet werden, um beispielsweise ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erfassen. Der einzelne Sensor kann anstelle der Verwendung der Sensoren 134 und 136 verwendet werden und kann beispielsweise der Turbine in der Leitung oder dem Abgaskanal 122 nachgeschaltet angeordnet sein.
Jede Flut kann Abgas aus einem bestimmten Satz von Zylindern über spezielle Abgaskrümmersegmente und verschiedenen Einlässe empfangen. Abgase, die durch die erste Flut 100 strömen, und Abgase, die durch die zweite Flut 102 strömen, sind durch eine Trennwand 138 getrennt. Wie oben diskutiert kann das Aufteilen des Abgasstroms (d. h. der Abgasimpulse) auf die erste und die zweite Flut ein Kraftmaschinendrehmoment im unteren Bereich erhöhen und Dauer, die erwünscht ist, um dieses Drehmoment zu erreichen, verringern. Als Ergebnis kann während bestimmter Zustände wie einer hohen Kraftmaschinenlast das Trennen der Abgasimpulse zu einer Erhöhung der Effizienz der Abgasstromlieferung an eine Turbine führen. Jedoch kann das Trennen der Abgasimpulse, wie es oben beschrieben ist, während einiger Kraftmaschinenbetriebsbedingungen die Effizienz der Abgaslieferung an die Turbine verringern. Zum Beispiel kann bei hoher Kraftmaschinendrehzahl ein Trennen der Abgasimpulse, wie es oben beschrieben ist, den Gegendruck und die Pumparbeit erhöhen, was teilweise an einem kleineren, einschränkenderen unteren Flutvolumen zwischen dem Auslassventil und der Turbine im Vergleich zu einer kombinierten, ungetrennten einzigen Turbineneinlassflut liegen kann. Mit anderen Worten kann ein Volumen des Abgases, das den (die) Zylinder verlässt, den Druck in der zuvor erwähnten Doppelstromanordnung stärker erhöhen, da die erste Flut und die zweite Flut, die getrennt sind, verglichen mit einer Flutanordnung, bei der die Fluten oder Kanäle nicht getrennt sind, ein relativ kleineres Volumen haben. Als Antwort kann die Kraftmaschinenleistung verringert sein.
Ein Erhöhen von Fluidkommunikation und -transport zwischen der ersten und der zweiten Flut während gewisser Kraftmaschinenbetriebszustände wie etwa einer hohen Drehzahl und/oder hohen Last kann eine erhöhte Kraftmaschineneffizienz und Ausgabeleistung ermöglichen. Daher kann ein Kanal 139 die erste Flut 100 und die zweite Flut 102 fluidtechnisch so brückenartig verbinden, dass eine Menge an Abgas in der ersten Flut 100 zu der zweiten Flut 102 strömt und sich mit einer Menge an Abgas in der zweiten Flut 102 mischt. Ebenso kann eine Menge an Abgas in der zweiten Flut 102 zu der ersten Flut 100 strömen und sich mit einer Menge an Abgas in der ersten Flut 100 mischen. Ferner kann ein Ventil 140 in dem Kanal 139, der innerhalb der Trennwand 138 angeordnet ist, vorgesehen sein, um Fluidkommunikation und -transport zwischen der ersten und der zweiten Flut während bestimmter Kraftmaschinenbetriebszustände zu ermöglichen. In einem weiteren Beispiel kann das Ventil 140 an einer Öffnung der Trennwand angeordnet sein. Darüber hinaus kann das Ventil mittels eines oder mehrerer Signale, die aus dem Controller 12 empfangen werden, in einer kontinuierlichen Weise über ausgewählte Positionen oder Bereiche positionierbar oder anpassbar sein, wie unten diskutiert ist.
In einer Ausführungsform kann das Ventil 140 als ein kombiniertes Zweigkommunikations- und Ladedruckregelungsventil 140 oder einfach als Ventil 140 bezeichnet werden. An sich kann der Begriff "Ventil", wie er hier verwendet wird, so verstanden werden, dass er ein Hindernis meint, das beweglich oder positionierbar sein kann, um einen Fluiddurchfluss zu steuern, und kann so verstanden werden, dass er ein bewegliches Hindernis meint, das in verschiedenen Komponenten wie etwa einem Gehäuse oder einem Körper usw. aufgenommen sein kann oder mit diesen gekoppelt sein kann. Wie in dem in 1–2 dargestellten Ausführungsbeispiel kann das Ventil 140 so positioniert werden, dass das Ventil die erste Flut 100 und die zweite Flut 102 brückenartig verbindet. Somit kann in einem Beispiel ein Öffnen des Ventils 140 einen Durchgang bereitstellen, um Fluidkommunikation und -transport zwischen der ersten und der zweiten Flut der Turbine zu erhöhen. Ferner kann das Ventil 140 in einem dosierten Ausmaß jeweils zu der ersten und der zweiten Flut geöffnet werden, so dass eine Fluidkommunikation auf eine gewünschte Menge begrenzt ist. Auf diese Weise kann nur ein Teil der Menge an Abgas zwischen der ersten und der zweiten Flut strömen. In einem weiteren Beispiel kann das Ventil 140 vollständig oder völlig geöffnet werden, so dass eine größere Menge an Abgasdurchfluss und Fluidkommunikation zwischen der ersten und der zweiten Flut im Vergleich zu dem Teil der Menge an Abgasdurchfluss dann, wenn das Ventil 140 in einem dosierten Ausmaß geöffnet ist, vorhanden sein kann.
In noch einem weiteren Beispiel kann ein Schließen des Ventils 140 Fluidkommunikation und -transport zwischen der ersten und der zweiten Flut verringern. In einigen Fällen kann das Ventil vollständig oder völlig geschlossen werden, so dass im Wesentlichen kein Abgas zwischen der ersten und der zweiten Flut ausgetauscht werden kann. Mit anderen Worten können im Wesentlichen der gesamte Abgasstrom innerhalb der ersten Flut und der gesamte Abgasstrom innerhalb der zweiten Flut getrennt und unabhängig zu der Turbine wie etwa der Turbine 92 geleitet werden. Wie in 1–2 gezeigt können die hier beschriebenen Ausführungsformen des Ventils 140 in der ersten Flut und/oder der zweiten Flut innerhalb der Turboladergehäuseanordnung und/oder in den Auslasskanälen (z. B. der ersten Flut 100 und/oder der zweiten Flut 102, die zu einem Einlass des Turboladers führen) verwendet werden.
Somit kann das Ventil zwischen ausgewählten Stellungen verstellt werden. Zum Beispiel kann das Ventil 140 zwischen vier ausgewählten Stellungen bewegbar sein, wie in Bezug auf 3A bis 4D gezeigt ist. In diesem Beispiel kann ein erster Satz der ausgewählten Stellungen Fluidkommunikation und -transport zwischen der ersten Flut 100 und der zweiten Flut 102 bereitstellen. Darüber hinaus kann ein zweiter Satz der ausgewählten Stellungen Fluidkommunikation und -transport zwischen der ersten Flut 100 und/oder der zweiten Flut 102 und einer Stelle 106, die der Turbine 92 nachgeschaltet ist, bereitstellen.
Als Ergebnis können Anpassungen einer Stellung des Ventils 140 wie beschrieben eine Drehzahl der Turbine 92 steuern und darüber wiederum die Drehzahl des Verdichters 94 regeln. Somit kann in einigen Ausführungsformen nur ein einzelnes Element wie beispielsweise das Ventil 140 sowohl eine Steuerung von Abgas durch den Ladedruckregelungskanal 104 als auch eine gesteuerte Fluidkommunikation und einen gesteuerten Fluidtransport zwischen zwei oder mehr Fluten, die in der Kraftmaschine 10 enthalten sein können, bereitstellen. Ein Erhöhen von Fluidkommunikation und -transport kann ein Ermöglichen umfassen, dass Abgas aus der ersten Flut 100 und Abgas aus der zweiten Flut 102 sich mischt und in eine oder mehrere gegenüberliegende oder andere Fluten gelangt. In einem Beispiel kann die Ladedruckregelungsteuerung umfassen, es zumindest einem Teil des Abgases von jeweils der ersten Flut 100 und der zweiten Flut 102 zu ermöglichen, in den Ladedruckregelungskanal 104 zu gelangen und somit die Turbine 92 zu umgehen. In anderen Beispielen kann die Ladedruckregelungssteuerung ein Schließen der Ladedruckregelungsvorrichtung umfassen, um im Wesentlichen zu verhindern, dass irgendwelches Abgas aus der ersten und der zweiten Flut (und/oder einer oder mehreren weiteren Fluten) die Turbine umgeht. Da die Stellung des Ventils 140 die Drehzahl der Turbine steuern kann, kann in einigen Beispielen das Ausmaß des Öffnens des Ventils 140 (beispielsweise ein dosiertes oder vorbestimmtes Ausmaß, vollständig geöffnet oder vollständig geschlossen) zu jeweils der ersten und der zweiten Flut und/oder zu dem Ladedruckregelungskanal auf einer oder mehreren Kraftmaschinenbetriebsbedingungen wie einer Kraftmaschinendrehzahl, einer Kraftmaschinenlast, einem gewünschten oder angeforderten Drehmoment und/oder einem steigenden oder fallenden Drehmoment beruhen.
Unter Bezugnahme auf 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Doppelstrom-Turbolader-Systems 98 gezeigt. Andere Anordnungen, die nicht speziell dargestellt sind, können in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung auch möglich sein. Ähnlich wie in 1 kann das Doppelstrom-Turbolader-System 98 eine erste Flut 100 und eine zweite Flut 102 umfassen. In einer Ausführungsform kann die zweite Flut 102 von der ersten Flut 100 durch die Trennwand 138 fluidtechnisch voneinander getrennt sein und der Kanal 139 kann die erste Flut 100 und die zweite Flut 102 so brückenartig verbinden, dass eine Menge an Abgas in jeweils der ersten Flut 100 und der zweiten Flut 102 sich mit einer Menge an Abgas in der gegenüberliegenden Flut mischen kann. In einigen Ausführungsformen kann durch Anpassen des Ventils 140 basierend auf Kraftmaschinenbetriebsbedingungen die Turbine in unterschiedlichen Betriebsarten betrieben werden und der dynamische Bereich, über den eine Aufladung durch den Turbolader bereitgestellt wird, verbessert werden. Zusätzlich können die vorstehend genannten Anordnungen Nachteile bezüglich Gewicht, Kosten und/oder Verpackung reduzieren.
Wie in 2 gezeigt kann das Ventil 140 in einen Zylinderkopf 39 der Kraftmaschine 10, die dazu ausgelegt ist, ein Turbolader-System 98 zu nutzen, integriert sein oder gemeinsam mit diesem angeordnet sein. In einem weiteren Beispiel kann das Ventil 140 in einen Abgaskrümmer 41 der Kraftmaschine 10, die dazu ausgelegt ist, das Turbolader-System 98 zu nutzen, integriert sein oder gemeinsam mit diesem angeordnet sein. In einem weiteren Beispiel kann das Ventil 140 in den Zylinderkopf 39 integriert sein, der den integrierten Abgaskrümmer 41 enthält. Alternativ kann in noch einem weiteren Beispiel das Ventil 140 in dem Turbolader 90 der Kraftmaschine 10, die dazu ausgelegt ist, das Turbolader-System 98 zu nutzen, integriert sein. Ferner kann das Ventil 140 in ein Ventileingriffsstück (nicht dargestellt), das speziell verwendet wird, um das Ventil 140 sicher zu befestigen, integriert sein. In einigen Ausführungsformen kann das Ventil 140 einen Ventilkörper umfassen. Das Ventil 140 kann eine oder mehrere Außenflächen umfassen, um zu ermöglichen, dass die Wärme aus dem Ventilkörper in die umgebende Umwelt abgeführt wird. Somit kann eine thermische Verschlechterung des Ventils reduziert werden.
Unter Bezugnahme auf 3A bis 3D sind Schnittansichten eines ersten Beispiels eines Zweigkommunikations- und Ladedruckregelungsventils in vier beispielhaften Stellungen oder Zuständen gezeigt. Die erste Flut 100, die hier auch als der erste Kanal bezeichnet wird, kann von der Ebene des Papiers betrachtet vor, hinter, oder über einer zweiten Flut 102, die hier als der zweite Kanal bezeichnet wird, liegen. In einer Ausführungsform können die Querschnitte durch eine Mitte einer Flut wie etwa der ersten Flut 100 betrachtet oder wahrgenommen werden. Die andere Flut, beispielsweise die zweite Flut 102, kann vor oder hinter der Ebene der Querschnittsansichten liegen.
Wie in 3A bis 3D dargestellt kann das Ventil 140 ein zylindrisches Ventil 140 sein. In dieser Ausführungsform kann sich das Ventil 140 auf einer Achse 141 im Wesentlichen senkrecht zu einem Abgasstrom innerhalb jeweils der ersten Flut 100 und der zweiten Flut 102 drehen (und wie dargestellt kann sich das Ventil senkrecht zu der Ebene des Papiers drehen). Ferner kann in dieser Ausführungsform, das Ventil 140 ein Element 147 umfassen, das sich auf einer Achse 141 im Wesentlichen senkrecht zu dem Abgasstrom innerhalb jeweils der ersten und der zweiten Flut dreht. In einem Beispiel kann das zylindrische Ventil 140 zumindest in einem Bereich im Wesentlichen benachbart zu der ersten Flut 100 und der zweiten Flut 102 angeordnet sein und mit diesen zumindest eine Schnittstelle gemeinsam haben. Auf diese Weise kann das Ventil 140 wahlweise Fluidkommunikation und -transport zwischen einer oder mehreren Kombinationen der ersten Flut 100, der zweiten Flut 102 und des Ladedruckregelungskanals 104 zu der Stelle 106 (oben in 1–2 dargestellt), die der Turbine 92 nachgeschaltet ist, bereitstellen.
In einer Ausführungsform kann das Ventil 140 in einer kontinuierlichen Weise durch ausgewählte Bereiche, Stellungen oder Zustände verstellt werden und beweglich sein, wie im Einzelnen in 3A–3D und 4A–4B beschrieben ist. Ferner kann der Abgasdurchfluss durch die erste und/oder die zweite Flut basierend auf Kraftmaschinenbetriebsbedingungen wie Kraftmaschinendrehzahl und -last und/oder dem gewünschten Ladedruck und Drehmoment angepasst werden. Zum Beispiel kann die Stellung des Ventils 140 so angepasst werden, dass der Ladedruck (d. h. der Verdichterauslassdruck) ausreichen kann, um einen gewünschten Ladedruck zu erreichen, aber nicht zu überschreiten. In einem Beispiel kann dann, wenn ein gemessener Ladedruck höher als der gewünschte Ladedruck ist, das Ventil verstellt werden, um eine Menge an Abgasstrom, der die Turbine umgeht, zu erhöhen. Mit anderen Worten kann der Abgasstrom zu der Stelle 106, die der Turbine nachgeschaltet ist, geleitet werden. Infolgedessen kann es zu einer Verringerung der Drehzahl der Turbine und des Verdichters kommen, wodurch der Ladedruck verringert wird. Andererseits kann dann, wenn der Ladedruck niedriger als der gewünschte Ladedruck ist, das Ventil 140 verstellt werden, um die Menge an Abgasstrom, der die Turbine umgeht, zu verringern, indem ein dosiertes Öffnungsausmaß zu dem Ladedruckregelungskanal bereitgestellt wird. Folglich kann es zu einem Anstieg der Drehzahl der Turbine und des Verdichters kommen, wodurch der Ladedruck erhöht wird. In einem weiteren Beispiel kann dann, wenn die Turbinendrehzahl eine vorbestimmte Schwellendrehzahl übersteigt, das Ventil verstellt werden, um die Menge an Abgas für die Turbine zu verringern, um eine Beschädigung des Turboladers zu reduzieren.
Wie in 3A gezeigt, ist eine beispielhafte erste Stellung des Ventils 140 dargestellt, in der das Ventil 140 derart angepasst sein kann, dass es derart geschlossen ist, dass im Wesentlichen der gesamte Abgasstrom innerhalb der ersten Flut 100 im Wesentlichen innerhalb der ersten Flut 100 eingeschlossen sein und zu der Turbine 92 weitergeleitet werden kann. Ferner kann im Wesentlichen der gesamte Abgasstrom innerhalb der zweiten Flut 102 im Wesentlichen innerhalb der zweiten Flut 102 eingeschlossen sein und zu der Turbine 92 weitergeleitet werden. Zusätzlich kann die erste Stellung des Ventils 140 auch das Eindringen des Abgasstroms in den Ladedruckregelungskanal 104 verringern oder verhindern. Auf diese Weise kann das Verstellen des Ventils in die erste Stellung die Menge an Abgasstrom zu der Turbine durch Verhindern von Abgasfluidkommunikation zwischen der ersten und der zweiten Flut und von der ersten und der zweiten Flut zu dem Ladedruckregelungskanal erhöhen. Somit kann das Ventil in der ersten Stellung jeweils zu der ersten Flut, der zweiten Flut und dem Ladedruckregelungskanal vollständig geschlossen sein, so dass ein Großteil oder nahezu die Gesamtheit des Abgasstroms in der ersten Flut 100 und der zweiten Flut 102 getrennt und unabhängig voneinander an die Turbine 92 geliefert werden kann. Ferner kann kein Abgasstrom die Turbine über den Ladedruckregelungskanal 104 umgehen. In einem Beispiel kann das Ventil 140 während eines Zustands, in dem die Turbinendrehzahl kleiner als eine Schwellenturbinendrehzahl ist, der Ladedruck kleiner als ein gewünschter Ladedruck ist, die Kraftmaschinenlast größer als eine Schwellenlast ist, die Drehmomentanforderung zunimmt und/oder die Kraftmaschinendrehzahl kleiner als eine Schwellenkraftmaschinendrehzahl ist, in der ersten Stellung oder einer Stellung, die der ersten Stellung im Wesentlichen ähnlich ist, sein.
Hierbei kann die zuvor erwähnte Schwellenturbinendrehzahl beispielsweise eine Drehzahl sein, bei der oder oberhalb der eine mechanische Beschädigung der Turbine auftreten kann. In einem weiteren Beispiel kann die Schwellenlast eine Kraftmaschinenlast sein, oberhalb der ein Zustand mit hoher Kraftmaschinenlast angenommen wird, beispielsweise wenn das Fahrzeug einen Anhänger zieht oder bergauffährt. In noch einem weiteren Beispiel kann die Schwellenkraftmaschinendrehzahl eine Drehzahl sein, bei der oder oberhalb der ein übermäßiger Kraftmaschinenabgas-Gegendruck in einem Doppelstrom-Turbolader-System auftreten kann. In anderen Beispielen können die Schwellenlast, die Schwellenturbinendrehzahl und/oder die Schwellenkraftmaschinendrehzahl auf anderen Kraftmaschinenbetriebsbedingungen basieren.
In einem weiteren Beispiel ist wie in 3B dargestellt eine beispielhafte zweite Stellung des Ventils 140 vorgesehen, bei der ein Ventil 140 in einem dosierten Ausmaß zu jeder der ersten und der zweiten Schnecke geöffnet und vollständig zu dem Ladedruckregelungskanal geöffnet sein kann. Daher kann das Ventil 140 in der zweiten Stellung eine teilweise Kommunikation von Abgasstrom zwischen der ersten und der zweiten Flut und eine vollständige Kommunikation von Abgasstrom zwischen jeder der ersten und der zweiten Flut und dem Ladedruckregelungskanal ermöglichen. Mit anderen Worten kann das Ventil 140 jeweils zu der ersten und der zweiten Flut in dem dosierten Ausmaß geöffnet sein, so dass eine Menge an Abgasstrom an einer Schnittstelle zwischen jeder der ersten Flut 100 und der zweiten Flut 102 die erste Flut 100 und die zweite Flut 102 verlassen und die Turbine 92 über den Ladedruckregelungskanal 104 umgehen kann. Ferner kann in diesem Beispiel das Ventil 140 in der zweiten Stellung Abgasstromkommunikation und -transport zwischen der ersten Flut 100 und der zweiten Flut 102 reduzieren, da das dosierte Öffnungsausmaß des Ventils 140 begrenzt sein kann.
In einem Beispiel kann das Ventil 140 in der zweiten Stellung oder einer Stellung, die der zweiten Stellung im Wesentlichen ähnlich ist, sein, wenn die Turbinendrehzahl größer als die Schwellenturbinendrehzahl ist, der Ladedruck größer als der gewünschte Ladedruck ist, die Kraftmaschinenlast kleiner ist als die Schwellenlast ist, das angeforderte Drehmoment abnimmt und/oder die Kraftmaschinendrehzahl kleiner als die Schwellenkraftmaschinendrehzahl ist. In einem weiteren Beispiel kann das dosierte Öffnungsausmaß des Ventils 140 auf der Kraftmaschinendrehzahl, der Kraftmaschinenlast und/oder dem angeforderten Drehmoment beruhen. Daher kann in einem Beispiel das dosierte Öffnungsausmaß des Ventils 140 zu jeder der ersten und der zweiten Flut ansteigen, wenn die Kraftmaschinenlast oder das angeforderte Drehmoment abnimmt. In einem weiteren Beispiel kann das dosierte Öffnungsausmaß des Ventils 140 zu jeder der ersten und der zweiten Flut ansteigen, wenn die Drehzahl zunimmt. Auf diese Weise kann das Ventil 140 in der zweiten Stellung als Antwort auf eine oder mehrere Kraftmaschinenbetriebsbedingungen ermöglichen, dass eine gewünschte Abgasdurchflussmenge jede der ersten und der zweiten Schnecke verlässt, um in den Ladedruckregelungskanal 104 zu gelangen und die Turbine 92 zu umgehen.
Unter Bezugnahme auf 3C ist eine beispielhafte dritte Stellung des Ventils 140 gezeigt, bei der das Ventil 140 angepasst sein kann, um im Wesentlichen jeweils zu der ersten Flut 100 und der zweiten Flut 102 geöffnet zu sein und in einem vorgegebenen Ausmaß zu dem Ladedruckregelungskanal 104 geöffnet zu sein. Außerdem kann ein Raum mit einem Volumen, das in einem Bereich zwischen und benachbart zu jeweils der ersten Flut und der zweiten Flut ausgebildet ist, vorhanden sein, wenn sich das Ventil in der dritten Stellung befindet. Daher kann das Ventil in der dritten Stellung ermöglichen, dass der Abgasstrom in jeder der ersten Flut 100 und der zweiten Flut 102 in den oben genannten Raum, der ein größeres Volumen im Vergleich zu einem Raumvolumen in jeder der ersten Flut und der zweiten Flut aufweist, "herabbläst", wenn das Ventil zu jeder der ersten Flut und der zweiten Flut wie in der ersten Stellung geschlossen ist. Folglich kann das Ventil 140 in der dritten Stellung eine erhebliche Abgasstromkommunikation und einen erheblichen Abgasstromtransport zwischen der ersten Flut 100 und der zweiten Flut 102 ermöglichen. Damit einhergehend kann ein Teil des Abgasstroms durch das vorgegebene Öffnungsausmaß des Ventils 140 in den Ladedruckregelungskanal 104 entweichen. Es kann somit eine Verringerung des Abgasdurchflusses zu der Turbine 92 geben. In einem Beispiel kann das Ventil 140 in der dritten Stellung ermöglichen, dass der Teil des Abgasstroms die Turbine umgeht, um den Ladedruck zu begrenzen und/oder eine Drehzahl einer Turbine unter einer Schwellenturbinendrehzahl zu halten oder darunter zu senken.
In einer Ausführungsform kann das vorgegebene Öffnungsausmaß des Ventils 140 auf den Kraftmaschinenbetriebsbedingungen wie der Kraftmaschinendrehzahl, der Kraftmaschinenlast und/oder dem angeforderten Drehmoment basieren. Zum Beispiel kann sich das Ventil 140 in der dritten Stellung befinden, wenn die Turbinendrehzahl größer als die Schwellenturbinendrehzahl ist. In einem weiteren Beispiel kann das Ventil während eines Zustands in der dritten Stellung sein, in dem der Ladedruck größer als der gewünschte Ladedruck ist, die Kraftmaschinenlast geringer als die Schwellenlast ist, das angeforderte Drehmoment abnimmt und/oder die Kraftmaschinendrehzahl größer als die Schwellenkraftmaschinendrehzahl ist. In noch einem weiteren Beispiel kann das vorgegebene Öffnungsausmaß des Ventils 140 zu dem Ladedruckregelungskanal 104 steigen, wenn die Kraftmaschinenlast oder das angeforderte Drehmoment abnimmt. In einigen Fällen kann das vorgegebene Öffnungsausmaß des Ventils 140 zu dem Ladedruckregelungskanal 104 ansteigen, wenn die Kraftmaschinendrehzahl abnimmt. Auf diese Weise kann das Ventil 140 in die dritte Stellung bewegbar sein, um den Ladedruck als Antwort auf bestimmte Kraftmaschinenbetriebsbedingungen zu verringern, um den Abgaskrümmer-Gegendruck abzuschwächen.
3D zeigt eine beispielhafte vierte Stellung des Ventils 140, in der das Ventil 140 zu der ersten Flut 100 und der zweiten Flut 102 im Wesentlichen oder vollständig geöffnet ist. Zusätzlich kann das Ventil 140 zu dem Ladedruckregelungskanal 104 geschlossen sein, so dass kein Abgasstrom jede der ersten und der zweiten Schnecke in Richtung des Ladedruckregelungskanals 104 verlassen kann. Folglich kann das Ventil 140 in der vierten Stellung erhebliche Abgasstromkommunikation und erheblichen Abgasstromtransport zwischen der ersten Flut 100 und der zweiten Flut 102 ermöglichen.
Darüber hinaus kann ähnlich wie bei der dritten Stellung ein Raum mit einem Volumen, das an einer Schnittstelle zwischen und/oder einem Bereich benachbart zu jeweils der ersten Flut und der zweiten Flut ausgebildet ist, dann, wenn das Ventil in der vierten Stellung ist, ermöglichen, dass der Abgasstrom in der ersten Flut 100 und der zweiten Flut 102 in den oben genannten Raum, der ein größeres Volumen im Vergleich zu einem Raumvolumen in jeder der ersten Flut und der zweiten Flut aufweist, "herabbläst", wenn das Ventil zu jeder der ersten Flut und der zweiten Flut geschlossen ist. Auf diese Weise kann das Ventil 140 in der vierten Stellung volle Abgasstromkommunikation und vollen Abgasstromtransport zwischen der ersten Flut 100 und der zweiten Flut 102 ermöglichen, so dass der gesamte Abgasstrom die Turbine durchläuft, um den Ladedruck zu erhöhen. Folglich kann die vierte Stellung den Abgasgegendruck reduzieren, während sie den Abgasdurchfluss und die Energie für die Turbine erhöht, um den Ladedruck schneller zu erhöhen.
In einem Beispiel kann das Ventil 140 in der vierten Stellung oder einer Stellung, die der vierten Stellung im Wesentlichen ähnlich ist, während eines Zustands sein, in dem die Turbinendrehzahl kleiner als eine Schwellenturbinendrehzahl ist, der Ladedruck kleiner als ein gewünschter Ladedruck ist, die Kraftmaschinenlast größer als eine Schwellenlast ist, die Drehmomentanforderung steigt und/oder die Kraftmaschinendrehzahl größer als eine Schwellenkraftmaschinendrehzahl ist. Anders gesagt kann die vorstehend erwähnte Ventilanordnung eine Menge an Ladedruck bereitstellen, um den gewünschten Ladedruck zu erzielen, während sie den Abgaskrümmer-Gegendruck bei hohen Kraftmaschinendrehzahlen verringert. Obwohl nicht dargestellt sind weitere zusätzliche und/oder alternative Stellungen oder Zustände oder Bereiche in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung möglich.
Unter Bezugnahme auf 4A bis 4D sind Querschnittsansichten eines zweiten beispielhaften Zweigkommunikations- und Ladedruckregelungsventils in vier beispielhaften Stellungen oder Zuständen gezeigt. In einer Ausführungsform kann ein erster Kanal bzw. eine erste Flut 100 aus der Ebene des Papiers betrachtet mit einem Abstand dazwischen benachbart zu einem zweiten Kanal oder einer zweiten Flut 102 angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann das Ventil 140 in einer kontinuierlichen Weise durch ausgewählte Stellungen, Bereiche und/oder Zustände verstellt werden oder bewegbar sein, so dass der Abgasstrom durch die erste und die zweite Flut und zu dem Ladedruckregelungskanal beispielsweise auf Basis der Kraftmaschinenbetriebsbedingungen und dem gewünschten Ladedruck und Drehmoment angepasst werden kann. Wie in 4A bis 4D dargestellt kann das Ventil 140 in einer Ausführungsform ein Schieberventil umfassen. In dieser Ausführungsform kann das Ventil 140 ein bewegliches Element 143 umfassen, das dazu ausgelegt ist, sich entlang einer Achse 149 zu bewegen, um selektive Fluidkommunikation und selektiven Fluidtransport zwischen einer oder mehreren Kombinationen der ersten Flut 100, der zweiten Flut 102 und des Ladedruckregelungskanals 104 zu dem Punkt 106 (oben in 1–2 dargestellt), der der Turbine 92 nachgeschaltet ist, bereitzustellen.
In einer Ausführungsform können die in Bezug auf 4A bis 4D gezeigten genannten beispielhaften Stellungen im Wesentlichen die gleichen wie die in 3A bis 3D dargestellten beispielhaften Stellungen sein, so dass Anpassungen einer Stellung eines Ventils wie beispielsweise des Ventils 140 den Abgasdurchfluss in der ersten Flut, der zweiten Flut und/oder dem Ladedruckregelungskanal steuern können.
Zum Beispiel kann wie in 4A gezeigt eine erste Stellung des Ventils 140 mit einer Schieberanordnung im Wesentlichen ähnlich zu der ersten Stellung des Ventils 140 mit einer zylindrischen Anordnung, die in 3A beschrieben ist, sein. Daher kann das Ventil 140 derart geschlossen sein, dass im Wesentlichen der gesamte Abgasstrom innerhalb der ersten Flut 100 im Wesentlichen innerhalb der ersten Flut 100 eingeschlossen ist und zu der Turbine 92 weitergeleitet werden kann. Ebenso kann im Wesentlichen der gesamte Abgasstrom innerhalb der zweiten Flut 102 im Wesentlichen innerhalb der zweiten Flut 102 eingeschlossen sein und zu der Turbine 92 weitergeleitet werden, wie mit Bezug auf 1–2 gezeigt ist. Darüber hinaus kann kein Abgasstrom die Turbine durch den Ladedruckregelungskanal 104 umgehen. Ähnlich wie das Ventil 140, das in 3A beschrieben ist, kann das Ventil 140 mit der Spulenanordnung in der ersten Stellung oder einer Stellung, die der ersten Stellung im Wesentlichen ähnlich ist, während eines Zustands, in dem die Turbinendrehzahl kleiner als die Schwellenturbinendrehzahl ist, der Ladedruck kleiner als der gewünschte Ladedruck ist, die Kraftmaschinenlast größer als die Schwellenlast ist, die Drehmomentanforderung zunimmt und/oder die Kraftmaschinendrehzahl kleiner als die Schwellenkraftmaschinendrehzahl ist, sein. Auf diese Weise erhöht die Verstellung des Ventils 140 in die erste Stellung eine Abgasdurchflussmenge zu der Turbine, wodurch der Ladedruck erhöht wird.
In einem weiteren Beispiel ist wie in 4B dargestellt eine zweite Stellung des Ventils 140, das die Schieberanordnung aufweist, gezeigt, die im Wesentlichen ähnlich der in 3B beschriebenen zweiten Stellung sein kann. Insbesondere kann das Ventil 140 mit der Spulenanordnung in einem dosierten Ausmaß zu jeder der ersten und der zweiten Flut geöffnet sein und vollständig zu dem Ladedruckregelungskanal 104 geöffnet sein. Daher kann das Ventil 140 in der zweiten Stellung eine teilweise Kommunikation des Abgasstroms zwischen der ersten und der zweiten Flut und eine vollständige Fluidkommunikation des Abgasstroms zwischen jeder der ersten und der zweiten Flut und zu dem Ladedruckregelungskanal ermöglichen. Somit kann ein Teil des Abgasstromes an einer Schnittstelle jeder der ersten Flut 100 und der zweiten Flut 102 die erste Flut 100 bzw. die zweite Flut 102 verlassen und die Turbine 92 über den Ladedruckregelungskanal 104 verlassen. Auf diese Weise kann das Verstellen des Ventils 140 in die zweite Stellung eine Abgasdurchflussmenge zu der Turbine verringern, wodurch der Ladedruck begrenzt oder abgesenkt wird.
In einem Beispiel kann das Ventil 140, das die Schieberanordnung aufweist, in der zweiten Stellung oder einer Stellung, die im Wesentlichen zu der zweiten Stellung ähnlich ist, sein, wenn die Turbinendrehzahl größer als die Schwellenturbinendrehzahl ist, der Ladedruck größer als der gewünschte Ladedruck ist, die Kraftmaschinenlast kleiner als die Schwellenlast ist, das angeforderte Drehmoment abnimmt und/oder die Kraftmaschinendrehzahl kleiner als die Schwellenkraftmaschinendrehzahl ist. Ähnlich wie bei dem Ventil, das in 3B dargestellt ist, kann das dosierte Öffnungsausmaß des Ventils 140, das die Schieberanordnung aufweist, auf der Kraftmaschinendrehzahl, der Kraftmaschinenlast und/oder dem angeforderten Drehmoment beruhen. Zum Beispiel kann das dosierte Öffnungsausmaß des Ventils 140 zu jeder der ersten und der zweiten Flut zunehmen, wenn die Kraftmaschinenlast oder das angeforderte Drehmoment abnimmt. In einem weiteren Beispiel kann das dosierte Öffnungsausmaß des Ventils 140 zu jeder der ersten und der zweiten Flut zunehmen, wenn die Kraftmaschinendrehzahl zunimmt.
Unter Bezugnahme auf 4C ist eine dritte Stellung des Ventils 140, das die Schieberanordnung aufweist, gezeigt, die im Wesentlichen ähnlich der in 3C beschriebenen dritten Stellung sein kann. In einem Beispiel kann das Ventil 140 in der dritten Stellung vollständig zu jeder der ersten Flut 100 und der zweiten Flut 102 geöffnet sein und in einem vorgegebenen Ausmaß zu dem Ladedruckregelungskanal 104 geöffnet sein. Infolgedessen kann das Ventil 140 in der dritten Stellung eine wesentliche Abgasstromkommunikation und einen wesentlichen Abgasstromtransport zwischen der ersten Flut 100 und der zweiten Flut 102 ermöglichen. Damit einhergehend kann ein Teil des Abgasstroms durch das vorgegebene Öffnungsausmaß und in den Ladedruckregelungskanal 104 entweichen. Daher kann es eine Verringerung des Abgasdurchflusses zu der Turbine 92 geben. Auf diese Weise kann das Verstellen des Ventils 140 in die dritte Stellung den Ladedruck begrenzen oder vermindern.
In einem Beispiel kann das Ventil in der dritten Stellung während eines Zustands sein, in dem die Turbinendrehzahl größer als die Schwellenturbinendrehzahl ist, der Ladedruck größer als der gewünschte Ladedruck ist, die Kraftmaschinenlast kleiner als die Schwellenlast ist, das angeforderte Drehmoment abnimmt und/oder die Kraftmaschinendrehzahl größer als die Schwellenkraftmaschinendrehzahl ist. Ähnlich wie bei der dritten Stellung von 3C kann das vorgegebene Öffnungsausmaß des Ventils 140, das in 4C gezeigt ist, auf Kraftmaschinenbetriebsbedingungen wie der Kraftmaschinendrehzahl, der Kraftmaschinenlast und/oder dem angeforderten Drehmoment beruhen. In noch einem weiteren Beispiel kann das vorgegebene Öffnungsausmaß des Ventils 140 zu dem Ladedruckregelungskanal 104 steigen, wenn die Kraftmaschinenlast oder das angeforderte Drehmoment abnimmt. In einigen Fällen kann das vorgegebene Öffnungsausmaß des Ventils 140 zu dem Ladedruckregelungskanal 104 steigen, wenn die Kraftmaschinendrehzahl abnimmt. Auf diese Weise kann das Ventil 140 in die dritte Stellung als Antwort auf bestimmte Betriebsbedingungen der Kraftmaschine bewegbar sein, um den Ladedruck zu reduzieren, um den Abgaskrümmer-Gegendruck bei hohen Kraftmaschinendrehzahlen abzuschwächen.
Unter Bezugnahme auf 4D ist eine vierte Stellung des Ventils 140, das die Schieberanordnung aufweist, gezeigt, die im Wesentlichen ähnlich der in 3D beschriebenen vierten Stellung sein kann. In einem Beispiel ist das Ventil 140 im Wesentlichen oder vollständig zu jeder der ersten Flut 100 und der zweiten Flut 102 geöffnet und zu dem Ladedruckregelungskanal 104 geschlossen. Als Ergebnis kann das Ventil 140 in der vierten Stellung eine vollständige Abgasstromkommunikation und einen vollständigen Abgasstromtransport zwischen der ersten Flut 100 und der zweiten Flut 102 ermöglichen, so dass im Wesentlichen der gesamte Abgasdurchfluss innerhalb jeder Flut die Turbine durchläuft, um den Ladedruck zu erhöhen. Auf diese Weise kann das Verstellen des Ventils 140 in die vierte Stellung eine Abgasdurchflussmenge zu der Turbine erhöhen, wodurch der Ladedruck erhöht wird.
In einem Beispiel kann das Ventil 140 in der vierten Stellung oder einer Stellung, die im Wesentlichen zu der vierten Stellung ähnlich ist, während eines Zustands sein, in dem die Turbinendrehzahl kleiner als eine Schwellenturbinendrehzahl ist, der Ladedruck kleiner als ein gewünschter Ladedruck ist, die Kraftmaschinenlast größer als eine Schwellenlast ist, die Drehmomentanforderung zunimmt und/oder die Kraftmaschinendrehzahl kleiner als eine Schwellenkraftmaschinendrehzahl ist. Anders gesagt kann in einem weiteren Beispiel die vierte Ventilstellung eine Menge an Ladedruck bereitstellen, um den gewünschten Ladedruck oder Ziel-Ladedruck zu erzielen und gleichzeitig den Abgaskrümmer-Gegendruck bei hohen Kraftmaschinendrehzahlen zu verringern. Obwohl nicht gezeigt sind auch andere Stellungen, Zustände oder Bereiche in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenlegung möglich.
Somit kann in einer Ausführungsform ein Doppelstrom-Turbolader-System bereitgestellt sein, das eine erste Flut, eine zweite Flut, die mittels einer Trennwand fluidtechnisch von der ersten Flut getrennt ist, einen Kanal, der in der Trennwand angeordnet ist und die erste Flut und die zweite Flut fluidtechnisch brückenartig verbindet, und ein Ventil, das in dem Kanal angeordnet ist und zwischen ausgewählten Stellungen bewegbar ist, umfasst, wobei ein Satz der ausgewählten Stellungen Fluidkommunikation zwischen der ersten Flut und der zweiten Flut bereitstellt und ein zweiter Satz der ausgewählten Stellungen Fluidkommunikation zwischen der ersten und/oder der zweiten Flut und einem Punkt, der einer Turbine nachgeschaltet ist, bereitstellt.
In einem Beispiel kann das Ventil in einer kontinuierlichen Weise durch die ausgewählten Stellungen positionierbar sein, wobei die ausgewählten Stellungen Folgendes umfassen: eine erste Stellung, in der das Ventil zu der ersten und der zweiten Flut geschlossen sein kann und zu dem Punkt, der der Turbine nachgeschaltet ist, geschlossen sein kann; eine zweite Stellung, in der das Ventil in einem dosierten Ausmaß zu jeder der ersten und der zweiten Flut geöffnet sein kann und zu dem Punkt, der der Turbine nachgeschaltet ist, geöffnet sein kann; eine dritte Stellung, in der das Ventil vollständig zu jeder der ersten und der zweiten Flut geöffnet sein kann und in einem vorgegebenen Ausmaß zu dem Punkt, der der Turbine nachgeschaltet ist, geöffnet sein kann; und eine vierte Stellung, in der das Ventil vollständig zu jeder der ersten und der zweiten Schnecke geöffnet sein kann und zu dem Punkt, der der Turbine nachgeschaltet ist, geschlossen sein kann.
Ferner kann in einem Beispiel das Ventil in einen Zylinderkopf integriert sein. In einem weiteren Beispiel kann das Ventil in einen Turbolader oder einen Abgaskrümmer einer Kraftmaschine, die dazu ausgelegt ist, das Turbolader-System zu nutzen, integriert sein. In einer Ausführungsform kann das Ventil einen Ventilkörper umfassen, wobei das Ventil eine oder mehrere Außenflächen umfasst, die angeordnet sind, damit Wärme aus dem Ventilkörper abgeführt wird. Das Ventil kann auch einen Befestigungsmechanismus wie beispielsweise Befestigungsmittel und/oder eine Dichtungsanordnung zur fluidtechnischen Kopplung mit der Kraftmaschine umfassen.
5 ist ein Ablaufdiagramm, das eine beispielhafte Routine 500 zum Anpassen eines oder mehrerer beweglicher Hindernisse, die anpassbar oder positionierbar sind, wie etwa das in 1–4 gezeigte Ventil 140, um mehrere Stellungen des Leitens von Abgas bereitzustellen, damit es aus der ersten Turbineneinlassflut (z. B. der ersten Flut 100) und/oder aus der zweiten Turbineneinlassflut (z. B. der zweiten Flut 102) an eine Turbine (z. B. die Turbine 92) und/oder an eine Ladedruckregelungsvorrichtung (z. B. den Ladedruckregelungskanal 104) weitergeleitet wird. Insbesondere kann eine Stellung des Ventils basierend auf einer oder mehreren Kraftmaschinenbetriebsbedingungen und/oder gewünschten oder angeforderten Kraftmaschinenbetriebsarten angepasst werden. Zum Beispiel kann eine Stellung des Ventils auf eine Kraftmaschinendrehzahl und -last und auf ein durch einen Fahrzeugführer angefordertes Drehmoment reagieren. Befehle zum Durchführen der Routine 500 können in einem Speicher eines Controllers wie beispielsweise des in 1–2 dargestellten Controllers 12 gespeichert sein.
Bei 502 umfasst die Routine ein Schätzen und/oder Messen der Kraftmaschinenbetriebsbedingungen wie der Kraftmaschinendrehzahl, der Last, der Aufladung, des MAP, des angeforderten Ladedrucks usw. Bei 504 kann bestimmt werden, ob eine Drehzahl einer Turbine wie etwa der Turbine 92 beispielsweise unterhalb einer vorbestimmten Schwellendrehzahl liegt. In einem Beispiel kann die Schwellenturbinendrehzahl eine Drehzahl sein, bei der die Turbinenausgabe das Kraftmaschinenleistungsvermögen reduzieren und/oder den Turbolader oder andere Kraftmaschinenkomponenten beschädigen kann. In einem weiteren Beispiel kann ein Drehzahlsensor wie etwa Drehzahlsensor 97 die Drehzahl der Turbine messen. Alternativ kann die Drehzahl der Turbine basierend auf einer oder mehreren Kraftmaschinenbetriebsbedingungen geschätzt werden. Auf diese Weise kann dann, wenn eine Turbinendrehzahl die vorbestimmte Schwellendrehzahl überschreitet, das Ventil, z. B. das Ventil 140, verstellt werden, um Schaden an dem Turbolader zu reduzieren und/oder das Kraftmaschinenleistungsvermögen zu erhöhen. In einer weiteren Ausführungsform können eine oder mehrere andere Kraftmaschinenbetriebsbedingungen anstelle des Vergleichens einer Turbinendrehzahl mit einer Schwellenturbinendrehzahl mit einer entsprechenden Schwelle verglichen und bestätigt werden.
Wenn bei 504 bestätigt wird, dass die Drehzahl der Turbine kleiner als die Schwellenturbinendrehzahl ist, fährt die Routine zu 506 fort, wo bestätigt wird, ob ein gemessener Ladedruck oberhalb eines Zielladedrucks oder gewünschten Ladedrucks liegt. In einem weiteren Beispiel kann bei 506 zusätzlich oder alternativ bestätigt werden, ob die Kraftmaschinenlast kleiner als eine Schwellenkraftmaschinenlast ist, wobei die Schwellenlast eine Kraftmaschinenlast sein kann, bei oder oberhalb der eine hohe Kraftmaschinenlast vorhanden sein kann, wie beispielsweise beim Bergauffahren oder Ziehen. Mit anderen Worten kann die Schwellenkraftmaschinenlast eine Bedingung sein, ab der eine hohe Kraftmaschinenlast (ein hohes Drehmoment) angefordert wird, wobei die hohe Kraftmaschinenlast auf verschiedenen Kraftmaschinenbetriebsbedingungen basieren kann. In noch einem weiteren Beispiel kann bei 506 zusätzlich oder alternativ auch bestätigt werden, ob das angeforderte Drehmoment abnimmt. Wenn der gemessene Ladedruck unterhalb des gewünschten Ladedrucks liegt, die Kraftmaschinenlast größer als die Schwellenlast ist und/oder das angeforderte Drehmoment zunimmt, kann die Routine das Ventil verstellen, um eine Menge an Abgas zu der Turbine 508 zu erhöhen. Mit anderen Worten kann die Routine die Abgasdurchflussmenge zu der Turbine erhöhen, um den gemessenen Ladedruck und/oder Kraftmaschinendrehmoment auf den gewünschten Ladedruck und/oder das Kraftmaschinendrehmoment zu erhöhen.
Das Verstellen des Ventils, um die Menge an Abgas zu der Turbine zu erhöhen, kann ein Verstellen des Ventils in die erste Stellung oder die vierte Stellung wie oben in 3A und 3D und 4A und 4D gezeigt umfassen. Als ein Beispiel kann Verstellen des Ventils, um die Menge an Abgas zu der Turbine zu erhöhen, ferner bei 510 durch eine Kraftmaschinendrehzahl bestimmt werden. Daher kann die Routine 500 bestätigen, ob die Kraftmaschinendrehzahl kleiner als eine vorgegebene Schwellenkraftmaschinendrehzahl ist. In einem Beispiel kann die Schwellenkraftmaschinendrehzahl eine Drehzahl oder ein Drehzahlbereich sein, bei dem ein erhöhter Gegendruck in dem Abgaskrümmer auftreten kann. In anderen Ausführungsformen kann die Routine bestätigen, ob eine oder mehrere zusätzliche oder alternative Kraftmaschinenbetriebsbedingungen wie etwa das angeforderte Drehmoment oder die Kraftmaschinenlast größer als eine entsprechende vorbestimmte Schwelle ist. Beispielsweise kann die Routine bestätigen, ob eine zunehmende Kraftmaschinenlast (ein zunehmendes Drehmoment) angefordert wird und/oder ob die Kraftmaschinenlast größer als eine Schwellenlast ist, und zwar zusammen mit, vor oder nach dem Bestimmen bei 510, ob die Kraftmaschinendrehzahl größer als die Schwellenkraftmaschinendrehzahl ist.
In einer Ausführungsform kann die Routine dann, wenn die Kraftmaschinendrehzahl geringer als die Schwellenkraftmaschinendrehzahl ist, zu 512 voranschreiten und kann das Ventil in die erste Stellung verstellen, wie es oben mit Bezug auf die 3A und 4A beschrieben ist. In einem weiteren Beispiel kann das Ventil in eine Stellung, die im Wesentlichen ähnlich der ersten Stellung ist, verstellt werden, so dass im Wesentlichen der gesamte Abgasstrom innerhalb jeder der ersten Flut und der zweiten Flut zu der Turbine geleitet wird. Ferner kann das Ventil gleichzeitig zu jeglichen anderen Fluten und zu dem Ladedruckregelungskanal, beispielsweise dem Ladedruckregelungskanal 104, geschlossen sein. Auf diese Weise kann im Wesentlichen der ganze Abgasstrom innerhalb jeder der ersten und der zweiten Flut die Turbine antreiben, um einen erhöhten Ladedruck bereitzustellen, um den gewünschten Ladedruck zu erreichen, wenn die Kraftmaschinendrehzahl kleiner als die Schwellenkraftmaschinendrehzahl (beispielsweise während niedriger Kraftmaschinendrehzahl) ist.
Wenn jedoch bei 510 bestätigt wird, dass die Kraftmaschinendrehzahl (oder eine andere Betriebsbedingung) oberhalb der Schwellenkraftmaschinendrehzahl (oder einer anderen vorbestimmten Schwelle) liegt, kann die Routine bei 514 das Ventil beispielsweise in die vierte Stellung verstellen, wie oben unter Bezugnahme auf 3D und 4D beschrieben ist. In einem weiteren Beispiel kann das Ventil in eine Stellung verstellt werden, die im Wesentlichen ähnlich der vierten Stellung ist, so dass das Ventil vollständig zu jeder der ersten und der zweiten Flut geöffnet ist und zu dem Ladedruckregelungskanal geschlossen ist. Mit anderen Worten kann ein Teil des Abgasstroms in der ersten Flut 100 sich mit einem Teil des Abgasstroms in der zweiten Flut 102 mischen und kombinieren. Es kann jedoch keine Menge an Abgas von entweder der ersten Flut 100 oder der zweiten Flut 102 die jeweilige Flut über den Ladedruckregelungskanal 104 verlassen. Ferner kann ein Raum, der ein Volumen aufweist, das zwischen einem Bereich, der zu der ersten Flut und der zweiten Flut benachbart ist, ausgebildet ist, wenn das Ventil in der vierten Stellung ist, ermöglichen, dass der Teil des Abgases in der ersten Flut 100 und der zweiten Flut 102 in den Raum mit dem größeren Volumen (im Vergleich zu dem Volumen in jeder einzelnen Flut, wenn das Ventil zu jeweils der ersten Flut und der zweiten Flut geschlossen ist) "herabbläst". Auf diese Weise kann das Ventil in der vierten Stellung oder einer Stellung, die im Wesentlichen ähnlich ist, im Wesentlichen den gesamten Abgasstrom in die erste und die zweite Flut leiten, um die Turbine anzutreiben. Somit kann die zuvor erwähnte vierte Ventilstellung des Ventils 140 einen erhöhten Ladedruck bereitstellen, um den gewünschten Ladedruck zu erzielen, während gleichzeitig der Abgaskrümmer-Gegendruck dann, wenn die Kraftmaschinendrehzahl größer als die Schwellenkraftmaschinendrehzahl ist (beispielsweise bei hoher Kraftmaschinendrehzahl), reduziert wird.
Wenn andererseits bei 504 bestätigt wird, dass die Turbinendrehzahl größer als die Schwellenturbinendrehzahl ist, oder wenn bei 506 bestätigt wird, dass der gemessene Ladedruck größer als der gewünschte Ladedruck oder Zielladedruck ist, die Kraftmaschinenlast geringer als die Schwellenlast ist und/oder die Drehmomentanforderung abnimmt, kann die Routine zu 516 fortschreiten, wobei das Ventil verstellt wird, um eine Menge oder ein Volumen des Abgasstroms zu der Turbine zu verringern. Auf diese Weise kann in einem Beispiel das Verstellen des Ventils, um eine Menge an Abgas zu der Turbine zu verringern, möglichen Schaden an dem Turbolader reduzieren, wenn die Turbinendrehzahl die Schwellendrehzahl überschreitet. In einem weiteren Beispiel erfolgt das Verstellen des Ventils, um die Menge an Abgas zu der Turbine zu verringern, wenn ein Ladedruck den gewünschten Ladedruck übersteigt, wenn die Kraftmaschinenlast geringer als die Schwellenlast ist und/oder wenn die Drehmomentanforderung abnimmt.
Das Verstellen des Ventils, um die Menge an Abgas zu der Turbine zu verringern, kann ein Verstellen des Ventils in die zweite Stellung oder die dritte Stellung umfassen, wie es oben unter Bezugnahme auf die 3B und 3C und 4B und 4C beschrieben ist. Als ein Beispiel kann das Verstellen des Ventils, um die Abgasdurchflussmenge zu der Turbine zu verringern, ferner bei 518 durch die Kraftmaschinendrehzahl bestimmt sein.
An sich kann die Routine bei 518 bestätigen, ob eine Kraftmaschinendrehzahl größer als eine zweite Schwellenkraftmaschinendrehzahl ist. Ähnlich wie bei 510 kann die zweite Schwellenkraftmaschinendrehzahl eine Drehzahl bzw. ein Drehzahlbereich sein, bei dem übermäßiger Gegendruck in dem Abgaskrümmer auftreten kann. Mit anderen Worten kann die zweite Schwellenkraftmaschinendrehzahl bei 518 gleich der ersten vorbestimmten Schwellendrehzahl bei 510 sein. In einer weiteren Ausführungsform kann die Routine zusätzlich oder alternativ bestätigen, ob eine oder mehrere andere Betriebsbedingungen oberhalb eines oder mehrerer entsprechender vorbestimmter Schwellenpegeln liegen, wenn diese Bedingungen nicht in einem vorhergehenden Schritt bestätigt worden sind. Als Beispiel kann die Routine bestätigen, ob das angeforderte Drehmoment und/oder die Kraftmaschinenlast größer als die entsprechenden vorgegebenen Schwellen sind.
Wenn bei 518 die Kraftmaschinendrehzahl geringer als die Schwellenkraftmaschinendrehzahl ist, kann die Routine 500 zu 522 fortschreiten, wobei das Ventil, beispielsweise das Ventil 140, in die zweite Stellung oder eine Stellung, die im Wesentlichen ähnlich der zweiten Stellung ist, verstellt werden kann, wie oben unter Bezugnahme auf 3B und 4B beschrieben ist. Die zweite Stellung kann umfassen, dass das Ventil in einem dosierten Ausmaß zu jeder der ersten und der zweiten Flut und vollständig zu dem Ladedruckregelungskanal geöffnet ist. Daher kann das Verstellen des Ventils in die zweite Stellung eine teilweise Kommunikation von Abgas zwischen der ersten und der zweiten Flut und die vollständige Kommunikation von Abgas zwischen der ersten und der zweiten Flut und zu dem Ladedruckregelungskanal ermöglichen. Auf diese Weise kann das Verstellen des Ventils in die zweite Stellung den Ladedruck bei einer niedrigen Kraftmaschinendrehzahl, einer niedrigen Kraftmaschinenlast und/oder einem niedrigen oder sinkenden angeforderten Drehmoment beibehalten oder reduzieren.
Ferner kann das dosierte Öffnungsausmaß des Ventils 140 auf der Basis verschiedener Kraftmaschinenbetriebsbedingungen angepasst werden. Zum Beispiel kann das dosierte Öffnungsausmaß mit zunehmenden Kraftmaschinendrehmomentanforderungen und/oder Kraftmaschinenlasten sinken. In einem weiteren Beispiel kann das dosierte Öffnungsausmaß des Ventils 140 zunehmen, wenn die Kraftmaschinendrehzahl zunimmt.
Wenn jedoch bei 518 bestätigt wird, dass die Kraftmaschinendrehzahl (oder andere Betriebsbedingung(en)) größer als die Schwellenkraftmaschinendrehzahl ist, kann die Routine bei 520 das Ventil in die dritte Stellung oder eine Stellung, die im Wesentlichen der dritten Stellung ähnlich ist, verstellen, wie oben unter Bezugnahme auf 3C und 4C beschrieben ist. Somit kann das Ventil 140 vollständig zu jeder der ersten Flut 100 und der zweiten Flut 102 geöffnet sein und in einem vorgegebenen Ausmaß zu dem Ladedruckregelungskanal 104 geöffnet sein, um die Abgasdurchflussmenge zu der Turbine zu verringern. Mit anderen Worten kann volle Kommunikation von Abgas zwischen der ersten und der zweiten Flut und teilweise Kommunikation von Abgas von zwischen der ersten und der zweiten Flut zu dem Ladedruckregelungskanal sein. Auf diese Weise kann die vorstehend erwähnte Ventilanordnung einen gewünschten Ladedruck bereitstellen, um eine stetige oder sinkende Anforderung von Drehmoment zu erfüllen, während der Abgaskrümmer-Gegendruck bei hohen Kraftmaschinendrehzahlen verringert wird. Das dosierte Öffnungsausmaß des Ventils 140 kann basierend auf verschiedenen Kraftmaschinenbetriebsbedingungen angepasst werden. Zum Beispiel kann das dosierte Öffnungsausmaß mit zunehmenden Kraftmaschinendrehmomentanforderungen und/oder Kraftmaschinenlasten sinken.
Somit kann die Routine 500 in einigen Ausführungsformen im Wesentlichen ermöglichen, dass kein Abgas die Turbine umgeht, (z. B. wird Ventil in die erste Stellung wie in 3A und 4A beschrieben und/oder die vierte Stellung wie in 3D und 4D gezeigt verstellt) und/oder ermöglichen, dass ein Teil des Abgases die Turbine umgeht (z. B. wird das Ventil in die zweite Stellung wie in 3B und 4B beschrieben und/oder in die dritte Stellung wie in 3C und 4C gezeigt verstellt). Somit kann durch Verstellen eines kombinierten Zweigkommunikations- und Ladedruckregelungsventils wie etwa des Ventils 140 ein Ausmaß an Fluidkommunikation zwischen der ersten Flut 100, der zweiten Flut 102 und dem Ladedruckregelungskanal 104 auch durch den Controller 12 auf Basis verschiedener Kraftmaschinenbetriebsbedingungen wie beispielsweise der Kraftmaschinenlast, der Kraftmaschinendrehzahl, der gewünschte Aufladung und/oder des angeforderten Drehmoments angepasst werden. Folglich kann die Effizienz der Turbine (und des Turboladers) und eine Menge an Gegendruck in dem Abgaskrümmer gesteuert werden, um das gewünschte Aufladungsniveau und Kraftmaschinendrehmoment zu erzielen. In anderen Ausführungsformen kann das Verstellen des Ventils bereitstellen, dass die Effizienz des Turboladers und der Gegendruck in einem oder mehreren vorbestimmten Bereichen liegen. Die Effizienz kann beispielsweise durch Überwachen des Einlassluftdrucks, der beispielsweise mit Drucksensor 132 gemessen werden kann, bestimmt werden. Andere Kraftmaschinensensoren und/oder Sensoren, die derzeit nicht hierin beschrieben sind, und/oder Sensoren, die in aktuellen Kraftmaschinenkonstruktionen möglicherweise nicht verwendet werden, können zusätzlich oder alternativ verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Abgasimpulsprofil direkt gemessen werden und/oder durch einen oder mehrere Sensormesswerte oder andere Messungen bestimmt werden und von einem Controller wie beispielsweise dem Controller 12 abgeleitet oder berechnet werden.
6 umfasst einen Graphen 600, der beispielsweise Anpassungen einer Stellung eines Ventils als Antwort auf Kraftmaschinenbetriebsbedingungen einschließlich einer Kraftmaschinenlast, einer Kraftmaschinendrehzahl, einem angeforderten Ladedruck und einer Turbinendrehzahl veranschaulicht. Insbesondere zeigt der Graph 600 Anpassungen der Ventilstellung in Kurve 602, Änderungen der Kraftmaschinenlast in Kurve 604, Änderungen der Kraftmaschinendrehzahl in Kurve 606, Änderungen des gewünschten Ladedrucks in einer gepunkteten Kurve 610, einen gemessenen Ladedruck in Kurve 608, Änderungen der Turbinendrehzahl in Kurve 612 und Änderungen der Menge an Abgas zu der Turbine in Kurve 614. Das Ventil, das in 6 diskutiert ist, kann ein kombiniertes Zweigkommunikations- und Ladedruckregelungsventil sein wie oben anhand von 1–5 beschrieben ist. Beispielsweise kann das Ventil von 6 eines der in 3 und 4 dargestellten Ventile sein. Ferner kann eine Stellung des Ventils in diesem Beispiel die erste Stellung (mit "1" bezeichnet), die zweite Stellung (mit "2" bezeichnet), die dritte Stellung (mit "3" bezeichnet) oder die vierte Stellung (mit "4" bezeichnet) sein, wie sie oben in Bezug auf die 3A bis 4D diskutiert sind. Die Zeit ist entlang der x-Achse aufgetragen und die Zeit nimmt von der linken Seite der x-Achse nach rechts zu. Ferner ist eine Schwellenkraftmaschinenlast (z. B. T1) durch Linie 624 dargestellt, eine Schwellenkraftmaschinendrehzahl (z. B. T2) durch Linie 626 gezeigt, während eine Schwellenturbinendrehzahl (z. B. T3) in der Linie 622 dargestellt ist.
Vor einem Zeitpunkt t1 ist die Kraftmaschine ausgeschaltet, so dass keine Verbrennung stattfindet. Zu dem Zeitpunkt t1 wird die Kraftmaschine aktiviert und die Verbrennung kann beginnen. Zwischen dem Zeitpunkt t1 und einem Zeitpunkt t2 kann sich das Fahrzeug entlang einer Straße mit einer leichten Neigung bewegen. Daher steigt die Kraftmaschinenlast allmählich, bleibt jedoch weiterhin unter der Schwellenkraftmaschinenlast T1 (z. B. Linie 624). In ähnlicher Weise nimmt die Kraftmaschinendrehzahl stetig zu, bleibt aber immer noch unterhalb der Schwelle der Kraftmaschinendrehzahl T2 (z. B. Linie 626). Als Antwort auf die oben erwähnten Kraftmaschinenbetriebsbedingungen kann das Ventil zu dem Zeitpunkt t1 in die zweite Stellung (oder eine Stellung, die im Wesentlichen ähnlich zu der zweiten Stellung ist) verstellt werden und zwischen der Zeit t1 und der Zeit t2 in der zweiten Stellung gehalten werden. Zum Beispiel kann das Ventil in der zweiten Stellung in einem dosierten Ausmaß zu jeder der ersten und der zweiten Flut der Turbine geöffnet sein und vollständig zu dem Ladedruckregelungskanal geöffnet sein. Somit gelangt eine dosierte Menge an Abgas von jeder der Fluten in den Ladedruckregelungskanal, wodurch die Turbine umgangen wird und eine Menge an Abgas zu der Turbine verglichen mit einem Zustand, in dem das Ventil vollständig zu dem Ladedruckregelungskanal geschlossen ist, verringert wird. Da die Kraftmaschinenlast zwischen der Zeit t1 und der Zeit t2 nicht über der Schwellenkraftmaschinenlast liegt, kann der gemessene Ladedruck (z. B. Linie 610) den gewünschten Ladedruck (z. B. Linie 608) erreichen, so dass der gemessene und der gewünschte Ladedruck im Wesentlichen gleich sind. Ferner bleibt die Turbinendrehzahl kleiner als die Schwellenturbinendrehzahl T3 (beispielsweise Linie 622), da die Menge an Abgas die Turbine über den Ladedruckregelungskanal durch das dosierte Öffnungsausmaß umgehen kann.
Zu dem Zeitpunkt t2 kann das Fahrzeug auf einer Straße mit steilerer Neigung reisen. Daher nimmt die Kraftmaschinenlast zu, um die Schwellenkraftmaschinenlast T1 zu erreichen und/oder zu überschreiten, oberhalb der der Fahrer des Fahrzeugs zu dem Zeitpunkt t2 einen erhöhten Ladedruck anfordern kann. Ferner nimmt die Kraftmaschinendrehzahl zu, erreicht aber zu dem Zeitpunkt t2 nicht die Schwellenkraftmaschinendrehzahl T2. Somit kann das Ventil in die erste Stellung oder eine Stellung, die im Wesentlichen ähnlich zu der ersten Stellung ist, verstellt werden, wobei das Ventil zu jeder der ersten und der zweiten Flut und zu dem Ladedruckregelungskanal geschlossen ist. Auf diese Weise wird zwischen dem Zeitpunkt t2 und einem Zeitpunkt t3 im Wesentlichen das gesamte Abgas von jeder der ersten und der zweiten Flut zu der Turbine geleitet und kann nicht durch den Ladedruckregelungskanal entweichen. Daher steigen der gewünschte Ladedruck und der gemessene Ladedruck als Antwort auf eine erhöhte Kraftmaschinenlast. In diesem besonderen Beispiel kann der gemessene Ladedruck den erwünschten Ladedruck zwischen der Zeit t2 und der Zeit t3 nicht erreichen.
Zu dem Zeitpunkt t3 kann die Kraftmaschinendrehzahl die Schwellenkraftmaschinendrehzahl T2 erreichen und/oder überschreiten. Wie oben diskutiert kann die Schwellenkraftmaschinendrehzahl eine Drehzahl sein, bei oder oberhalb der ein übermäßiger Kraftmaschinenabgas-Gegendruck in einem Doppelstrom-Turbolader-System auftreten kann. Das Fahrzeug kann das Bergauffahren zwischen dem Zeitpunkt t3 und dem Zeitpunkt t4 fortsetzen und sowohl die Kraftmaschinendrehzahl als auch die Kraftmaschinenlast liegen über ihren jeweiligen Schwellen T1 und T2. Damit einhergehend kann die Turbinendrehzahl auch steigen, allerdings unter der Schwellenturbinendrehzahl T3 bleiben. Als Antwort darauf kann das Ventil in die vierte Stellung oder eine Stellung, die im Wesentlichen der vierten Stellung ähnlich ist, verstellt werden, wobei das Ventil zu jeder der ersten und der zweiten Flut geöffnet ist und zu dem Ladedruckregelungskanal geschlossen ist. Somit wird wie oben diskutiert im Wesentlichen das gesamte Abgas von jeder der ersten und der zweiten Flut zu der Turbine geleitet und kann nicht durch den Ladedruckregelungskanal entweichen. Ferner kann ein Raum, der ein Volumen aufweist, in einem Bereich benachbart zu einer Schnittstelle jeder der ersten Flut, der zweiten Flut und des Ladedruckregelungskanals ausgebildet sein, so dass eine Menge an Abgas in den Raum "herabblasen" kann. Auf diese Weise kann es eine Verringerung des Gegendrucks und der Pumparbeit geben, während eine Menge an Abgas zu der Turbine erhöht wird, um den gemessenen Ladedruck zu erhöhen, damit der den gewünschten Ladedruck erreicht. Folglich führt zu einem Zeitpunkt t4 die Abgasdurchflussmenge zu der Turbine dazu, dass der gemessene Ladedruck im Wesentlichen dem gewünschten Ladedruck ähnlich ist.
Zu dem Zeitpunkt t4 fährt das Fahrzeug möglicherweise nicht bergauf, sondern kann auf einer Straße mit wenig Neigung reisen. In anderen Beispielen kann das Fahrzeug bergab fahren. In den oben genannten Beispielen kann die Kraftmaschinenlast unter die Schwellenkraftmaschinenlast sinken. Jedoch kann die Kraftmaschinendrehzahl immer noch über der Schwellenkraftmaschinendrehzahl liegen. Folglich kann der gewünschte Ladedruck als Antwort auf die sinkende Kraftmaschinenlast fallen und das Ventil kann zu der Zeit t4 in die dritte Stellung oder eine Stellung, die im Wesentlichen ähnlich ist, verstellt werden. In der dritten Stellung ist das Ventil vollständig zu jeder der ersten und der zweiten Flut geöffnet und in einem vorgegebenen Ausmaß zu der Ladedruckregelungsvorrichtung geöffnet. Als Ergebnis kann eine Menge an Abgas die Turbine umgehen und durch den Ladedruckregelungskanal zu einer Stelle, die der Turbine nachgeschaltet ist, gelangen. Ähnlich zu der vierten Stellung kann die dritte Stellung auch einen Raum bereitstellen, der ein Volumen aufweist, das an einem Bereich benachbart zu einer Schnittstelle jeder der ersten und der zweiten Flut und des Ladedruckregelungskanals ausgebildet ist. Wenn somit die Kraftmaschinenlast oder das angeforderte Drehmoment wie gezeigt stetig ist oder abnimmt und die Kraftmaschinendrehzahl größer als die Schwellenkraftmaschinendrehzahl T2 ist, kann das Ventil in die dritte Stellung verstellt werden, um den Gegendruck und die Pumparbeit zu reduzieren. Ferner nimmt die Turbinendrehzahl stetig ab.
Zu einem Zeitpunkt t5 kann sich das Fahrzeug weiterhin bergab oder auf einer Straße mit geringem Gefälle bewegen und die Kraftmaschinendrehzahl sinkt unter die Schwellenkraftmaschinendrehzahl T2. Ferner sinkt die Kraftmaschinenlast stetig weiter, wodurch der gewünschte Ladedruck zwischen der Zeit t5 und der Zeit t6 sinkt. In diesem Beispiel sind der gewünschte Ladedruck und der gemessene Ladedruck zwischen der Zeit t5 und der Zeit t6 im Wesentlichen gleich. Da die Kraftmaschinenlast und der Ladedruck nicht ansteigen, kann das Ventil in die zweite Stellung verstellt werden, um eine Abgasdurchflussmenge zu der Turbine zu verringern, wobei das Ventil in einem dosierten Ausmaß zu jeder der ersten und der zweiten Flut geöffnet ist und zu dem Ladedruckregelungskanal geöffnet ist. Auf diese Weise kann eine Menge an Abgas in jeder der ersten und der zweiten Flut zwischen der Zeit t5 und der Zeit t6 von der Turbine zu dem Punkt, der der Turbine nachgeschaltet ist, über den Ladedruckregelungskanal umgeleitet werden. Da die Abgasdurchflussmenge zu der Turbine abnimmt, sinkt auch die Turbinendrehzahl zwischen der Zeit t5 und der Zeit t6.
Zwischen den Zeitpunkten t6 und t7 kann das Fahrzeug beispielsweise erneut beginnen, bergauf zu fahren. In einem weiteren Beispiel kann das Fahrzeug einen Anhänger ziehen. Wie in diesem Beispiel gezeigt, steigt die Kraftmaschinenlast, hat aber zwischen den Zeitpunkten t6 und t7 noch nicht die Schwellenkraftmaschinenlast erreicht. Obwohl die Schwellenkraftmaschinenlast nicht von der gemessenen Kraftmaschinenlast erreicht worden ist, kann das Ventil in die erste Stellung oder eine Stellung, die der ersten Stellung im Wesentlichen ähnlich ist, verstellt werden, um eine Abgasdurchflussmenge zu der Turbine anzutreiben, um eine Erhöhung des gewünschten Drehmoments und des Ladedrucks zu erreichen.
Zu dem Zeitpunkt t7 erreicht und/oder überschreitet die Kraftmaschinenlast die Schwellenkraftmaschinenlast T1 und der gewünschte oder angeforderte Ladedruck wird als Antwort auf die höhere Kraftmaschinenlast erhöht. Ferner steigt auch die Kraftmaschinendrehzahl zwischen dem Zeitpunkt t6 und dem Zeitpunkt t7, hat aber zu dem Zeitpunkt t7 noch nicht die Schwellenkraftmaschinendrehzahl T2 erreicht. Als Antwort darauf, dass die Kraftmaschinenlast die Schwellenkraftmaschinenlast übersteigt und die Kraftmaschinendrehzahl geringer als die Schwellenkraftmaschinendrehzahl ist, kann das Ventil in der ersten Stellung oder einer Stellung, die im Wesentlichen zu der ersten Stellung ähnlich ist, verbleiben oder in diese verstellt werden, um im Wesentlichen den gesamten Abgasstrom innerhalb der ersten und der zweiten Flut zu der Turbine zu leiten, wodurch die Turbinendrehzahl und der gemessene Ladedruck erhöht werden. Zwischen dem Zeitpunkt t7 und einem Zeitpunkt t8 ist der gewünschte Ladedruck größer als der gemessene Ladedruck. Jedoch nimmt der gemessene Ladedruck stetig zu, um den gewünschten Ladedruck zu dem Zeitpunkt t8 zu erreichen.
Zu dem Zeitpunkt t8 erreicht und/oder überschreitet die Kraftmaschinendrehzahl die Schwellenkraftmaschinendrehzahl T2, während die Kraftmaschinenlast weiter oberhalb der Schwellenkraftmaschinenlast bleibt. Als Antwort darauf kann das Ventil in die vierte Stellung oder eine Stellung, die im Wesentlichen ähnlich zu der vierten Stellung ist, verstellt werden, so dass im Wesentlichen der gesamte Abgasstrom innerhalb der ersten und der zweiten Flut zu der Turbine geleitet wird, um den Ladedruck zu erhöhen, und zwischen den Zeitpunkten t8 und t9 nicht durch den Ladedruckregelungskanal entweichen kann. Ferner kann sich der zuvor erwähnte Raum, der ein Volumen aufweist, in einem Bereich benachbart zu einer Schnittstelle jeder der ersten Flut, der zweiten Flut und des Ladedruckregelungskanals ausbilden, so dass eine Menge an Abgas in den Raum "herabbläst". Auf diese Weise kann es eine Verringerung des Gegendrucks und der Pumparbeit geben, während eine Menge an Abgas zu der Turbine erhöht wird, um den gemessenen Ladedrucks zu erhöhen, um den gewünschten Ladedruck zu erreichen. Demzufolge führt die Abgasdurchflussmenge zu der Turbine dazu, dass der Ladedruck im Wesentlichen ähnlich zu dem gewünschten Ladedruck ist. Darüber hinaus steigt Turbinendrehzahl weiter an, während der Abgasstrom die Turbine antreibt.
Zu dem Zeitpunkt t9 steigt die Turbinendrehzahl, um die Schwellenturbinendrehzahl zu treffen und/oder überschreiten. Wie oben erwähnt kann die Schwellenturbinendrehzahl beispielsweise eine Drehzahl sein, bei oder oberhalb der eine mechanische Beschädigung der Turbine auftreten kann. Als Antwort darauf, dass die Turbinendrehzahl größer als der Schwellenturbinendrehzahl ist, kann das Ventil in die dritte Stellung verstellt werden, um die Drehzahl der Turbine zu verringern, obwohl die Kraftmaschinenlast und/oder die Kraftmaschinendrehzahl größer ist als ihre jeweiligen Schwellen T1 und T2 sind. In der dritten Stellung ist das Ventil vollständig zu jeder der ersten und der zweiten Flut geöffnet und in einem vorgegebenen Ausmaß zu dem Ladedruckregelungskanal geöffnet. Als Ergebnis kann eine Menge an Abgas die Turbine umgehen und zwischen dem Zeitpunkt t9 und einem Zeitpunkt t10 durch den Ladedruckregelungskanal zu der Stelle, die der Turbine nachgeschaltet ist, gelangen. Wie oben diskutiert kann die dritte Stellung auch den Raum mit einem Volumen, das in einem Bereich benachbart zu einer Schnittstelle jeder der ersten und der zweiten Flut und des Ladedruckregelungskanals ausgebildet ist, bereitstellen. Wenn somit die Turbinendrehzahl über der Schwellenturbinendrehzahl liegt und die Kraftmaschinendrehzahl größer als die Schwellenkraftmaschinendrehzahl T2 ist, kann das Ventil in die dritte Stellung verstellt werden, um die Turbinendrehzahl zu verringern, während gleichzeitig der Gegendruck und die Pumparbeit verringert werden. Jedoch ist zwischen dem Zeitpunkt t9 und dem Zeitpunkt t10 der gewünschte Ladedruck aufgrund der Menge an Abgas, das durch die Turbine entweicht, größer als der gemessene Ladedruck.
Folglich kann die Drehzahl der Turbine zwischen dem Zeitpunkt t9 und dem Zeitpunkt t10 zurückgehen, was dazu führt, dass die Turbinendrehzahl zu dem Zeitpunkt t10 unterhalb der Schwellenturbinendrehzahl liegt. Außerdem kann das Fahrzeug zu dem Zeitpunkt t10 beginnen, auf einer Straße mit wenig bis gar keiner Neigung zu fahren, so dass die Kraftmaschinenlast unter die Schwellenkraftmaschinenlast T1 fällt und der gewünschte Ladedruck abnimmt. Jedoch bleibt die Kraftmaschinendrehzahl etwa bei der Schwellenkraftmaschinendrehzahl. Jeweils als Antwort auf die abnehmende Kraftmaschinenlast, den reduzierten gewünschten Ladedruck und die Kraftmaschinendrehzahl, die über der Schwellenkraftmaschinendrehzahl liegt, kann das Ventil in der dritten Stellung bleiben oder in die dritte Stellung verstellt werden. In der dritten Stellung ist das Ventil vollständig zu jeder der ersten und der zweiten Flut geöffnet und in einem vorgegebenen Ausmaß zu der Ladedruckregelungsvorrichtung geöffnet. Daher kann zwischen dem Zeitpunkt t10 und einem Zeitpunkt t11 eine Menge an Abgas die Turbine umgehen und durch den Ladedruckregelungskanal zu einer Stelle, die der Turbine nachgeschaltet ist, gelangen. Außerdem können der Gegendruck und die Pumparbeit reduziert sein, wenn das Ventil in der dritten Stellung ist und die Kraftmaschinendrehzahl größer als die Schwellenkraftmaschinendrehzahl ist.
Zu dem Zeitpunkt t11 kann das Fahrzeug weiter bergabfahren oder auf einer Straße mit geringer Steigung (beispielsweise einer flachen Straße) fahren und die Kraftmaschinendrehzahl sinkt unter die Schwellenkraftmaschinendrehzahl T2. Ferner sinkt die Kraftmaschinenlast stetig weiter, wodurch der gewünschte Ladedruck zwischen der Zeit t11 und der Zeit t12 verringert wird. Da die Kraftmaschinenlast, die Kraftmaschinendrehzahl und der Ladedruck sinken, kann das Ventil in die zweite Stellung verstellt werden, um eine Abgasdurchflussmenge zu der Turbine zu reduzieren, wobei das Ventil in einem dosierten Ausmaß zu jeder der ersten und der zweiten Flut geöffnet ist und zu dem Ladedruckregelungskanal geöffnet ist. Auf diese Weise kann eine Menge an Abgas in jeder der ersten und der zweiten Flut von der Turbine zu der Stelle, die der Turbine nachgeschaltet ist, über den Ladedruckregelungskanal umgeleitet werden. Da die Abgasdurchflussmenge zu der Turbine abnimmt, nimmt auch die Turbinendrehzahl ab. Wie in diesem Beispiel gezeigt sind der gewünschte Ladedruck und der gemessene Ladedruck zwischen dem Zeitpunkt t11 und einem Zeitpunkt t12 im Wesentlichen gleich. Zu dem Zeitpunkt t12 endet ein Fahrzeugzyklus, der alle Ereignisse zwischen der Zeit t1 und der Zeit t12 umfasst.
Der technische Effekt des Verstellens eines Ventils, das in einem Kanal positioniert ist, der eine erste Flut, eine zweite Flut und einen Ladedruckregelungskanal verbindet, um eine Abgasdurchflussmenge zu der Turbine zu steuern, ist eine effektive und effiziente Steuerung des Ladedrucks basierend auf den Kraftmaschinenbetriebsbedingungen wie beispielsweise der Kraftmaschinendrehzahl, der Kraftmaschinenlast und der Drehmomentanforderung bei gleichzeitiger Verringerung des Gegendrucks und der Pumparbeit. Ferner kann es eine Verringerung der Nachteile bezüglich der Kosten, des Gewichts und der Verpackung geben, die mit der Aufnahme eines einzelnen kombinierten Zweigkommunikations- und Ladedruckregelungsventils in das Turbolader- und Kraftmaschinensystem im Vergleich zu der getrennten Installation dieser Komponenten verbunden ist. Es kann auch eine geringere Belastung für ein Kraftmaschinensteuerungs- und Überwachungssystem vorhanden sein, wenn lediglich ein einzelnes Ventil durch das vorgenannte System auf Basis von Kraftmaschinenbetriebsbedingungen verstellbar ist.
Somit kann in einer Ausführungsform ein Verfahren bereitgestellt werden, das Folgendes umfasst: Verstellen eines Ventils, das in einem Kanal positioniert ist, der eine erste Flut und eine zweite Flut verbindet, um eine Abgasdurchflussmenge zu der Turbine zu steuern, und zwar dann, wenn eine Turbinendrehzahl kleiner als eine Schwelle ist, und während eines ersten Lastzustands, und Verstellen des Ventils, um die Abgasdurchflussmenge zu der Turbine zu verringern, wenn die Turbinendrehzahl größer als die Schwellenkraftmaschinendrehzahl ist. Darüber hinaus kann das Ventil in Fluidkommunikation mit einem Ladedruckregelungskanal sein, der Abgas um die Turbine herum leitet.
In einem Beispiel kann der erste Lastzustand umfassen, dass der Ladedruck kleiner ist als ein gewünschter Ladedruck ist, die Kraftmaschinenlast größer als eine Schwellenlast ist und/oder die Drehmomentanforderung steigt. In einem weiteren Beispiel kann das Verstellen des Ventils, um die Abgasdurchflussmenge zu der Turbine zu erhöhen, ein Verstellen des Ventils in eine erste Stellung und kein Kommunizieren von Abgas zwischen der ersten und der zweiten Flut und von der ersten und der zweiten Flut zu dem Ladedruckregelungskanal umfassen, wobei die erste Stellung umfasst, dass das Ventil vollständig zu der ersten Flut, der zweiten Flut und dem Ladedruckregelungskanal geschlossen ist, wenn die Kraftmaschinendrehzahl kleiner als eine Schwellenkraftmaschinendrehzahl ist. In noch einem weiteren Beispiel kann das Verstellen des Ventils, um die Abgasdurchflussmenge zu der Turbine zu erhöhen, ein Verstellen des Ventils in eine vierte Stellung und ein Kommunizieren von Abgas zwischen der ersten und der zweiten Flut, aber nicht von der ersten und der zweiten Flut zu dem Ladedruckregelungskanal umfassen, wobei die vierte Stellung umfasst, dass das Ventil vollständig zu jeder der ersten Flut und der zweiten Flut geöffnet ist und vollständig zu dem Ladedruckregelungskanal geschlossen ist, wenn die Kraftmaschinendrehzahl größer als die Schwellenkraftmaschinendrehzahl ist.
Ferner kann das Verfahren in einer weiteren Ausführungsform auch ein Verstellen des Ventils, um die Abgasdurchflussmenge zu der Turbine zu verringern, umfassen, und zwar dann, wenn die Turbinendrehzahl kleiner als die Schwelle ist, und während eines zweiten Lastzustands, wobei der zweite Lastzustand umfasst, dass der Ladedruck größer als der gewünschte Ladedruck ist, die Kraftmaschinenlast kleiner als die Schwellenlast ist und/oder die Drehmomentanforderung sinkt.
In einem Beispiel kann das Verstellen des Ventils, um die Abgasdurchflussmenge zu der Turbine zu verringern, das Verstellen des Ventils in eine zweite Stellung und ein teilweises Kommunizieren von Abgas zwischen der ersten und der zweiten Flut und ein vollständiges Kommunizieren von Abgas von zwischen der ersten und der zweiten Flut und zu dem Ladedruckregelungskanal umfassen, wobei die zweite Stellung umfasst, dass das Ventil in einem dosierten Ausmaß zu jeder der ersten und der zweiten Flut geöffnet ist und vollständig zu dem Ladedruckregelungskanal geöffnet ist, wenn die Kraftmaschinendrehzahl kleiner als die Schwellenkraftmaschinendrehzahl ist. Darüber hinaus kann das Verfahren das dosierte Öffnungsausmaß zu jeder der ersten und der zweiten Flut erhöhen, wenn die Kraftmaschinendrehzahl zunimmt.
In einem weiteren Beispiel kann das Verstellen des Ventils, um die Abgasdurchflussmenge zu der Turbine zu verringern, ein Verstellen des Ventils in eine dritte Stellung und ein vollständiges Kommunizieren von Abgas zwischen der ersten und der zweiten Flut und ein teilweises Kommunizieren von Abgas von zwischen der ersten und der zweiten Flut und zu dem Abgaskanal umfassen, wobei die dritte Stellung umfasst, dass das Ventil vollständig zu jeder der ersten und der zweiten Flut geöffnet ist und in einem dosierten Ausmaß zu dem Ladedruckregelungskanal geöffnet ist, wenn die Kraftmaschinendrehzahl größer als die Schwellenkraftmaschinendrehzahl ist. Ferner kann das Verfahren ein Erhöhen des dosierten Ausmaßes an Öffnung zu dem Ladedruckregelungskanal umfassen, wenn die Kraftmaschinendrehzahl abnimmt.
In einigen Ausführungsformen kann das Ventil ein zylindrisches Ventil sein, das sich auf einer ersten Achse dreht, die senkrecht zu einer Richtung des Abgasstroms durch die erste Flut und die zweite Flut ist. In anderen Ausführungsformen kann das Ventil ein Schieberventil mit einem beweglichen Element sein, das dazu ausgelegt ist, sich entlang einer zweiten Achse zu bewegen, um eine selektive Fluidkommunikation zwischen jeweils der ersten Flut, der zweiten Flut und dem Ladedruckregelungskanal bereitzustellen.
Zusätzlich kann in einer Ausführungsform ein Kraftmaschinensystem bereitgestellt sein, das einen ersten Kanal zum Fluidtransport von einem ersten Satz von Brennkammern zu einer Turbine, einen zweiten Kanal zum Fluidtransport von einem zweiten Satz von Brennkammern zu der Turbine, von dem ersten Kanal durch eine Trennwand getrennt, und einen dritten Kanal zum Fluidtransport von dem ersten Kanal und dem zweiten Kanal zu einer Stelle, die der Turbine nachgeschaltet ist, umfasst, wobei ein Ventil in der Trennwand positioniert ist, um selektiv Fluid von dem ersten und/oder zweiten Kanal zu einem anderen des ersten und des zweiten Kanals durchzulassen und um selektiv Fluid von dem ersten und/oder zweiten Kanal zu der Stelle, die der Turbine nachgeschaltet ist, durchzulassen.
In einem Beispiel kann das Ventil in einen Zylinderkopf, einen Abgaskrümmer oder einen Turbolader einer Kraftmaschine, die dazu ausgelegt ist, ein Turbolader-System zu verwenden, integriert sein. In einem weiteren Beispiel kann das Ventil ein zylindrisches Ventil sein, das sich auf einer ersten Achse dreht, die senkrecht zu einer Richtung des Abgasstroms durch jeweils den ersten Kanal und den zweiten Kanal ist. In alternativen Beispielen kann das Ventil ein Schieberventil mit einem beweglichen Element sein, das dazu ausgelegt ist, sich entlang einer zweiten Achse zu bewegen, um einen selektiven Fluidtransport zwischen einer oder mehreren Kombinationen des ersten Kanals, des zweiten Kanals und des dritten Kanals zu liefern.
In noch einer weiteren Ausführungsform kann das Ventil mittels eines aus einem Controller empfangenen Signals in einer kontinuierlichen Weise durch ausgewählte Bereiche positionierbar sein. Daher kann das Ventil zu jeder der ersten und der zweiten Flut geschlossen sein und zu der Stelle, die der Turbine nachgeschaltet ist, geschlossen sein, wenn der Ladedruck kleiner als ein Schwellendruck ist und die Kraftmaschinendrehzahl kleiner als eine Schwellenkraftmaschinendrehzahl ist. In einem weiteren Beispiel kann das Ventil in einem dosierten Ausmaß zu jeder der ersten und der zweiten Flut geöffnet sein und zu der Stelle, die der Turbine nachgeschaltet ist, geöffnet sein, wenn der Ladedruck größer als der Schwellendruck ist und die Kraftmaschinendrehzahl kleiner als die Schwellenkraftmaschinendrehzahl ist. In noch einem weiteren Beispiel kann das Ventil vollständig zu jeder der ersten und der zweiten Flut geöffnet sein und in einem vorgegebenen Ausmaß zu der Stelle, die der Turbine nachgeschaltet ist, geöffnet sein, wenn der Ladedruck größer als der Schwellendruck ist und die Kraftmaschinendrehzahl größer als die Schwellenkraftmaschinendrehzahl ist. In einem alternativen Beispiel kann das Ventil vollständig zu jeder der ersten und der zweiten Flut geöffnet sein und zu der Stelle, die der Turbine nachgeschaltet ist, geschlossen sein, wenn der Ladedruck kleiner als der Schwellendruck ist und die Kraftmaschinendrehzahl größer als die Schwellenkraftmaschinendrehzahl ist.
In einer weiteren Darstellung ist ein Verfahren für eine Kraftmaschine bereitgestellt, das Folgendes umfasst: Ermöglichen während eines ersten Zustands, dass zumindest ein Teil von Abgas aus einer ersten Turbineneinlassflut zu einer zweiten Turbineneinlassflut und zu einer Turbine über ein oder mehrere bewegliche Hindernisse weitergeleitet wird; und Ermöglichen während eines zweiten Zustands, dass zumindest ein Teil von Abgas die erste und/oder die zweite Turbineneinlassflut verlässt und die Turbine zu einem Abgasweg mittels des einen oder der mehreren beweglichen Hindernisse umgeht. Ferner umfasst das Verfahren während des ersten Zustands ein Verstellen des einen oder der mehreren beweglichen Hindernisse, so dass sie zu jeder der ersten und der zweiten Turbineneinlassflut geschlossen sind und zu einem Ladedruckregelungskanal geschlossen sind, wenn die Kraftmaschinendrehzahl unter einer Schwelle liegt. Alternativ umfasst das Verfahren ein Verstellen des einen oder der mehreren beweglichen Hindernisse, so dass sie vollständig zu jeder der ersten und der zweiten Turbineneinlassflut geöffnet sind und zu einem Ladedruckregelungskanal geschlossen sind, wenn die Kraftmaschinendrehzahl über der Schwelle liegt. In einem weiteren Beispiel der oben erwähnten Darstellung kann der zweite Zustand ein Anpassen des einen oder der mehreren beweglichen Hindernisse umfassen, so dass sie in einem dosierten Ausmaß zu jeder der ersten und der zweiten Turbineneinlassflut geöffnet sind und vollständig zu dem Ladedruckregelungskanal geöffnet sind, wenn die Kraftmaschinendrehzahl unter der Schwelle liegt. Wenn andererseits die Kraftmaschinendrehzahl über der Schwelle liegt, kann das Verfahren ein Verstellen des einen oder der mehreren beweglichen Hindernisse umfassen, so dass sie jeweils zu der ersten und der zweiten Turbineneinlassflut geschlossen sind und in einem vorgegebenen Ausmaß zu dem Ladedruckregelungskanal geöffnet sind, wenn die Kraftmaschinendrehzahl über der Schwellendrehzahl liegt.
Ferner können in der Darstellung ein oder mehrere bewegliche Hindernisse ein zylindrisches Ventil oder ein Schieberventil sein. Das eine oder die mehreren beweglichen Hindernissen können in einen Zylinderkopf, einen Turbolader oder einen Abgaskrümmer einer Kraftmaschine, die dazu ausgelegt ist, das Turbolader-System zu verwenden, integriert sein.
Es ist zu beachten, dass die hierin enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Kraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystemanordnungen verwendbar sind. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Befehle in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sein und können durch das Steuersystem, das den Controller in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und anderer Kraftmaschinenhardware umfasst, ausgeführt werden. Die spezifischen Routinen, die hier beschrieben sind, können eine oder mehrere von einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien wie z.B. einer ereignisgesteuerten Strategie, einer unterbrechungsgesteuerten Strategie, Mehrprozessbetrieb, Mehrsträngigkeit und dergleichen darstellen. Daher können verschiedene Vorgänge, Operationen und/oder Funktionen in der dargestellten Abfolge oder parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen auch weggelassen werden. Ebenso ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele zu erreichen, sondern dient lediglich zur Erleichterung der Darstellung und Beschreibung. Eine oder mehrere der dargestellten Vorgänge, Operationen und/oder Funktionen können abhängig von der jeweils verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Vorgänge, Operationen und/oder Funktionen grafisch einen Code darstellen, der in einen nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Kraftmaschinensteuerungssystem programmiert werden soll, wobei die beschriebenen Vorgänge durch Ausführen der Befehle in einem System, das verschiedene Hardwarekomponenten in Kombination mit dem elektronischen Controller umfasst, durchgeführt werden.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhaft sind, und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne aufzufassen sind, da zahlreiche Varianten möglich sind. Die obige Technologie ist zum Beispiel auf V-6, I-4, I-6, V-12, 4-Boxer und andere Kraftmaschinentypen anwendbar. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderer Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart sind.
Die folgenden Ansprüche heben bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen, die als neuartig und nicht offensichtlich betrachtet werden, besonders hervor. Diese Ansprüche beziehen sich möglicherweise auf "ein" Element oder "ein erstes" Element oder das Äquivalent davon. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie den Einschluss eines oder mehrerer dieser Elemente umfassen, wobei sie zwei oder mehr von diesen Elementen 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 neuer Ansprüche 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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2014/0219849 [0006]

Claims

Verfahren, das Folgendes umfasst: Verstellen eines Ventils, das in einem Kanal positioniert ist, der eine erste Flut und eine zweite Flut einer Turbine verbindet, um eine Abgasdurchflussmenge zu der Turbine zu erhöhen, dann, wenn eine Turbinendrehzahl kleiner als eine Schwelle ist, und während eines ersten Lastzustands; und Verstellen des Ventils, um die Abgasdurchflussmenge zu der Turbine zu verringern, wenn die Turbinendrehzahl größer als die Schwelle ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ventil in Fluidkommunikation mit einem Ladedruckregelungskanal ist, der Abgas um die Turbine herum leitet.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der erste Lastzustand umfasst, dass ein Ladedruck kleiner ist als ein gewünschter Ladedruck ist, eine Kraftmaschinenlast größer als eine Schwellenlast ist und/oder eine Drehmomentanforderung steigt.
Verfahren nach Anspruch 3, das ferner ein Verstellen des Ventils, um die Abgasdurchflussmenge zu der Turbine zu verringern, dann, wenn die Turbinendrehzahl kleiner als die Schwelle ist, und während eines zweiten Lastzustands umfasst, wobei der zweite Lastzustand umfasst, dass der Ladedruck größer als der gewünschte Ladedruck ist, die Kraftmaschinenlast kleiner als die Schwellenlast ist und/oder die Drehmomentanforderung sinkt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Verstellen des Ventils, um die Abgasdurchflussmenge zu der Turbine zu erhöhen, ein Verstellen des Ventils in eine erste Stellung und kein Kommunizieren von Abgas zwischen der ersten und der zweiten Flut und von der ersten und der zweiten Flut zu dem Ladedruckregelungskanal umfasst, wobei die erste Stellung umfasst, dass das Ventil vollständig zu jeweils der ersten Flut, der zweiten Flut und dem Ladedruckregelungskanal geschlossen ist, wenn die Kraftmaschinendrehzahl kleiner als eine Schwellenkraftmaschinendrehzahl ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Verstellen des Ventils, um die Abgasdurchflussmenge zu der Turbine zu erhöhen, ein Verstellen des Ventils in eine vierte Stellung und ein Kommunizieren von Abgas zwischen der ersten und der zweiten Flut, aber nicht von der ersten und der zweiten Flut zu dem Ladedruckregelungskanal umfasst, wobei die vierte Stellung umfasst, dass das Ventil vollständig zu jeder der ersten Flut und der zweiten Flut geöffnet ist und vollständig zu dem Ladedruckregelungskanal geschlossen ist, wenn die Kraftmaschinendrehzahl größer als die Schwellenkraftmaschinendrehzahl ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Verstellen des Ventils, um die Abgasdurchflussmenge zu der Turbine zu verringern, ein Verstellen des Ventils in eine zweite Stellung und ein teilweises Kommunizieren von Abgas zwischen der ersten und der zweiten Flut und ein vollständiges Kommunizieren von Abgas von zwischen der ersten und der zweiten Flut und zu dem Ladedruckregelungskanal umfasst, wobei die zweite Stellung umfasst, dass das Ventil in einem dosierten Ausmaß zu jeder der ersten und der zweiten Flut geöffnet ist und vollständig zu dem Ladedruckregelungskanal geöffnet ist, wenn die Kraftmaschinendrehzahl kleiner als die Schwellenkraftmaschinendrehzahl ist.
Verfahren nach Anspruch 7, das ferner ein Erhöhen des dosierten Ausmaßes an Öffnung zu jeder der ersten und der zweiten Flut umfasst, wenn die Kraftmaschinendrehzahl zunimmt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Verstellen des Ventils, um die Abgasdurchflussmenge zu der Turbine zu verringern, ein Verstellen des Ventils in eine dritte Stellung und ein vollständiges Kommunizieren von Abgas zwischen der ersten und der zweiten Flut und ein teilweises Kommunizieren von Abgas von zwischen der ersten und der zweiten Flut und zu dem Abgaskanal umfasst, wobei die dritte Stellung umfasst, dass das Ventil vollständig zu jeder der ersten und der zweiten Flut geöffnet ist und in einem dosierten Ausmaß zu dem Ladedruckregelungskanal geöffnet ist, wenn die Kraftmaschinendrehzahl größer als die Schwellenkraftmaschinendrehzahl ist.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner ein Erhöhen des dosierten Ausmaßes an Öffnung zu dem Ladedruckregelungskanal umfasst, wenn die Kraftmaschinendrehzahl abnimmt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Ventil ein zylindrisches Ventil ist, das sich auf einer ersten Achse dreht, die senkrecht zu einer Richtung des Abgasstroms durch jeweils die erste Flut und die zweite Flut ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Ventil ein Schieberventil mit einem beweglichen Element ist, das dazu ausgelegt ist, sich entlang einer zweiten Achse zu bewegen, um eine selektive Fluidkommunikation zwischen jeweils der ersten Flut, der zweiten Flut und dem Ladedruckregelungskanal bereitzustellen.
Doppelstrom-Turbolader-System, das Folgendes umfasst: eine erste Flut; eine zweite Flut, die von der ersten Flut über eine Trennwand fluidtechnisch getrennt ist; einen Kanal, der in der Trennwand angeordnet ist und die erste Flut und die zweite Flut brückenartig verbindet; und ein Ventil, das in dem Kanal angeordnet ist und zwischen ausgewählten Stellungen bewegbar ist, wobei ein Satz der ausgewählten Stellungen Fluidkommunikation zwischen der ersten Flut und der zweiten Flut bereitstellt und ein zweiter Satz der ausgewählten Stellungen Fluidkommunikation zwischen der ersten und/oder der zweiten Flut und einer Stelle, die einer Turbine nachgeschaltet ist, bereitstellt.
Doppelstrom-Turbolader-System nach Anspruch 13, wobei das Ventil in kontinuierlicher Weise durch die ausgewählten Stellungen positionierbar ist, wobei die ausgewählten Stellungen Folgende umfassen: eine erste Stellung, in der das Ventil zu jeder der ersten und der zweiten Flut geschlossen ist und zu der Stelle, die der Turbine nachgeschaltet ist, geschlossen ist; eine zweite Stellung, in der das Ventil in einem dosierten Ausmaß zu jeder der ersten und der zweiten Flut geöffnet ist und zu der Stelle, die der Turbine nachgeschaltet ist, geöffnet ist; eine dritte Stellung, in der das Ventil vollständig zu jeder der ersten und der zweiten Flut geöffnet ist und in einem vorgegebenen Ausmaß zu der Stelle, die der Turbine nachgeschaltet ist, geöffnet ist; und eine vierte Stellung, in der das Ventil vollständig zu jeder der ersten und der zweiten Flut geöffnet ist und zu der Stelle, die der Turbine nachgeschaltet ist, geschlossen ist.
Doppelstrom-Turbolader-System nach Anspruch 13, wobei das Ventil in einen Zylinderkopf, einen Turbolader oder einen Abgaskrümmer einer Kraftmaschine, die dazu ausgelegt ist, das Turbolader-System zu verwenden, integriert ist, wobei das Ventil einen Ventilkörper umfasst und wobei das Ventil eine oder mehrere Außenflächen umfasst, die so angeordnet sind, dass sie ermöglichen, dass Wärme aus dem Ventilkörper abgeführt wird.
Kraftmaschinensystem, das Folgendes umfasst: einen ersten Kanal zum Fluidtransport von einem ersten Satz von Brennkammern zu einer Turbine; einen zweiten Kanal zum Fluidtransport von einem zweiten Satz von Brennkammern zu der Turbine, der von dem ersten Kanal durch eine Trennwand getrennt ist; einen dritten Kanal zum Fluidtransport von dem ersten Kanal und dem zweiten Kanal zu einer Stelle, die der Turbine nachgeschaltet ist; und ein Ventil, das in der Trennwand angeordnet ist, um selektiv Fluid von dem ersten oder dem zweiten Kanal zu dem anderen des ersten und des zweiten Kanals durchzulassen und um selektiv Fluid von dem ersten und/oder dem zweiten Kanal zu der Stelle, die der Turbine nachgeschaltet ist, durchzulassen.
Kraftmaschinensystem nach Anspruch 16, wobei das Ventil in einen Zylinderkopf, einen Abgaskrümmer oder einen Turbolader einer Kraftmaschine, die dazu ausgelegt ist, ein Turbolader-System zu verwenden, integriert ist.
Kraftmaschinensystem nach Anspruch 17, wobei das Ventil ein zylindrisches Ventil ist, das sich auf einer ersten Achse dreht, die senkrecht zu einer Richtung des Abgasstroms durch jeweils den ersten Kanal und den zweiten Kanal ist.
Kraftmaschinensystem nach Anspruch 17, wobei das Ventil ein Schieberventil mit einem beweglichen Element ist, das dazu ausgelegt ist, sich entlang einer zweiten Achse zu bewegen, um einen selektiven Fluidtransport zwischen einer oder mehreren Kombinationen des ersten Kanals, des zweiten Kanals und des dritten Kanals bereitzustellen.
Kraftmaschinensystem nach Anspruch 16, wobei das Ventil mittels eines aus einem Controller empfangenen Signals in einer kontinuierlichen Weise durch ausgewählte Bereiche hinweg positionierbar ist, umfassend: wobei das Ventil zu jeder der ersten und der zweiten Flut geschlossen ist und zu der Stelle, die der Turbine nachgeschaltet ist, geschlossen ist, wenn der Ladedruck kleiner als ein gewünschter Druck ist und die Kraftmaschinendrehzahl kleiner als eine Schwellenkraftmaschinendrehzahl ist; wobei das Ventil in einem dosierten Ausmaß zu jeder der ersten und der zweiten Flut geöffnet ist und zu der Stelle, die der Turbine nachgeschaltet ist, geöffnet ist, wenn der Ladedruck größer als der gewünschte Druck ist und die Kraftmaschinendrehzahl kleiner als die Schwellenkraftmaschinendrehzahl ist; wobei das Ventil vollständig zu jeder der ersten und der zweiten Flut geöffnet ist und in einem vorgegebenen Ausmaß zu der Stelle, die der Turbine nachgeschaltet ist, geöffnet ist, wenn der Ladedruck größer als der gewünschte Druck ist und die Kraftmaschinendrehzahl größer als die Schwellenkraftmaschinendrehzahl ist; und wobei das Ventil vollständig zu jeder der ersten und der zweiten Flut geöffnet ist und zu der Stelle, die der Turbine nachgeschaltet ist, geschlossen ist, wenn der Ladedruck kleiner als der gewünschte Druck ist und die Kraftmaschinendrehzahl größer als die Schwellenkraftmaschinendrehzahl ist.