DE112009001059T5 - Durch Abgas angetriebene Hilfsluftpumpe und Produkte und Verfahren zu ihrer Verwendung - Google Patents

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Thomas A. Dexter Grissom
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BorgWarner Inc
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Abstract

Produkt mit einer Lufteinlassseite, die konstruiert und angeordnet ist, um einem Verbrennungsmotor Luft zuzuführen, einer Auslassseite, die konstruiert und angeordnet ist, um durch den Motor erzeugte Verbrennungsgase auszustoßen;
wobei die Lufteinlassseite einen ersten Luftkanal aufweist und die Auslassseite einen ersten Abgaskanal aufweist,
einem zweiten Auslasskanal, der mit der Auslassseite an einem ersten Ende verbunden ist und mit der Auslassseite an einem zweiten Ende verbunden ist,
einem zweiten Luftkanal mit einem Luftaufnahmeende und einem zweiten Ende, das mit einer ersten Auslassseite verbunden ist,
einer durch Abgas angetriebenen Luftpumpe mit einem zweiten Turbinenrad in Fluidverbindung mit dem zweiten Auslasskanal und einem zweiten Kompressor in Fluidverbindung mit dem zweiten Luftkanal, um der Auslassseite Druckluft zuzuführen.

Description

  • Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der vorläufigen Anmeldung Nr. 61/055 739 der Vereinigten Staaten, eingereicht am 23. Mai 2008.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Das Gebiet, auf das sich die Offenbarung im Allgemeinen bezieht, sind Verbrennungsmotor-Lufteinlasssysteme, Komponenten davon, Turboladersysteme und Komponenten und Verfahren zu ihrer Herstellung und Verwendung.
  • HINTERGRUND
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines Produkts oder Systems 10 mit einem modernen Lufteinlasssystem, das für einen einstufigen Turbolader verwendet wird. Ein solches System kann einen Verbrennungsmotor 12 aufweisen, der so konstruiert und angeordnet ist, dass er einen Kraftstoff wie z. B. Benzin- oder Dieselkraftstoff, ohne darauf begrenzt zu sein, in Gegenwart von Sauerstoff verbrennt. Das System kann ferner ein Lufteinlasssystem mit einer Lufteinlassseite 14 und einer Verbrennungsgasauslassseite 16 aufweisen. Die Lufteinlassseite 14 kann einen Krümmer aufweisen, der mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist, um Luft in die Zylinder des Verbrennungsmotors 12 zuzuführen. Ein primärer Lufteinlasskanal 20 kann vorgesehen und an einem Ende mit dem Lufteinlasskrümmer 18 verbunden sein (oder zu einem Teil desselben gemacht sein) und kann ein offenes Ende 24 zum Ansaugen von Luft durch dieses aufweisen. Ein Luftfilter 26 kann am oder nahe dem offenen Ende 24 des Lufteinlasskanals 20 angeordnet sein.
  • Die Verbrennungsgasauslassseite 16 kann einen Auslasskrümmer 28 aufweisen, der mit dem Verbrennungsmotor 12verbunden ist, um Verbrennungsgase aus diesem ausuzlassen. Die Auslassseite 16 kann ferner einen primären Auslasskanal 30 mit einem ersten Ende 32, das mit dem Auslasskrümmer 28 verbunden ist (oder zu einem Teil davon gemacht ist), aufweisen und kann ein offenes Ende 34 zum Abführen von Abgas an die Atmosphäre aufweisen.
  • Ein solches System 10 kann ferner eine erste Abgasrückführungs-Anordnung (AGR-Anordnung) 40 aufweisen, die sich von der Verbrennungsgasauslassseite 16 zur Lufteinlassseite 14 erstreckt. Ein erstes AGR-Ventil 46 kann in Fluidverbindung mit dem primären Abgaskanal 30 vorgesehen sein und so konstruiert und angeordnet sein, dass es Abgas von der Auslassseite 16 zur Lufteinlassseite 14 und in den Verbrennungsmotor 12 leitet. Die erste AGR-Anordnung 40 kann ferner eine primäre AGR-Leitung 42 mit einem ersten Ende 41, das mit dem primären Abgaskanal 30 verbunden ist, und einem zweiten Ende 43, das mit dem Lufteinlasskanal 20 verbunden ist, aufweisen. Ein Kühler 44 kann in Fluidverbindung mit der primären AGR-Leitung 42 zum Kühlen des durch diese strömenden Abgases vorgesehen sein.
  • Das System 10 kann ferner einen Turbolader 48 mit einem Turbinenrad 50 in Fluidverbindung mit dem primären Abgaskanal 30 und mit einem Kompressor 52 in Fluidverbindung mit dem primären Lufteinlasskanal 20 aufweisen, um Gase wie z. B. Luft, die durch diesen strömt, ohne jedoch darauf begrenzt zu sein, zu komprimieren. Ein Luftladungskühler 56 kann im primären Lufteinlasskanal 20 stromabwärts des Kompressors 52 vorgesehen sein. Ein Drosselventil 58 kann im primären Lufteinlasskanal 20 stromabwärts des Kompressors 52 und stromaufwärts des Verbindungspunkts des zweiten Endes 43 der primären AGR-Leitung 42 mit dem primären Lufteinlasskanal 20 vorgesehen sein.
  • Eine Anzahl von Emissionskontrollkomponenten kann in einer primären Abgaskanalleitung 30 typischerweise stromabwärts des Turbinenrades 50 vorgesehen sein. Ein Partikelfilter 54 kann beispielsweise stromabwärts des Turbinenrades 50 vorgesehen sein. Andere Emissionskontrollkomponenten wie z. B. ein Katalysator 36 und ein Schalldämpfer 38, ohne jedoch darauf begrenzt zu sein, können auch stromabwärts des Turbinenrades 50 vorgesehen sein. Weitere Abgasnachbehandlungsvorrichtungen wie z. B. Mager-NOx-Fallen können auch vorgesehen sein.
  • Wahlweise kann eine zweite Abgasrückführungs-Anordnung (AGR-Anordnung) 70 vorgesehen sein, die sich von der Verbrennungsabgasseite 16 an einem Ort stromabwärts des Turbinenrades 50 zur Lufteinlassseite 14 erstreckt. Die zweite AGR-Anordnung 70 kann eine zweite AGR-Leitung 71 mit einem ersten Ende 72, das mit dem primären Abgaskanal 30 verbunden ist, und einem zweiten Ende 74, das mit dem Lufteinlasskanal 20 verbunden ist, aufweisen. Ein Kühler 78 kann in Fluidverbindung mit der zweiten AGR-Leitung 71 zum Kühlen von Abgasen, die durch diese hindurch strömen, vorgesehen sein. Ein zweites AGR-Ventil 76 kann vorgesehen und konstruiert und angeordnet sein, um die Menge an Abgas, das durch die zweite AGR-Leitung 71 strömt, zu steuern. Ein Auslassdrosselventil 120 kann im primären Auslasskanal 30 stromabwärts des Verbindungspunkts des ersten Endes der zweiten AGR-Leitung mit dem primären Abgaskanal 30 vorgesehen sein. Das Abgasdrosselventil 120 kann verwendet werden, um die Menge an Abgas, das in die zweite AGR-Leitung 71 eingeht, zu steuern.
  • Wenn ein solches System 10 einen Partikelfilter 54 aufweist, wird Feinstaub wie z. B. Ruß, ohne jedoch darauf begrenzt zu sein, im Partikelfilter 54 gesammelt. Wenn zu viel Feinstaub sich im Partikelfilter 54 ansammeln lassen wird, kann sich dies auf den Betrieb des Systems 10 oder verschiedener Komponenten davon nachteilig auswirken oder kann sich auf Emissionen nachteilig auswirken. Der Partikelfilter 54 kann regeneriert werden, um den Feinstaub abzubrennen, was ermöglicht, dass der Partikelfilter 54 verwendet wird, um mehr Feinstaub effektiver zu sammeln, ohne sich auf den Betrieb des Systems 10 nachteilig auszuwirken.
  • Mit Bezug auf 2 kann in einem System 10, das zu dem in 1 dargestellten ähnlich ist, eine zweite Lufteinlassleitung 122 vorgesehen sein und kann ein erstes Ende 124, das mit dem primären Abgaskanal 30 verbunden ist, und ein zweites offenes Ende 126 zum Ansaugen von Luft von der Atmosphäre aufweisen. Ein Gebläse 127 kann im zweiten Lufteinlasskanal 122 vorgesehen sein, um Luft in den primären Abgaskanal 30 an einer Stelle stromaufwärts des Partikelfilters 54 zu drängen. Ein Brenner 128 kann auch vorgesehen sein, um die durch die zweite Lufteinlassleitung 122 strömende Luft zu erhitzen, um die Regeneration des Partikelfilters 54 zu erleichtern. Solche Gebläse 127 sind typischerweise konstruiert und angeordnet, um ein Druckverhältnis des absoluten Auslassdrucks über den Einlassdruck von weniger als oder gleich 1,1 zu schaffen.
  • ZUSAMMENFASSUNG VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
  • Eine beispielhafte Ausführungsform kann ein Lufteinlasssystem mit einer durch Abgas angetriebenen Luftpumpe aufweisen, die so konstruiert und angeordnet ist, dass sie Druckluft in einen primären Abgaskanal an einer Stelle stromaufwärts eines Partikelfilters zuführt, um Sauerstoff für die Regeneration des Partikelfilters zu liefern. In einer beispielhaften Ausführungsform kann eine durch Abgas angetriebene Luftpumpe kleiner sein als ein primärer Turbolader. Die durch Abgas angetriebene Luftpumpe kann die Luft von einem primären Lufteinlasskanal, der mit einem Verbrennungsmotor verbunden ist, um Luft in dessen Zylinder zu liefern, oder von einem zweiten Lufteinlasskanal mit einem offenen Ende in den primären Abgaskanal zuführen.
  • Andere beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden aus der nachstehend gegebenen ausführlichen Beschreibung ersichtlich. Selbstverständlich sind die ausführliche Beschreibung und die speziellen Beispiele, obwohl sie beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung offenbaren, nur für Erläuterungszwecke bestimmt und sollen den Schutzbereich der Erfindung nicht begrenzen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden aus der ausführlichen Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen vollständiger verständlich, in denen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Systems des Standes der Technik mit einem modernen Lufteinlasssystem zur Verwendung bei einem einstufigen Turbolader ist.
  • 2 eine schematische Darstellung eines Systems des Standes der Technik mit einem modernen Lufteinlasssystem, das für einen einstufigen Turbolader verwendet wird, ist.
  • 3 eine schematische Darstellung eines Systems mit einer durch Abgas angetriebenen Luftpumpe gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist.
  • 4 eine schematische Darstellung eines Systems mit einer durch Abgas angetriebenen Luftpumpe gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist.
  • 5 eine schematische Darstellung eines Lufteinlasssystems mit einer durch Abgas angetriebenen Luftpumpe gemäß noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die folgende Beschreibung der Ausführungsformen) ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft (erläuternd) und soll die Erfindung, ihre Anwendung oder ihre Verwendungen keineswegs begrenzen.
  • 3 stellt eine Ausführungsform dar, die in verschiedenerlei Hinsicht zu der in 1 dargestellten ähnlich sein kann. 3 ist auch eine schematische Darstellung eines Produkts oder Systems 10 mit einem Motorlufteinlasssystem. Ein solches System kann einen Verbrennungsmotor 12 aufweisen, der konstruiert und angeordnet ist, um einen Kraftstoff, wie z. B. Benzin- oder Dieselkraftstoff, ohne jedoch darauf begrenzt zu sein, in Gegenwart von Sauerstoff zu verbrennen. Das System kann ferner ein Lufteinlasssystem mit einer Lufteinlassseite 14 und einer Verbrennungsgasauslassseite 16 aufweisen. Die Lufteinlassseite 14 kann einen Krümmer aufweisen, der mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist, um Luft in die Zylinder des Verbrennungsmotors 12 einzuspeisen. Ein primärer Lufteinlasskanal 20 kann vorgesehen und an einem Ende mit dem Lufteinlasskrümmer 18 verbunden (oder zu einem Teil davon gemacht) sein und kann ein offenes Ende 24 zum Einsaugen von Luft durch dieses aufweisen. Ein Luftfilter 26 kann an oder nahe dem offenen Ende 24 des Lufteinlasskanals 20 angeordnet sein.
  • Die Verbrennungsgasauslassseite 16 kann einen Auslasskrümmer 28 aufweisen, der mit dem Verbrennungsmotor 12 verbunden ist, um Verbrennungsgase von diesem auszulassen. Die Auslassseite 16 kann ferner einen primären Auslasskanal 30 mit einem ersten Ende 32, das mit dem Auslasskrümmer 28 verbunden (oder zu einem Teil davon gemacht) ist, aufweisen und kann ein offenes Ende 34 zum Abführen von Abgas an die Atmosphäre aufweisen.
  • Ein solches System 10 kann ferner eine erste Abgasrückführungs-Anordnung (AGR-Anordnung) 40 aufweisen, die sich von der Verbrennungsgasauslassseite 16 zur Lufteinlassseite 14 erstreckt. Ein erstes AGR-Ventil 46 kann in Fluidverbindung mit dem primären Abgaskanal 30 vorgesehen sein und konstruiert und angeordnet sein, um Abgas von der Auslassseite 16 zur Lufteinlassseite 14 und in den Verbrennungsmotor 12 zu leiten. Die erste AGR-Anordnung 40 kann ferner eine primäre AGR-Leitung 42 mit einem ersten Ende 41, das mit dem primären Abgaskanal 30 verbunden ist, und einem zweiten Ende 43, das mit dem Lufteinlasskanal 20 verbunden ist, aufweisen. Ein Kühler 44 kann in Fluidverbindung mit der primären AGR-Leitung 42 zum Kühlen des Abgases, das durch diese hindurch strömt, vorgesehen sein.
  • Das System 10 kann ferner einen ersten oder primären Turbolader 48 mit einem Turbinenrad 50 in Fluidverbindung mit dem primären Abgaskanal 30 und mit einem Kompressor 52 in Fluidverbindung mit dem primären Lufteinlasskanal 20 zum Komprimieren von Gasen wie z. B. Luft, die durch diesen strömt, ohne jedoch darauf begrenzt zu sein, aufweisen. Der erste oder primäre Turbolader kann so bemessen sein, dass der erste Kompressor 50 die Kapazität hat, mindestens 100 Prozent der Einlassluft, die für einen Verbrennungsmotor 12 des Systems 10 erforderlich ist, zu liefern. Ein Luftladungskühler 56 kann im primären Lufteinlasskanal 20 stromabwärts des Kompressors 52 vorgesehen sein. Ein Drosselventil 58 kann im primären Lufteinlasskanal 20 stromabwärts des Kompressors 52 und stromaufwärts des Verbindungspunkts des zweiten Endes 43 der primären AGR-Leitung 42 mit dem primären Lufteinlasskanal 20 vorgesehen sein.
  • Eine Anzahl der Emissionskontrollkomponenten kann in einer primären Abgaskanalleitung 30 typischerweise stromabwärts des Turbinenrades 50 vorgesehen sein. Ein Partikelfilter 54 kann beispielsweise stromabwärts des Turbinenrades 50 vorgesehen sein. Andere Emissionskontrollkomponenten wie z. B. ein Katalysator 36 und ein Schalldämpfer 38, ohne jedoch darauf begrenzt zu sein, können auch stromabwärts des Turbinenrades 50 vorgesehen sein. Der Ort des Katalysators 36 ist nicht auf den in 3 dargestellten begrenzt, sondern kann in einer Vielfalt von Positionen in der Auslassseite 16 angeordnet sein. Weitere Abgasnachbehandlungsvorrichtungen wie z. B. Mager-NOx-Fallen können auch vorgesehen sein.
  • Wahlweise kann eine zweite Abgasrückführungs-Anordnung (AGR-Anordnung) 70 vorgesehen sein, die sich von der Verbrennungsabgasseite 16 an einer Stelle stromabwärts des Turbinenrades 50 zur Lufteinlassseite 14 erstreckt. Die zweite AGR-Anordnung 70 kann eine zweite AGR-Leitung 71 mit einem ersten Ende 72, das mit dem primären Abgaskanal 30 verbunden ist, und einem zweiten Ende 74, das mit dem Lufteinlasskanal 20 verbunden ist, aufweisen. Ein Kühler 78 kann in Fluidverbindung mit der zweiten AGR-Leitung 71 zum Kühlen von Abgasen, die durch diese strömen, vorgesehen sein. Ein zweites AGR-Ventil 76 kann vorgesehen und konstruiert und angeordnet sein, um die Menge von Abgas, das durch die zweite AGR-Leitung 71 strömt, zu steuern. Ein Abgasdrosselventil 120 kann im primären Auslasskanal 30 stromabwärts des Verbindungspunkts des zweiten Endes der zweiten AGR-Leitung mit dem primären Abgaskanal 30 vorgesehen sein. Das Abgasdrosselventil 120 kann verwendet werden, um die Menge an Abgas, das in die zweite AGR-Leitung 71 eingeht, zu steuern. 3 unterscheidet sich von 1 darin, dass das System 10 auch einen zweiten Turbolader 200 aufweist, der verwendet wird, um Druckluft direkt in die Auslassseite 16 zuzuführen.
  • Mit erneutem Bezug auf 3 kann eine beispielhafte Ausführungsform ein Produkt oder System 10 aufweisen, das eine Lufteinlassseite 14, die konstruiert und angeordnet ist, um Luft zu einem Verbrennungsmotor 12 zu liefern, und eine Auslassseite 16, die konstruiert und angeordnet ist, um durch den Verbrennungsmotor 12 erzeugte Verbrennungsgase auszulassen, aufweisen kann. Wahlweise kann ein erster Turbolader 48 vorgesehen sein und kann ein Turbinenrad 50 in Fluidverbindung mit der Auslassseite 16 und einen Kompressor 52 in Fluidverbindung mit der Lufteinlassseite 14 zum Komprimieren von zum Verbrennungsmotor 12 zu liefernder Luft aufweisen.
  • Ein zweiter Auslasskanal 206 kann vorgesehen sein, der ein erstes Ende 208, das an einer ersten Stelle der Auslassseite 16 verbunden ist, und ein zweites Ende 210, das an einer zweiten Stelle der Auslassseite 16 verbunden ist, aufweist. Ein zweiter Luftkanal 212 kann vorgesehen sein, der ein Lufteinlassende oder ein Luftaufnahmeende 214 und ein zweites Ende 216, das mit der Auslassseite 16 stromaufwärts eines Partikelfilters 54 verbunden ist, aufweist. Eine durch Abgas angetriebene Luftpumpe 200 kann vorgesehen sein, die ein zweites Turbinenrad 202 in Fluidverbindung mit dem zweiten Abgaskanal 206 und einen zweiten Kompressor 204 in Fluidverbindung mit dem zweiten Luftkanal 212 aufweist, die so konstruiert und angeordnet ist, dass sie Druckluft in die Auslassseite 16 stromaufwärts des Partikelfilters 54 liefert, die in einer Ausführungsform verwendet werden kann, um die Regeneration des Filters zu verbessern. Ein Brenner 128 kann vorgesehen sein, um die durch den zweiten Luftkanal 212 strömende Druckluft zu erhitzen. Der Brenner 128 kann konstruiert und angeordnet sein, um einen Kraftstoff wie z. B. Benzin- oder Dieselkraftstoff, jedoch ohne darauf begrenzt zu sein, zu verbrennen. In einer Ausführungsform ist der Brenner 128 konstruiert und angeordnet, um Druckluft zu verwenden, um den Kraftstoff zu verbrennen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das erste Ende 208 des zweiten Abgaskanals 206 mit der Auslassseite 16 an einer Stelle stromabwärts des Auslasskrümmers 28 und stromaufwärts der Verbindung der primären AGR-Leitung 42 mit der Auslassseite 16 verbunden sein. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das zweite Ende 210 des zweiten Abgaskanals 206 mit der Auslassseite 16 an einer Stelle stromabwärts der Verbindung der primären AGR-Leitung 42 und stromaufwärts des ersten Turbinenrades 50 verbunden sein. In einer Ausführungsform kann das Lufteinlassende 214 mit der Lufteinlassseite 14 an einer Stelle stromabwärts des offenen Endes 24 verbunden sein. Alternativ oder in Kombination damit kann das Lufteinlassende 214' des zweiten Luftkanals 212 zur Atmosphäre offen sein.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein erstes Luftventil 220 und/oder ein zweites Luftventil 220' im zweiten Luftkanal 212 auf beiden Seiten des zweiten Kompressors 204 vorgesehen sein, um die Strömung von Luft durch den zweiten Kompressor 204 und in die Auslassseite 16 zu steuern. In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein erstes Auslassventil 218 und/oder ein zweites Auslassventil 218' am Verbindungspunkt des ersten Endes 208 des zweiten Abgaskanals 206 mit der Auslassseite 16 oder stromabwärts eines solchen Verbindungspunkts vorgesehen sein, um die Strömung von Abgas durch den zweiten Auslasskanal 206 und das zweite Turbinenrad 202 zu steuern. Das zweite Ende 210 des zweiten Auslasskanals 206 kann in einer beispielhaften Ausführungsform mit der Auslassseite 16 an einer Stelle stromabwärts einer ersten AGR-Anordnung 40 und stromaufwärts des ersten Turbinenrades 50 verbunden sein.
  • In einer Ausführungsform kann das Ventil 220 und/oder 220' im Gehäuse der Hilfsluftpumpe vorgesehen sein. Das Hilfsluftpumpengehäuse kann ein einziges Stück aus Gussmaterial oder zwei oder mehr miteinander verbundene Stücke sein. In einer anderen Ausführungsform kann die Hilfsluftpumpe mit mindestens einem der Ventile 220, 220' oder dem Brenner 128 aufgenommen sein.
  • Mit Bezug auf 4 kann in einer anderen beispielhaften Ausführungsform das erste Ende 208 des zweiten Auslasskanals 206 mit der Auslassseite 16 am Abgaskrümmer 28 verbunden sein, der mit dem Motor 12 verbunden ist. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das zweite Ende 210 des zweiten Abgaskanals 206 mit der Auslassseite 16 an einer Stelle stromabwärts des ersten Turbinenrades 50 und stromaufwärts der Verbindung des zweiten Endes 216 des zweiten Luftkanals 212 mit der Auslassseite 16 verbunden sein.
  • Mit Bezug auf 5 kann in einer anderen beispielhaften Ausführungsform das erste Ende 208 des zweiten Auslasskanals 206 mit der Auslassseite 16 an einer Stelle stromabwärts des ersten Turbinenrades 50 verbunden sein. Das zweite Ende 210 des zweiten Auslasskanals 206 kann mit der Auslassseite an einer Stelle stromabwärts der Verbindung des ersten Endes 208 und stromaufwärts des Partikelfilters 54 und der Verbindung des ersten Endes 216 des zweiten Luftkanals 212 mit der Auslassseite 16 verbunden sein. Ein erstes Auslassventil 218 kann mit der Auslassseite 16 an einer Stelle verbunden sein, die zwischen die Verbindung des ersten Endes 208 und des zweiten Endes 210 des zweiten Auslasskanals mit der Auslassseite 16 eingefügt ist, um die Strömung von Abgas durch den zweiten Auslasskanal 206 zu steuern. In noch einer weiteren Ausführungsform können die Ventile 218 und 221 als Dreiwegventil kombiniert sein, das sich am Verbindungspunkt des ersten Endes 208 des zweiten Auslasskanals 206 mit der Auslassseite 16 befindet, um die Strömung von Abgas durch die Auslassseite 16 und durch den zweiten Auslasskanal 16 zu steuern.
  • Die relative Größenbeziehung des ersten Turboladers 48, wenn er vorhanden ist, und der durch Abgas angetriebenen Hilfsluftpumpe 200 kann variieren. In erläuternden Ausführungsformen kann beispielsweise die durch Abgas angetriebene Luftpumpe 200 dieselbe oder eine kleinere Größe aufweisen als der erste Turbolader 48. Der erste Turbolader 48 kann konstruiert und angeordnet sein, um ein Druckverhältnis des absoluten Auslassdrucks über den Einlassdruck des Turboladers im Bereich von größer als 1,2 bis etwa 2,5 zu schaffen. Der erste Turbolader 48 kann konstruiert und angeordnet sein, um eine Kapazität des Kompressors 50 bereitzustellen, die ausreicht, um mindestens 100 Prozent der Lufteinlassanforderungen des Verbrennungsmotors 12 zu schaffen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die durch Abgas angetriebene Hilfsluftpumpe 200 konstruiert und angeordnet sein, um ein Druckverhältnis des absoluten Auslassdrucks über den Einlassdruck der Pumpe von etwa 1,3 bis 2,5 bereitzustellen. In einer Ausführungsform kann die durch Abgas angetriebene Hilfsluftpumpe 200 konstruiert und angeordnet sein, um weniger als die Durchflussrate von Luft, die für den Motor 12 erforderlich ist, bereitzustellen. In einer Ausführungsform kann die durch Abgas angetriebene Hilfsluftpumpe 200 konstruiert und angeordnet sein, um bis zu einer Hälfte der Durchflussrate von Luft, die für den Motor 12 erforderlich ist, bereitzustellen. In einer Ausführungsform kann die durch Abgas angetriebene Hilfsluftpumpe 200 konstruiert und angeordnet sein, um bis zu einem Drittel der Durchflussrate von Luft, die für den Motor 12 erforderlich ist, bereitzustellen. In einer Ausführungsform ist die durch Abgas angetriebene Hilfspumpe 200 so konstruiert und angeordnet, dass sie als Emissionskontrollkomponente und nicht als Komponente, die verwendet wird, um die Leistung des Motors zu verbessern, wie z. B. ein Turbolader, fungiert. In verschiedenen Ausführungsformen kann die durch Abgas angetriebene Hilfspumpe 200 konstruiert sein, um Luft nicht direkt oder indirekt in den Lufteinlass des Motors zu liefern.
  • Der erste Turbolader 48 und/oder die durch Abgas angetriebene Luftpumpe 200 können so konstruiert und angeordnet sein, dass er bzw. sie ein Turbinenrad und/oder einen Kompressor mit variabler Geometrie aufweist, beispielsweise mit einstellbaren Flügeln, um die Kapazität des Turbinenrades und/oder des Kompressors zu verändern, ohne jedoch darauf begrenzt zu sein.
  • Die Verwendung der durch Abgas angetriebenen Luftpumpe 200, um Druckluft zum Brenner 128 und/oder zur Auslassseite 16 stromaufwärts des Partikelfilters 54 zu liefern, schafft den Vorteil einer wirksameren Regeneration des Partikelfilters in einem relativ kürzeren Zeitraum. Die Menge an Luft, die zum Brenner 128 oder zum Partikelfilter 54 von der durch Abgas angetriebenen Luftpumpe 200 geliefert wird, ist wesentlich größer als die Luft, die im Abgas verbleibt, nachdem ein beträchtlicher Teil des Sauerstoffs verbraucht wurde, und nach der Verbrennung von Kraftstoff im Motor 12. Ferner kann in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform während Kaltstarts sauerstoffreiche Luft zur Auslassseite 16 geliefert werden, wie für den Katalysator 36 erforderlich, um Kohlenwasserstoffe und Kohlenstoffmonoxid zu verbrennen. Folglich würde die Abgastemperatur drastisch ansteigen, was verursacht, dass die Anspringtemperatur des Katalysators bald nach einem Kaltstart früher erreicht wird, wodurch die Menge an NOx-Kohlenwasserstoffen und Kohlenstoffmonoxid erhöht wird, die durch das System umgesetzt werden. Ferner kann in noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform relativ kalte sauerstoffreiche Luft zur Auslassseite 16 stromaufwärts des Katalysators 36 zugeführt werden, um die Temperatur im Katalysator zu steuern, der typischerweise Beschichtungen aufweist, die gegen hohe Abgastemperaturen sehr empfindlich sind.
  • Eine beispielhafte Ausführungsform kann ein Verfahren aufweisen, das das direkte Zuführen von Druckluft in die Auslassseite 16 unter Verwendung der durch Abgas angetriebenen Luftpumpe 200 aufweist. Eine weitere beispielhafte Ausführungsform kann ein Verfahren aufweisen, das das Zuführen von Druckluft zum Brenner 128 unter Verwendung der durch Abgas angetriebenen Luftpumpe 200 aufweist, um die Regeneration des Partikelfilters 54 zu unterstützen. Eine weitere beispielhafte Ausführungsform kann ein Verfahren aufweisen, das das Zuführen von Druckluft zur Auslassseite 16 unter Verwendung der durch Abgas angetriebenen Luftpumpe 200 aufweist, um die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen/Kohlenstoffmonoxid in der Auslassseite 16 zu unterstützen. Eine weitere Ausführungsform kann ein Verfahren aufweisen, das das Zuführen von Druckluft mit der durch Abgas angetriebenen Luftpumpe 200 aufweist, um Abgase zu kühlen und insbesondere den Katalysator 36 zu kühlen. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die durch Abgas angetriebene Luftpumpe 200 in Abhängigkeit von der geplanten Regenerationsstrategie entweder stromaufwärts und parallel zu oder stromabwärts im ersten Turbolader 48 angeordnet. In einer beispielhaften Ausführungsform kann Luft entweder von der Lufteinlassseite 14 oder von der Umgebungsatmosphäre in den zweiten Kompressor 204 gesaugt werden.
  • In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann ein erstes Auslassventil 218 entweder vor oder nach dem zweiten Turbinenrad 202 angeordnet sein, um den Abgasstrom in das zweite Turbinenrad 202 zu regeln. Dieses Ventil kann in Abhängigkeit von der Regenerationsstrategie ein Ein/Aus-Ventil oder ein Ventil mit linearer Steuerung sein. In einer anderen Ausführungsform kann ein zweites Auslassventil 218, 221' verwendet werden, um den Abgasstrom in das zweite Turbinenrad 202 zu drängen. Dieses Ventil kann in der Auslassseite 16 stromaufwärts des ersten Turbinenrades 50 angeordnet sein oder zu einem integralen Teil des ersten Turbinenrades 50 gemacht sein. In einer anderen Ausführungsform können das erste und das zweite Auslassventil 218, 221 zu einer Komponente kombiniert sein. In noch einer weiteren Ausführungsform kann das zweite Luftventil 220 oder 220' entweder stromaufwärts oder stromabwärts des zweiten Kompressors 204 angeordnet sein, um die Strömung von Luft durch den zweiten Kompressor 204 zu regeln. Diese Ventile 220, 220' können in Abhängigkeit von der Regenerationsstrategie entweder ein Ein/Aus-Ventil oder ein Ventil mit linearer Steuerung sein. Diese Ventile 220, 220' können auch verwendet werden, um eine Rückströmung durch den zweiten Kompressor 204 zu vermeiden.
  • Die obige Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft und folglich sollen Variationen davon nicht als Abweichung vom Gedanken und Schutzbereich der Erfindung betrachtet werden.
  • Zusammenfassung
  • Eine beispielhafte Ausführungsform kann ein Motorlufteinlasssystem mit einer durch Abgas angetriebenen Hilfsluftpumpe aufweisen, um Luft direkt in die Auslassseite des Lufteinlasssystems zu leiten.

Claims (15)

  1. Produkt mit einer Lufteinlassseite, die konstruiert und angeordnet ist, um einem Verbrennungsmotor Luft zuzuführen, einer Auslassseite, die konstruiert und angeordnet ist, um durch den Motor erzeugte Verbrennungsgase auszustoßen; wobei die Lufteinlassseite einen ersten Luftkanal aufweist und die Auslassseite einen ersten Abgaskanal aufweist, einem zweiten Auslasskanal, der mit der Auslassseite an einem ersten Ende verbunden ist und mit der Auslassseite an einem zweiten Ende verbunden ist, einem zweiten Luftkanal mit einem Luftaufnahmeende und einem zweiten Ende, das mit einer ersten Auslassseite verbunden ist, einer durch Abgas angetriebenen Luftpumpe mit einem zweiten Turbinenrad in Fluidverbindung mit dem zweiten Auslasskanal und einem zweiten Kompressor in Fluidverbindung mit dem zweiten Luftkanal, um der Auslassseite Druckluft zuzuführen.
  2. Produkt nach Anspruch 1, das ferner einen ersten Turbolader mit einem ersten Turbinenrad in Fluidverbindung mit der Auslassseite und einem ersten Kompressor in Fluidverbindung mit der Lufteinlassseite aufweist.
  3. Produkt nach Anspruch 1, das ferner einen Verbrennungsmotor aufweist, und wobei die Hilfsluftpumpe konstruiert und angeordnet ist, um weniger als eine Hälfte der für den Motor erforderlichen Luft zuzuführen.
  4. Produkt nach Anspruch 3, das ferner einen ersten Turbolader mit einem ersten Turbinenrad in Fluidverbindung mit der Auslassseite und einem ersten Kompressor in Fluidverbindung mit der Lufteinlassseite aufweist und wobei der erste Turbolader konstruiert und angeordnet ist, um mindestens einhundert Prozent der zum Betreiben des Motors erforderlichen Luft zuzuführen.
  5. Produkt nach Anspruch 1, wobei das Luftaufnahmeende des zweiten Luftkanals mit der Lufteinlassseite verbunden ist.
  6. Produkt nach Anspruch 1, wobei das Luftaufnahmeende des zweiten Luftkanals zur Atmosphäre offen ist.
  7. Produkt nach Anspruch 1, das ferner ein Luftventil im zweiten Luftkanal stromaufwärts des zweiten Kompressors aufweist.
  8. Produkt nach Anspruch 1, das ferner ein Luftventil stromabwärts des zweiten Kompressors aufweist.
  9. Produkt nach Anspruch 1, das ferner einen Brenner aufweist, der konstruiert und angeordnet ist, um die durch den zweiten Luftkanal strömende Luft zu erhitzen.
  10. Produkt nach Anspruch 1, wobei das zweite Ende des zweiten Luftkanals mit der Auslassseite stromaufwärts eines Katalysators im ersten Auslasskanal verbunden ist.
  11. Produkt nach Anspruch 1, wobei die Auslassseite ferner einen Abgaskrümmer aufweist, der so konstruiert und angeordnet ist, dass er mit einem Verbrennungsmotor verbunden ist, und wobei das erste Ende des zweiten Abgaskanals mit der Auslassseite stromabwärts des Abgaskrümmers verbunden ist.
  12. Produkt nach Anspruch 1, wobei die Auslassseite ferner einen Abgaskrümmer aufweist und wobei das erste Ende des zweiten Auslasskanals mit der Auslassseite am Abgaskrümmer verbunden ist.
  13. Produkt nach Anspruch 1, wobei das zweite Ende des zweiten Auslasskanals mit der Auslassseite stromaufwärts des ersten Turbinenrades verbunden ist.
  14. Produkt nach Anspruch 1, wobei das zweite Ende des zweiten Auslasskanals mit der Auslassseite stromabwärts des ersten Turbinenrades verbunden ist.
  15. Produkt nach Anspruch 1, wobei das erste Ende des zweiten Auslasskanals mit der Auslassseite stromabwärts des ersten Turbinenrades verbunden ist und wobei das zweite Ende des zweiten Auslasskanals mit der Auslassseite stromabwärts des Verbindungspunkts des ersten Endes des zweiten Auslasskanals mit der Auslassseite verbunden ist.
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