DE102013222881A1

DE102013222881A1 - Fahrzeug-Kraftmaschinensystem und -Verfahren mit turboaufgeladenem Motor

Info

Publication number: DE102013222881A1
Application number: DE102013222881.3A
Authority: DE
Inventors: Thomas A. Spix; Neil G. Klueber
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-11-15
Filing date: 2013-11-11
Publication date: 2014-05-15
Also published as: US20140130493A1

Abstract

Ein turboaufgeladenes Kraftmaschinensystem eines Kraftfahrzeugs umfasst eine Kraftmaschine mit einem Ansaugkrümmer, einem Abgaskrümmer und einem Kurbelgehäuseentlüftungsauslass. Ein Turbolader weist eine Turbine mit einem Einlass, die fluidtechnisch mit dem Abgaskrümmer durch eine Abgasleitung verbunden ist, und einen Turbokompressor mit einem Auslass auf, der fluidtechnisch mit dem Ansaugkrümmer durch eine Einlassleitung verbunden ist. Der Turbokompressor weist auch einen Einlass auf. Ein Element zur Konditionierung von Kurbelgehäusegas umfasst ein Einlassteil, das fluidtechnisch mit dem Kurbelgehäuseentlüftungsauslass verbunden ist, und ein Auslassteil auf, das fluidtechnisch mit dem Turbokompressoreinlass verbunden ist. Eine Leerlaufbypassleitung umfasst einen Einlassabschnitt, der fluidtechnisch mit dem Auslassteil des Elements zur Konditionierung von Kurbelgehäusegas verbunden ist, und einen Auslassabschnitt, der fluidtechnisch mit der Einlassleitung verbunden ist. Die Leerlaufbypassleitung ist derart konfiguriert und angeordnet, um den Turbolader selektiv zu umgehen, während die Kraftmaschine im Leerlauf arbeitet.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft die Technik von Kraftfahrzeugen und insbesondere ein Fahrzeugkraftmaschinensystem für einen turboaufgeladenen Motor sowie ein Verfahren.
HINTERGRUND
Viele Kraftfahrzeuge verwenden Dieselkraftmaschinen, die im Vergleich zu benzinbetriebenen Kraftmaschinen ein höheres Drehmoment und eine größere Kraftstoffeffizienz bereitstellen. Viele Dieselkraftmaschinen sind mit einem Turbolader versehen. Der Turbolader erhöht den Leistungsausgang, reduziert Emissionen und verbessert die Effizienz der Dieselkraftmaschine. Allgemein wird ein Turbolader durch Abgase angetrieben, um komprimierte Umgebungsluft zu bilden, die an einen Ansaugkrümmer der Dieselkraftmaschine geliefert wird. Die komprimierte Luft sieht einen größeren Luftmassenstrom in die Dieselkraftmaschine vor, was zu einer erhöhten Leistung führt. Eine Turboladereffizienz ist durch den Kohlenstoffaufbau an internen Arbeitskomponenten reduziert.
Ein Kohlenstoffaufbau oder eine Verkokung kann durch Öl bewirkt werden, das in einen Kompressorabschnitt des Turboladers leckt. Das Öl wird durch Abgase erhitzt und karbonisiert. Allgemein wandert Öl während des Leerlaufs in den Kompressorabschnitt, wenn der Kurbelgehäusedruck höher als der Ansaugdruck ist. Viele Fahrzeuge, wie Lastwägen, Rettungswägen und dergleichen, laufen für längere Dauer im Leerlauf. Während normaler Betriebsbedingungen ist der Kurbelggehäusedruck größer als der Einlassdruck des Turboladers, und eine Ölleckage ist bestenfalls minimal. Jedoch sind während des Leerlaufs die Abgase nicht ausreichend, den Kompressor auf Drehzahl anzutreiben und den Kurbelgehäusedruck und den Einlassdruck des Turboladers auszugleichen. Somit ist der Druck an den internen Turboladerdichtungen reduziert und es besteht die Tendenz, dass Öl in den Kompressor leckt. Ein derartiger Betriebszustand führt zu einer Schädigung des Turboladers, was in einer reduzierten Effizienz und dem Bedarf nach erhöhten Wartungszyklen resultiert. Demgemäß ist es erwünscht, ein Drosselsystem bereitzustellen, das ermöglicht, dass ein Turbolader während längeren Leerlaufs arbeiten kann, ohne dass er einer Schädigung und/oder Verkokung ausgesetzt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform weist ein Fahrzeugkraftmaschinensystem mit turboaufgeladenem Motor eine Kraftmaschine mit einem Ansaugkrümmer, einem Abgaskrümmer und einem Kurbelgehäuseentlüftungsauslass auf. Ein Turbolader weist eine Turbine mit einem Einlass, der fluidtechnisch mit dem Abgaskrümmer durch eine Abgasleitung verbunden ist, und einen Turbokompressor mit einem Auslass auf, der fluidtechnisch mit dem Ansaugkrümmer durch eine Einlassleitung verbunden ist. Der Turbokompressor weist auch einen Einlass auf. Ein Element zur Kurbelgehäusekonditionierung weist ein Einlassteil, das fluidtechnisch mit dem Kurbelgehäuseentlüftungsauslass verbunden ist, und ein Auslassteil auf, das fluidtechnisch mit dem Turbokompressoreinlass verbunden ist. Eine Leerlaufbypassleitung umfasst einen Einlassabschnitt, der fluidtechnisch mit dem Auslassteil des Elements zur Kurbelgehäusekonditionierung verbunden ist, sowie einen Auslassabschnitt, der fluidtechnisch mit der Einlassleitung verbunden ist. Die Leerlaufbypassleitung ist derart konfiguriert und angeordnet, den Turbolader selektiv zu umgehen, während die Kraftmaschine im Leerlauf arbeitet.
Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform weist ein Verfahren zum Betrieb einer turboaufgeladenen Kraftmaschine den Betrieb der turboaufgeladenen Kraftmaschine in einem ersten Modus, in welchem Kurbelgehäuseentlüftungsgase von einem Kurbelgehäuse zu einem Ansaugkrümmer durch einen Turbokompressor gelangen, und einen Betrieb der turboaufgeladenen Kraftmaschine in einem zweiten Modus auf, bei dem die Kurbelgehäuseentlüftungsgase von dem Kurbelgehäuse durch eine Leerlaufbypassleitung direkt zu dem Ansaugkrümmer gelangen, wobei der Turbokompressor umgangen wird.
Die obigen Merkmale und Vorteile wie auch weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten sind nur beispielhaft in der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen dargestellt, wobei die detaillierte Beschreibung Bezug auf die Zeichnungen nimmt, in welchen:
Die Figur eine schematische Ansicht eines turboaufgeladenen Kraftmaschinensystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zeigt.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein turboaufgeladenes Kraftmaschinensystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist allgemein mit 2 in der Figur gezeigt. Das turboaufgeladene Kraftmaschinensystem 2 weist eine Brennkraftmaschine 4 auf. Die Kraftmaschine 4 nimmt die Form einer Dieselkraftmaschine an, wobei jedoch zu verstehen sei, dass die Kraftmaschine 4 andere Formen annehmen kann. Die Kraftmaschine 4 weist einen Ansaugkrümmer 6, einen Abgaskrümmer 8, ein Kurbelgehäuse 10 sowie einen Sumpf oder eine Ölwanne 11 auf. Das Kurbelgehäuse 10 weist einen Kurbelgehäuseentlüftungs-(CCV)-Auslass 12 auf. Das turboaufgeladene Kraftmaschinensystem 2 ist auch so gezeigt, dass es einen mit der Kraftmaschine 4 gekoppelten Turbolader 14 aufweist. Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Nutzungen zu beschränken. Es sei zu verstehen, dass in der gesamten Zeichnung entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale angeben.
Der Turbolader 14 weist eine Turbine 18 auf, die funktional mit einem Turbokompressor 21 verbunden ist. Die Turbine 18 weist einen Einlass 23, der fluidtechnisch mit einem Abgaskrümmer 8 durch eine Abgasleitung 25 verbunden ist, und einen Auslass 28 auf, der fluidtechnisch mit einem Abgassystem 30 verbunden ist. Der Turbokompressor 21 weist einen Einlass 32 und einen Auslass 34 auf. Der Auslass 34 ist durch einen Wärmetauscher 36 fluidtechnisch mit einem Ansaugkrümmer 6 verbunden. Der Wärmetauscher 36 weist einen Wärmetauschereinlass 38, der mit einem Auslass 34 des Turbokompressors 21 gekoppelt ist, und einen Wärmetauscherauslass 39 auf, der mit dem Ansaugkrümmer 6 durch eine Einlassleitung 44 verbunden ist. Der Turbolader 14 weist auch eine Ölablaufleitung 47 auf, die fluidtechnisch mit einem Kurbelgehäuse 10 verbunden ist. Die Ölablaufleitung 47 erlaubt einen Rückfluss von Öl in dem Turbolader 14 zurück in den Sumpf 11 zur Wiederverteilung in der Kraftmaschine 4. Das turboaufgeladene Kraftmaschinensystem 2 ist auch mit einem Element 60 zur Konditionierung von Kurbelgehäusegas versehen.
Das Element 60 zur Konditionierung von Kurbelgehäusegas trennt oder scheidet Öl ab, das in den Kurbelgehäusegasen enthalten ist, um Emissionen von der Kraftmaschine 4 zu reduzieren. Das Element 60 zur Konditionierung von Kurbelgehäusegas weist ein Einlassteil 62, das fluidtechnisch mit dem CCV-Auslass 12 verbunden ist, ein Auslassteil 64 und eine Ölablaufleitung 66 auf. Die Kurbelgehäusegase von dem CCV-Auslass 12 treten in das Element 60 zur Konditionierung von Kurbelgehäusegas ein, wobei Öl von den Kurbelgehäusegasen abgeschieden und zurück zu dem Kurbelgehäuse 10 durch die Ölablaufleitung 66 geführt wird. Ein Rückschlagventil 67 verhindert einen Rückfluss von Öl oder Kurbelgehäusegasen in das Element 60 zur Konditionierung von Kurbelgehäusegas. Sobald das Öl abgeschieden ist, gelangen sauberere Kurbelgehäusegase aus dem Auslassteil 64 und strömen in eine Ansaugleitung 68 durch einen Durchgang 71. Die Ansaugleitung 68 ist fluidtechnisch mit dem Einlass 32 des Turbokompressors 21 verbunden. Ein Einwegventil 73 verhindert einen Rückfluss von Gasen in das Element 60 zur Konditionierung von Kurbelgehäusegas. In einem ersten Betriebsmodus, oder wenn die Kraftmaschine 4 bei oberhalb Leerlauf betrieben ist, mischen sich Kurbelgehäusegase, die das Element 60 zur Konditionierung von Kurbelgehäusegas verlassen, mit Ansaugluft, die durch einen Kraftmaschinenluftansaugfilter 75 gelangt, und strömen durch die Ansaugleitung 68 zu dem Turbokompressor 21.
In einem zweiten Betriebsmodus oder Leerlaufmodus sind die Abgase nicht ausreichend, um einen Turbolader 14 zu betreiben, um so eine gewünschte Druckdifferenz in der Kraftmaschine 4 beizubehalten. Somit endet die CCV-Strömung in das Element 60 zur Konditionierung von Kurbelgehäusegas, und der Kurbelgehäusedruck treibt Öl zu dem Turbolader 14 durch die Ölablassleitung 47. Das Öl, das zu dem Turbolader 14 strömt, tendiert zu einem Durchgang durch Dichtungen (nicht gezeigt) in der Turbine 18 und dem Turbokompressor 21. Das Öl, das in die Turbine 18 und den Turbokompressor 21 eintritt, kann karbonisieren, was eine Reduzierung der Effizienz des Turboladers bewirkt. Demgemäß ist es erwünscht, eine Druckdifferenz in der Kraftmaschine 4 während des Leerlaufs beizubehalten, um eine Ölwanderung zurück durch die Ölablaufleitung 47 zu verhindern.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform weist ein turboaufgeladenes Kraftmaschinensystem 2 eine Leerlaufbypassleitung 100 auf. Die Leerlaufbypassleitung 100 weist einen Einlassabschnitt 110, der fluidtechnisch mit einem Durchgang 71 stromaufwärts von einem Einweg-Rückschlagventil 73 verbunden ist, und einen Auslassabschnitt 113 auf, der fluidtechnisch mit einer Einlassleitung 44 stromabwärts von dem Wärmetauscherauslass 39 verbunden ist. Ein Einwegventil 116 ist in der Leerlaufbypassleitung 100 vorgesehen, um eine Rückwärtsströmung zu verhindern, wenn die Kraftmaschine 4 in dem ersten Modus arbeitet. Ein Drosselsteuerelement 140 steuert eine Strömung durch die Leerlaufbypassleitung 100, wenn die Kraftmaschine 4 in dem zweiten oder Leerlaufmodus betrieben ist. Das Drosselsteuerelement 140 reduziert eine Strömung durch den Wärmetauscher 36 und erhöht eine Strömung von dem Element 60 zur Konditionierung von Kurbelgehäusegas.
Wenn der Wärmetauscher 36 geschlossen ist, strömen Kurbelgehäuseentlüftungsgase, die das Element 60 zur Kurbelgehäusekonditionierung verlassen, direkt zu dem Ansaugkrümmer 6, wobei die Ansaugleitung 68 umgangen wird. Die Strömung von dem Element 60 zur Kurbelgehäusekonditionierung hält eine negative Druckdifferenz in der Kraftmaschine 4 bei. Die negative Druckdifferenz stellt sicher, dass die Strömung von Öl von dem Turbolader 14 durch die Ölablaufleitung 47 anhält. Die konditionierte Ölströmung reduziert eine Carbonisierung sowie einen Verkokungsaufbau, der während des Leerlaufs stattfindet. Eine Reduzierung der Verkokung während des Leerlaufs ist insbesondere für Fahrzeuge hilfreich, die für längere Perioden im Leerlauf laufen. Die Integration der vorliegenden Erfindung in ein turboaufgeladenes Kraftmaschinensystem führt zu einer Reduzierung von Wartungszyklen, was ermöglicht, dass die Kraftmaschine für längere Perioden in Betrieb bleibt. Zusätzlich sieht das Leiten von Kurbelgehäuseentlüftungsgasen durch die Ansaugung einen zusätzlichen Vorteil bei der weiteren Reduzierung von Emissionen von der Kraftmaschine 4 vor.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht sich für den Fachmann, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Äquivalente an Stelle von Elementen derselben treten können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich können viele Modifikationen durchgeführt werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von dem wesentlichen Schutzumfang davon abzuweichen. Daher soll die Erfindung nicht auf die offenbarten bestimmten Ausführungsformen beschränkt sein, sondern die Erfindung umfasst alle in den Schutzumfang der Anmeldung fallenden Ausführungsformen.

Claims

Turboaufgeladenes Kraftmaschinensystem, umfassend: eine Kraftmaschine mit einem Ansaugkrümmer, einem Abgaskrümmer und einem Kurbelgehäusentlüftungsauslass; einen Turbolader mit einer Turbine, der einen Einlass, der fluidtechnisch mit dem Abgaskrümmer durch eine Abgasleitung verbunden ist, und einen Turbokompressor aufweist, der einen Auslass besitzt, der fluidtechnisch mit dem Ansaugkrümmer durch eine Einlassleitung verbunden ist, wobei der Turbokompressor auch einen Einlass aufweist; ein Element zur Konditionierung von Kurbelgehäusegas mit einem Einlassteil, das fluidtechnisch mit dem Kurbelgehäuseentlüftungsauslass verbunden ist, und einem Auslassteil, das fluidtechnisch mit dem Einlass des Turbokompressors verbunden ist; und eine Leerlaufbypassleitung mit einem Einlassabschnitt, der fluidtechnisch mit dem Auslassteil des Elements zur Konditionierung von Kurbelgehäusegas verbunden ist, und einem Auslassabschnitt, der fluidtechnisch mit der Einlassleitung verbunden ist, wobei die Leerlaufbypassleitung derart konfiguriert und angeordnet ist, den Turbolader selektiv zu umgehen, während die Kraftmaschine im Leerlauf arbeitet.
Turboaufgeladenes Kraftmaschinensystem nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein Drosselsteuerelement, das in der Einlassleitung zwischen dem Auslass des Turbokompressors und dem Auslass der Leerlaufbypassleitung angeordnet ist.
Turboaufgeladenes Kraftmaschinensystem nach Anspruch 2, ferner umfassend: einen Wärmetauscher, der fluidtechnisch mit der Einlassleitung verbunden ist, wobei der Wärmetauscher einen Wärmetauschereinlass, der fluidtechnisch mit dem Auslass des Turbokompressors verbunden ist, und einen Wärmetauscherauslass aufweist, der fluidtechnisch mit dem Ansaugkrümmer verbunden ist.
Turboaufgeladenes Kraftmaschinensystem nach Anspruch 3, wobei das Drosselsteuerelement an dem Wärmetauscherauslass positioniert ist.
Turboaufgeladenes Kraftmaschinensystem nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Ansaugluftfilter, der fluidtechnisch mit dem Einlass des Turbokompressors verbunden ist.
Turboaufgeladenes Kraftmaschinensystem nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein Einwegventil, das in der Leerlaufbypassleitung angeordnet ist.
Turboaufgeladenes Kraftmaschinensystem nach Anspruch 6, ferner umfassend: ein weiteres Einwegventil, das stromabwärts von dem Einlass des Turbokompressors und stromaufwärts des Einlassteils der Leerlaufbypassleitung angeordnet ist.
Turboaufgeladenes Kraftmaschinensystem nach Anspruch 7, wobei das weitere Einwegventil stromaufwärts des Auslassteils des Elements zur Konditionierung von Kurbelgehäusegas angeordnet ist.
Turboaufgeladenes Kraftmaschinensystem nach Anspruch 1, wobei die Kraftmaschine eine Dieselkraftmaschine umfasst.