DE102014212965B4 - Turbocharger system with an air-cooled solenoid valve - Google Patents
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Abstract
Turbolader-System (54), umfassend:eine in Fluidverbindung mit einem Turbineneinlass (102) und einem Turbinenauslass (106) stehende Turbinenumgehungsleitung (108);ein an ein Wastegate (114) in der Turbinenumgehungsleitung (108) gekoppeltes Wastegate-Stellglied (116), das eine Wastegate-Position anpasst; undein an das Wastegate-Stellglied (116) gekoppeltes luftgekühltes Magnetventil (700), das eine Position des Wastegate-Stellglieds (116) anpasst und einen kühlenden Luftstrom von einer Ansaugleitung (64) empfängt, welche stromaufwärts eines mechanisch an eine Turbine (60) gekoppelten Kompressors (58) positioniert ist.A turbocharger system (54) comprising: a turbine bypass line (108) in fluid communication with a turbine inlet (102) and a turbine outlet (106); a wastegate actuator (116) coupled to a wastegate (114) in the turbine bypass line (108) , which adjusts a wastegate position; andan air-cooled solenoid valve (700) coupled to the wastegate actuator (116) that adjusts a position of the wastegate actuator (116) and receives cooling airflow from an intake manifold (64) that is upstream of a mechanically coupled to a turbine (60). Compressor (58) is positioned.
Description
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein luftgekühltes Magnetventil in einem Turbolader-System in einem Fahrzeug.The present disclosure relates to an air-cooled solenoid valve in a turbocharger system in a vehicle.
Ladedruckvorrichtungen, beispielsweise Turbolader und Verdrängerlader, können in Motoren verwendet werden. Turbolader können die Leistungsabgabe des Motors für einen gegebenen Hubraum im Vergleich zu einem Saugmotor erhöhen.Boost pressure devices, such as turbochargers and superchargers, may be used in engines. Turbochargers can increase the engine's power output for a given displacement compared to a naturally aspirated engine.
Beispielsweise ist aus der
Die
Aus der
Es kann wünschenswert sein, den Strömungspfad zwischen der Turbine in dem Turbolader und den Brennkammern zu verkleinern, indem die Turbine in der Nähe der Auslassöffnungen der Zylinder positioniert wird. Eine solche Positionierung verringert die Verluste in dem Abgasstrom und ermöglicht es dadurch, die Drehzahl der Turbine zu erhöhen. Die erhöhte Turbinendrehzahl erhöht die von dem Kompressor bereitgestellte Kompressionsmenge. Infolgedessen kann die Leistungsabgabe des Motors erhöht werden.It may be desirable to reduce the flow path between the turbine in the turbocharger and the combustion chambers by positioning the turbine near the exhaust ports of the cylinders. Such a positioning reduces the losses in the exhaust flow and thereby makes it possible to increase the speed of the turbine. The increased turbine speed increases the amount of compression provided by the compressor. As a result, the power output of the engine can be increased.
Aufgrund der Nähe der Turbine zu der Brennkammer können allerdings die Turbine und die umgebenden Komponenten höheren Temperaturen ausgesetzt sein. In einigen Motoren können der Abgaskrümmer und das Turbinengehäuse Abstrahlflächentemperaturen von über 900 Grad Celsius aufweisen. Folglich können die Turbine und die umgebenden Komponenten eine thermische Beeinträchtigung erleiden, was die Langlebigkeit der Komponenten verringert. So können beispielsweise Ladedruckregelventile (Wastegates) bei solchen Übertemperaturbedingungen ausfallen. Wastegate-Stellglieder können aufgrund der Eigenschaften der darin enthaltenen Ventilsteuerungskomponenten, beispielsweise Schaltungen, Magneten etc., besonders empfindlich auf höhere Temperaturen reagieren.However, due to the turbine's proximity to the combustor, the turbine and surrounding components may experience higher temperatures. In some engines, the exhaust manifold and turbine housing can have radiating surface temperatures in excess of 900 degrees Celsius. As a result, the turbine and surrounding components may experience thermal degradation, reducing component longevity. For example, boost pressure control valves (wastegates) can fail under such over-temperature conditions. Wastegate actuators can be particularly sensitive to higher temperatures due to the properties of the valve control components they contain, such as circuits, magnets, etc.
In gleicher Weise sind Versuche unternommen worden, das Wastegate-Stellglied über ein Motorkühlmittel zu kühlen, das von dem Motorkühlsystem abgeleitet wird. Das Verwenden von Motorkühlmittel zum Kühlen des Wastegate-Stellglieds kann allerdings eine hochintegrierte Leitungsverlegung erfordern und erhöht die Wahrscheinlichkeit von Kühlmittellecks durch neue Leckpfade. Die hochintegrierte Leitungsverlegung kann außerdem kostenintensiv sein.Likewise, attempts have been made to cool the wastegate actuator via engine coolant diverted from the engine cooling system. However, using engine coolant to cool the wastegate actuator may require highly integrated piping and increases the likelihood of coolant leaks through new leak paths. The highly integrated cable routing can also be expensive.
Von daher wird in einem Ansatz ein Turbolader-System bereitgestellt. Das Turbolader-System weist eine Turbine auf, die stromabwärts einer Brennkammer und einer in Fluidverbindung mit einem Turbineneinlass und einem Turbinenauslass stehenden Turbinenumgehungsleitung positioniert ist. Das Turbolader-System umfasst ferner ein in der Turbinenumgehungsleitung positioniertes Wastegate, ein an das Wastegate gekoppeltes Wastegate-Stellglied, das eine Position des Wastegates anpasst, und ein an das Wastegate-Stellglied gekoppeltes luftgekühltes Magnetventil, das eine Position des Wastegate-Stellglieds anpasst, wobei das luftgekühlte Magnetventil einen kühlenden Luftstrom von einer Ansaugleitung empfängt, die stromaufwärts eines mechanisch an die Turbine gekoppelten Kompressors positioniert ist.As such, a turbocharger system is provided in one approach. The turbocharger system includes a turbine positioned downstream of a combustor and a turbine bypass passage in fluid communication with a turbine inlet and a turbine outlet. The turbocharger system further includes a wastegate positioned in the turbine bypass passage, a wastegate actuator coupled to the wastegate that adjusts a position of the wastegate, and an air-cooled solenoid valve coupled to the wastegate actuator that adjusts a position of the wastegate actuator, wherein the air-cooled solenoid valve receives a flow of cooling air from an intake line positioned upstream of a compressor mechanically coupled to the turbine.
Auf diese Weise wird Kühlung für das Magnetventil über die Ansaugluft bereitgestellt, wodurch sich die thermische Belastung für das Magnetventil reduziert. Folglich kann sich die Langlebigkeit des Magnetventils erhöhen, wenn Luftkühlung bereitgestellt wird. Des Weiteren kann, wenn Ansaugluft verwendet wird, um das Magnetventil zu kühlen, die Kühlung des Magnetventils über das Motorkühlmittel auf Wunsch vermieden oder reduziert werden. Infolgedessen reduzieren sich die Kosten und die Komplexität des Motors, und die Wahrscheinlichkeit von Kühlmittellecks und eine potenzielle Beeinträchtigung des Kühlsystems werden reduziert.In this way, cooling for the solenoid valve is provided via the intake air, which reduces the thermal load on the solenoid valve. Consequently, if air cooling is provided, the longevity of the solenoid valve may increase. Furthermore, if intake air is used to cool the solenoid valve, cooling of the solenoid valve via the engine coolant can be avoided or reduced if desired. As a result, costs and com are reduced complexity of the engine, and the likelihood of coolant leaks and potential deterioration of the cooling system are reduced.
Die vorstehend erwähnten Vorteile und andere Vorteile sowie Merkmale der vorliegenden Beschreibung sind in der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung leicht erkennbar - sei es für sich alleine genommen oder in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen. An dieser Stelle sei angemerkt, dass die vorstehend erwähnte Zusammenfassung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung ausführlicher beschrieben werden. Die Zusammenfassung hat nicht die Aufgabe, Schlüsselmerkmale oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstandes zu identifizieren; der Schutzbereich des Erfindungsgegenstandes wird ausschließlich durch die Patentansprüche definiert, die auf die ausführliche Beschreibung folgen. Des Weiteren ist der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die vorstehend oder an irgendeiner anderen Stelle dieser Offenbarung angemerkte Nachteile beseitigen. Zusätzlich wurden die vorstehend erwähnten Probleme von den Erfindern erkannt und werden nicht als bekannt anerkannt.
Ein Turbolader-System mit einem luftgekühlten Wastegate-Stellglied und/oder einem luftgekühlten Magnetventil wird hier beschrieben. Das Wastegate-Stellglied wandelt von einem Steuerungssystem empfangene elektrische Steuersignale in eine mechanische Stellbewegung um. Die mechanische Stellbewegung wird von dem Wastegate-Stellglied an das Wastegate-Ventil in der Turbinenumgehungsleitung übertragen. Ansaugluft kann an das Wastegate-Stellglied geleitet werden, um das Stellglied zu kühlen, und dann wieder an das Ansaugsystem zurückgeleitet werden. In einem Beispiel kann unkomprimierte Ansaugluft an das Wastegate-Stellglied geleitet werden, um das Stellglied zu kühlen, und dann wieder an den Kompressoreinlass zurückgegeben werden. Auf diese Weise kann an das Wastegate-Stellglied übertragene Abgaswärme in die Kühlluft abgeleitet werden. Ferner kann bei Verwendung einer Ladeluftkühlung stromabwärts des Kompressors die erwärmte Ansaugluft dann gekühlt werden, bevor sie in den Motor eingelassen wird.A turbocharger system with an air-cooled wastegate actuator and/or an air-cooled solenoid valve is described herein. The wastegate actuator converts electrical control signals received from a control system into mechanical actuating movement. The mechanical actuating movement is transmitted from the wastegate actuator to the wastegate valve in the turbine bypass line. Intake air may be directed to the wastegate actuator to cool the actuator and then returned to the intake system. In one example, uncompressed intake air may be directed to the wastegate actuator to cool the actuator and then returned back to the compressor inlet. In this way, exhaust heat transferred to the wastegate actuator can be dissipated into the cooling air. Further, when using charge air cooling downstream of the compressor, the heated intake air can then be cooled before being admitted to the engine.
Somit empfängt in einer Ausführungsform das luftgekühlte Wastegate-Stellglied Ansaugluft von dem Ansaugsystem, um die Temperatur des Wastegate-Stellglieds zu reduzieren und dadurch die Wahrscheinlichkeit einer Wastegate-Beeinträchtigung durch erhöhte Temperaturen zu reduzieren. In einem Beispiel kann das Wastegate-Stellglied neben dem Wastegate und der Turbine positioniert werden, nahe dem Auspuff. In anderen Beispielen kann das luftgekühlte Wastegate-Stellglied im Ansaugsystem des Motors positioniert werden. Auf diese Weise kann das Ansaugsystem eine Doppelfunktion übernehmen, das Bereitstellen von Ansaugluft für den Motor und das Kühlen des Wastegate-Stellglieds. Daher kann das Weiterleiten des Motorkühlmittels an das Wastegate-Stellglied auf Wunsch vermieden oder reduziert werden. Folglich können die Komplexität und die Kosten des Motors reduziert werden, und gleichzeitig kann die Langlebigkeit des Wastegate-Stellglieds erhöht werden.Thus, in one embodiment, the air-cooled wastegate actuator receives intake air from the intake system to reduce the temperature of the wastegate actuator and thereby reduce the likelihood of wastegate degradation from elevated temperatures. In one example, the wastegate actuator may be positioned adjacent to the wastegate and turbine, near the exhaust. In other examples, the air-cooled wastegate actuator may be positioned in the engine's intake system. In this way, the intake system can perform a dual function, providing intake air for the engine and cooling the wastegate actuator. Therefore, routing of engine coolant to the wastegate actuator can be avoided or reduced if desired. As a result, the complexity and cost of the engine may be reduced, while at the same time the longevity of the wastegate actuator may be increased.
In einem weiteren Beispiel wird das Wastegate-Stellglied über ein luftgekühltes Magnetventil gesteuert. Das luftgekühlte Magnetventil kann Kühlluft von einer Ansaugleitung stromaufwärts eines Kompressors empfangen. So kann das luftgekühlte Magnetventil beispielweise eine Wärmeableitlasche aufweisen, die sich von dem Magnetventil bis zu einer Ansaugleitung erstreckt. Die Wärmeableitlasche kann im Direktkontakt mit einer Außenfläche der Ansaugleitung stehen. Auf diese Weise kann das Magnetventil über Ansaugluft gekühlt werden, die durch das Ansaugsystem strömt. In another example, the wastegate actuator is controlled via an air-cooled solenoid valve. The air-cooled solenoid valve can receive cooling air from an intake line upstream of a compressor. For example, the air-cooled solenoid valve can have a heat dissipation tab that extends from the solenoid valve to an intake line. The heat dissipation tab may be in direct contact with an exterior surface of the intake manifold. In this way, the solenoid valve can be cooled via intake air flowing through the intake system.
Infolgedessen reduziert sich die Wahrscheinlichkeit einer Übertemperaturbedingung in dem Ventil, was die Langlebigkeit des Ventils erhöht und den Betrieb des Magnetventils verbessert.As a result, the likelihood of an over-temperature condition in the valve is reduced, increasing valve longevity and improving solenoid valve operation.
Die
Der Kompressor 58 ist dafür konfiguriert, Ansaugluft von einer Ansaugleitung 64 zu empfangen. Daher ist die Ansaugleitung 64 stromaufwärts des Kompressors 58 positioniert. In dem dargestellten Beispiel handelt es sich bei der Ansaugleitung 64 um eine nicht aufgeladene Ansaugleitung. Somit umfasst die Ansaugleitung 64 einen Auslass 66, der in Fluidverbindung (z. B. in einer direkten Fluidverbindung) mit einem in dem Kompressor 58 enthaltenen Kompressoreinlass 68 steht. Der Kompressoreinlass 68 ist allgemein durch eine Box dargestellt. Die Ansaugleitung 64 ist dafür konfiguriert, Umgebungsluft zu empfangen. Pfeil 70 bezeichnet den allgemeinen Fluss von Ansaugluft durch die Ansaugleitung 64. Ein Luftfilter 72 ist an die Ansaugleitung 64 gekoppelt (z. B. in der Ansaugleitung 64 positioniert). Der Luftfilter 72 ist dafür konfiguriert, unerwünschte Partikel aus der durch die Ansaugleitung strömenden Luft zu entfernen.The
Eine weitere Ansaugleitung 74 ist an die Ansaugleitung 64 gekoppelt. In dem dargestellten Beispiel handelt es sich bei der Ansaugleitung 74 um eine verzweigte Ansaugleitung. Somit steht die Ansaugleitung 74 in einer parallelen Fluidverbindung mit der Ansaugleitung 64. Der allgemeine Fluss von Ansaugluft durch die Ansaugleitung 74 ist durch Pfeil 76 angegeben. Die Ansaugleitung 74 umfasst einen Einlass 78 und einen Auslass 80. Der Einlass 78 und der Auslass 80 münden stromaufwärts bzw. stromabwärts in die Ansaugleitung 64. Allerdings kann der Einlass 78 in anderen Beispielen auch nicht an die Ansaugleitung 64 gekoppelt sein, sondern kann stattdessen Umgebungsluft aus der umliegenden Umgebung beziehen. Wenn allerdings der Einlass 78 an die Ansaugleitung 74 gekoppelt ist, empfängt die Leitung gefilterte Ansaugluft, wodurch sich die Wahrscheinlichkeit einer Verschmutzung eines Luftkühler-Wastegate-Stellglieds 116, welches an die Ansaugleitung 74 gekoppelt sein kann, reduziert, was hier ausführlicher besprochen wird. Zusätzlich verhindert das Koppeln des Einlasses 78 an die Ansaugleitung 74 im Gegensatz zu dem Empfangen von Umgebungsluft an dem Einlass 78, dass ungefilterte Luft in die Brennkammer 88 eingeleitet wird, die den Verbrennungsvorgang beeinträchtigen kann. Wenn daher der Einlass 78 dafür konfiguriert ist, Umgebungsluft zu empfangen, kann in einem Beispiel ein Luftfilter an den Einlass 78 gekoppelt (z. B. in dem Einlass 78 positioniert) werden. Die Ansaugleitung 74 kann in einigen Beispielen über einen kleineren Querschnittsbereich verfügen als die Ansaugleitung 64. Allerdings sind auch andere relative Größen in Betracht gezogen worden. Ein Lüfter 79 kann in einigen Beispielen an die verzweigte Ansaugleitung 74 gekoppelt sein. Der Lüfter 79 kann verwendet werden, um den Luftfluss durch die Ansaugleitung 74 zu erhöhen. Allerdings kann in anderen Beispielen nur der Druckunterschied zwischen dem Einlass und dem Auslass der Ansaugleitung 74 verwendet werden, um Luft dort durchfließen zu lassen. Ein Ventil 75 kann an die Ansaugleitung 74 gekoppelt sein. Das Ventil 75 kann dafür konfiguriert werden, die durch die Ansaugleitung 74 strömende Luftflussmenge anzupassen. Das Ventil 75 kann Steuersignale von einer Steuerungseinrichtung 150 empfangen, angezeigt über Signalleitung 77. Wie gezeigt ist das Ventil stromaufwärts eines Wastegate-Stellglieds 116 positioniert. Allerdings sind auch andere Ventilpositionen in Betracht gezogen worden, beispielsweise stromabwärts des Wastegate-Stellglieds 116. In anderen Beispielen kann das Ventil 75 auch nicht an die Ansaugleitung 74 gekoppelt sein.Another
Der Kompressor 58 weist einen Kompressorauslass 81 auf, welcher in Fluidverbindung mit einem Einlass 82 einer Ansaugleitung 84 steht. Pfeil 90 bezeichnet die allgemeine Luftflussrichtung durch die Leitung 84. Der Kompressor 58 ist dafür konfiguriert, den Druck der dort durchfließenden Ansaugluft zu erhöhen. Auf diese Weise kann ein Ladedruck für den Motor 52 bereitgestellt werden. Daher handelt es sich bei der Ansaugleitung 84 in dem dargestellten Beispiel um eine aufgeladene Ansaugleitung. Allerdings sind auch andere Ansaugsystem-Konfigurationen in Betracht gezogen worden. Die Ansaugleitung 84 umfasst außerdem einen Auslass 86, der in Fluidverbindung mit einer Brennkammer 88 in dem Motor 52 steht. In einigen Beispielen kann die Ansaugleitung 84 in Fluidverbindung mit einem (nicht gezeigten) Ansaugkrümmer stehen. Der Ansaugkrümmer kann dafür konfiguriert sein, der Brennkammer 88 Ansaugluft zuzuführen. Ein Ansaugventil 170 und ein Abgasventil 172 sind an die Brennkammer 88 gekoppelt. Es versteht sich, dass der Motor 52 mindestens ein Ansaugventil und ein Abgasventil pro Brennkammer aufweisen kann. Das Ansaugventil und das Abgasventil sind für ein zyklisches Öffnen konfiguriert, um den Verbrennungsvorgang in der Brennkammer zu ermöglichen. Ein Kolben 91 ist in der Brennkammer 88 positioniert.The
Während des Betriebs durchläuft die Brennkammer 88 in dem Motor 52 typischerweise einen Viertaktzyklus: Der Zyklus beinhaltet den Ansaughub, den Verdichtungshub, den Arbeitshub und den Ausstoßhub. In einem Mehrzylindermotor kann der Viertaktzyklus in zusätzlichen Brennkammern ausgeführt werden. Während des Ansaughubs schließt sich im Allgemeinen das Abgasventil 172, und das Ansaugventil 170 öffnet sich. Luft wird beispielsweise über einen Ansaugkrümmer in die Brennkammer 88 eingeleitet, und der Kolben 91 bewegt sich bis zum Boden der Brennkammer, um das Volumen in der Brennkammer 88 zu vergrößern. Die Position, an der sich der Kolben 91 in der Nähe des Bodens der Brennkammer und am Ende seines Hubs befindet (z. B. wenn die Brennkammer 88 ihr größtes Volumen hat), wird von Fachleuten auf diesem Gebiet der Technik typischerweise als unterer Totpunkt (UT) bezeichnet. Während des Verdichtungshubs sind das Ansaugventil 170 und das Abgasventil 172 geschlossen. Der Kolben 91 bewegt sich in Richtung Zylinderkopf, damit die Luft in der Brennkammer 88 komprimiert wird. Der Punkt, an dem sich der Kolben 91 an dem Ende seines Hubs und am nächsten zum Zylinderkopf befindet (z. B. wenn die Brennkammer 88 ihr kleinstes Volumen hat), wird von Fachleuten auf diesem Gebiet der Technik typischerweise als oberer Totpunkt (OT) bezeichnet. In einem nachfolgend als Einspritzung bezeichneten Verfahren wird Kraftstoff in die Brennkammer eingeleitet. In einem nachfolgend als Zündung bezeichneten Verfahren wird der eingespritzte Kraftstoff durch bekannte Zündvorrichtungen, beispielsweise eine Zündkerze 174, gezündet, was zur Verbrennung führt. Zusätzlich oder alternativ kann Kompression verwendet werden, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch zu zünden. Während des Arbeitshubs drücken die sich ausdehnenden Gase den Kolben 91 bis zum UT zurück. Eine Kurbelwelle kann die Kolbenbewegung in ein Drehmoment der Antriebswelle umwandeln. Abschließend öffnet sich während des Ausstoßhubs das Abgasventil 172, um das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch an einen Abgaskrümmer auszugeben, und der Kolben kehrt wieder zum OT zurück. Es sei darauf hingewiesen, dass Obiges nur als Beispiel beschrieben wird und dass der Zeitpunkt für das Öffnen und/oder das Schließen des Ansaugventils und des Abgasventils variieren kann, beispielsweise um eine positive oder eine negative Ventilüberlappung, ein spätes Schließen des Ansaugventils oder verschiedene andere Beispiele bereitzustellen. Zusätzlich oder alternativ kann in der Brennkammer 88 eine Kompressionszündung implementiert werden.During operation, the
Ein Ladeluftkühler 92 und eine Drossel 94 sind in dem dargestellten Beispiel an die Ansaugleitung 84 gekoppelt. Allerdings können in anderen Beispielen der Ladeluftkühler und/oder die Drossel auch nicht an die Ansaugleitung 84 gekoppelt sein. Ferner ist die Drossel 94 in dem dargestellten Beispiel stromabwärts des Ladeluftkühlers 92 positioniert. Allerdings kann die Drossel in anderen Beispielen auch stromaufwärts des Ladeluftkühlers positioniert sein.A
Eine Abgasleitung 96 kann auch in Fluidverbindung mit der Brennkammer 88 stehen. Somit kann die Abgasleitung 96 während des Motorbetriebs Abgase von der Brennkammer 88 aufnehmen, und sie weist einen Einlass 97 auf. Pfeil 98 zeigt den allgemeinen Abgasstrom durch die Abgasleitung 96.An
Die Abgasleitung 96 umfasst einen Auslass 100, der in Fluidverbindung mit einem Turbineneinlass 102 der Turbine 60 steht. Die Turbine 60 kann Turbinenblätter aufweisen, die in einigen Beispielen dafür konfiguriert sind, Abgase von dem Turbineneinlass 102 aufzunehmen.The
Eine Abgasleitung 104 steht in Fluidverbindung mit einem Turbinenauslass 106. Insbesondere umfasst die Abgasleitung 104 einen Einlass 105, der in Fluidverbindung mit dem Turbinenauslass 106 steht. Die Abgasleitung 104 ist dafür konfiguriert, Abgase an die umliegende Umgebung zu leiten. Pfeil 107 bezeichnet den allgemeinen Fluss von Abgasen durch die Abgasleitung 104.An
Eine Turbinenumgehungsleitung 108 ist in dem Turbolader-System 54 enthalten. Die Turbinenumgehungsleitung 108 umfasst einen Umgehungsleitungseinlass 110, der stromaufwärts der Turbine 60 positioniert ist und in die Abgasleitung 96 mündet, sowie einen Umgehungsleitungsauslass 112, der stromabwärts der Turbine 60 positioniert ist und in die Abgasleitung 104 mündet. Daher steht die Turbinenumgehungsleitung 108 in Fluidverbindung mit dem Turbineneinlass 102 und dem Turbinenauslass 106. Insbesondere kann, in einigen Fällen, die Turbinenumgehungsleitung direkt an den Turbineneinlass 102 und den Turbinenauslass 106 gekoppelt sein. Allerdings sind auch andere Turbinenumgehungsleitungskonfigurationen in Betracht gezogen worden. Pfeil 109 zeigt die allgemeine Richtung des Abgasstroms durch die Turbinenumgehungsleitung 108, wenn ein Wastegate 114 geöffnet ist. Es versteht sich, dass die relativen Größen (z. B. Querschnittsflächen) der Turbinenumgehungsleitung 108 und der Abgasleitungen 96 und 104 auf Basis der gewünschten Leistungsdaten des Turboladers ausgewählt werden können.A
Das Wastegate 114 ist an die Turbinenumgehungsleitung 108 gekoppelt. Insbesondere kann das Wastegate 114 in einigen Beispielen in der Turbinenumgehungsleitung 108 positioniert sein. Das Wastegate 114 ist dafür konfiguriert, den Abgasstrom durch die Turbinenumgehungsleitung 108 anzupassen. Auf diese Weise kann die Geschwindigkeit der Turbine geregelt werden. In einigen Beispielen kann das Wastegate eine geöffnete Konfiguration aufweisen, in welcher Abgase durch die Turbinenumgehungsleitung 108 strömen können, und eine geschlossene Konfiguration, in welcher Abgase im Wesentlichen daran gehindert werden, durch die Turbinenumgehungsleitung zu strömen. Es versteht sich, dass das Wastegate 114 in einigen Beispielen eine Anzahl von geöffneten Konfigurationen aufweisen kann, wobei jede Konfiguration eine andere Abgasmenge ermöglichen kann, die durch die Turbinenumgehungsleitung strömt. Ferner kann das Wastegate 114 in einigen Fällen in Konfigurationen, welche variierende Öffnungswinkel aufweisen, diskret oder kontinuierlich einstellbar sein. Auf diese Weise kann das Wastegate 114 die Drehzahl der Turbine 60 genau einstellen. In einigen Fällen kann das Wastegate 114 ein Ventil 115 aufweisen, das eine Öffnung in der Umgehungsleitung anpasst.The
Ein luftgekühltes Wastegate-Stellglied 116 ist in dem dargestellten Beispiel an das Wastegate 114 gekoppelt. Das luftgekühlte Wastegate-Stellglied 116 und das Wastegate 114 können in dem Turbolader-System 54 enthalten sein. In einem Beispiel weist das Wastegate-Stellglied 116 einen elektrisch gesteuerten Magneten oder ein elektronisch gesteuertes pneumatisches Stellglied auf. Linie 118 bezeichnet die Kopplung des luftgekühlten Wastegate-Stellglieds 116 an das Wastegate 114, einschließlich des Ventils, das das Wastegate bildet. Die kopplungsbildende Linie 118 kann in einem Beispiel eine mechanische Verbindung aufweisen, welche die gesteuerte Bewegung des Wastegate-Stellglieds mit der Bewegung eines Ventils des Wastegates koppelt. Auf diese Weise ist das luftgekühlte Wastegate-Stellglied 116 dafür konfiguriert, das Wastegate 114 anzupassen. Insbesondere kann das luftgekühlte Wastegate-Stellglied 116 dafür konfiguriert werden, die Abgasmenge, welche die Turbinenumgehungsleitung 108 durchströmt, anzupassen. Auf diese Weise kann die Drehzahl der Turbine 60 angepasst werden.An air-cooled
Wie hierin erläutert kann das luftgekühlte Wastegate-Stellglied 116 einen kühlenden Luftstrom von der verzweigten Ansaugleitung 74 empfangen und daher auch einen kühlenden Luftstrom von der Ansaugleitung 64 in dem dargestellten Beispiel empfangen. Allerdings empfängt das luftgekühlte Wastegate-Stellglied 116 den kühlenden Luftstrom in dem in
In einigen Beispielen kann es sich bei dem luftgekühlten Wastegate-Stellglied 116 um ein pneumatisches Wastegate-Stellglied handeln. In einem solchen Beispiel kann das luftgekühlte Wastegate-Stellglied eine Membran aufweisen, die an eine Feder gekoppelt ist. Eine Pneumatikleitung kann einen verstärkten Luftdruck für die Membran bereitstellen. Linie 120 bezeichnet die Pneumatikleitung. Die Pneumatikleitung 120 weist einen Pneumatikleitungseinlass 122 auf, der in die Ansaugleitung mündet, sowie einen Pneumatikleitungsauslass 124, der in die Membran in dem Wastegate-Stellglied mündet. Das Wastegate-Stellglied kann das Wastegate auf Basis des auf die Membran ausgeübten Drucks anpassen. So kann das Wastegate-Stellglied beispielsweise die Luftflussmenge durch das Wastegate erhöhen, wenn der Druck gegen die Membran zunimmt, und/oder das Wastegate kann sich öffnen, wenn der Druck gegen die Membran einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt. Allerdings sind auch andere Steuerungsverfahren in Betracht gezogen worden. Es versteht sich, dass der Druck auf die Membran proportional zu dem Ladeluftdruck stromabwärts des Kompressors 58 ist. Die Feder und die Membran können über eine Verbindung (z. B. eine mechanische Verbindung) an das Wastegate 114 gekoppelt sein. Auf diese Weise empfängt das pneumatische Wastegate-Stellglied 116 aufgeladene Luft von einer Ansaugleitung, die stromabwärts des Kompressors positioniert ist. Wenn es sich bei dem luftgekühlten Wastegate-Stellglied 116 um ein pneumatisches Wastegate-Stellglied handelt, bezeichnet Linie 118 eine pneumatische Verbindung zwischen dem Wastegate-Stellglied und dem Wastegate. Allerdings kann die Pneumatikleitung in anderen Beispielen auch nicht in dem Turbolader-System 54 enthalten sein. Ferner kann das Wastegate-Stellglied 116 in einigen Beispielen mechanisch (z. B. über eine mechanische Verbindung) an das Wastegate gekoppelt sein.In some examples, the air-cooled
In einigen Beispielen kann das luftgekühlte Wastegate-Stellglied 116 einen Magneten und/oder einen Stellantrieb zum Anpassen des Wastegates aufweisen. Daher kann das luftgekühlte Wastegate-Stellglied 116 über eine elektronisch angesteuerte Schaltung verfügen. Der Magnet und/oder der Stellantrieb können durch eine Steuerungseinrichtung 150 gesteuert werden. Allgemeiner kann das luftgekühlte Wastegate-Stellglied 116 durch die Steuerungseinrichtung 150 gesteuert werden und daher Steuersignale von einer Steuerungseinrichtung empfangen, was durch Linie 117 angegeben ist. Die Steuerungseinrichtung 150 ist in
Die Steuerungseinrichtung 150 kann Signale von Sensoren in dem Fahrzeug 50 empfangen, beispielsweise von einem Drucksensor 180, der über eine Signalleitung 181 elektronisch an die Steuerungseinrichtung gekoppelt ist, von einem Drucksensor 182, der über eine Signalleitung 183 elektronisch an die Steuerungseinrichtung gekoppelt ist, über einen Temperatursensor 184, der über eine Signalleitung 185 elektronisch an die Steuerungseinrichtung gekoppelt ist. Wie gezeigt ist der Drucksensor 180 an die Ansaugleitung 84 gekoppelt, der Drucksensor 182 ist an die Abgasleitung 96 gekoppelt und der Temperatursensor 184 ist an den Motor 52 gekoppelt. Allerdings sind auch andere Sensorpositionen in Betracht gezogen worden. So können beispielsweise ein Temperatursensor und/oder ein Drucksensor an die verzweigte Ansaugleitung 74, das Wastegate-Stellglied 116, das Wastegate 114 und/oder die Turbinenumgehungsleitung 108 gekoppelt sein. Wie vorstehend erörtert kann die Steuerungseinrichtung 150 auch ein Steuersignal über eine Signalleitung 117 an das Wastegate-Stellglied 116 senden. Die Steuerungseinrichtung 150 kann in einem Steuerungssystem 190 enthalten sein. Die vorgenannten Sensoren können in einigen Beispielen auch in dem Steuerungssystem enthalten sein. Die Ansaugleitungen (64, 74 und 84) können je nach Einführungsreihenfolge in einigen Beispielen auch als eine erste Ansaugleitung, eine zweite Ansaugleitung, eine dritte Ansaugleitung etc. bezeichnet werden. In gleicher Weise können die Abgasleitungen 96 und 104 je nach Einführungsreihenfolge auch als eine erste Abgasleitung, eine zweite Abgasleitung etc. bezeichnet werden.The
Die Ansaugleitung 64 wird in
Bei 602 umfasst das Verfahren das Strömen von Ansaugluft von einer nicht aufgeladenen Ansaugleitung (z. B. der in
Bei 606 umfasst das Verfahren das Zurückströmen von Ansaugluft in die verzweigte Ansaugleitung von dem Luftkühlkanal. Als Nächstes beinhaltet das Verfahren bei 608 das Zurückströmen von Ansaugluft von der verzweigten Ansaugleitung in die nicht aufgeladene Ansaugleitung. In einigen Beispielen kann die Ansaugluft von der verzweigten Ansaugleitung an einem Punkt stromabwärts des Punkts, an dem die Ansaugluft von der nicht aufgeladenen Ansaugleitung in die verzweigte Ansaugleitung strömt, in die nicht aufgeladene Ansaugleitung zurückgeleitet werden. Ferner kann in einigen Beispielen die Luftmenge, die durch die verzweigte Ansaugleitung strömt, über ein in der verzweigten Ansaugleitung positioniertes Ventil beispielsweise auf Basis der Motortemperatur angepasst werden.At 606, the method includes flowing intake air back into the manifolded intake passage from the air cooling gallery. Next, at 608, the method includes flowing intake air back from the branched intake manifold into the non-boosted intake manifold. In some examples, intake air may be redirected from the split intake passage back into the non-boosted intake passage at a point downstream of the point where the intake air flows from the non-boosted intake passage into the split intake passage. Further, in some examples, the amount of air flowing through the manifolded intake manifold may be adjusted via a valve positioned in the manifolded intake manifold based on engine temperature, for example.
Es sei darauf hingewiesen, dass in zusätzlichen Ausführungsformen ein Verfahren für den Betrieb des Motors das Leiten von aufgeladener Ansaugluft über einen Körper eines Wastegate-Stellglieds beinhalten kann, um das Wastegate-Stellglied zu kühlen. Die aufgeladene Luft kann über eine von stromabwärts des Kompressors nach stromaufwärts des Kompressors führende Zweigleitung, beispielsweise in einer Kompressorumgehungsleitung, an das Wastegate-Stellglied geleitet werden. Die Zweigleitung kann auch von stromaufwärts des Kompressors an eine andere Position stromaufwärts des Kompressors positioniert werden. Das Wastegate-Stellglied kann durch ein Steuerungssystem gesteuert werden und elektrische Stellsignale von dem Steuerungssystem empfangen. Das Wastegate-Stellglied kann mechanisch an das Turbolader-Wastegate gekoppelt sein, um den Betrieb des Wastegates während des Motorbetriebs zu steuern.It should be noted that in additional embodiments, a method of operating the engine may include directing boosted intake air over a body of a wastegate actuator to cool the wastegate actuator. The boosted air may be directed to the wastegate actuator via a branch line leading from downstream of the compressor to upstream of the compressor, for example in a compressor bypass line. The branch line can also be positioned from upstream of the compressor to another position upstream of the compressor. The wastegate actuator may be controlled by a control system and receive electrical control signals from the control system. The wastegate actuator may be mechanically coupled to the turbocharger wastegate to control operation of the wastegate during engine operation.
In einigen Beispielen kann die in der verzweigten Ansaugleitung an das Wastegate-Stellglied geleitete Luftmenge durch ein in der verzweigten Ansaugleitung positioniertes Ventil angepasst werden. Das Ventil kann durch die Steuerungseinrichtung auf Basis von Betriebsbedingungen angepasst werden. So kann beispielsweise die Abgastemperatur durch die Steuerungseinrichtung geschätzt werden, und das Ventil in der verzweigten Ansaugleitung kann bei zunehmender Abgastemperatur weiter geöffnet werden, wodurch eine ausreichende Kühlung für das Wastegate-Stellglied bereitgestellt wird. Ferner kann der Motorbetrieb auf Basis der durch die verzweigte Ansaugleitung geleiteten Luftflussmenge und auf Basis von deren Temperatur angepasst werden. So kann beispielsweise proportional zu der Menge und/oder der Temperatur des durch die verzweigte Ansaugleitung geleiteten Luftstroms mehr Kühlmittel für den Ladeluftkühler bereitgestellt werden. Als weiteres Beispiel kann der Kompressorumgehungsventil-Betrieb angepasst werden, um den erhöhten Luftfluss durch die verzweigte Ansaugleitung umgekehrt proportional zueinander zu kompensieren.In some examples, the amount of air directed in the manifold manifold to the wastegate actuator may be adjusted by a valve positioned in the manifold manifold. The valve can be adjusted by the controller based on operating conditions. For example, the exhaust gas temperature may be estimated by the controller and the valve in the branched intake manifold may be opened more widely as the exhaust gas temperature increases, thereby providing sufficient cooling for the wastegate actuator. Further, engine operation may be adjusted based on the amount of airflow passed through the branched intake manifold and based on its temperature. For example, more coolant can be made available for the intercooler in proportion to the quantity and/or the temperature of the air flow routed through the branched intake line. As another example, the compressor bypass valve operation may be adjusted to compensate for the increased airflow through the branched intake manifold in inverse proportion to each other.
Das Turbolader-System 54 wird in
Weiter in
Das Magnetventil 700 weist ein Magnetventilgehäuse 808 auf. Wie gezeigt ist das Gehäuse 808 von der Ansaugleitung 64 beabstandet. Das Magnetventilgehäuse 808 umschließt zumindest teilweise die inneren Komponenten 810. Die inneren Komponenten 810 können eine ein Kernrohr 814 umgebende Spule 812 umfassen. Die Spule 812 ist durch ein Rechteck dargestellt. Allerdings versteht es sich, dass die Spule 812 auch einen Draht mit mehreren Drehungen umfassen kann. Der Draht kann dafür konfiguriert sein, über die Steuerungseinrichtung 150 selektiv erregt zu werden, was in
Eine in dem Magnetventil 700 enthaltene Wärmeableitlasche 822 ist an die Ansaugleitung 64 gekoppelt. Insbesondere steht die Wärmeableitlasche 822 in dem dargestellten Beispiel im Direktkontakt mit dem Magnetventilgehäuse 808 und der Außenfläche 802 der Ansaugleitung 64. Allerdings sind auch andere geeignete Kopplungstechniken in Betracht gezogen worden. Die Wärmeableitlasche 822 kann verschiedene Formen annehmen. In einem Beispiel kann die Magnetspule um eine hohle Spule gewickelt sein, und die geregelte Luftquelle kann durch die Mitte verlaufen. In einem anderen Beispiel kann sich die Wärmeableitlasche außen an dem Magnetkörper befinden, damit sie sich in den Ansaugluftstrom erstreckt. Zusätzlich kann die Wärmeableitlasche auch in engem Kontakt mit der Spule stehen. Ferner kann, immer noch in einem Beispiel, die Spule metallisch sein, um eine höhere Leitfähigkeit zu erzielen. Die Spule kann über Endflansche für das Aufnehmen der Spulenwindung verfügen, und die Flansche können als Laschen zur externen Kühlung erweitert werden. Zusätzlich kann die Spule von einem im Wesentlichen zylindrisch geformten Metallstück umgeben sein. Eine Kühllasche kann von diesem Zylinder abgehen. In einigen Beispielen kann die Wärmeableitlasche 822 die einzige Kühlung für das Magnetventil 700 bereitstellen. Allerdings können in anderen Beispielen zusätzliche Kühlsysteme, Komponenten etc. verwendet werden, um Kühlung für das Magnetventil bereitzustellen.A
Es versteht sich, dass, wenn die Wärmeableitlasche 822 in dem Magnetventil 700 enthalten ist, Hitze von dem Magnetventil an die Ansaugleitung 64 übertragen wird, wodurch die Temperatur des Magnetventils reduziert wird, was den Betrieb des Magnetventils verbessert und die Wahrscheinlichkeit von Übertemperaturbedingungen in dem Magnetventil verringert. Infolgedessen erhöht sich die Langlebigkeit des Magnetventils. Ferner kann in einigen Beispielen eine Ansaugleitung durch das Gehäuse 808 des Magnetventils 700 geführt werden, um Kühlung für das Magnetventil bereitzustellen. Die Ansaugleitung kann von der Ansaugleitung 64 abzweigen.It will be appreciated that when the
Es ist zu beachten, dass die hier angeführten beispielhaften Steuerungs- und Schätzroutinen für verschiedenste Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier beschriebenen speziellen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien repräsentieren, etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Mehrprogrammbetrieb (Multitasking), Mehrstrangbetrieb (Multithreading) und ähnliche. Daher können verschiedene der veranschaulichten Schritte, Operationen oder Funktionen in der dargestellten Abfolge oder parallel ausgeführt oder gegebenenfalls auch ausgelassen werden. In ähnlicher Weise ist die Abarbeitungsreihenfolge nicht zwingend erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erzielen, sondern lediglich zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung vorgesehen. Eine/r oder mehrere der dargestellten Schritte oder Funktionen können, abhängig von der jeweils verfolgten Strategie, wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Schritte in grafischer Form Code repräsentieren, der in das computerlesbare Speichermedium im Motorsteuerungssystem programmiert werden muss.Note that the example control and estimation routines provided herein can be used for a wide variety of engine and/or vehicle system configurations. The specific routines described herein may represent one or more of any number of processing strategies, such as event driven, interrupt driven, multitasking, multithreading, and the like. As such, various steps, operations, or functions illustrated may be performed in the sequence illustrated, in parallel, or may be omitted as appropriate. Similarly, the order of execution is not strictly required to achieve the features and advantages of the example embodiments described herein, but is provided only for convenience in illustration and description. One or more of the steps or functions shown may be executed repeatedly, depending on the particular strategy being followed. Further, the steps described may represent, in graphical form, code to be programmed into the computer-readable storage medium in the engine control system.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht im einschränkenden Sinne zu verstehen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. So kann die vorstehend beschriebene Technologie auf Motoren des Typs V-6, 1-4, 1-6 oder V-12 sowie 4-Zylinder-Boxermotoren und andere Motorentypen angewendet werden. Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie andere hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.It should be understood that the configurations and routines disclosed herein are exemplary in nature and that these specific embodiments are not to be taken in a limiting sense as numerous variations are possible. Thus, the technology described above can be applied to V-6, 1-4, 1-6 or V-12 engines, as well as opposed 4 and other engine types. The subject matter of the present disclosure includes all novel and non-obvious combinations and sub-combinations of the various systems and configurations, as well as other features, functions, and/or properties disclosed herein.
Die nachfolgenden Patentansprüche zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen auf, die als neu und nicht offensichtlich angesehen werden. The following claims particularly point out certain combinations and sub-combinations which are considered novel and non-obvious.
Diese Patentansprüche können auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon verweisen. Solche Patentansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung von einem oder mehreren solcher Elemente beinhalten, wobei zwei oder mehr solcher Elemente weder erforderlich sind noch ausgeschlossen werden. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung oder Ergänzung der vorliegenden Patentansprüche beansprucht werden oder durch Präsentation neuer Patentansprüche in dieser oder einer verwandten Anwendung. Solche Patentansprüche werden, ganz gleich, ob diese weiter oder enger gefasst, gleich oder unterschiedlich im Hinblick auf den Schutzbereich der ursprünglichen Patentansprüche sind, ebenfalls als vom Erfindungsgegenstand der vorliegenden Offenlegung eingeschlossen angesehen.These claims may refer to "an" element or "a first" element or the equivalent thereof. Such claims should be understood to include incorporation of one or more such elements, neither requiring nor excluding two or more such elements. Other combinations and sub-combinations of the disclosed features, functions, elements and/or properties may be claimed by amending or supplementing the present claims or by presenting new claims in this or a related application. Such claims, whether broader or narrower, equal or different in scope to the original claims, are also intended to be included within the subject matter of the present disclosure.
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