-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Verbrennungsmotor mit Zylinderdeaktivierung und mehrstufigem Turboladersystem.
-
HINTERGRUND
-
Von Verbrennungsmotoren (ICE) wird oft gefordert, beträchtliche Niveaus an Leistung für längere Zeiträume auf einer zuverlässigen Basis zu erzeugen. Viele solche ICE-Baugruppen verwenden eine turbokomprimierende Einrichtung, wie beispielsweise einen durch eine Abgasturbine angetriebenen Turbolader, um die Luftströmung zu komprimieren, bevor diese in den Einlasskrümmer des Motors eintritt, um die Leistung und die Effizienz zu erhöhen.
-
Speziell ist ein Turbolader ein Zentrifugalgaskompressor, der mehr Luft und folglich mehr Sauerstoff in die Verbrennungskammern des ICE drängt, als ansonsten mit dem Atmosphärendruck aus der Umgebung erreichbar ist. Die zusätzliche Masse an Sauerstoff enthaltender Luft, die in den ICE gedrängt wird, verbessert die volumetrische Effizienz des Motors und ermöglicht, dass dieser mehr Kraftstoff in einem gegebenen Zyklus verbrennt und dass dadurch mehr Leistung erzeugt wird.
-
Zusätzlich werden ICEs systematisch entwickelt, um geringere Kraftstoffmengen zu verbrauchen. Verschiedene Technologien werden häufig in ICEs eingebunden, um Leistung auf Anforderung zu erzeugen, während ermöglicht wird, dass der betreffende Motor in einem kraftstoffeffizienteren Modus arbeitet. Solche Kraftstoffeinsparungstechnologien können den Betrieb einiger der Zylinder des Motors abschalten, wenn die Motorleistungsanforderung verringert ist, und den Motor sogar vollständig stoppen, wenn keine Motorleistung erforderlich ist.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Eine Ausführungsform der Offenbarung ist auf einen Verbrennungsmotor gerichtet, der einen Zylinderblock aufweist, welcher einen ersten Zylinder und einen zweiten Zylinder definiert. Der Motor weist auch einen Zylinderkopf auf, der mit dem Zylinderblock gekoppelt und ausgebildet ist, um dem ersten Zylinder und dem zweiten Zylinder für eine jeweilige Verbrennung in diesen Luft und Kraftstoff zuzuführen und um Nachverbrennungsgase aus dem ersten und dem zweiten Zylinder auszustoßen. Der Motor weist auch einen Durchgang auf, der mit dem Zylinderkopf in Fluidverbindung steht und einen ersten Auslass sowie einen zweiten Auslass für das Ausstoßen der Nachverbrennungsgase aufweist. Der Motor weist zusätzlich einen Mechanismus auf, der ausgebildet ist, um den ersten Zylinder selektiv zu aktivieren und zu deaktivieren, sowie ein Turboladersystem, das ausgebildet ist, um eine Luftströmung unter Druck zu setzen, die aus der Umgebung für eine Zuführung zu dem Zylinderkopf aufgenommen wird.
-
Das Turboladersystem umfasst einen Turbolader mit niedriger Strömung (Hochdruckturbolader) und einen Turbolader mit hoher Strömung (Niederdruckturbolader). Jeder Turbolader ist ausgebildet, um die Luftströmung für die Zuführung dem Zylinderkopf unter Druck zu setzen. Der Turbolader mit niedriger Strömung wird durch die Nachverbrennungsgase aus dem ersten Auslass angetrieben, und der Turbolader mit hoher Strömung wird durch die Nachverbrennungsgase aus dem zweiten Auslass angetrieben. Das Turboladersystem umfasst auch eine erste Strömungssteuerungseinrichtung (ein Bypassventil). Die erste Strömungssteuereinrichtung leitet die Nachverbrennungsgase selektiv über den ersten und den zweiten Auslass jeweils zu dem Turbolader mit niedriger Strömung und dem Turbolader mit hoher Strömung, wenn der erste und der zweite Zylinder aktiviert sind, und sie leitet die Nachverbrennungsgase über den ersten Auslass zu dem Turbolader mit niedriger Strömung und blockiert den zweiten Auslass, wenn der erste Zylinder mittels des Mechanismus deaktiviert ist.
-
Der Motor kann auch einen Auslasskrümmer aufweisen, der mit dem Zylinderkopf funktional verbunden ist. In einem solchen Fall kann der Auslasskrümmer jeden von dem ersten und dem zweiten Auslass definieren.
-
Der Auslasskrümmer kann in den Zylinderkopf integriert sein. Zusätzlich kann der Zylinderkopf in den Zylinderblock integriert oder zusammen mit diesem gegossen sein.
-
Die erste Strömungssteuereinrichtung kann an dem zweiten Auslass angebracht sein.
-
Die erste Strömungssteuereinrichtung kann zusätzlich ausgebildet sein, um die Nachverbrennungsgase über den ersten Auslass zu dem Turbolader mit niedriger Strömung zu leiten und den zweiten Auslass zu blockieren, wenn der erste und der zweite Zylinder aktiviert sind und der Motor höchstens bei einer vorbestimmten Drehzahl arbeitet.
-
Der Motor kann auch einen programmierbaren Controller aufweisen, der ausgebildet ist, um den Betrieb der ersten Strömungssteuereinrichtung zu regeln. Der Controller kann programmiert sein, um die erste Strömungssteuereinrichtung zu öffnen, um die Nachverbrennungsgase zum Antreiben des Turboladers mit niedriger Strömung und des Turboladers mit hoher Strömung zu leiten. Der Controller kann zusätzlich programmiert sein, um die erste Strömungssteuereinrichtung zu schließen, um die Nachverbrennungsgase zum Antreiben des Turboladers mit niedriger Strömung zu leiten und um die Nachverbrennungsgase bezüglich des Antreibens des Turboladers mit hoher Strömung zu blockieren.
-
Jeder von dem Turbolader mit niedriger Strömung und mit hoher Strömung kann ein entsprechendes Turbinenrad aufweisen, das ausgebildet ist, um die Nachverbrennungsgase aufzunehmen. Zusätzlich kann der Turbolader mit hoher Strömung ein Ladedruck-Regelventil aufweisen, das ausgebildet ist, um einen Bypass für die Nachverbrennungsgase um das Turbinenrad des Turboladers mit hoher Strömung herum selektiv zu öffnen und zu schließen.
-
Jeder von dem Turbolader mit niedriger Strömung und mit hoher Strömung kann einen entsprechenden Kompressor aufweisen, der ausgebildet ist, um die Luftströmung unter Druck zu setzen. In einem solchen Fall kann jeder Kompressor einen Einlass bei relativ niedrigem Druck und einen Auslass bei relativ hohem Druck aufweisen. Das Turboladersystem kann zusätzlich eine zweite Strömungssteuereinrichtung umfassen, die ausgebildet ist, um einen Fluidweg zwischen dem Einlass und dem Auslass des Kompressors des Turboladers mit niedriger Strömung selektiv zu öffnen und zu schließen.
-
Der Controller kann zusätzlich ausgebildet sein, um den Betrieb der zweiten Strömungssteuereinrichtung zu regeln und das Öffnen der zweiten Strömungssteuereinrichtung zusammen mit dem Öffnen der ersten Strömungssteuereinrichtung abzustimmen, d. h., dass der Controller ausgebildet sein kann, um sowohl die erste als auch die zweite Strömungssteuereinrichtung im Wesentlichen gleichzeitig zu öffnen.
-
Der Turbolader mit niedriger Strömung und der Turbolader mit hoher Strömung können in Reihe angeordnet sein. Bei einer solchen Anordnung wird die Luftströmung durch den Kompressor des Turboladers mit niedriger Strömung aufgenommen, nachdem sie durch den Kompressor des Turboladers mit hoher Strömung aufgenommen wurde und durch diesen hindurchgetreten ist.
-
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist auf ein Fahrzeug gerichtet, das den vorstehend beschriebenen Motor verwendet.
-
Die vorstehenden Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsform(en) und der besten Weise(n) zum Ausführen der beschriebenen Erfindung leicht offensichtlich, wenn die Beschreibung mit den begleitenden Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung gebracht wird.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das einen Motor mit einem mehrstufigen Turboladersystem gemäß der Offenbarung aufweist.
-
2 ist eine schematische Draufsicht, teilweise im Querschnitt, eines Motors mit dem mehrstufigen Turboladersystem, das in 1 gezeigt ist, welcher in einem Zylinder-Deaktivierungsmodus arbeitet.
-
3 ist eine schematische Draufsicht, teilweise im Querschnitt, eines Motors mit dem mehrstufigen Turboladersystem, das in 1 gezeigt ist, welcher in einem Modus arbeitet, in dem alle Zylinder aktiviert sind.
-
4 ist ein schematisches Diagramm des in 1–3 gezeigten Motors.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
-
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen überall in den verschiedenen Figuren gleichen oder ähnlichen Komponenten entsprechen, stellt 1 ein Fahrzeug 10 dar, das einen Antriebsstrang 12 für dessen Antrieb mittels angetriebener Räder 14 verwendet. Wie es gezeigt ist, umfasst der Antriebsstrang 12 einen Verbrennungsmotor 16, beispielsweise einen solchen vom Funkenzündungs- oder Kompressionszündungstyp, und eine Getriebebaugruppe 18, die funktional mit diesem verbunden ist. Der Antriebsstrang 12 kann auch einen oder mehrere Elektromotoren/Generatoren umfassen, von denen keiner gezeigt ist, deren Existenz jedoch durch Fachleute in Betracht gezogen werden kann.
-
Wie es am besten in 2 gezeigt ist, weist der Motor 16 einen Zylinderblock 20 mit mehreren Zylindern 22, die darin angeordnet sind, und einen Zylinderkopf 24 auf, der mit dem Zylinderblock gekoppelt ist. Wie es in 2–4 gezeigt ist, kann der Zylinderkopf 24 in den Zylinderblock 20 integriert oder zusammen mit diesem gegossen sein. Der Zylinderkopf 24 nimmt Luft und Kraftstoff aus einem Einlasssystem 25 auf, die in den Zylindern 22 für eine nachfolgende Verbrennung verwendet werden sollen. Die Luft und der Kraftstoff oder die Luft allein werden in den Zylinderkopf 24 für jeden einzelnen Zylinder 22 über ein geeignet ausgebildetes Ventil bzw. geeignet ausgebildete Ventile eingelassen, die nicht gezeigt sind, aber Fachleuten bekannt sind.
-
Die Zylinder 22 sind in einen ersten Zylinder oder ersten Satz von Zylindern 22-1 und einen zweiten Zylinder oder zweiten Satz von Zylindern 22-2 aufgeteilt. Der Motor 16 weist auch einen Mechanismus 26 auf, der ausgebildet ist, um den ersten Satz von Zylindern 22-1 während des Betriebs des Motors selektiv zu aktivieren und zu deaktivieren. Der Mechanismus 26 kann einen zusammenklappbaren Ventilstößel (in 2 gezeigt), einen in Eingriff bringbaren Kipphebel oder eine elektromechanische oder elektromagnetische Ventilbetätigungseinrichtung für jedes Ventil aufweisen, das mit einem jeweiligen Zylinder funktional verbunden ist, der vom ersten Satz von Zylindern 22-1 umfasst ist. Obwohl die vorstehend erwähnten, in Eingriff bringbaren Kipphebel und die einzelnen elektromechanischen oder elektromagnetischen Ventilbetätigungseinrichtungen nicht speziell in den Figuren gezeigt sind, sind solche Einrichtungen Fachleuten bekannt.
-
Jeder Zylinder 22 weist einen Kolben auf, der nicht speziell gezeigt ist, von dem Fachleuten jedoch bekannt ist, dass er darin eine Hubbewegung ausführt. Verbrennungskammern 28 sind in den Zylindern 22 zwischen der unteren Fläche des Zylinderkopfes 24 und den Oberseiten der Kolben gebildet. Wie Fachleute wissen, nimmt jede der Verbrennungskammern 28 Kraftstoff und Luft aus dem Zylinderkopf 24 auf, welche ein Kraftstoff-Luftgemisch für eine anschließende Verbrennung im Innern der entsprechenden Verbrennungskammer bilden. Obwohl ein Vierzylinder-Reihenmotor gezeigt ist, ist nicht ausgeschlossen, dass die vorliegende Offenbarung auf Motoren angewendet wird, die eine andere Anzahl und/oder Anordnung von Zylindern aufweisen.
-
In dem Fall des Vierzylinder-Reihenmotors, der in den Figuren gezeigt ist, kann der erste Satz von Zylindern 22-1 zwei einzelne Zylinder umfassen, während der zweite Satz von Zylindern 22-2 die übrigen zwei einzelnen Zylinder umfassen kann. Die Deaktivierung des ersten Satzes von Zylindern 22-1 über den Mechanismus 26 soll ermöglichen, dass der Motor 16 nur mit dem zweiten Satz von Zylindern 22-2 betrieben wird, wenn eine Last an den Motor ausreichend niedrig ist, so dass eine Leistung sowohl vom ersten als auch vom zweiten Satz von Zylindern 22-1, 22-2 nicht erforderlich ist, um das Fahrzeug 10 anzutreiben. Ein solcher Niedriglastbetrieb kann beispielsweise stattfinden, wenn das Fahrzeug 10 bei einer stationären Schnellstraßengeschwindigkeit fährt und der Motor 16 hauptsächlich dazu verwendet wird, den Luftwiderstand und den Rollwiderstand des Fahrzeugs zu überwinden. Dementsprechend ermöglicht der Betrieb des Motors 16 mit ausschließlich dem zweiten Satz von Zylindern 22-2 einen verringerten Kraftstoffverbrauch, wenn eine Motorleistung von dem ersten Satz von Zylindern 22-1 nicht erforderlich ist, um das Fahrzeug 10 anzutreiben.
-
Der Motor 16 weist auch eine Kurbelwelle auf (nicht gezeigt), die ausgebildet ist, um sich in dem Motorblock 20 zu drehen. Wie Fachleute wissen, wird die Kurbelwelle durch die Kolben dadurch gedreht, dass ein geeignet proportioniertes Kraftstoff-Luftgemisch in den Verbrennungskammern 28 verbrannt wird. Nachdem das Luft/Kraftstoff-Gemisch im Innern einer speziellen Verbrennungskammer 28 verbrannt ist, bewirkt die Hubbewegung eines speziellen Kolbens, dass Nachverbrennungsgase 32 aus dem entsprechenden Zylinder 22 ausgestoßen werden. Der Zylinderkopf 24 ist auch ausgebildet, um Nachverbrennungsgase 32 aus den Verbrennungskammern 28 über einen Auslasskrümmer 34 in ein Auslasssystem 33 auszustoßen. Das Auslasssystem 33 kann auch ein Abgasrückführungssystem (AGR-System) 31 umfassen (in 4 gezeigt), wie Fachleute verstehen werden. Wie in 2 gezeigt ist, kann der Auslasskrümmer 34 intern gegossen sein, d. h. in den Zylinderkopf 24 integriert sein. Der Auslasskrümmer 34 definiert zumindest einen Teil eines Durchgangs 35, der mit dem Zylinderkopf 24 in Fluidverbindung steht. Der erste Satz von Zylindern 22-1 und der zweite Satz von Zylindern 22-2 entladen die Nachverbrennungsgase 32 in den Durchgang 35. Der Durchgang 35 weist zwei separate Auslässe auf, einen ersten Auslass 35-1 und einen zweiten Auslass 35-2, wobei jeder von dem ersten und dem zweiten Auslass 35-1, 35-2 durch den Auslasskrümmer 34 definiert ist. Dementsprechend können die Nachverbrennungsgase 32 aus jedem von dem ersten und dem zweiten Satz von Zylindern 22-1, 22-2 über einen jeweiligen des ersten Auslasses 35-1 und des zweiten Auslasses 35-2 aus dem Auslasskrümmer 34 austreten.
-
Der Motor 16 weist auch ein Turboladersystem 36 auf, das ausgebildet ist, um einen Ladedruck zu entwickeln, d. h., um eine Luftströmung 38, die aus der Umgebung aufgenommen wird, für eine Zuführung zu den Zylindern 22 unter Druck zu setzen. Das Turboladersystem 36 ist als eine zweistufige Aufladungsanordnung für den Motor 16 ausgebildet. Das Turboladersystem 36 umfasst einen Turbolader 40 mit niedriger Strömung, der mit dem Durchgang 35 in Fluidverbindung steht und ausgebildet ist, um durch die Nachverbrennungsgase 32 aus dem ersten Auslass 35-1 angetrieben zu werden. Der Turbolader 40 mit niedriger Strömung setzt die Luftströmung 38 unter Druck und entlädt diese in den Zylinderkopf 24. Wenn sie unter Druck gesetzt ist, wird die Luftströmung 38 wiederum dem ersten und dem zweiten Satz von Zylindern 22-1, 22-2 bei niedrigeren Strömungsraten der Nachverbrennungsgase 32 zugeführt, die typischerweise bei geringeren Drehzahlen des Motors 16 erzeugt werden, wie beispielsweise unterhalb von ungefähr 3000 RPM. Wenn der erste Satz von Zylindern 22-1 mittels des Mechanismus 26 deaktiviert ist, kann der Turbolader 40 mit niedriger Strömung zusätzlich durch die Nachverbrennungsgase 32 aus dem zweiten Satz von Zylindern 22-2 angetrieben werden und die unter Druck stehende Luftströmung 38 zuführen, um den zweiten Satz von Zylindern 22-2 für eine Verbrennung zusammen mit einer geeigneten Kraftstoffmenge in diesen zu versorgen.
-
Das Turboladersystem 36 umfasst auch einen Turbolader 42 mit hoher Strömung, der mit dem Durchgang 35 in Fluidverbindung steht und ausgebildet ist, um durch die Nachverbrennungsgase 32 aus dem zweiten Auslass 35-2 angetrieben zu werden. Der Turbolader 40 mit niedriger Strömung und der Turbolader 42 mit hoher Strömung sind funktional in Reihe angeordnet, so dass die Nachverbrennungsgase 32 anfänglich durch den Turbolader mit niedriger Strömung hindurchtreten und anschließend zu dem Turbolader mit hoher Strömung geleitet werden. Der Turbolader 42 mit hoher Strömung setzt die Luftströmung 38 unter Druck und entlädt diese bei höheren Strömungsraten der Nachverbrennungsgase 32 in den Zylinderkopf 24, welche typischerweise bei mittleren und höheren Drehzahlen des Motors 16 erzeugt werden, beispielsweise bei ungefähr 3000 RPM und darüber. Wenn der erste Satz von Zylindern 22-1 mittels des Mechanismus 26 deaktiviert ist, wird der Turbolader 42 mit hoher Strömung darüber hinaus nicht durch die Nachverbrennungsgase 32 aus irgendeinem der Zylinder 22 angetrieben, und er ist daher inaktiv. Dementsprechend ist der Turbolader 42 mit hoher Strömung dafür vorgesehen, durch die Nachverbrennungsgase 32 bei höheren Strömungsraten angetrieben zu werden und die unter Druck stehende Luftströmung 38 sowohl dem ersten als auch dem zweiten Satz von Zylindern 22-1, 22-2 zuzuführen und dadurch den Betrieb des Motors 16 zu unterstützen, wenn sowohl der erste als auch der zweite Satz von Zylindern bei höheren Drehzahlen Leistung erzeugen. Um solche separate Drehzahlbereiche und Raten der Luftströmung 38 zu unterstützen, ist der Turbolader 40 mit geringer Strömung typischerweise vergleichsweise kleiner bemessen, und er weist dadurch eine kleinere Rotationsträgheit als der Turbolader 42 mit hoher Strömung auf. Der Auslasskrümmer 34 ist ferner mit dem Zylinderkopf 24 funktional verbunden, während die zwei separaten Auslässe 35-1 und 35-2 ermöglichen, dass die zwei Turbolader 40, 42 ausreichend getrennt angebracht sind.
-
Wie es in 2 und 3 gezeigt ist, umfasst jeder der Turbolader 40 und 42 eine rotierende Baugruppe 40-1 bzw. eine rotierende Baugruppe 42-1. Die rotierenden Baugruppen 40-1 und 42-1 weisen jeweiligen Turbinenräder 40-2 und 42-2 auf, die an Wellen 40-3 bzw. 42-3 angebracht sind. Die Turbinenräder 40-2 und 42-2 werden zusammen mit den jeweiligen Wellen 40-3, 42-3 durch die Nachverbrennungsgase 32 gedreht. Die rotierende Baugruppe 42-1 ist physikalisch größer als die rotierende Baugruppe 40-1, so dass der Turbolader 42 mit hoher Strömung die vergleichsweise höheren Luftströmungsraten erzeugen kann, die von diesem angefordert werden. Die Turbinenräder 40-2 und 42-2 sind im Innern der jeweiligen Turbinengehäuse 40-4 und 42-4 angeordnet. Jedes Turbinengehäuse 40-4 und 42-4 umfasst eine geeignet ausgebildete, d. h. konstruierte und bemessene Turbinenvolute oder Turbinenschnecke, einen Einlass bei relativ hohem Druck und einen Auslass bei relativ niedrigem Druck (die nicht im Detail gezeigt, aber Fachleuten bekannt sind), welche zusammen mit dem jeweiligen Turbinenrad 40-2, 42-2 eine jeweilige Turbinenunterbaugruppe 40A, 42A erzeugen, di auch als eine Turbine bekannt ist. Die Turbinenschnecken der Turbinengehäuse 40-4 und 42-4 nehmen die Nachverbrennungsgase 32 auf und leiten die Gase zu den jeweiligen Turbinenrädern 40-2 und 42-2. Die Turbinenschecken sind ausgebildet, um spezielle Leistungseigenschaften des jeweiligen Turboladers 40 und 42 zu erreichen, beispielsweise bezüglich der Effizienz und des Ansprechens. Das Turbinengehäuse 42-4 des Turboladers 42 mit hoher Strömung umfasst ein Ladedruck-Regelventil 44 (in den 2–4 gezeigt), das ausgebildet ist, um einen Bypass 45 für die Nachverbrennungsgase um die Turbine des Turboladers mit hoher Strömung herum selektiv zu öffnen und zu schließen. Andererseits kann das Turbinengehäuse 40-4 des Turboladers 40 mit niedriger Strömung ohne ein entsprechendes Ladedruck-Regelventil ausgebildet sein.
-
Jede rotierende Baugruppe 40-1, 42-1 umfasst auch ein jeweiliges Kompressorrad 40-6 und 42-6, das an der jeweiligen Welle 40-3, 42-3 angebracht ist. Die Kompressorräder 40-6 und 42-6 sind ausgebildet, um die Luftströmung 38, die aus der Umgebung aufgenommen wird, letztlich für eine Zuführung zu den Zylindern 22 unter Druck zu setzen. Die Kompressorräder 40-6 und 42-6 sind im Innern jeweiliger Kompressorabdeckungen 40-7 und 42-7 angeordnet. Jede Kompressorabdeckung 40-7 und 42-7 umfasst eine Kompressorvolute oder Kompressorschnecke, einen jeweiligen Einlass 40-8, 42-8 bei relativ niedrigem Druck und einen jeweiligen Auslass 40-9, 42-9 bei relativ hohem Druck, die zusammen mit dem jeweiligen Kompressorrad 40-6, 42-6 eine jeweilige Kompressorunterbaugruppe 40B, 42B bilden, die auch als ein Kompressor bekannt ist. Wie Fachleute verstehen werden, beeinflussen eine variable Strömung und eine variable Kraft der Nachverbrennungsgase 32 den Betrag des Ladedrucks, der durch jedes Kompressorrad 40-6 und 42-6 des jeweiligen Turboladers 40 und 42 über den gesamten Betriebsbereich des Motors 16 erzeugt werden kann. Da der Turbolader 40 mit niedriger Strömung und der Turbolader 42 mit hoher Strömung in Reihe angeordnet sind, wie vorstehend erläutert ist, kann die Luftströmung 38 durch den Kompressor 40B des Turboladers mit niedriger Strömung aufgenommen werden, nachdem sie durch den Kompressor 42B des Turboladers mit hoher Strömung aufgenommen wurde und durch diesen hindurchgetreten ist.
-
In dem Motor 16, der mehrere Zylinder in jedem von dem ersten und dem zweiten Satz von Zylindern 22-1, 22-2 aufweist, wie beispielsweise in der gezeigten Vierzylinderkonfiguration, kann jeder von dem ersten Auslass 35-1 und dem zweiten Auslass 35-2 in dem Auslasskrümmer 34 auch in separate Zweige (nicht gezeigt) verzweigt sein. In einem solchen Fall kann jeder Auslasszweig 35-1, 35-2 mit einem einzelnen Durchgang 35 verbunden sein, der separat zu dem jeweiligen ersten und zweiten Satz von Zylindern 22-1, 22-2 führt. Eine solche alternative Konstruktion des Auslasskrümmers 34 kann in dem Fall nützlich sein, dass das Turboladersystem 36 eine Doppelschneckenkonfiguration (Twin-Scroll-Konfiguration) für jeden von dem Turbolader 40 mit niedriger Strömung und dem Turbolader 42 mit hoher Strömung verwendet, wie Fachleute verstehen werden.
-
Wie auch in 2 und 3 gezeigt ist, umfasst das Turboladersystem 35 eine erste Strömungssteuereinrichtung 46. Die erste Strömungssteuereinrichtung 46 ist als ein Bypassventil ausgebildet, um die Nachverbrennungsgase 32 über den ersten und zweiten Auslass 35-1 und 35-2 selektiv zu dem jeweiligen Turbolader 40, 42 mit niedriger Strömung und mit hoher Strömung zu leiten. Wenn der erste und der zweite Zylinder 22-1, 22-2 aktiviert sind und arbeiten, d. h., wenn der Motor 16 in einem Modus arbeitet, bei dem alle Zylinder aktiviert sind, leitet die erste Strömungssteuereinrichtung 46 die Nachverbrennungsgase 32 über den ersten Auslass 35-1 zu dem Turbolader 40 mit niedriger Strömung und über den zweiten Auslass 35-2 zu dem Turbolader 42 mit hoher Strömung (in 3 gezeigt). Wenn andererseits der erste Zylinder 22-1 mittels des Mechanismus 26 deaktiviert ist, d. h., wenn der Motor 16 in einem Zylinder-Deaktivierungsmodus arbeitet, leitet die erste Strömungssteuereinrichtung 46 die Nachverbrennungsgase 32 über den ersten Auslass 35-1 zu dem Turbolader 40 mit niedriger Strömung, und sie blockiert den zweiten Auslass 35-2 (in 2 gezeigt). Wie es gezeigt ist, kann die erste Strömungssteuereinrichtung 46 an dem zweiten Auslass 35-2 angebracht sein. Das Turboladersystem umfasst ferner eine zweite Strömungssteuereinrichtung 48, die angeordnet ist, um den Fluidweg 48A zwischen dem Einlass 40-8 und dem Auslass 40-9 des Kompressors 40B des Turboladers mit niedriger Strömung selektiv zu öffnen und zu schließen (in 4 gezeigt). Dementsprechend kann die zweite Strömungssteuereinrichtung 48 als ein extern steuerbares Einwegventil ausgebildet sein.
-
Wie es in jeder der 1–3 gezeigt ist, kann das Fahrzeug 10 zusätzlich einen programmierbaren Controller 50 aufweisen, der ausgebildet ist, um den Betrieb des Motors zu regeln, indem beispielsweise eine Kraftstoffmenge gesteuert wird, die in den Zylinder 22 eingespritzt wird, um mit der unter Druck stehenden Luftströmung 38 gemischt und anschließend verbrannt zu werden. Der Controller 50 kann ein speziell zugeordneter Motor- oder Antriebsstrangcontroller sein oder eine zentrale elektronische Steuereinheit (ECU) für das gesamte Fahrzeug 10. Der Controller 50 kann auch ausgebildet sein, um den Betrieb der Strömungssteuereinrichtung 46 zu regeln. Spezieller ist der Controller 50 programmiert, um die erste Strömungssteuereinrichtung 46 zu öffnen, um die Nachverbrennungsgase 32 zum Antreiben jedes von dem Turbolader 40 mit niedriger Strömung und dem Turbolader 42 mit hoher Strömung zu leiten, wenn jeder der von dem ersten und dem zweiten Satz von Zylindern 22-1, 22-2 aktiv ist. Der Controller 50 ist auch programmiert, um die erste Strömungssteuereinrichtung 46 zu schließen, um die Nachverbrennungsgase 32 zum Antreiben des Turboladers 40 mit niedriger Strömung zu leiten und um die Nachverbrennungsgase bezüglich des Antreibens des Turboladers 42 mit hoher Strömung zu blockieren, wenn der erste Satz von Zylindern 22-1 deaktiviert ist. Wenn der Controller 50 die erste Strömungssteuereinrichtung 46 anweist, den zweiten Auslass 35-2 zu schließen, sind die niedrigeren Strömungsraten der Nachverbrennungsgase 32, die ausschließlich durch den zweiten Satz von Zylindern 22-2 erzeugt werden, somit in der Lage, den Turbolader 40 mit niedriger Strömung effizient anzutreiben. Der Controller 50 kann auch programmiert sein, um die erste Strömungssteuereinrichtung 46 zu schließen, um den zweiten Auslass 35-2 zu blockieren und um die Nachverbrennungsgase 32 über den ersten Auslass 35-1 zu dem Turbolader 40 mit niedriger Strömung zu leiten, wenn sowohl der erste als auch der zweite Satz von Zylindern 22-1, 22-2 aktiviert sind und der Motor 10 höchstens bei einer vorbestimmten Drehzahl arbeitet. Eine solche vorbestimmte Motordrehzahl kann ungefähr 3000 RPM sein, welche innerhalb der Betriebsmöglichkeiten des Turboladers 40 mit niedriger Strömung liegt, wie vorstehend diskutiert wurde.
-
Der Controller 50 ist auch ausgebildet, um den Betrieb der zweiten Strömungssteuereinrichtung 48 zu regeln. Zusätzlich stimmt der Controller 50 das Öffnen der zweiten Strömungssteuereinrichtung 48 zusammen mit dem Öffnen der ersten Strömungssteuereinrichtung 46 ab. Darüber hinaus kann der Controller 50 sowohl die erste als auch die zweite Strömungssteuereinrichtung 46, 48 gleichzeitig öffnen, um den Fluidweg 48A im Wesentlichen gleichzeitig mit dem Öffnen des zweiten Auslasses 35-2 zu öffnen. Ein solches gleichzeitiges Öffnen der ersten Strömungssteuereinrichtung 46 und der zweiten Strömungssteuereinrichtung 48 ermöglicht einen glatten Übergang zwischen dem aufgeladenen Betrieb des Motors 16 ausschließlich mit dem zweiten Satz von Zylindern 22-2 und dem aufgeladenen Betrieb sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten Satz von Zylindern 22-1, 22-2, d. h., wenn der erste Satz von Zylindern 22-1 aktiviert ist.
-
Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren sollen die Offenbarung stützen und beschreiben, der Umfang der Offenbarung ist jedoch ausschließlich durch die Ansprüche definiert. Obgleich einige der besten Weisen und andere Ausführungsformen zum Ausführen der beanspruchten Offenbarung im Detail beschrieben wurden, existieren verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen, um die Offenbarung auszuüben, die durch die beigefügten Ansprüche definiert ist. Darüber hinaus sollen die Ausführungsformen, die in den Zeichnungen gezeigt sind, oder die Eigenschaften verschiedener Ausführungsformen, die in der vorliegenden Beschreibung erwähnt sind, nicht notwendigerweise als Ausführungsformen verstanden werden, die voneinander unabhängig sind. Stattdessen ist es möglich, dass jede der Eigenschaften, die in einem der Beispiele einer Ausführungsform beschrieben sind, mit einer oder mehreren der anderen gewünschten Eigenschaften aus anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, was zu weiteren Ausführungsformen führt, die nicht in Worten oder durch Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben sind. Dementsprechend fallen solche weitere Ausführungsformen in den Rahmen des Umfangs der beigefügten Ansprüche.
