DE102018116363A1

DE102018116363A1 - Fahrzeugturboladersysteme und -verfahren mit verbesserter nachbehandlungsaktivierung

Info

Publication number: DE102018116363A1
Application number: DE102018116363.0A
Authority: DE
Inventors: Riccardo BARIA; Alberto RACCA
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-07-07
Filing date: 2018-07-05
Publication date: 2019-01-10
Also published as: CN109209618A; US20190010881A1; US10400693B2; CN109209618B

Abstract

Turboladersystem für einen Motor eines Fahrzeugs, das eine variable Geometrieturbine beinhaltet, die dafür konfiguriert ist, Abgas vom Motor aufzunehmen. Die variable Geometrieturbine beinhaltet verstellbare Lamellen und ein Lamellenstellglied, um die verstellbaren Lamellen zwischen mindestens einer offenen und einer geschlossenen Position einzustellen. Der Turbolader beinhaltet des Weiteren einen Ansaugkanal, der dafür konfiguriert ist, Ansaugluft aufzunehmen; einen ersten Kompressor, der drehbar an die variable Geometrieturbine und fließend an den Ansaugkanal gekoppelt ist, um zumindest einen ersten Teil der Ansaugluft zu verdichten; einen elektrischen Kompressor, der fließend mit dem Ansaugkanal gekoppelt ist, um selektiv zumindest einen zweiten Teil der Ansaugluft zu verdichten; und eine Krümmerleitung, die fließend an den ersten Kompressor und den elektrischen Kompressor gekoppelt und dafür konfiguriert ist, die ersten und zweiten Teile der Ansaugluft aufzunehmen und an einen Krümmer des Motors weiterzuleiten.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf einen Verbrennungsmotor, typischerweise einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs und bezieht sich insbesondere auf Verbrennungsmotoren mit Turboladern und Nachbehandlungssystemen.
HINTERGRUND
Verbrennungsmotoren können eine Mischung aus Luft und Kraftstoff innerhalb eines oder mehrerer Brennkammern verbrennen und Abgase erzeugen. Einige Automobilsysteme können ein Nachbehandlungssystem beinhalten, das Emissionen reduziert. Jedoch können manche Nachbehandlungssysteme bestimmte Temperaturen erfordern, um optimal zu funktionieren.
Dementsprechend ist es wünschenswert, verbesserte Automobilsysteme bereitzustellen, die den Betrieb der Nachbehandlungssysteme verbessern. Ferner werden andere wünschenswerte Funktionen und Merkmale der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, sowie mit dem vorangehenden technischen Gebiet und Hintergrund ersichtlich offensichtlich.
KURZDARSTELLUNG
In einer Ausführungsform beinhaltet ein Turboladersystem für einen Motor eine Turbine mit variabler Geometrie, die dafür konfiguriert ist, Abgas vom Motor zu empfangen. Die variable Geometrieturbine beinhaltet verstellbare Lamellen und ein Lamellenstellglied, um die verstellbaren Lamellen zwischen mindestens einer offenen und einer geschlossenen Position einzustellen. Der Turbolader beinhaltet des Weiteren einen Ansaugkanal, der dafür konfiguriert ist, Ansaugluft aufzunehmen; einen ersten Kompressor, der drehbar an die variable Geometrieturbine und fließend an den Ansaugkanal gekoppelt ist, um zumindest einen ersten Teil der Ansaugluft zu verdichten; einen elektrischen Kompressor, der fließend mit dem Ansaugkanal gekoppelt ist, um selektiv zumindest einen zweiten Teil der Ansaugluft zu verdichten; und eine Krümmerleitung, die fließend an den ersten Kompressor und den elektrischen Kompressor gekoppelt und dafür konfiguriert ist, die ersten und zweiten Teile der Ansaugluft aufzunehmen und an einen Krümmer des Motors weiterzuleiten.
In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet das Turboladersystem des Weiteren ein elektronisches Steuergerät, das dafür konfiguriert ist, den Betrieb von zumindest dem Lamellenstellglied und dem elektrischen Kompressor zu steuern.
In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet das elektronische Steuergerät ein Turbolader-Kalibrierungsmodul, das bei der Aktivierung des elektrischen Kompressors ein Befehlssignal, damit das Lamellenstellglied die verstellbaren Lamellen in eine offene Stellung bringt.
In einer weiteren Ausführungsform erzeugt das Turbolader-Kalibrierungsmodul das Befehlssignal für das Lamellenstellglied basierend auf Sensorsignalen, die den Druck und die Temperatur im Motorkrümmer repräsentieren.
In einer weiteren Ausführungsform erzeugt das Turbolader-Kalibrierungsmodul des Weiteren das Befehlssignal für das Lamellenstellglied basierend auf einem sofortigen Drehmoment-Befehlssignals.
In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet der Motor ein Nachbehandlungssystem mit einem Nachbehandlungs-Aktivierungs-Schwellenwert, und das Turbolader-Kalibrierungsmodul erzeugt ein Befehlssignal für das Lamellenstellglied, wenn Abgas vom Motor eine Temperatur aufweist, die niedriger ist als der Nachbehandlungs-Aktivierungs-Schwellenwert.
In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet das Turboladersystem des Weiteren ein Bypassventil, das fließend so gekoppelt ist, dass es selektiv mindestens einen des ersten Teils der Ansaugluft an den ersten Kompressor leitet und den zweiten Teil der Ansaugluft an den elektrischen Kompressor.
In einer weiteren Ausführungsform ist der erste Kompressor stromaufwärts vom elektrischen Kompressor angeordnet, sodass der zweite Teil der Ansaugluft den ersten Teil der Ansaugluft umfasst.
In einer weiteren Ausführungsform ist der elektrische Kompressor stromaufwärts vom ersten Kompressor angeordnet, sodass der erste Teil der Ansaugluft vom zweiten Teil der Ansaugluft geformt wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Automobilsystem bereitgestellt. Das Automobilsystem beinhaltet einen Verbrennungsmotor, der dafür konfiguriert ist, Ansaugluft zur verbrennen und Abgase zu erzeugen sowie einen Turbolader, der so gekoppelt ist, dass er die Ansaugluft von einem Ansaugkanal aufnimmt und diese Ansaugluft zum Verbrennungsmotor leitet. Der Turbolader beinhaltet eine variable Geometrieturbine, die fließend gekoppelt ist, um das Abgas vom Motor aufzunehmen. Die variable Geometrieturbine beinhaltet verstellbare Lamellen und ein Lamellenstellglied, um die verstellbaren Lamellen zwischen mindestens einer offenen und einer geschlossenen Position zu bewegen. Der Turbolader beinhaltet des Weiteren einen ersten Kompressor, der drehbar an die variable Geometrieturbine und fließend an den Ansaugkanal gekoppelt ist, um zumindest einen ersten Teil der Ansaugluft zu verdichten; einen elektrischen Kompressor, der fließend mit dem Ansaugkanal gekoppelt ist, um selektiv zumindest einen zweiten Teil der Ansaugluft zu verdichten; und eine Krümmerleitung, die fließend an den ersten Kompressor und den elektrischen Kompressor gekoppelt und dafür konfiguriert ist, die ersten und zweiten Teile der Ansaugluft zu empfangen und an einen Krümmer des Motors weiterzuleiten. Das Motorsystem beinhaltet des Weiteren ein elektronisches Steuergerät, das dafür konfiguriert ist, den Betrieb von mindestens den Lamellenstellglied und dem elektrischen Kompressor und einem Nachbehandlungssystem zu regeln, das stromabwärts eines und fließend mit dem Turbolader angeordnet ist, um die Abgase zu behandeln.
In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet das elektronische Steuergerät ein Turbolader-Kalibrierungsmodul, das bei der Aktivierung des elektrischen Kompressors ein Befehlssignal, damit das Lamellenstellglied die verstellbaren Lamellen in die offene Stellung bringt.
In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet das Automobilsystem des Weiteren einen Krümmerdruck- und Temperatursensor, der dafür konfiguriert ist, erste Sensorsignale zu erzeugen, die einen Ladedruck und eine Temperatur darstellen und einen Beschleunigungssensor, der dafür konfiguriert ist, zweite Sensorsignale zu erzeugen, die eine Gaspedalposition darstellen. Das Turbolader-Kalibrierungsmodul ist dafür konfiguriert, das Befehlssignal für das Lamellenstellglied zu erzeugen, damit dieses die verstellbaren Lamellen basierend auf den ersten und zweiten Sensorsignalen in die offene Position bringt.
In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet das Nachbehandlungssystem eine Nachbehandlungs-Vorrichtung mit einem Nachbehandlungs-Aktivierungs-Schwellenwert, und das Turbolader-Kalibrierungsmodul erzeugt ein Befehlssignal für das Lamellenstellglied, wenn das Abgas vom Motor eine Temperatur aufweist, die niedriger ist als der Nachbehandlungs-Temperaturaktivierungs-Schwellenwert.
In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet das Automobilsystem des Weiteren ein Bypassventil, das fließend mit dem ersten Kompressor und dem elektrischen Kompressor gekoppelt und dafür konfiguriert ist, selektiv mindestens einen des ersten Teils der Ansaugluft an den ersten Kompressor zu leiten und den zweiten Teil der Ansaugluft an den elektrischen Kompressor.
In einer weiteren Ausführungsform ist der erste Kompressor stromaufwärts vom elektrischen Kompressor angeordnet, sodass der zweite Teil der Ansaugluft vom ersten Teil der Ansaugluft geformt wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist der elektrische Kompressor stromaufwärts vom ersten Kompressor angeordnet, sodass der erste Teil der Ansaugluft vom zweiten Teil der Ansaugluft geformt wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Betrieb eines Turboladers für einen Motor dargestellt. Das Verfahren beinhaltet das Bestimmen eines Motorkrümmerdrucks und einer Temperatur, sowie eines sofortigen Drehmomentbefehls basierend auf Sensorsignalen; das Aktivieren eines elektrischen Kompressors des Turboladers basierend auf dem Motorkrümmerdruck und einer Temperatur, sowie eines sofortigen Drehmomentbefehls, um einen Ladedruck an den Motor auszugeben; und das Betätigen einer variablen Geometrieturbine in einen geöffnete Stellung nachdem der elektrische Kompressor aktiviert wurde.
In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet das Aktivieren eines elektrischen Kompressors des Weiteren das Aktivieren des elektrischen Kompressors, wenn eine Abgastemperatur niedriger ist, als ein Nachbehandlungs-Aktivierungs-Schwellenwert.
In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet das Verfahren des Weiteren das Betätigen mindestens eines Ventils des Turbolader, sodass Ansaugluft vom elektrischen Kompressor verdichtetet und anschließend von einem weiteren Kompressor verdichtet wird, der mechanisch an die variable Geometrieturbine gekoppelt ist.
In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet das Verfahren des Weiteren das Betätigen mindestens eines Ventils des Turbolader, sodass Ansaugluft von einem weiteren Kompressor verdichtet wird, der mechanisch an die variable Geometrieturbine gekoppelt ist und anschließend vom elektrischen Kompressor verdichtet wird.
Figurenliste
Die exemplarischen Ausführungsformen werden nachfolgend in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen beschrieben, worin gleiche Ziffern gleiche Elemente bezeichnen.

1 ist eine schematische Ansicht eines Automobilsystems gemäß einer exemplarischen Ausführungsform;
2 ist der Abschnitt A-A eines Verbrennungsmotors des Automobilsystems von 1;
3 ist schematisches Blockschaltbild eines Turbolader-Kalibrierungsmoduls einer elektronischen Steuerung des Automobilsystems in 1 gemäß einer Ausführungsform;
4 und 5 sind Betriebs- und Leistungstabellen, die mit dem Automobilsystem in 1 nach exemplarischen Ausführungsformen assoziiert sind; und
6 ist eine schematische Ansicht eines weiteren Automobilsystems gemäß einer exemplarischen Ausführungsform.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende ausführliche Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und soll die Erfindung oder die Anwendung und die Verwendungen der Erfindung, die hierin offenbart ist, nicht einschränken. Weiterhin besteht keine Absicht, im vorstehenden technischen Bereich, Hintergrund, der Zusammenfassung oder der folgenden ausführlichen Beschreibung an eine ausdrücklich oder implizit vorgestellte Theorie gebunden zu sein, sie wird ausdrücklich als beanspruchter Gegenstand wiedergegeben.
Einige Ausführungsformen können ein Automobilsystem 100, wie in den 1 und 2 dargestellt, beinhalten, das einen Verbrennungsmotor 102 beinhaltet. Es versteht sich, dass der Motor 102 und verschiedene Aspekte des Gesamtsystems 100 lediglich exemplarischer Natur sind, und dass hierin beschriebene Ausführungsformen in verschiedenen Motorsystemen implementiert werden können. Wie nachstehend näher beschrieben wird, kann ein Turbolader 200 bereitgestellt werden, um die Leistung, Emissionen und/oder den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors 102 zu erleichtern bzw. zu verbessern. Wie ebenfalls nachstehend näher beschrieben, können diverse Aspekte des Automobilsystems 100 basierend auf Signalen von einem elektrischen Steuergerät 450 werden, das ein Turbolader-Kalibrierungsmodul 500 beinhalten kann, das Steuersignale für ein oder zwei Komponenten des Turboladers 200 bereitstellen kann.
In der dargestellten Ausführungsform beinhaltet der Motor 102 einen Motorblock 110, der mindestens einen Zylinder 112 definiert, der einen Kolben 114 aufweist, der verbunden ist, um eine Kurbelwelle 116 zu drehen. Ein Zylinderkopf 118 bildet zusammen mit dem Kolben 114 eine Brennkammer 120. Ein Kraftstoff-/Luftgemisch wird in die Brennkammer 120 eingebracht und entzündet, was im Ergebnis eine wechselseitige Bewegung des Kolbens 114 durch die sich ausdehnenden heißen Abgase verursacht. Die Luft wird durch mindestens einen Einlasskanal 124 bereitgestellt, und der Kraftstoff wird über mindestens eine Einspritzdüse 122 aus einem Kraftstoffverteilerrohr 126, der mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe 128 und einer Kraftstoffquelle 130 fließend verbunden ist, bereitgestellt. Jeder der Zylinder 112 hat mindestens zwei Ventile 132, die durch eine Nockenwelle 134 betätigt werden, die sich abgestimmt mit der Kurbelwelle 116 dreht. Die Ventile 132 lassen selektiv Luft aus dem Kanal 124 in die Brennkammer 120. In einigen Beispielen kann ein Nockenwellenversteller 136 selektiv das Timing zwischen der Nockenwelle 134 und der Kurbelwelle 116 variieren.
Die Luft kann durch einen Ansaugkrümmer 124 zu dem/den Einlasskanal/-kanälen 138 transportiert werden. Ein Luftansaugkanal 140 kann über den Turbolader 200 und die Krümmerleitung 214 Luft aus der Umgebung in den Ansaugkrümmer 138 leiten, wie nachstehend erläutert. Es kann ein Klappenstutzen 142 zum Regulieren des Luftstroms zum Ansaugkrümmer 138 verbaut sein. Nach der Verbrennung strömt das Abgas aus den Auslasskanälen 146 durch einen Abgaskrümmer 222.
Wie oben erläutert, kann ein Turbolader 200 bereitgestellt werden, um die Leistung, Emissionen und/oder den Wirkungsgrad zu erleichtern bzw. zu verbessern. So kann der Turbolader 200 beispielsweise zusätzliche Luft in das Automobilsystem 100 zwingen, wodurch der Druck der Luftströmung, die in die Motorzylinder eintritt erhöht wird und so das Motordrehmoment verbessert. Der Unterschied zwischen dem Luftdruck, der aus dem Betrieb des Turboladers 200 resultiert und dem Atmosphärendruck wird üblicherweise als Ladedruck bezeichnet.
Der Turbolader 200 beinhaltet eine Turbine 220, die mit dem Abgaskrümmer 222 des Motors 102 verbunden ist, um Abgas vom Abgaskrümmer 222 aufzunehmen. Die Turbine 220 ist eine variable Geometrieturbine (VGT), auch als variable Düsenturbinen oder VNT bezeichnet werden, mit Lamellen, die von einem VGT-Stellglied 224 selektiv eingestellt werden können, um die Strömung des Abgases durch die Turbine 220 zu verändern. Als Beispiele können sich die Lamellen gemeinsam drehen, um den Gaswinkelwirbel und die Querschnittsfläche zu variieren. Alternativ drehen sich die Lamellen u. U. nicht, stattdessen wird die axiale Breite des Einlasses selektiv von einer axialen Schiebewand blockiert. In jedem Fall kann der Bereich zwischen den Lamellen modifiziert werden, was zu einem variablen Aspektverhältnis führt.
Der Turbolader 200 beinhaltet des Weiteren einen Kompressor 210, der drehbar mit einer Turbine 220 verbunden ist. Die Turbine 220 stellt mechanische Energie bereit, um den ersten Kompressor 210 zu betreiben. Da die Position der Lamellen der Turbine 220 sich auf die Art des Abgases durch die Turbine 220 auswirkt, bestimmt die Position der Lamellen ebenfalls die mechanische Leistung der Turbine 220 an den ersten Kompressor 210. Die Lamellenposition erstreckt sich von einer „vollständig geöffneten“ Position zu einer „vollständig geschlossenen“ Position.
In der vollständig geschlossenen Position (d. h. verengt auf den minimalen Zwischenraum zwischen den Lamellen) beschleunigt die Turbine 220 das Abgas in Richtung Turbinenschaufeln, wodurch sich die Schaufeln schneller drehen. Dies ergibt eine größere Menge Energie, die an den ersten Kompressor 210 geliefert wird und die Fähigkeit, über den ersten Kompressor 210 eine größere Luftmenge zum Motor 102 zu leiten. Wie nachstehend näher erläutert, führt eine Ausdehnung des Abgases von den Lamellen durch die Turbine 220 zu einem Enthalpie-Abfall für das Abgas. In der vollständig geöffneten Position (z. B. erweitert auf den maximalen Zwischenraum zwischen den Lamellen) wird das Abgas wirkungsvoll ungehindert zu den Turbinenschaufeln geleitet, was zu einer niedrigeren Turbinengeschwindigkeit und einem geringeren Leistungsbedarf für den ersten Kompressor 210 führt. Des Weiteren können die Lamellen zwischen den vollständig geöffneten und vollständig geschlossenen Positionen positioniert werden, um eine dazwischen liegende Menge des Luftstroms in den Motor 102 mit dem ersten Kompressor 210 bereitzustellen.
In der Tat bestimmt die Position der Lamellen den Arbeitsaufwand der Turbine 220 vom Abgas, das vom ersten Kompressor 210 verwendet wird. Nach dem Verlassen der Turbine 220 werden die Abgase wie nachstehend beschrieben in ein Nachbehandlungssystem 240 geleitet.
Wie oben erläutert, nimmt der erste Kompressor 210, der von der Turbine 220 angetrieben wird, einen Luftstrom vom Ansaugkanal 140 auf. Der erste Kompressor 210 erhöht den Druck und die Temperatur der Luft und führt die Luft anschließend durch einen Auslasskanal 232. Der erste Kompressor 210 kann jede geeignete Art von Kompressor sein, wie beispielsweise ein volumetrischer Kompressor oder ein aerodynamischer Kompressor.
Ein Ventil 212 kann stromabwärts des ersten Kompressors 210 am ersten Kompressor-Auslasskanal 232 bereitgestellt werden und kann in mindestens zwei Positionen angeordnet sein, basierend auf Befehlen vom elektrischen Steuergerät 450 und/oder dem Turbolader-Kalibrierungsmodule 500. In einer ersten Position leitet das Ventil 212 die Druckluft durch eine erste (oder Bypass)-Leitung 218 an die Krümmerleitung 214, die die Luft in den Krümmer 138 leitet. In einer zweiten Position leitet das Ventil 212 die Luft vom ersten Kompressor 210 zu einem elektrischen (oder zweiten) Kompressor 290 über einen elektrischen Kompressor-Ansaugkanal 294. Der elektrische Kompressor 290 wird von einer elektrischen Energiequelle betrieben, wie z. B. von einer Batterie 292, und wird von Signalen vom elektronischen Steuergerät 450 und/oder vom Turbolader-Kalibrierungsmodul 500 gesteuert. Der elektrische Kompressor 290 wandelt die elektrische Energie in mechanische Energie um die die Ansaugluft weiter verdichtet. Der elektrische Kompressor 290 kann jede geeignete Art von Kompressor sein, wie z. B. ein volumetrischer Kompressor oder ein aerodynamischer Kompressor, der zum Betreiben seiner beweglichen Komponente einen Elektromotor beinhaltet.
Eine Ausgangsleitung 296 vom elektrischen Kompressor 290 leitet die Luft in die Krümmerleitung 214, um Krümmer 138 eingeleitet zu werden. Als solches bieten der erste Kompressor 210, der von der Turbine 220 und der elektrische Kompressor 290, der durch die Batterie 292 betrieben wird, die zusätzliche Luftströmung zum Krümmer 138.
Dementsprechend kann der erste Kompressor 210 als Verdichter eines ersten Teil der Ansaugluft und der elektrischen Kompressor 290 als Verdichter eines zweiten Abschnitts der Ansaugluft betrachtet werden (oder keine der Ansaugluft, wenn sich das Ventil 212 in der ersten Position befindet). In dieser Anordnung wird der gesamte zweite Teil (d. h. vom elektrischen Kompressor 1090 verdichtet) vom ersten Teil geformt (d. h., vom ersten Kompressor 1010 verdichtet). Auf diese Weise kann die Anordnung in 1 als „elektrischer Kompressor - zweite serielle Anordnung“ betrachtet werden. Weitere Einzelheiten bezüglich des Betriebs des Turboladers 200 werden nachstehend dargestellt.
Obwohl nicht dargestellt, kann sich ein Ladeluftkühler 234 in einer oder mehreren Leitungen bzw. Kanälen 214, 218, 232, 294, 296 befinden, um die Temperatur der Luft vor dem Einströmen in den Ansaugkrümmer 138 zu verringern.
Wie oben erläutert, nimmt das Nachbehandlungssystem 240 das Abgas auf und kann ein Auspuffrohr 242 mit einer oder mehreren Nachbehandlungsvorrichtungen beinhalten, das dazu konfiguriert ist, die Zusammensetzung des Abgases zu ändern. Einige Beispiele für Nachbehandlungsvorrichtungen des Nachbehandlungssystems 240 beinhalten ohne Einschränkung katalytische Konverter (Zwei- und Dreiwege), Oxidationskatalysatoren, magere NO_x Fallen, Kohlenwasserstoffadsorber, selektive katalytische Reduktions (SCR)-Systeme und Partikelfilter, wie zum Beispiel eine selektive katalytische Reduktion am Filter (SCRF). Im dargestellten Beispiel können die Nachbehandlungsvorrichtungen des Nachbehandlungssystems 240 einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) 244 zum Zersetzen der restlichen im Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffe (HC) und Kohlenstoffoxide (CO) und einen Dieselpartikelfilter (DPS) 246 zum Abfangen und Entfernen des Dieselpartikelmaterials aus dem Abgas beinhalten. Die Nachbehandlungsvorrichtungen des Nachbehandlungssystems 240 können ferner Systemkomponenten zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR), wie einen im Auspuffrohr stromabwärts vom DPS 246 angeordneten SCR-Katalysator 248, und eine am Auspuffrohr zwischen dem DPS und dem SCR-Katalysatorangeordnete Einspritzdüse 252 beinhalten, die Diesel-Abgas-Fluid (DEF) in das Auspuffrohr 242 leitet, das mit dem Abgas gemischt wird, um in ein gasförmiges Reduziermittel konvertiert zu werden.
In einigen Ausführungsformen können eine oder mehrere Komponenten des Nachbehandlungssystems 240 so ausgebildet sein, dass sie in bestimmten Temperaturbereichen betrieben werden können. So können beispielsweise der SCR-Katalysator 248 und/oder das DPF 246 Kohlenwasserstoffe (HC) und Kohlenstoffoxide (CO) bei Abgasgastemperaturen, die höher als ein zugeordneter Nachbehandlungs-Aktivierungs-Schwellenwert sind, am wirkungsvollsten zersetzen. Wie nachstehend näher beschrieben, kann der Turbolader 200 so betrieben werden, das schneller Abgastemperaturen erreicht werden, die den Nachbehandlungs-Aktivierungs-Schwellenwert überschreiten, nachdem die Abgastemperaturen beim Betrieb oberhalb des Aktivierungsschwellwerts gestartet oder aufrechterhalten wurden.
Eine oder mehrere Abgasrückführungs (AGR)-Systeme 300 können bereitgestellt werden, um Stickoxid (NOx)-Emissionen im Automobilsystem 100 durch das Zurückführen von Abgas in den Motor 102 zu reduzieren. Im Allgemeinen kann das AGR-System 300 „Langstrecken-“ (LR) (oder Niederdruck)-AGR-System (nicht dargestellt) und/oder ein „Kurzstrecken-“ (SR) AGR-System 300 beinhalten. Die dargestellte Ausführungsform beinhaltet eine SR-AGR-System 300 als Beispiel. Wie dargestellt kann das AGR-System 300 einen AGR-Kühler 310 beinhalten, um die Temperatur des Abgases im AGR-System 300 zu reduzieren, sowie eine Bypassleitung, um den AGR-Kühler 310 zu umgehen. Ein AGR-Ventil 320 steuert den Abgasstrom im AGR-System 300.
Wie oben erläutert, beinhaltet das Automobilsystem 100 des Weiteren ein elektronisches Steuergerät (ECU) 450, das mit einem oder mehreren Sensoren und/oder Vorrichtungen in Verbindung steht, die dem Motor 102 und sonstigen Komponenten des Automobilsystems zugeordnet sind. Kommunikation zwischen dem elektronischen Steuergerät 450 und den verschiedenen Sensoren und Geräten wird durch gestrichelte Linien in 1 dargestellt, jedoch werden einige zur besseren Übersicht weggelassen. Im Allgemeinen kann das ECU 450 kann Eingabesignale von Sensoren empfangen, die so dazu konfiguriert sind, im Zusammenhang mit verschiedenen physikalischen Parametern bezogen auf den Motor 102 Signale zu erzeugen. Die Sensoren beinhalten unter anderem auch einen Massenluftstrom- und Temperatursensor 260, einen Krümmerdruck- und Temperatursensor 262, einen Brennkammerdrucksensor 264, Füllstand- und Temperatursensoren 266 für Kühlmittel und Öl, einen Kraftstoffverteilerdrucksensor 268, einen Nockenwellen-Positionssensor 270, einen Kurbelwellen-Positionssensor 272, Abgasdrucksensoren 274, einen AGR-Temperatursensor 276, und einen Gaspedal-Positionssensor 280. Außerdem kann das ECU 450 Ausgabesignale für verschiedene Steuergeräte erzeugen, zu deren Aufgabe die Steuerung des Betriebes des Motors 102 gehört, darunter ohne Einschränkung die Kraftstoffinjektoren 122, der Klappenstutzen 142, das Einlassventil 206 und der Nockenwellenversteller 136.
Die ECU 450 steuert insbesondere den Betrieb des Turboladers 200 basierend auf verschiedenen erkannten und/oder modellierten Parametern, wie z. B. Motordrehzahl, Kühlmitteltemperatur, Turbinenposition, Krümmerdruck und -temperatur, Gaspedalposition und Ladedruck. Basierend auf der Parametern regelt das elektronische Steuergerät 450 den Betrieb des Turboladers 200 durch das Erzeugen von Befehlssignalen für die verschiedenen Komponenten. In einer Ausführungsform kann ein Turbolader-Kalibrierungsmodul 500 vom elektronischen Steuergerät 450 zur Steuerung des Betriebs des Turboladers 200 implementiert werden, indem es Befehlssignale für den elektrischen Kompressor 290 und andere Komponenten des Turboladers 200 erzeugt, wie z. B. das Ventil 212 und/oder das VGT-Stellglied 224, wie nachfolgend näher beschrieben wird.
Im Allgemeinen kann das ECU 450 eine digitale Datenverarbeitungseinheit, die sich in Verbindung mit einem Speichersystem befindet, wie Datenquelle 460, und einen Schnittstellenbus beinhalten. Die Verarbeitungseinheit ist dafür ausgelegt, die im Speichersystem als Programm abgelegten Anweisungen durchzuführen und über den Schnittstellenbus Signale zu senden und zu empfangen. Das Speichersystem kann über verschiedene Speicherarten verfügen, darunter optische Speicher, magnetische Speicher, Festkörperspeicher und andere Permanentspeicher. Der Schnittstellenbus kann dafür ausgelegt sein, analoge und/oder digitale Signale zu modulieren und an die verschiedenen Sensoren und Steuergeräte zu senden, bzw. sie von diesen zu empfangen. Das Programm kann die hierin offenbarten Verfahren verkörpern, was es der Verarbeitungseinheit ermöglicht, die Schritte dieser Verfahren auszuführen und das Automobilsystem 100 zu steuern.
Das im Speichersystem gespeicherte Programm kann von außen über ein Kabel oder drahtlos übertragen werden. In einigen Fällen kann das Programm als ein Computerprogrammprodukt verkörpert werden, das in der Technik auch als computerlesbares Medium oder maschinenlesbares Medium bezeichnet wird und als ein Computerprogrammcode zu verstehen ist, der sich auf einem Träger befindet, wobei dieser Träger in der Art ein flüchtig oder nichtflüchtig ist, mit der Konsequenz, dass das Computerprogrammprodukt als flüchtiger oder nichtflüchtig betrachtet werden kann. Ein Beispiel für ein transitorisches Computerprogrammprodukt ist ein Signal, z. B. ein elektromagnetisches Signal wie ein optisches Signal, das ein transitorischer Träger für den Computerprogrammcode ist. Das Tragen eines solchen Computerprogrammcodes kann durch Modulieren des Signals durch eine herkömmliche Modulationstechnik, wie etwa QPSK für digitale Daten, erreicht werden, sodass dem transitorischen elektromagnetischen Signal binäre Daten, die den Computerprogrammcode darstellen, eingeprägt werden. Derartige Signale werden beispielsweise bei der drahtlosen Übertragung von Computerprogrammcode über eine Wi-Fi-Verbindung zu einem Laptop verwendet. Im Falle eines nicht-transitorischen Computerprogrammprodukts ist der Computerprogrammcode in einem materiellen Speichermedium verkörpert. Das Speichermedium ist dann der oben erwähnte nichttransitorische Träger, sodass der Computerprogrammcode dauerhaft oder nicht dauerhaft abrufbar in oder auf diesem Speichermedium gespeichert wird. Das Speichermedium kann von herkömmlicher Art sein, wie es in der Computertechnologie bekannt ist, wie etwa ein Flash-Speicher, ein ASIC, eine CD oder dergleichen. Das ECU 450 kann in jeder geeigneten Form verkörpert werden, um die elektronische Logik, z. B. eine eingebettete Steuerung, einen Bordcomputer, oder jedes Verarbeitungsmodul, das im Fahrzeug eingesetzt werden kann, bereitzustellen.
Wie oben erläutert, kann ein Turbolader-Kalibrierungsmodul 500 vom elektronischen Steuergerät 450 implementiert werden, um den Betrieb einer oder mehrerer Komponenten des Turboladers 200 zu regeln. 3 ist ein funktionelles Blockschaltbild des Turbolader-Kalibrierungsmoduls 500 mit Datenfluss, das diverse Betriebsaspekte des Turboladers 200 darstellt. Das Turbolader-Kalibrierungsmodul 500 kann zur Implementierung von einem oder mehreren funktionellen Untereinheiten oder zusätzlichen Modulen in Betracht gezogen werden. 3 wird mit Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Im Allgemeinen kann das Turbolader-Kalibrierungsmodul 500 kann jede Art von Eingabe empfangen. Insbesondere das Turbolader-Kalibrierungsmodul 500 beinhaltet ein TMAP- (Temperatur-Krümmer-Absolutdruck) Signal vom Krümmerdruck- und Temperatursensor 262 und/oder ein sofortiges Drehmoment-Befehlssignal, beispielsweise wie basierend auf Signalen vom Gaspedal-Stellungssensor 280 abgeleitet.
Das Turbolader-Kalibrierungsmodul 500 wertet das TMAP-Signal und/oder den sofortigen Drehmomentbefehl mit Hinblick auf die in der Datenquelle 460 gespeicherten Betriebsprofile aus. Im Allgemeinen erlaubt das TMAP-Signal und/oder der sofortige Drehmomentbefehl dem Turbolader-Kalibrierungsmodul 500, einen vom Ladedruck angeforderten Wert und die zugeordneten Komponentenbefehle zur Erzielung des vom Ladedruck angeforderten Werts zu bestimmen. Als Reaktion hierauf, kann das Turbolader-Kalibrierungsmodul 500 einen oder mehrere Befehlssignale ausgeben. In der dargestellten Ausführungsform erzeugt das Turbolader-Kalibrierungsmodul 500 ein Ventilbefehlssignal zum Betätigen des Ventils 212, ein VGT-Betätigungssignal für das Betätigen des VGT-Stellglieds 224 der Turbine 220, und/oder ein elektrisches Kompressorsignal zum Betätigen des elektrischen Kompressors 290.
In einer Ausführungsform betreibt das Turbolader-Kalibrierungsmodul 500 die Turbine 220 in Verbindung mit dem elektrischen Kompressor 290. Insbesondere wenn das Turbolader-Kalibrierungsmodul 500 den elektrischen Kompressor 290 aktiviert, öffnet das Turbolader-Kalibrierungsmodul 500 die Lamellen der Turbine 220 vollständig. In einer Ausführungsform kann der Betrieb des elektrischen Kompressors 290 in Kombination mit dem vollständigen Öffnen der Lamellen der Turbine 220 hierin als „Kombinationsstrategie“ bezeichnet werden.
Wie oben erwähnt erlaubt das Halten der Turbine 220 in der vollständig geöffneten Position dem Abgas, den abschwächenden Enthalpie-Abfall zu vermeiden, der andernfalls auftreten würde, wenn sich das Abgas aus den Lamellen durch die Turbine 220 ausdehnt. Dadurch wird die Kühlung des Abgases durch die Turbine 220 vermindert und/oder vermieden, was wiederum ein schnelleres Erreichen und/oder Aufrechterhalten der erhöhten Abgastemperaturen erlaubt. Wie oben erwähnt wird der Betrieb des Nachbehandlungssystems 140 verbessert, wenn die Abgastemperaturen höher sind als der Nachbehandlungs-Aktivierungs-Schwellenwert. Dementsprechend kann der Betrieb gemäß Kombinationsstrategie die Emissionsleistung verbessern und dabei die Fähigkeit aufrechterhalten, ausreichenden Ladedruck auszuüben, was nachstehend noch näher erläutert wird.
Ein Beispiel der Kombinationsstrategie zum Betreiben des Turboladers 200 wird durch eine Tabelle 400 in 4 dargestellt. In 4 wird die Zeit (normiert von 0 bis 1) auf der horizontalen Achse 402 und die Turbinenlamellenposition (von „0“ als vollständig geschlossen bis „100“ als vollständig geöffnet) auf der vertikalen Achse 404 dargestellt. In diesem Beispiel wird die Turbinenlamellenposition durch das Auslösen des Betriebs bereitgestellt.
Im Szenario in 4 aktiviert das Turbolader-Kalibrierungsmodul 500 den elektrischen Kompressor 290. Somit sind die Lamellen der Turbine 220, wie durch die Linie 406 in 4 dargestellt, während des Betriebs des elektrischen Kompressors 290 vollständig geöffnet. Dies ist im Gegensatz zum üblichen Betrieb einer Turboladerturbine, was durch die Linie 408 aufgezeigt wird. Wie durch die Linie 408 dargestellt, muss die Turbine während eines typischen Turboladerturbinen-Betriebs (d. h. ohne den Vorteil des elektrischen Kompressors 290) fortwährend auf die Ladeanforderung reagieren, einschließlich Schließen der Lamellen der Turbine, um einen ausreichenden Ladedruck zu gewährleisten, d. h. die durch die Turbine angetriebene Leistung an den Kompressor zu erhöhen. Allerdings können die zum Teil geschlossenen Lamellen des VGT zu hohen Ausdehnungsraten in die Turbine und damit zur erhöhten Kühlung des Abgases führen.
Umgekehrt, behält das Abgas, wenn die Lamellen der Turbine 220 in der offenen Position bleiben, wie mit der Linie 406 angezeigt, und wenn der Kompressor 290 den angeforderten Ladedruck liefert, anstatt sich alleinig auf den ersten Kompressor 210 zu verlassen, eine höhere Temperatur durch die Turbine 220 bei. Dieses Ergebnis wird durch die Tabelle 550 in 5 dargestellt.
Die Tabelle 550 in 5 beinhaltet die Zeit (normiert von 0 bis 1) auf der horizontalen Achse 552, die normalisierte Temperatur nach dem Turbolader auf der linken vertikalen Achse 554 und die normierte thermische Stromverstärkung auf der rechten vertikalen Achse 556. Die Tabelle 550 in 5 stellt zusätzlich die Linie 560 dar, die die Temperatur als Funktion der Zeit darstellt, in der der Turbolader 200 gemäß Kombinationsstrategie betrieben wird. Mit anderen Worten repräsentiert die Linie 560 den Betrieb des elektrischen Kompressors 290 in Kombination mit den Turbinenlamellen in einer vollständig geöffneten Position (z. B. entsprechend Linie 406 in 4). Im Vergleich hierzu stellt die Linie 562 einen eher typischen Betrieb der Turbine des Turboladers ohne einen elektrischen Kompressor dar, bei dem die Turbine genügend Leistung erzeugen muss, um einen ausreichenden Ladedruck zu produzieren (z. B. entsprechend Linie 406 in 4).
Wie durch den Vergleich der Linien 560, 562 aufgezeigt, führt die Kombinationsstrategie zu einer höheren Temperatur. Der Unterschied zwischen den jeweiligen Temperaturen wird durch die Linie 564 dargestellt, die die gesamte über eine bestimmte Zeit auftretende thermische Stromverstärkung aufzeigt. Wie oben erwähnt ist die thermische Stromverstärkung ein Ergebnis der Vermeidung eines Enthalpie-Abfalls der Abgase durch die Turbine. Mit anderen Worten verursacht der herkömmliche Betrieb mit zumindest zum Teil geschlossenen Turbinenlamellen einen unerwünschten Enthalpie-Abfall, der durch eine Kombinationsstrategie gemäß exemplarischen Ausführungsformen vermieden werden kann.
Wie in 5 dargestellt, kann der Ladedruck vor Beginn der Kombinationsstrategie und am Ende der Kombinationsstrategie im Allgemeinen dem größten Zielladedruck einer Kalibrierung ohne die Verwendung des elektrischen Kompressors 290 entsprechen. In der Zwischenzeit können die Bedingungen aufgrund eines schnelleren Ladedruckanstiegs anders sein. Allerdings führt die Kombinationsstrategie wie in 5 gezeigt, zu höheren Abgastemperaturen. Die erhöhten Temperaturen bei Abgasanlagen kann ein Ergebnis einer Kombination der oben beschriebenen Turbinenhandhabung (d. h. die offenen Position) und einer höherer sofortigen Kraftstoffeinspritzung sein, die aufgrund des höheren zur Verfügung stehenden Ladedrucks sein, wenn der Kompressor 290 aktiv ist.
6 ist eine schematische Ansicht eines Automobilsystems 1000 gemäß einer alternativen exemplarischen Ausführungsform. Sofern nicht anders angegeben, entspricht das Automobilsystem 1000 dem Automobilsystem 100, das mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben wird. Als solches haben eine Reihe von Elementen in 6 gleiche Referenznummern, die ähnlichen Elementen in 1 entsprechen und nicht erneut beschrieben werden. Im Allgemeinen ähneln die Elemente des Automobilsystems 1000 in 6 dem Automobilsystem 100 in 1, mit Ausnahme der Turbolader-Anordnungen, wie nachfolgend näher beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 6 beinhaltet das Automobilsystem 1000 einen Verbrennungsmotor 102 und ein Nachbehandlungssystem 240, das gemäß Signalen von einem elektronischen Steuergerät 450 betrieben wird. Das Automobilsystem 1000 beinhaltet des Weiteren einen Turbolader 1002, der nach Signalen des Turbolader-Kalibrierungsmoduls 500 betrieben wird, das im elektronischen Steuergerät 450 integriert ist.
In dieser Ausführungsform beinhaltet der Turbolader 1002 einen ersten Kompressor 1010 und eine Turbine 1020, die im Allgemeinen dem ersten Kompressor 210 und der Turbine 220 in 1 entsprechen. Wie bereits erwähnt ist die Turbine 1020 eine VGT mit Lamellen, die selektiv von einem VGT-Stellglied 1024 eingestellt werden können. Der Turbolader 1002 beinhaltet des Weiteren einen elektrischen Kompressor 1090 mit einem Einlass, der Luft vom Ansaugkanal 1040 aufnimmt. Der Auslass des elektrischen Kompressors 1090 ist fließend mit einer Ansaugleitung 1042 des ersten Kompressors 1010 gekoppelt.
Ein Ventil 1044 ist am Ansaugkanal 1040 angeordnet. Das Ventil 1044 hat zwei oder mehr Positionen, die gemäß Signalen vom elektronischen Steuergerät 450 und/oder vom Kalibrierungs-Modul 500 gesteuert wird.
Wenn sich das Ventil 1044 in einer ersten Position befindet, wird Ansaugluft durch den elektrischen Kompressor 1090, durch den Ansaugkanal 1042, durch den ersten Kompressor 1010 und in die Krümmeransaugleitung 1046 geleitet. Dadurch befinden sich die Kompressoren 1090, 1010 in dieser Position in einer reihenförmigen Anordnung zur zweimaligen Verdichtung des Einlasses. Wenn sich das Ventil 1044 in einer zweiten Position befindet, fließt die Ansaugluft am elektrischen Kompressor 1090 vorbei durch eine Bypassleitung 1048 in den Ansaugkanal 1042, durch den ersten Kompressor 1010 und in die Krümmeransaugleitung 1046. Dadurch wird die Luft in dieser Position nur vom ersten Kompressor 1010 verdichtet. Auf diese Weise kann die Anordnung in 6 als „elektrischer Kompressor - erste serielle Anordnung“ betrachtet werden.
Obwohl nicht dargestellt kann der oben beschriebene Betrieb der Systeme 100, 1000 als ein Verfahren implementiert werden, z. B. durch ein elektronisches Steuergerät. Bei einem solchen Verfahren kann das elektronische Steuergerät den Turbolader basierend auf einer Reihe von Parametern betreiben, wie z. B. Drehzahl, Kühlmitteltemperatur, Turbinenposition, Krümmerdruck und Temperatur, Gaspedalposition und Ladedruck. Wenn das elektronische Steuergerät feststellt, dass die Abgastemperatur erhöht werden soll (z. B. da die Temperaturen unterhalb einer Nachbehandlungs-Aktivierungstemperatur liegen), löst das elektronische Steuergerät den Betrieb des elektrischen Kompressors aus, betätigt ein oder zwei Ventile, um die Ansaugluft zum elektrischen Kompressor zu leiten und öffnet das VGT. Das elektronische Steuergerät überwacht Temperaturen und andere Betriebsparameter, bis die Zustände so sind, dass der elektrische Kompressor ausgeschaltet werden kann und das VGT mit dem variablen Betrieb fortfahren oder diesen auslösen kann.
In einigen Ausführungsformen kann das Verhalten der VGT-Lamellen des Turboladers 200 durch einen Wastegate-Anschluss eines Turboladers repliziert werden. Mit anderen Worten können die Wastegate-Anschlüsse zur Erhöhung der Abgastemperaturen geöffnet werden und der elektrische Kompressor kann so betrieben werden, dass der erforderliche Ladedruck bereitgestellt wird, und wenn die Abgastemperaturen ausreichen, können die Wastegate-Anschlüsse geschlossen werden.
Dementsprechend können exemplarische Ausführungsformen den Betrieb eines Automobilsystems mit einem Turbolader und einem Nachbehandlungssystem bereitstellen. Insbesondere stellen exemplarische Ausführungsformen eine Kalibrierungsstrategie bereit, bei der ein elektrischer Kompressor die erforderliche Ladung für den Motor liefert, während die variable Geometrieturbine sich in einer vollständig geöffneten Lamellenposition befindet. Diese Kalibrierungsstrategie ändert die typische Ausdehnungsgeschwindigkeit durch die Turbinenlamellen und stellt zusätzlichen verfügbaren Ladedruck bereit. In der Tat, wenn die Verdichtungsfunktion vom elektrischen Kompressor bereitgestellt wird, kann die Turbine weniger kinetische Energie abgeben, indem sie sich langsamer dreht. Dadurch kann die niedrigere Strömungsausdehnungs-Geschwindigkeit durch die Turbine zu höherer thermischer Energie zum Nachbehandlungssystem führen, wodurch die Zündphase kürzer wird und das Nachbehandlungssystem entsprechend effizienter, ohne die Verbrennungsparameter zu verändern, insbesondere während Ladeschrittmanövern für mittlere bis hohe Ladungen.
Der hier verwendete Begriff „Modul“ bezieht sich auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppenprozessor) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, die die beschriebene Funktionalität bieten.
Es werden exemplarische Ausführungsformen bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich ist und den Fachleuten deren Umfang vermittelt. Details können dargelegt werden, wie etwa Beispiele für spezifische Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein tiefgreifendes Verständnis für die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln. Fachleute werden erkennen, dass spezifische Details möglicherweise nicht erforderlich sind, dass exemplarische Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden können und dass keine der Ausführungsformen dahingehend ausgelegt werden soll, dass sie den Umfang der Offenbarung einschränkt. In einigen exemplarischen Ausführungsformen ist es möglich, dass wohlbekannte Verfahren, wohlbekannte Vorrichtungsstrukturen und wohlbekannte Technologien nicht detailliert beschrieben werden.
Die hier verwendete Terminologie dient ausschließlich der Beschreibung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen und soll in keiner Weise einschränkend sein. Die hier verwendeten Singularformen, z. B. „ein“, „der/die/das“, schließen ggf. auch die Pluralformen ein, sofern der Kontext dies nicht klar ausschließt. Die Begriffe „umfasst“, „beinhaltend“, „einschließlich“ und „hat“ sind nicht ausschließlich und geben daher das Vorhandensein der angegebenen Funktionen, ganzheitlichen Einheiten, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Bauteile an, schließen aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von weiteren Funktionen, ganzheitlichen Einheiten, Schritten, Vorgängen, Elementen, Bauteilen und/oder Gruppen hiervon aus. Die hier beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Vorgänge sind nicht so auszulegen, dass die beschriebene oder dargestellte Reihenfolge unbedingt erforderlich ist, sofern diese nicht spezifisch als Reihenfolge der Ausführung angegeben ist. Es sei außerdem darauf hingewiesen, dass zusätzliche oder alternative Schritte angewendet werden können.
Während mindestens eine exemplarische Ausführungsform in der vorstehenden ausführlichen Beschreibung dargestellt wurde, versteht es sich, dass es eine große Anzahl an Varianten gibt. Es versteht sich weiterhin, dass die exemplarische Ausführungsform oder die exemplarischen Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration dieser Offenbarung in keiner Weise einschränken sollen. Die vorstehende ausführliche Beschreibung stellt Fachleuten auf dem Gebiet vielmehr einen zweckmäßigen Plan zur Implementierung der exemplarischen Ausführungsform bzw. der exemplarischen Ausführungsformen zur Verfügung. Es versteht sich, dass verschiedene Veränderungen an der Funktion und der Anordnung von Elementen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren rechtlichen Entsprechungen aufgeführt ist, abzuweichen.

Claims

Turboladersystem für einen Motor eines Fahrzeugs, umfassend: eine variable Geometrieturbine, die dafür konfiguriert ist, Abgas vom Motor aufzunehmen, wobei die variable Geometrieturbine verstellbare Lamellen und ein Lamellenstellglied beinhaltet, um die verstellbaren Lamellen zwischen mindestens einer offenen und einer geschlossenen Position einzustellen; einen Ansaugkanal, der dafür konfiguriert ist, Luft aufzunehmen; einen ersten Kompressor, der rotierend mit der variablen Geometrieturbine und fließend mit dem Ansaugkanal gekoppelt ist, um zumindest den ersten Teil der Ansaugluft zu verdichten; einen elektrischen Kompressor, der fließend mit dem Ansaugkanal gekoppelt ist, um selektiv zumindest einen zweiten Teil der Ansaugluft zu verdichten; und eine Krümmerleitung, die fließend mit dem ersten Kompressor und dem elektrischen Kompressor gekoppelt ist und dafür konfiguriert ist, die ersten und zweiten Teile der Ansaugluft aufzunehmen und an einen Krümmer des Motors weiterzuleiten.
Turboladersystem gemäß Anspruch 1, des Weiteren umfassend eine elektronische Steuerung, die dafür konfiguriert ist, den Betrieb von zumindest dem Lamellenstellglied und dem elektrischen Kompressors zu steuern.
Turboladersystem gemäß Anspruch 2, worin die elektronische Steuerung ein Turbolader-Kalibrierungsmodul beinhaltet, das bei der Aktivierung des elektrischen Kompressors ein Befehlssignal, damit das Lamellenstellglied die verstellbaren Lamellen in eine offene Stellung bringt.
Turboladersystem nach Anspruch 3, worin das Turbolader-Kalibrierungsmodul das Befehlssignal für das Lamellenstellglied basierend auf Sensorsignalen erzeugt, die den Druck und die Temperatur im Motorkrümmer repräsentieren.
Turboladersystem nach Anspruch 4, worin das Turbolader-Kalibrierungsmodul das Befehlssignal für das Lamellenstellglied basierend auf einem sofortigen Drehmoment-Befehlssignals erzeugt.
Turboladersystem nach Anspruch 3, worin der Motor ein Nachbehandlungssystem mit einem Nachbehandlungs-Aktivierungs-Schwellenwert beinhaltet, und worin das Turbolader-Kalibrierungsmodul ein Befehlssignal für das Lamellenstellglied erzeugt, wenn Abgas vom Motor eine Temperatur aufweist, die niedriger ist als der Nachbehandlungs-Aktivierungs-Schwellenwert.
Turboladersystem nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend ein Bypassventil, das fließend so gekoppelt ist, dass es selektiv mindestens einen des ersten Teils der Ansaugluft an den ersten Kompressor leitet und den zweiten Teil der Ansaugluft an den elektrischen Kompressor.
Turboladersystem nach Anspruch 1, worin der erste Kompressor stromaufwärts vom elektrischen Kompressor angeordnet ist, sodass der zweite Teil der Ansaugluft den ersten Teil der Ansaugluft umfasst.
Turboladersystem nach Anspruch 1, worin der elektrische Kompressor stromaufwärts vom ersten Kompressor angeordnet ist, sodass der erste Teil der Ansaugluft vom zweiten Teil der Ansaugluft geformt wird.
Automobilsystem, umfassend: einen Verbrennungsmotor, der dafür konfiguriert ist, Ansaugluft zu verbrennen und Abgas zu erzeugen; Turbolader, der so gekoppelt ist, dass er Ansaugluft von einem Ansaugkanal aufnimmt und diese Ansaugluft an den Verbrennungsmotor weiterleitet, der Turbolader umfassend: variable Geometrieturbine, die fließend so gekoppelt ist, dass sie Abgas vom Motor aufnimmt, wobei die variable Geometrieturbine verstellbare Lamellen und ein Lamellenstellglied beinhaltet, um die verstellbaren Lamellen zwischen mindestens einer offenen und einer geschlossenen Position einzustellen; einen ersten Kompressor, der rotierend mit der variablen Geometrieturbine und fließend mit dem Ansaugkanal gekoppelt ist, um zumindest den ersten Teil der Ansaugluft zu verdichten; einen elektrischen Kompressor, der fließend mit dem Ansaugkanal gekoppelt ist, um selektiv zumindest einen zweiten Teil der Ansaugluft zu verdichten; und eine Krümmerleitung, die fließend mit dem ersten Kompressor und dem elektrischen Kompressor gekoppelt ist und dafür konfiguriert ist, die ersten und zweiten Teile der Ansaugluft aufzunehmen und an den Motor weiterzuleiten; eine elektronische Steuerung, die dafür konfiguriert ist, den Betrieb mindestens eines Stellglieds oder zumindest des Lamellenstellglied und des elektrischen Kompressors zu steuern; und ein Nachbehandlungssystem, das stromabwärts vom Turbolader mit diesem fließend gekoppelt angeordnet ist, um das Abgas zu behandeln.