DE102018124426A1

DE102018124426A1 - Kühlsystem für verdichter und verfahren zum betrieb desselben

Info

Publication number: DE102018124426A1
Application number: DE102018124426.6A
Authority: DE
Inventors: Leon Hu; Jianwen James Yi
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-10-05
Filing date: 2018-10-02
Publication date: 2019-04-11
Also published as: US20190107113A1; CN109630470A; US10590944B2

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum Kühlen eines Verdichters in einem Verbrennungsmotor bereitgestellt. In einem Beispiel ist ein Verdichter mit einem Flüssigkühlmittelkanal, der durch einen Abschnitt eines Gehäuses des Verdichters verläuft, neben einem Umgehungskanal bereitgestellt. Der Umgehungskanal ermöglicht, dass ein Luftstrom um einen Teil eines Verdichterpumpenrads geleitet wird.

Description

Gebiet
Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zum Kühlen eines Verdichters in einen Verbrennungsmotor.
Allgemeiner Stand der Technik/Kurzdarstellung
Aufladevorrichtungen wie etwa Turbolader und Kompressoren nutzen Verdichter, um während des Betriebs größere Mengen von Luft für die Brennkammer bereitzustellen. Dementsprechend kann die Leistung des Verbrennungsmotors erhöht sein, während Emissionen reduziert werden. Während bestimmter Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen kann der Verdichter des Turboladers jedoch ein unerwünschtes Phänomen erfahren, wie etwa Pumpen und Drosseln. Verdichterpumpen tritt auf, wenn der Druckgradient über dem Pumpenrad einen Schwellenwert übersteigt, wie etwa bei Bedingungen mit geringer Drehzahl und hoher Drosselung. Umgekehrt tritt Verdichterdrosselung auf, wenn das Pumpenrad eine maximale Durchflussrate erreicht oder sich dieser annähert, wie etwa bei Bedingungen mit hoher Drehzahl.
Es wurden Versuche unternommen, Verdichterpumpen durch die Verwendung einer angeschlossenen Abdeckung in dem Verdichter zu verringern. Ein beispielhafter Ansatz ist durch Chen in U.S. 7,475,539 gezeigt. Darin ist ein abdeckender Anschluss, der einen Abschnitt des Verdichterpumpenrads umgeht, bereitgestellt, um während Pumpbedingungen Luft um das Pumpenrad zu rezirkulieren und während Drosselbedingungen den Luftstrom zum Pumpenrad zu erhöhen. Somit erhöht der abdeckende Anschluss von Chen im Wesentlichen den Durchflussbereich und die Effizienz des Verdichters.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch mögliche Probleme bei derartigen Systemen erkannt. Als ein Beispiel weist der Luftstrom durch die angeschlossene Abdeckung von Chen während Pumpbedingungen aufgrund des erhöhten Drucks der rezirkulierten Luft eine hohe Temperatur auf. Dementsprechend nimmt die Effizienz des Verdichters während Pumpbedingungen ab, wodurch die Effizienz des Verbrennungsmotors abnimmt. Darüber hinaus können erhöhte Temperaturen in dem Verdichter die Wahrscheinlichkeit von thermischer Verschlechterung von Verdichterkomponenten erhöhen.
Es wurden andere Versuche unternommen, Verdichter mit variabler Geometrie zu verwenden, um den Durchflussbereich und die Effizient des Verdichters zu verbessern. Verdichter mit variabler Geometrie sind aber kostenintensiv und können aufgrund der Komplexität der Komponenten mit einstellbarer Geometrie für Fehlfunktionen anfällig sein.
Es wurden auch Versuche unternommen, Leitschaufeln mit variablem Einlass bereitzustellen, um die Effizienz von Verdichtern im unteren Drehzahlbereich zu verbessern. Verdichter, die Leitschaufeln mit variablem Einlass einsetzen, leiden jedoch an Beschränkungen der Durchflusskapazität während des Verdichterbetriebs im oberen Drehzahlbereich.
In einem Beispiel können die vorstehend beschriebenen Probleme durch einen Verdichter angegangen werden, beinhaltend ein Pumpenrad, das Luft von einem Ansaugkanal empfängt, ein Gehäuse, das das Pumpenrad umgibt, einen Umgehungskanal, beinhaltend einen ersten Kanalanschluss, der stromabwärts von einer Vorderkante des Pumpenrads positioniert ist, und einen zweiten Kanalanschluss, der stromaufwärts von der Vorderkante positioniert ist, und einen Flüssigkühlmittelkanal, der durch einen Abschnitt des Gehäuses, das zumindest teilweise den Umgehungskanal umgibt, verläuft. Auf diese Weise kann Ansaugluft, die durch den Umgehungskanal strömt, abgekühlt werden, um den Druck der Ansaugluft, die durch den Verdichter strömt, zu erhöhen, wodurch die Effizienz des Verdichters erhöht wird.
Als ein Beispiel kann der Flüssigkühlmittelkanal einen Abschnitt des Umgehungskanals in Umfangsrichtung umgeben. Auf diese Weise kann der Luftstrom durch den Verdichter in einem größeren Maße abgekühlt werden, was zusätzliche Kühlvorteile ermöglicht, die von dem Kühlsystem erreicht werden können.
Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl an Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung näher beschrieben sind. Es ist nicht beabsichtigt, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Umfang einzig in den Patentansprüchen im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil der vorliegenden Offenbarung angeführte Nachteile überwinden.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Abbildung eines Verbrennungsmotors, eines Turboladers und eines Kühlsystems.
2 zeigt eine Veranschaulichung eines beispielhaften Verdichters und Kühlsystems während einer Pumpbedingung des Verdichters.
3 zeigt eine Veranschaulichung des Verdichters, der in 2 gezeigt ist, während einer Drosselbedingung des Verdichters.
4 zeigt eine Vorderansicht eines beispielhaften Verdichters.
5 zeigt ein Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystems.

Detaillierte Beschreibung
Die folgende Beschreibung betrifft ein Kühlsystem für einen Verdichter. Das Kühlsystem beinhaltet einen Flüssigkühlmittelkanal, der ein Verdichtergehäuse neben einem Umgehungskanal durchläuft. Der Umgehungskanal agiert als eine angeschlossene Abdeckung, um den Bereich des Verdichters zu erweitern, indem zum Beispiel ein Ansaugluftstrom stromaufwärts um das Pumpenrad des Verdichters während Pumpereignissen ermöglicht wird. Der Kühlmittelkanal sorgt somit dafür, die Luft zu kühlen, die durch den Umgehungskanal strömt, um die Verdichtereffizienz zu erhöhen, sowie um die Wahrscheinlichkeit von thermischer Verschlechterung von Verdichterkomponenten zu reduzieren. Folglich werden die Verbrennungsmotoreffizienz erhöht und Emissionen entsprechend reduziert. Darüber hinaus wird auch die Langlebigkeit des Verdichters erhöht, wenn ein Flüssigkühlmittelkanal in dem Verdichter bereitgestellt ist. In einem Beispiel kann der Flüssigkühlmittelkanal den Umgehungskanal im Umfangsrichtung umgeben, um zu ermöglichen, dass eine größere Menge von Wärme aus dem Luftstrom durch den Umgehungskanal extrahiert werden kann, um Verdichterkühlung und somit Verdichtereffizienz weiter zu erhöhen.
1 zeigt einen Verbrennungsmotor mit einem Kühlsystem, das Kühlmittel sowohl an einen Zylinderblock als auch an einen Turboladerverdichter bereitstellen kann. Auf diese Weise kann das Kühlsystem ausgenutzt werden, um Kühlung für mehrere Systeme bereitzustellen, was die Verbrennungsmotoreffizienz erhöht. Die 2-3 zeigen einen beispielhaften Verdichter während unterschiedlicher Betriebsbedingungen, wobei Kühlkanäle neben einem Umgehungskanal (z. B. angeschlossene Abdeckung) geführt sind, um Kühlung von Luft, die durch den Umgehungskanal strömt, zu ermöglichen. 4 zeigt eine Vorderansicht eines beispielhaften Verdichters mit einer Vielzahl von Umgehungskanalanschlüssen. 5 zeigt ein Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystems, um Kühlung für Luft, die durch den Umgehungskanal strömt, bereitzustellen. Kühlen der Luft, die durch die Umgehung strömt, erhöht die Verdichtereffizienz.
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Verbrennungsmotor 10 mit einem Kühlsystem 12 in einem Fahrzeug 14 schematisch veranschaulicht. Das Kühlsystem 12 stellt Kühlung von Zielregionen in einem Verdichter bereit, um Verdichtereffizienz zu erhöhen. Zwar stellt 1 eine schematische Abbildung verschiedener Verbrennungsmotor- und Kühlsystemkomponenten bereit, doch versteht es sich, dass zumindest manche der Komponenten eine andere räumliche Position und eine größere strukturelle Komplexität als die in 1 gezeigten Komponenten aufweisen können. Die strukturellen Einzelheiten der Komponenten werden hier in Bezug auf die 2-4 detaillierter erörtert.
Ein Einlasssystem 16, das einer Brennkammer 18 Ansaugluft bereitstellt, ist in 1 ebenfalls abgebildet. Die Brennkammer 18 ist durch einen an einen Zylinderkopf 22 gekoppelten Zylinderblock 20 ausgebildet. Allerdings stellt 1 den Verbrennungsmotor 10 mit einem Zylinder dar. In anderen Beispielen kann der Verbrennungsmotor 10 eine andere Anzahl an Zylindern aufweisen. Zum Beispiel kann der Verbrennungsmotor 10 in anderen Beispielen zwei Zylinder, drei Zylinder, sechs Zylinder usw. beinhalten. Ein Kolben 24 ist in der Brennkammer 18 angeordnet. Zusätzlich ist der Kolben 24 mit einer Kurbelwelle 26 verbunden, dargestellt durch Pfeil 28. Der Pfeil 28 kann eine Kolbenstange und/oder andere geeignete Komponenten, die den Kolben 24 an der Kurbelwelle 26 befestigen, bezeichnen.
Das Ansaugsystem 16 beinhaltet eine Ansaugleitung 30, die Luft an einen Verdichter 32 bereitstellt. Der Verdichter 32 ist somit in dem Ansaugsystem 16 enthalten. In dem veranschaulichten Beispiel ist der Verdichter 32 in einem Turbolader 34 enthalten. Jedoch kann der Verdichter 32 in anderen Beispielen durch einen Drehausgang von der Kurbelwelle, einem Elektromotor usw. angetrieben sein. Zum Beispiel kann der Verdichter in anderen Beispielen in einem Kompressor enthalten sein. Der Verdichter 32 ist in dem veranschaulichten Beispiel stromaufwärts von einer Drossel 34 positioniert. Es werden jedoch auch andere Standorte des Verdichters 32 in Betracht gezogen. Eine Ansaugleitung 36 stellt Fluidkommunikation zwischen dem Verdichter 32 und einer Drossel 34 bereit. Die Drossel 34 ist dazu konfiguriert, die Menge an Luftstrom zu regulieren, die der Brennkammer 18 bereitgestellt wird. In dem dargestellten Beispiel führt eine Ansaugleitung 38 einem Einlassventil 40 von der Drossel 34 Luft zu. In anderen Beispielen, wie etwa im Falle eines mehrzylindrigen Verbrennungsmotors, kann das Ansaugsystem jedoch ferner einen Ansaugkrümmer beinhalten.
Das Einlassventil 40 kann durch einen Einlassventilaktor 42 betätigt werden. Auf ähnliche Weise kann ein Auslassventil 44 durch einen Auslassventilaktor 46 betätigt werden. In einem Beispiel können sowohl der Einlassventilaktor 42 als auch der Auslassventilaktor 46 Nocken gebrauchen, die jeweils an eine Einlass- bzw. Auslassnockenwelle gekoppelt sind, um die Ventile zu öffnen/schließen. Um mit dem Beispiel des durch einen Nocken angetriebenen Ventilaktors fortzufahren, können die Einlass- und Auslassnockenwellen drehbar an eine Kurbelwelle gekoppelt sein. In solch einem Beispiel können die Ventilaktoren eines oder mehrere der Systeme zur Nockenprofilverstellung (CPS), variablen Nockenzeitsteuerung (VCT), variablen Ventilsteuerung (VVT) und/oder zum variablen Ventilhub (VVL) zum Variieren des Ventilbetriebs nutzen. Somit können Nockenansteuerungsvorrichtungen verwendet werden, um die Ventilansteuerzeit zu variieren, so gewünscht. Daher versteht es sich, dass eine Ventilüberschneidung auftreten kann. In einem anderen Beispiel können die Einlass- und/oder Auslassventilaktoren 42 und 46 durch eine elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Zum Beispiel können die Ventilaktoren 42 und 46 elektronische Ventilaktoren sein, die über eine elektronische Betätigung gesteuert werden. In einem weiteren Beispiel kann die Brennkammer 18 alternativ ein Auslassventil, das über eine elektrische Ventilbetätigung gesteuert wird, und ein Einlassventil, das mittels Nockenbetätigung gesteuert wird, einschließlich CPS- und/oder VCT-Systeme, beinhalten. In weiteren Ausführungsformen können das Einlass- und Auslassventil durch einen gemeinsamen Ventilaktor oder ein gemeinsames Betätigungssystem gesteuert werden.
Ein Kraftstoffzufuhrsystem 48 ist in 1 ebenfalls gezeigt. Das Kraftstoffzufuhrsystem 48 stellt unter Druck gesetzten Kraftstoff einer Direktkraftstoffeinspritzvorrichtung 50 über eine Kraftstoffpumpe 52 bereit. Zusätzlich oder alternativ kann das Kraftstoffzufuhrsystem 48 auch unter Druck gesetzten Kraftstoff an eine Anschlusskraftstoffeinspritzvorrichtung stromaufwärts von dem Einlassventil bereitstellen. Das Kraftstoffzufuhrsystem 48 kann herkömmliche Komponenten wie etwas Kraftstofftanks, Kraftstoffpumpen, Rückschlagventile, Rückförderleitungen usw. beinhalten, um es zu ermöglichen, dass Kraftstoff den Einspritzvorrichtungen mit gewünschten Drücken bereitgestellt wird.
Ein Abgassystem 54, das zum Handhaben von Abgas aus der Brennkammer 18 konfiguriert ist, ist ebenfalls in dem in 1 abgebildeten Fahrzeug 14 beinhaltet. Das Abgassystem 54 beinhaltet das Auslassventil 44, das an die Brennkammer 18 gekoppelt ist, und eine Auslassleitung 56 (z. B. Abgaskrümmer). Das Abgassystem 54 beinhaltet außerdem eine Turbine 58, die in dem Turbolader 34 enthalten ist, die Abgas von der Abgasleitung 56 empfängt. Die Turbine 58 ist mit dem Verdichter 32 über eine Welle 60 oder andere geeignete mechanische Komponenten, die zum Übertragen von Drehenergie von der Turbine an den Verdichter gestaltet sind, gekoppelt. Wie vorstehend erörtert, kann jedoch der Verdichter durch einen Drehausgang von der Kurbelwelle, einem Elektromotor usw. angetrieben sein.
Das Abgassystem 54 beinhaltet außerdem eine Emissionssteuervorrichtung 62, die Abgas von einer Abgasleitung 64, die an die Turbine 58 gekoppelt ist, empfängt. Die Emissionssteuervorrichtung 62 kann Filter, Katalysatoren, Absorber usw. zum Reduzieren von Auspuffemissionen beinhalten. Eine Abgasleitung 66 leitet Abgas stromabwärts von der Emissionssteuervorrichtung 62.
Das Fahrzeug 14 beinhaltet auch das Kühlsystem 12. Das Kühlsystem 12 ist dazu entwickelt, in dem veranschaulichten Beispiel Wärme von dem Verbrennungsmotor 10 und dem Verdichter 32 wegzuleiten. In anderen Beispielen können separate Kühlsysteme Kühlmittel an den Verbrennungsmotor und den Verdichter bereitstellen oder das Kühlsystem kann Kühlmittel nur an den Verdichter bereitstellen. Somit kann das Kühlsystem 12 als ein Verdichterkühlsystem bezeichnet werden.
Das Kühlsystem 12 beinhaltet eine Pumpe 68, die dazu konfiguriert ist, Kühlmittel durch Kanäle in dem Kühlsystem 12 zu zirkulieren. Das Kühlsystem 12 beinhaltet auch einen Wärmetauscher 70 (z. B. Kühler), der dazu gestaltet ist, Wärme aus dem Kühlmittel, das im Strom durch das Kühlsystem zirkuliert, zu entfernen. Zum Beispiel kann der Wärmetauscher 70 Leitungen beinhalten, die Luftstrom ausgesetzt sind und/oder mit Kühlfinnen oder anderen Strukturen, die dazu konfiguriert sind, Übertragung von Wärme von dem Kühlmittel an die umgebende Luft zu ermöglichen, gekoppelt sind. Das Kühlsystem 12 beinhaltet einen Kühlmittelkanal 72, der den Zylinderblock 20 durchläuft. Es versteht sich, dass der Zylinderblock und/oder der Zylinderkopf Wassermäntel beinhalten kann, beinhaltend eine Vielzahl von miteinander verbundenen Kanälen, die dazu konfiguriert sind, Wärme aus gewünschten Regionen des Verbrennungsmotors, wie etwa Verbrennungsmotorregionen um die Brennkammer 18, zu entfernen.
Das Kühlsystem 12 beinhaltet auch einen Flüssigkühlmittelkanal 74, der einen Teil eines Gehäuses des Verdichters 32 durchläuft. Der Flüssigkühlmittelkanal 74 beinhaltet einen Einlass 76, der Kühlmittel von einer Kühlmittelleitung 78 empfängt, und einen Auslass 80, der Kühlmittel in eine Kühlmittelleitung 82 ausgibt. Es versteht sich, dass der Flüssigkühlmittelkanal 74 in 1 schematisch dargestellt ist und der Flüssigkühlmittelkanal eine höhere strukturelle Komplexität aufweist, die hierin ausführlicher beschrieben ist, wie etwa unter Bezug auf die 2-3.
Ein Ventil 84 kann mit der Kühlmittelleitung 78 gekoppelt sein, um zu ermöglichen, dass die Durchflussrate des Kühlmittels durch den Flüssigkühlmittelkanal eingestellt werden kann. Das Ventil 84 kann gemäß der Durchflussrichtung innerhalb des Umgehungskanals oder der Druckdifferenz zwischen den Anschlüssen 216 und 220, gezeigt in den 2-3 und hierin ausführlicher beschrieben, gesteuert werden. Wenn ein Rückstrom innerhalb des Umgehungskanals vorhanden ist oder der Druck an Anschluss 216 (z. B. Schlitz) höher als der Druck an Anschluss 220 ist. Das Ventil 84 kann geöffnet werden, um Kühlmittelstrom durch den Kühlmittelkanal zu erlauben, um den Durchfluss mit hohem Druck und hoher Temperatur abzukühlen. Wenn der Durchfluss innerhalb des Umgehungskanals vom Pumpenrad stromaufwärts nach stromabwärts erfolgt oder der Druck am Anschluss 216 niedriger als der Druck am Anschluss 220 ist, weist der Luftstrom eine niedrige Temperatur auf und das Ventil 84 kann geschlossen werden. Ein anderes Verfahren, um das Ventil 84 zu steuern, besteht darin, die Lookup-Tabelle von Verdichterleistung zu verwenden. Auf Grundlage des Verdichterluftstrom- und Ladedrucksensors an dem Verbrennungsmotor können die Betriebsdrehzahl des Verdichters, sowie des Massenstrom der Spitzeneffizienz bei der Betriebsdrehzahl unter Verwendung der Verdichterleistungstabelle berechnet werden. Dann kann der Verdichterluftstrom mit dem berechneten Massenstrom der Spitzeneffizienz verglichen werden. Wenn zum Beispiel der Verdichter mit geringerem Massenstrom im Vergleich zu dem Massenstrom des Spitzeneffizienzpunkts arbeitet, dann kann das Ventil 84 geöffnet werden. Wenn zum Beispiel der Verdichter mit höherem Massenstrom im Vergleich zu dem Massenstrom des Spitzeneffizienzpunkts arbeitet, dann kann das Ventil 84 geschlossen werden.
Unter weiterer Bezugnahme auf 1 verbinden sich die Kühlmittelleitung 78 und ein Kühlmittelkanal 86 an einem Verbindungspunkt 87 stromabwärts von der Kühlmittelpumpe 68. Gleichermaßen verbinden sich die Kühlmittelleitung 82 und ein Kühlmittelkanal 88 an einem anderen Verbindungspunkt 89 stromaufwärts von der Kühlmittelpumpe 68 und dem Wärmetauscher 70.
Der Verbrennungsmotor 10 kann auch ein Zündsystem 90 beinhalten, das Energie an die Zündvorrichtung 92 (z. B. Zündkerze), das mit der Brennkammer 18 gekoppelt ist, bereitstellt. Zusätzlich oder alternativ kann der Verbrennungsmotor jedoch dazu konfiguriert sein, Kompressionszündung durchzuführen.
Das Fahrzeug 14 kann in einem Beispiel auch ein Abgasrückführungs (EGR)-System beinhalten, wobei eine EGR-Leitung Abgas von dem Abgassystem 54 zu dem Ansaugsystem 16 leitet.
Während des Verbrennungsmotorbetriebs durchläuft die Brennkammer typischerweise einen Viertaktzyklus, zu dem ein Ansaugtakt, ein Verdichtungstakt, ein Arbeitstakt und ein Ausstoßtakt gehören. Während des Ansaugtaktes schließen sich im Allgemeinen die Auslassventile und die Einlassventile öffnen sich. Luft wird über die entsprechende Einlassleitung in die Brennkammer eingeleitet, und der Kolben bewegt sich zum Boden der Brennkammer, sodass sich das Volumen im Inneren der Brennkammer vergrößert. Die Position, an der sich der Kolben nahe dem Boden der Brennkammer und am Ende seines Taktes befindet (z. B., wenn die Brennkammer ihr größtes Volumen aufweist), wird vom Fachmann in der Regel als unterer Totpunkt (UT) bezeichnet. Während des Verdichtungstaktes sind die Einlas- und Auslassventile geschlossen. Der Kolben bewegt sich in Richtung des Zylinderkopfes, um die Luft im Inneren der Brennkammer zu verdichten. Der Punkt, an dem sich der Kolben am Ende seines Taktes und dem Zylinderkopf am nächsten befindet (z. B., wenn die Brennkammer ihr geringstes Volumen aufweist), wird vom Fachmann in der Regel als oberer Totpunkt (OT) bezeichnet. In einem in der vorliegenden Schrift als Einspritzung bezeichneten Prozess wird Kraftstoff in die Brennkammer eingeführt. In einem hier als Zündung bezeichneten Prozess wird der in die Brennkammer eingespritzte Kraftstoff durch einen Funken, bereitgestellt durch das Zündsystem und/oder Verdichtung, gezündet, was zur Verbrennung führt. Während des Arbeitstaktes drücken die sich ausdehnenden Gase den Kolben zurück zum UT. Eine Kurbelwelle wandelt diese Kolbenbewegung in ein Drehmoment der rotierenden Welle um. Während des Ausstoßtakts werden die Auslassventile in einer herkömmlichen Ausgestaltung geöffnet, um das restliche verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch in die entsprechenden Auslassdurchlässe freizugeben, und der Kolben kehrt zum OT zurück.
1 zeigt außerdem eine Steuerung 100 in dem Fahrzeug 14. Insbesondere ist die Steuerung 100 in 1 als ein herkömmlicher Mikrocomputer gezeigt, der Folgendes beinhaltet: eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangskanäle 104, einen Nur-LeseSpeicher 106, einen Direktzugriffsspeicher 108, einen Keep-Alive-Speicher 110 und einen herkömmlichen Datenbus. Die Steuerung 100 ist konfiguriert, um verschiedene Signale von Sensoren zu empfangen, die an den Verbrennungsmotor 10 gekoppelt sind. Zu den Sensoren können ein Verbrennungsmotorkühlmitteltemperatursensor 120, Abgassensoren 122, ein Ansaugluftstromsensor 124, ein Verbrennungsmotordrehzahlsensor 126 usw. gehören. Zudem ist die Steuerung 100 auch dazu konfiguriert, die Drosselposition (TP) von einem Drosselpositionssensor 112 zu empfangen, der an ein Pedal 114 gekoppelt ist, das durch einen Fahrzeugführer 116 betätigt wird.
Zudem kann die Steuerung 100 dazu ausgelegt sein, einen oder mehrere Aktoren anzusteuern und/oder Befehle an Komponenten zu senden. Zum Beispiel kann die Steuerung 100 die Anpassung des Ventils 84, der Kühlmittelpumpe 68, der Drossel 34, des Einlassventilaktors 42, des Auslassventilaktors 46, des Zündsystems 90 und/oder des Kraftstoffzufuhrsystems 48 auslösen. Demnach empfängt die Steuerung 100 Signale von den verschiedenen Sensoren und setzt die verschiedenen Aktoren ein, um den Verbrennungsmotorbetrieb auf Grundlage der empfangenen Signale und Anweisungen einzustellen, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind. Demnach versteht es sich, dass die Steuerung 100 Signale zu dem Kühlsystem 12 senden und von diesem empfangen kann. Konkret kann die Steuerung Anweisungen beinhalten, die in durch den Prozessor 102 ausführbarem Speicher gespeichert sind, um das Ventil 84 stromaufwärts von dem Flüssigkühlmittelkanal 74 einzustellen, um eine Durchflussrate von Kühlmittel durch den Flüssigkühlmittelkanal zu variieren. In einem Beispiel kann die Steuerung 100 Signale an einen Aktor in dem Ventil 84 senden, um den Betrieb des Ventils zu variieren. Der Grad von Ventileinstellung kann durch Ventilöffhungswerte bestimmt werden, die in Lookup-Tabellen gespeichert sind, die mit Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen (z. B. Verbrennungsmotordrehzahl, Verbrennungsmotortemperatur, Verbrennungsmotorlast usw.) korrelieren.
Die 2-3 zeigen einen beispielhaften Verdichter 200 bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen. Es versteht sich, dass der Verdichter 200, der in den 2-3 gezeigt ist, ein Beispiel des Verdichters 32 ist, der in 1 gezeigt ist, und somit in dem Fahrzeug 14 und dem Kühlsystem 12 enthalten sein kann. 2 zeigt konkret den Verdichter 200 während einer Pumpbedingung, wenn der Druck an Anschluss 216 höher als der Druck an Anschluss 220 ist. Andererseits zeigt 3 den Verdichter 200 während einer Drosselbedingung, wenn der Verdichter bei einer Drosselbedingung arbeitet oder der Druck an Anschluss 216 niedriger als der Druck an Anschluss 220 ist.
Die 2-3 zeigen den Verdichter 200, beinhaltend ein Gehäuse 202. Ein Teil des Gehäuses 202 definiert eine Grenze eines Ansaugkanals 204. Der Pfeil 205 zeigt eine Stromabwärtsrichtung in dem Verdichter 200 und konkret in dem Ansaugkanal 204 an. Der Ansaugkanal 204 kann Ansaugluft von stromaufwärts gelegenen Komponenten, wie etwa dem Ansaugkanal 30, empfangen, wie in 1 gezeigt. Der Ansaugkanal 204 leitet Ansaugluft zu dem Pumpenrad 201. Das Pumpenrad 201 ist mit einer Antriebswelle 206 gekoppelt und dreht sich um eine Drehhachse 208. Ein Lager 210 kann mit der Antriebswelle 206 gekoppelt sein, um die vorstehend dargelegte Drehung des Pumpenrads zu ermöglichen. Das Pumpenrad 201 ist dazu konfiguriert, den Druck der Luft, die dort hindurch strömt, zu erhöhen. Die aufgeladene Luft strömt von dem Pumpenrad 201 zu einer Spirale 212. Die Spirale 212 kann mit stromabwärts gelegenen Ansaugsystemkomponente gekoppelt sein, wie etwa dem Ansaugkanal 36, der in 1 gezeigt ist.
Der Verdichter 200 beinhaltet zusätzlich einen Umgehungskanal 214, der einen Teil des Gehäuses 202 durchläuft. Konkret ermöglicht es der Umgehungskanal 214 Luft, um einen Abschnitt des Pumpenrads 201 geleitet zu werden. Der Umgehungskanal 214 beinhaltet einen ersten Kanalanschluss 216 stromabwärts von einer Vorderkante 218 des Pumpenrads 201. Der Umgehungskanal 214 beinhaltet zusätzlich einen zweiten Kanalanschluss 220 stromaufwärts von der Vorderkante 218 des Pumpenrads 201. Der zweite Kanalanschluss 220 ist in dem veranschaulichten Beispiel in einer Seitenwand 222 des Gehäuses 202 gebildet. Es sind jedoch auch andere Anschlusspositionen vorgesehen. Zum Beispiel kann sich das Gehäuse des Verdichters stromaufwärts von dem zweiten Kanalanschluss erstrecken und der zweite Kanalanschluss kann in einer Innenwand des Gehäuses positioniert sein.
In dem veranschaulichten Beispiel ist ein Zwischenabschnitt der Umgehungskanals 214 parallel zu der Drehachse 208. Es wurden jedoch andere Umgehungskanalausrichtungen in Betracht gezogen.
Der Verdichter 200 beinhaltet auch einen Flüssigkühlmittelkanal 224, beinhaltend einen Einlass 226 und einen Auslass 228. Der Einlass 226 kann Kühlmittel aus der Kühlmittelleitung 78, gezeigt in 1, aufnehmen. Gleichermaßen kann der Auslass 228 Kühlmittel in die Kühlmittelleitung 82, gezeigt in 1, ausstoßen. Auf diese Weise wird Kühlmittel durch den Flüssigkühlmittelkanal 224 zirkuliert, um Wärme aus dem Verdichter zu entfernen. Insbesondere kann Wärme aus der Luft, die durch den Umgebungskanal 214 strömt, entfernt werden. Bereitstellen von Kühlung der Luft, die durch den Umgehungskanal strömt, ermöglicht es, dass die Verdichtereffizienz durch eine Zunahme des Drucks des Luftstroms durch den Verdichter zunimmt.
Es versteht sich, dass der Rezirkulationsstrom durch den Umgehungskanal 214 eine hohe Verwirbelung und eine niedrige Massenstromrate aufweisen kann. Dementsprechend können die Kühlanforderungen des Kühlmittelfluids im Vergleich zu Kühlsystemen, die Kühlmittel in äußeren Teilen des Turboladergehäuses bereitstellen, reduziert werden.
Der Flüssigkühlmittelkanal 224 ist so veranschaulicht, dass er einen inneren Abschnitt 230, der von der Spirale 212 radial nach innen positioniert ist, und einen äußeren Abschnitt 232, der einen Abschnitt des Gehäuses 202 neben der Spirale 212 durchläuft, aufweist. Eine radiale Richtung nach innen ist durch den Pfeil 234 angezeigt. Es versteht sich, dass eine radiale Richtung nach außen einer radialen Richtung nach innen entgegengesetzt sein kann. In dem dargestellten Beispiel beinhaltet der äußere Abschnitt 232 einen Einlass 236 und einen Auslass 238. In anderen Beispielen können sich sowohl der innere als auch der äußere Abschnitt, 230 und 232, des Flüssigkühlmittelkanals 224 einen gemeinsamen Einlass und Auslass teilen. Ein Bereitstellen von inneren und äußeren Kühlmittelkanalabschnitten ermöglicht es dem Flüssigkühlmittelkanal 224, im Vergleich zu Kühlsystemen, die Kühlmittel durch Kanäle leiten, die von dem Umgehungskanal und der Spirale beabstandet sind, eine größere Menge von Wärme aus der Luft, die durch den Umgehungskanal 214 und die Spirale 212 strömt, zu extrahieren. In anderen Beispielen kann der Flüssigkühlmittelkanal 224 jedoch von der Spirale 212 beabstandet sein. Ferner kann in einem Beispiel der Flüssigkühlmittelkanal 224 einen Abschnitt des Umgehungskanals 214 in Umfangsrichtung umgeben. Ein Strukturieren des Flüssigkühlmittelkanals auf diese Weise ermöglicht es, erhöhte Mengen von Wärme aus Luft, die durch den Umgehungskanal 214 strömt, zu extrahieren. Folglich kann sich die Verdichtereffizienz erhöhen, wodurch die Verbrennungsmotoreffizienz erhöht wird.
In Bezug konkret auf 2, wie veranschaulicht, strömt Luft in einer stromaufwärtigen Richtung durch den Umgehungskanal 214. Auf diese Weise wird die Luft im Wesentlichen um einen Teil des Pumpenrads rezirkuliert. Die Pfeile 240 geben die allgemeine Richtung von einem Luftstrom durch den Umgehungskanal 214, beinhaltend den ersten Kanalanschluss 216 und den zweiten Kanalanschluss 220, an. Es versteht sich, dass ein Rezirkulationsluftstrommuster durch den Umgehungskanal 214 Verdichterpumpen reduzieren wird. Dementsprechend kann Verschleiß des Lagers 210, das die Antriebswelle 206 stützt, reduziert werden, und Geräusche, Schwingungen und Rauigkeit (NVH), die durch Verdichterpumpen verursacht werden, werden ebenfalls reduziert. Die Pfeile 242 stellen die allgemeine Richtung des Kühlmittelstroms durch den Flüssigkühlmittelkanal 224 dar. Wie in 2 veranschaulicht, liegt die allgemeine Richtung des Kühlmittelstroms in dem Flüssigkühlmittelkanal 224 entgegengesetzt zu der allgemeinen Richtung von einem Luftstrom in einem Zwischenabschnitt des Umgehungskanals 214.
Unter Bezugnahme auf 3, wie dargestellt, strömt Luft in einer stromabwärtigen Richtung durch den Umgehungskanal 214. Die Pfeile 300 geben die allgemeine Richtung von einem Luftstrom durch den Umgehungskanal 214, beinhaltend den ersten Kanalanschluss 216 und den zweiten Kanalanschluss 220, an. Es versteht sich, dass es die strömende Luft durch den Umgehungskanal 214 in einer stromabwärtigen Richtung ermöglicht, dass während Bedingungen wie Verdichterdrosselbedingungen eine erhöhte Menge an Luft an das Pumpenrad bereitgestellt wird, um den Bereich des Verdichters zu vergrößern. Dementsprechend kann sich die Verdichtereffizienz erhöhen.
4 zeigt eine Vorderansicht eines beispielhaften Verdichters 400. Es versteht sich, dass der Verdichter 400, der in 4 gezeigt ist, der Verdichter 200 sein kann, der in den 2-3 gezeigt ist.
Der Verdichter 400, der in 4 gezeigt ist, beinhaltet ein Gehäuse 402 und ein Pumpenrad 403. Der Verdichter 400 beinhaltet ferner eine Vielzahl von Kanalanschlüssen 404 in Fluidkommunikation mit Umgehungskanälen, die das Gehäuse durchlaufen. Die Kanalanschlüsse 404 können in anderen Beispielen auch eine einzelne Ringkammer sein. Es versteht sich, dass einer der Kanalanschlüsse 404 der zweite Kanalanschluss 220 sein kann, gezeigt in den 2-3. Die Kanalanschlüsse 404 sind in einer Seitenwand 406 des Gehäuses positioniert, was in der Ausführungsform in 4 gezeigt ist. Zusätzlich ist die Vielzahl von Kanalanschlüssen 404 stromaufwärts von einem Pumpenrad 201, beinhaltend die Flügel 203, positioniert. Ferner verläuft in dem dargestellten Beispiel die Vielzahl von Kanalanschlüssen 404 in einem Bogen um eine Drehachse 208 des Pumpenrads 201. Ein Anordnen der Vielzahl von Kanalanschlüssen 404 auf diese Weise ermöglicht es, dass die strukturelle Integrität des Gehäuses hoch bleibt, während eine gewünschte Menge von einem Luftstrom in den oder aus dem Umgehungskanal bereitgestellt wird. Es sind jedoch auch andere Kanalanschlusspositionen vorgesehen.
Der Verdichter 400 beinhaltet eine Spirale 408 in Fluidkommunikation mit einem Auslass 410, der dazu konfiguriert sein kann, Druckluft an stromabwärtige Komponenten, wie etwa die Drossel 34, bereitzustellen, gezeigt 1.
Der Verdichter 400, der in 4 gezeigt ist, beinhaltet auch Flüssigkühlmittelkanäle, die Kühlmittel um die Vielzahl von Kanalanschlüssen 404 strömen, um die Temperatur der Luft, die dort hindurch strömt, zu verringern.
5 zeigt ein Verfahren 500 zum Betreiben eines Verdichters und Kühlsystems in einem Verbrennungsmotor. Das Verfahren 500 kann durch die vorstehend beschriebenen Verdichter und Kühlsysteme unter Bezugnahme auf die 1-4 umgesetzt sein oder kann in anderen Beispielen durch andere geeignete Verdichter und Kühlsysteme umgesetzt sein. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 500 und der übrigen hier eingeschlossenen Verfahren können durch eine Steuerung auf der Grundlage von in einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit von Sensoren eines Verbrennungsmotor- und Kühlsystems empfangenen Signalen ausgeführt werden, wie etwa den vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Die Steuerung kann Verbrennungsmotoraktoren des Verbrennungsmotor- und Kühlsystems einsetzen, um den Verbrennungsmotorbetrieb gemäß den nachfolgend beschriebenen Verfahren einzustellen.
Bei 502 beinhaltet das Verfahren Strömen von Luft durch einen Umgehungskanal, beinhaltend einen Kanaleinlass stromabwärts von einer Vorderkante eines Pumpenrads und einen Kanalauslass stromaufwärts von der Vorderkante. Das Strömen von Luft durch den Umgehungskanal kann ein Strömen von Luft stromaufwärts oder stromabwärts durch den Kanal bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen beinhalten. Die Betriebsbedingungen, die Rezirkulation von einem Luftstrom durch den Umgehungskanal induzieren, beinhalten eine Verdichterpumpbedingung. Wie zuvor erörtert, kann eine Verdichterpumpbedingung eine Bedingung beinhalten, bei der der Verdichtermassenstrom niedriger als der Massenstrom des Spitzeneffizienzpunkts bei einer gegebenen Drehzahl ist. Andererseits beinhalten die Betriebsbedingungen, die stromabwärtigen Luftstrom durch den Umgehungskanal induzieren, eine Verdichterdrosselbedingung. Wie zuvor erwähnt, ist eine Verdichter-nahe-DrosselBedingung eine Bedingung, bei der die Durchflussrate von Luft durch den Verdichter größer als der Massenstrom des Spitzeneffizienzpunkts bei der gegebenen Drehzahl ist. Somit kann Strömen von Luft durch den Umgehungskanal in einem Beispiel Rezirkulieren von Luft um einen Teil des Pumpenrads während einer Pumpbedingung des Verdichters beinhalten. In einem anderen Beispiel kann Strömen von Luft durch den Umgehungskanal Strömen von Luft in einer Richtung stromabwärts durch den Umgehungskanal während einer Drosselbedingung des Verdichters beinhalten.
Bei 504 beinhaltet das Verfahren Strömen von Kühlmittel durch einen Flüssigkühlmittelkanal, der durch einen Abschnitt eines Gehäuses, das zumindest teilweise den Umgehungskanal umgibt, verläuft. Das Strömen von Kühlmittel durch den Flüssigkühlmittelkanal kann durch Betätigen der Steuerung hervorgerufen werden, um ein Signal an ein Ventil zu senden, das in einem Kühlmittelkanal positioniert ist, der Kühlmittel einem Einlass des Flüssigkühlmittelkanals zuführt. In einem Beispiel kann während einer Pumpbedingung des Verdichters eine Richtung des Kühlmittelstroms in dem Flüssigkühlmittelkanal einer Richtung des Luftstroms in dem Umgehungskanal entgegengesetzt sein. In einem solchen Beispiel kann dieses Durchflussmuster während einer Verdichterpumpbedingung auftreten. Diese Art von umgekehrtem Durchflussmuster ermöglicht es, dass eine größere Menge von Wärme aus der Luft, die durch den Umgehungskanal strömt, zu dem Kühlmittel in der Flüssigkühlmittelleitung übertragen wird. Es versteht sich, dass die Schritte 502 und 504 in überlappenden Zeitintervallen umgesetzt werden können, um es zu ermöglichen, dass Wärme aus der Luft, die durch den Umgehungskanal strömt, zu dem Kühlmittel in dem Flüssigkühlmittelkanal übertragen wird. Ein Entfernen von Wärme aus der Luft, die durch den Umgehungskanal strömt, ermöglicht es, dass die Effizienz des Verdichters durch eine Zunahme des Drucks der Luft, die durch den Verdichter strömt, zunimmt. Folglich kann sich die Verbrennungsmotoreffizienz erhöhen.
Bei 506 beinhaltet das Verfahren ein Bestimmen der Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen, sowie der Verdichterbetriebsbedingungen. Der Verbrennungsmotorbetrieb kann eines Abgasdurchflussrate, eine Verbrennungsmotortemperatur, einen Krümmerluftdruck, eine Abgaszusammensetzung, eine Abgasdurchflussrate, eine Abgastemperatur, eine Drosselposition, eine Verbrennungsmotordrehzahl, eine Verbrennungsmotorlast usw. beinhalten. Das Bestimmen der Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen kann in einem Fall ein Empfangen von Signalen von Verbrennungsmotorsensoren an einer Steuerung und ein Ermitteln der Bedingungen aus den Sensorsignalen beinhalten. In anderen Beispielen können bestimmte Betriebsbedingungen aus Korrelationen ermittelt werden, die zwischen unterschiedlichen Parametern bestimmt werden.
Danach beinhaltet das Verfahren bei 508 ein Bestimmen, ob Änderungenen der Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen und/oder der Verdichterbetriebsbedingungen aufgetreten ist. Wenn eine Änderung der Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen nicht aufgetreten ist (NEIN bei 508), fährt das Verfahren mit 510 fort. Das Verfahren beinhaltet bei 510 ein Beibehalten der aktuellen Kühlmitteldurchflussrate durch den Flüssigkühlmittelkanal. Das Aufrechterhalten der aktuellen Kühlmitteldurchflussrate kann ein Beibehalten eines Ventils in einem Kühlmittelkanal, der Kühlmittel einem Einlass des Flüssigkühlmittelkanals zuführt, in seiner aktuellen Position beinhalten.
Umgekehrt, wenn eine Änderung der Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen aufgetreten ist (JA bei 508), fährt das Verfahren mit 512 fort. Bei 512 beinhaltet das Verfahren ein Einstellen einer Durchflussrate von Kühlmittel in dem Flüssigkühlmittelkanal auf Grundlage von Verbrennungsmotor- und/oder Verdichterbetriebsbedingungen. Das Einstellen der Durchflussrate in dem Flüssigkühlmittelkanal kann ein Einstellen eines Ventils in einem Kühlmittelkanal, der Kühlmittel einem Einlass des Flüssigkühlmittelkanals zuführt, beinhalten, um die Durchflussrate von Kühlmittel in dem Flüssigkühlmittelkanal zu erhöhen oder zu verringern. Zum Beispiel kann die Durchflussrate von Kühlmittel in dem Flüssigkühlmittelkanal als Antwort auf eine Zunahme der Verbrennungsmotordrehzahl erhöht werden und als Antwort auf eine Abnahme der Verbrennungsmotordrehzahl verringert werden. In noch einem anderen Beispiel kann die Durchflussrate des Kühlmittels als Antwort auf eine Zunahme der Verbrennungsmotordrosselung erhöht werden und als Antwort auf eine Abnahme der Verbrennungsmotordrosselung verringert werden. In noch einem anderen Beispiel kann Kühlmittelstrom durch den Flüssigkühlmittelkanal verringert (z. B. gehemmt) werden, wenn der Verdichter kein Pumpen erfährt.
Der technische Effekt des Bereitstellens von Kühlmittelstrom durch einen Kühlmittelkanal neben einem Umgehungskanal ist erhöhte Verdichtereffizienz, hervorgerufen durch eine Zunahme von Luftdruck, verursacht durch das Abkühlen der Luft. Folglich kann sich die Verbrennungsmotoreffizienz entsprechend erhöhen.
Die 2-4 zeigen beispielhafte Konfigurationen mit einer relativen Positionierung der verschiedenen Komponenten. Falls derartige Elemente so gezeigt sind, dass sie einander direkt berühren oder direkt miteinander gekoppelt sind, können sie in mindestens einem Beispiel als sich direkt berührend bzw. direkt gekoppelt bezeichnet werden. Gleichermaßen können Elemente, die aneinander anliegend oder zueinander benachbart gezeigt sind, in mindestens einem Beispiel aneinander anliegend bzw. zueinander benachbart sein. Als ein Beispiel können Komponenten, die sich Flächen miteinander teilen, als sich Flächen teilend bezeichnet werden. Als ein anderes Beispiel können Elemente, die voneinander getrennt positioniert sind, wobei sich nur ein Abstand dazwischen befindet und keine anderen Komponenten, in mindestens einem Beispiel derart bezeichnet werden. Als noch ein anderes Beispiel können Elemente, die über-/untereinander, an gegenüberliegenden Seiten voneinander oder links/rechts voneinander gezeigt sind, in Bezug aufeinander derart bezeichnet werden. Ferner kann, wie in den Figuren gezeigt, ein oberstes Element oder ein oberster Punkt eines Elements in mindestens einem Beispiel als eine „Oberseite“ der Komponente bezeichnet werden und ein unterstes Element oder ein unterster Punkt des Elements als eine „Unterseite“ der Komponente bezeichnet werden. Im hier verwendeten Sinne können sich Oberseite/Unterseite, obere(r/s)/untere(r/s), über/unter auf eine vertikale Achse der Figuren beziehen und dazu verwendet werden, die Positionierung von Elementen der Figuren in Bezug aufeinander zu beschreiben. Demnach sind Elemente, die über anderen Elementen gezeigt sind, in einem Beispiel vertikal über den anderen Elementen positioniert. Als noch ein anderes Beispiel können Formen der Elemente, die innerhalb der Figuren dargestellt sind, als diese Formen aufweisend bezeichnet werden (wie z. B. als rund, gerade, eben, gekrümmt, abgerundet, abgeschrägt, abgewinkelt oder dergleichen). Ferner können Elemente, die so gezeigt sind, dass sie einander schneiden, in mindestens einem Beispiel als sich schneidende Elemente oder einander schneidend bezeichnet werden. Noch ferner kann ein Element, das innerhalb eines anderen Elements oder außerhalb eines anderen Elements gezeigt ist, in einem Beispiel derart bezeichnet werden.
Die Erfindung wird in den folgenden Abschnitten weiter beschrieben. In einem Aspekt ist ein Verdichter bereitgestellt. Der Verdichter beinhaltet ein Pumpenrad, das Luft von einem Ansaugkanal empfängt, ein Gehäuse, das das Pumpenrad umgibt, einen Umgehungskanal, beinhaltend einen ersten Kanalanschluss, der stromabwärts von einer Vorderkante des Pumpenrads positioniert ist, und einen zweiten Kanalanschluss, der stromaufwärts von der Vorderkante positioniert ist, und einen Flüssigkühlmittelkanal, der durch einen Abschnitt des Gehäuses, das zumindest teilweise den Umgehungskanal umgibt, verläuft.
In einem anderen Aspekt beinhaltet ein Verfahren zum Betreiben eines Verdichters in einem Verbrennungsmotorturbolader Strömen von Luft durch einen Umgehungskanal, beinhaltend einen Kanaleinlass stromabwärts von einer Vorderkante eines Pumpenrads und einen Kanalauslass stromaufwärts von der Vorderkante, und Strömen von Kühlmittel durch einen Flüssigkühlmittelkanal, der durch einen Abschnitt eines Gehäuses, das zumindest teilweise den Umgehungskanal umgibt, verläuft. In einem ersten Beispiel des Verfahrens kann das Verfahren ferner Einstellen einer Durchflussrate von Kühlmittel in dem Flüssigkühlmittelkanal auf Grundlage einer Verbrennungsmotorbetriebsbedingung und einer Verdichterbetriebsbedingung beinhalten. In einem anderen Beispiel des Verfahrens kann Strömen von Luft durch den Umgehungskanal Rezirkulieren von Luft um einen Teil des Pumpenrads während einer Pumpbedingung des Verdichters beinhalten. In einem anderen Beispiel des Verfahrens kann Strömen von Luft durch den Umgehungskanal Strömen von Luft in einer Richtung stromabwärts durch den Umgehungskanal während einer Drosselbedingung des Verdichters beinhalten. In noch einem anderen Beispiel des Verfahrens kann die Verbrennungsmotorbetriebsbedingung Verbrennungsmotordrehzahl sein und die Verdichterbetriebsbedingung kann Verdichterdrehzahl und Verdichterdurchflussrate beinhalten. In einem anderen Beispiel des Verfahrens kann während einer Pumpbedingung des Verdichters eine Richtung des Kühlmittelstroms in dem Flüssigkühlmittelkanal einer Richtung des Luftstroms in dem Umgehungskanal entgegengesetzt sein.
In einem anderen Aspekt ist ein Verdichterkühlsystem bereitgestellt. Das Verdichterkühlsystem beinhaltet einen Flüssigkühlmittelkanal, der durch einen Teil eines Gehäuses verläuft und einen inneren Abschnitt beinhaltet, der von einem Umgehungskanal radial nach innen positioniert ist, wobei der Umgehungskanal stromaufwärts und stromabwärts von einer Vorderkante eines Pumpenrads und einer Pumpe in Fluidkommunikation mit dem Flüssigkühlmittelkanal verläuft.
In einem beliebigen der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der Flüssigkühlmittelkanal einen inneren Abschnitt beinhalten, der von einer Spirale radial nach innen positioniert ist, und die Spirale kann mit dem Pumpenrad in Fluidkommunikation stehen.
In einem beliebigen der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der Flüssigkühlmittelkanal einen äußeren Abschnitt beinhalten, der einen Teil des Gehäuses neben der Spirale durchläuft.
In einem beliebigen der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der Flüssigkühlmittelkanal den Umgehungskanal in Umfangsrichtung umgeben.
In einem beliebigen der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann während einer Pumpbedingung des Verdichters eine Richtung des Kühlmittelstroms in dem Flüssigkühlmittelkanal einer Richtung des Luftstroms in dem Umgehungskanal entgegengesetzt sein.
In einem beliebigen der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der zweite Kanalanschluss in einer Seitenwand des Gehäuses gebildet sein.
In einem beliebigen der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann ein Auslass des Flüssigkühlmittelkanals mit einem Wärmetauscher in Fluidkommunikation stehen, und wobei der Wärmetauscher Kühlmittel von einem Kühlmittelkanal empfängt, der durch einen Zylinderblock verläuft.
In einem beliebigen der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der erste Kanalanschluss von einer Vorderkante des Pumpenrads axial versetzt sein.
In einem beliebigen der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die Pumpe mit einem Verbrennungsmotorkühlmittelkanal und einem Wärmetauscher in Fluidkommunikation stehen.
In einem beliebigen der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Verdichterkühlsystem ferner eine Steuerung, beinhaltend Code, der in durch den Prozessor ausführbarem Speicher gespeichert ist, für Folgendes beinhalten: um ein Ventil stromaufwärts von dem Flüssigkühlmittelkanal einzustellen, um eine Durchflussrate von Kühlmittel durch den Flüssigkühlmittelkanal zu variieren.
In einem beliebigen der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der Flüssigkühlmittelkanal den Umgehungskanal in Umfangsrichtung umgeben.
In einem beliebigen der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann während einer Pumpbedingung des Verdichters eine Richtung des Kühlmittelstroms in dem Flüssigkühlmittelkanal einer Richtung des Luftstroms in dem Umgehungskanal entgegengesetzt sein.
In einem beliebigen der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der Flüssigkühlmittelkanal einen äußeren Abschnitt beinhalten, der einen Teil des Gehäuses neben der Spirale durchläuft.
Es ist zu beachten, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Verbrennungsmotor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nicht-transitorischen Speicher gespeichert sein und können durch das Steuersystem, das die Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und sonstiger Verbrennungsmotorhardware beinhaltet, ausgeführt werden. Die hier beschriebenen konkreten Routinen können eine oder mehrere aus einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. Demnach können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, sondern wird vielmehr zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine(r) oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen können je nach konkret eingesetzter Strategie wiederholt durchgeführt werden. Zudem können die beschriebenen Handlungen, Vorgängen und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in dem nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Verbrennungsmotorsteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Verbrennungsmotorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet, durchgeführt werden.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die vorstehende Technik auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Verbrennungsmotorarten angewandt werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und sonstige hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
Die folgenden Patentansprüche heben bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen besonders hervor, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Patentansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Patentansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente beinhalten und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Patentansprüche oder durch Einreichung neuer Patentansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Patentansprüche, egal, ob sie im Vergleich zu den ursprünglichen Patentansprüchen einen weiteren, engeren, gleichen oder anderen Schutzumfang aufweisen, werden ebenfalls als in dem Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7475539 [0003]

Claims

Verdichter, umfassend: ein Pumpenrad, das Luft von einem Ansaugkanal empfängt; ein Gehäuse, das das Pumpenrad umgibt; einen Umgehungskanal, beinhaltend einen ersten Kanalanschluss, der stromabwärts von einer Vorderkante des Pumpenrads positioniert ist, und einen zweiten Kanalanschluss, der stromaufwärts von der Vorderkante positioniert ist; und einen Flüssigkühlmittelkanal, der durch einen Abschnitt des Gehäuses, das zumindest teilweise den Umgehungskanal umgibt, verläuft.
Verdichter nach Anspruch 1, wobei der Flüssigkühlmittelkanal einen inneren Abschnitt beinhaltet, der von einer Spirale radial nach innen positioniert ist, und wobei die Spirale mit dem Pumpenrad in Fluidkommunikation steht.
Verdichter nach Anspruch 2, wobei der Flüssigkühlmittelkanal einen äußeren Abschnitt beinhaltet, der einen Teil des Gehäuses neben der Spirale durchläuft.
Verdichter nach Anspruch 1, wobei der Flüssigkühlmittelkanal den Umgehungskanal in Umfangsrichtung umgibt.
Verdichter nach Anspruch 1, wobei während einer Pumpbedingung des Verdichters eine Richtung des Kühlmittelstroms in dem Flüssigkühlmittelkanal einer Richtung des Luftstroms in dem Umgehungskanal entgegengesetzt ist.
Verdichter nach Anspruch 1, wobei der zweite Kanalanschluss in einer Seitenwand des Gehäuses gebildet ist.
Verdichter nach Anspruch 1, wobei ein Auslass des Flüssigkühlmittelkanals mit einem Wärmetauscher in Fluidkommunikation steht, und wobei der Wärmetauscher Kühlmittel von einem Kühlmittelkanal empfängt, der durch einen Zylinderblock verläuft.
Verdichter nach Anspruch 1, wobei der erste Kanalanschluss von einer Vorderkante des Pumpenrads axial versetzt ist.
Verdichter nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Pumpe in Fluidkommunikation mit dem Flüssigkühlmittelkanal, einem Verbrennungsmotorkühlmittelkanal und einem Wärmetauscher.
Verfahren zum Betreiben eines Verdichters in einem Verbrennungsmotorturbolader, umfassend: Strömen von Luft durch einen Umgehungskanal, beinhaltend einen Kanaleinlass stromabwärts von einer Vorderkante eines Pumpenrads und einen Kanalauslass stromaufwärts von der Vorderkante; und Strömen von Kühlmittel durch einen Flüssigkühlmittelkanal, der durch einen Abschnitt eines Gehäuses, das zumindest teilweise den Umgehungskanal umgibt, verläuft.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei Strömen von Luft durch den Umgehungskanal Rezirkulieren von Luft um einen Teil des Pumpenrads während einer Pumpbedingung des Verdichters beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei Strömen von Luft durch den Umgehungskanal Strömen von Luft in einer Richtung stromabwärts durch den Umgehungskanal während einer Drosselbedingung des Verdichters beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend Einstellen einer Durchflussrate von Kühlmittel in dem Flüssigkühlmittelkanal auf Grundlage einer Verbrennungsmotorbetriebsbedingung und einer Verdichterbetriebsbedingung.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Verbrennungsmotorbetriebsbedingung Verbrennungsmotordrehzahl ist und die Verdichterbetriebsbedingung Verdichterdrehzahl und Verdichterdurchflussrate beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei während einer Pumpbedingung des Verdichters eine Richtung des Kühlmittelstroms in dem Flüssigkühlmittelkanal einer Richtung von des Luftstroms in dem Umgehungskanal entgegengesetzt ist.