DE102019114353A1

DE102019114353A1 - Systeme und verfahren für einen variablen einlassverdichter

Info

Publication number: DE102019114353A1
Application number: DE102019114353.5A
Authority: DE
Inventors: Liangjun Hu; Jianwen James Yi; David Hanna
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-05-29
Filing date: 2019-05-28
Publication date: 2019-12-24
Also published as: CN110541756A; US20190368374A1; US10774677B2

Abstract

Die Offenbarung sieht „Systeme und Verfahren für einen variablen Einlassverdichter“ vor. Es sind Verfahren und Systeme für einen Verdichter vorgesehen, der eine variable Einlassvorrichtung und eine aktive Gehäusestrukturierung aufweist. In einem Beispiel kann ein System für einen Verdichter beinhalten: ein Gehäuse, das einen Rückführkanal, der einen Ansaugkanal umgibt, bildet, eine aktive Gehäusestrukturierung, die den Ansaugkanal umgibt und dazu ausgelegt ist, die Gasströmung durch den Rückführkanal selektiv zu steuern, ein Laufrad und eine variable Einlassvorrichtung, die in dem Ansaugkanal stromaufwärts des Laufrads positioniert und dazu ausgelegt ist, eine effektive Größe des Laufrads selektiv zu reduzieren. Die variable Einlassvorrichtung und die aktive Gehäusestrukturierung können auf Betriebsbedingungen beruhend eingestellt werden, um einen Strömungsbereich des Verdichters zu vergrößern, während zugleich eine höhere Verdichtereffizienz bereitgestellt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zum Einstellen der in einen Verdichter eintretenden Luftströmung.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Ein Turbolader kann in einem Motor bereitgestellt werden, um das Motordrehmoment oder die Abgabeleistungsdichte zu erhöhen. Der Turbolader kann eine mittels Abgas angetriebene Turbine aufweisen, die über eine Antriebswelle mit einem Verdichter gekoppelt ist. Der Verdichter kann an einen Luftansaugkrümmer im Motor fluidgekoppelt sein, der einer Vielzahl von Motorzylindern Luft zuführt. Der Abgasstrom von einem oder mehreren Motorzylindern kann zu einem Turbinenrad geleitet werden, was bewirkt, dass sich die Turbine um eine feste Achse dreht. Die Drehbewegung der Turbine treibt ein Laufrad (z. B. Rad) des Verdichters an, der Luft im Luftansaugkrümmer verdichtet, um bei Vorliegen ausgewählter Motorbetriebsbedingungen den Ladedruck zu erhöhen.
Die Effizienz des Verdichters beeinflusst die Gesamtmotorleistung und den Kraftstoffgesamtverbrauch. Eine geringere Verdichtereffizienz kann beispielsweise zu einem langsamen Einschwingverhalten des Motors und einem höheren Kraftstoffverbrauch führen, was sowohl für den stetigen als auch vorübergehenden Motorbetrieb gilt. Bei geringeren Motorlasten, wenn die Verdichtereffizienz reduziert ist, kann es während einer Pedalbetätigung verstärkt zu Turbolöchern kommen. Des Weiteren können Verdichterpumpgrenzen den Ladedruckanstieg bei geringen Motordrehzahlen beschränken.
Bei Vorgängen, die zu einem erhöhten Druckverhältnis im Verdichter oder einem verringerten Massenstrom in den Verdichter führen, neigen Verdichter dazu, zu pumpen. Wenn ein Fahrzeugführer beispielsweise ein Fahrpedal schnell freigibt, nimmt die Luftströmung in den Verdichtereinlass ab, was die Vorwärtsströmung durch den Verdichter reduziert, während nach wie vor ein hohes Druckverhältnis im Verdichter herrscht. Dies kann zu einem Druckaufbau an einem Auslassende des Verdichters führen, wodurch Luft in eine umgekehrte Richtung getrieben wird, was Komponenten des Verdichters beschädigen kann. Ein Erweitern einer Spanne bis zum Auftreten von Pumpen kann daher eine Reihe an Bedingungen vergrößern, in denen der Betrieb des Verdichters stabil bleibt.
Turboladerverdichter können mit einem Mechanismus zum Ablassen von Druck am Verdichterauslass ausgelegt sein, insbesondere im Fall von Turboladern, die an Dieselmotoren gekoppelt sind. Größere Turbolader können verwendet werden, um hohe Ladedrücke für den Betrieb von Dieselmotoren bereitzustellen. Allerdings können die Vorteile dessen, dass durch den Turboladerverdichter hoher Ladedruck geliefert wird, durch eine höhere Wahrscheinlichkeit von Verdichterpumpen kompromittiert werden. Deswegen können Turboladerverdichter für Dieselmotoranwendungen derart ausgelegt sein, dass eine Wahrscheinlichkeit von Pumpen, das durch Bereitstellen eines Pfads zur Strömungsrückführung auftritt, reduziert wird. Beispielsweise kann der Verdichter ein Ausblaseventil aufweisen, das Ansaugdruck in die Atmosphäre ablässt, oder der Verdichter kann alternativ ein umgestelltes Abschirmblech umfassen. Das umgestellte Abschirmblech kann ein Durchlass innerhalb eines inneren Gehäuses des Verdichtereinlasses sein, der es ermöglicht, dass Luft in umgekehrter Richtung durch den Verdichter strömt, wodurch verdichtete Luft vom Verdichterauslass zum Verdichtereinlass zurückgeführt wird, um das Druckverhältnis zu verringern und den Massenstrom in den Verdichter zu erhöhen. Das umgestellte Abschirmblech reduziert zwar effektiv die Wahrscheinlichkeit für Verdichterpumpen, doch kann sich das Vorhandensein des umgestellten Abschirmblechs auch nachteilig auf die Effizienz des Verdichters auswirken, was insbesondere bei geringen Verdichterdrehzahlen gilt.
Es sind diverse Ansätze entwickelt worden, um Antworten auf die Fragestellung der Verdichtereffizienz bei geringem Massendurchsatz zu finden; dazu zählt das Kombinieren eines Mechanismus zum Reduzieren des Verdichterauslassdrucks mit einer Vorrichtung zum Steuern der Strömung in den Verdichtereinlass. Ein beispielhafter Ansatz ist von Pekari et al. in US 4 403 912 gezeigt. Darin ist ein Motorverdichter mit einem Luftausblaseventil und variablen Leitschaufeln offenbart. Das Ausblaseventil wird geöffnet, um Druck in dem Verdichter abzulassen, um einen stabilen Verdichterbetrieb aufrechtzuerhalten, wobei das Öffnen und Schließen des Ventils durch einen Aktor eingestellt wird, der eine Position der variablen Leitschaufeln steuert. Während des anfänglichen Betriebs des Motors, bei dem das Ausblaseventil komplett offen steht, befinden sich die variablen Leitschaufeln in einer bestimmten Stellung. Der Aktor stellt das Ausblaseventil ein, wenn der Motor beschleunigt, bis sich das Ausblaseventil in einer komplett geschlossenen Position befindet, woraufhin die Leitschaufeln durch fortgesetzte Betätigung in eine derartige Stellung betätigt werden, dass ein maximaler Verdichterbetrieb ermöglicht wird.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben im Zusammenhang mit derartigen Systemen allerdings mögliche Probleme erkannt. Um ein Beispiel zu nennen, befasst sich das System von US 4 403 912 nicht mit der Einstellung der Positionen des Ausblaseventils und der variablen Leitschaufeln als Reaktion auf Verdichterbetriebsbedingungen unter niedriger Drehzahl und geringer Massenströmung bei Vorgängen über das anfängliche Anlassen des Motors hinaus, wie beispielsweise während das Fahrpedal freigegeben wird. Im Verlauf solcher Situationen kann die Verdichtereffizienz eine erhebliche Auswirkung auf den Kraftstoffverbrauch und die Leistungsfähigkeit des Motors haben. Darüber hinaus kann das komplette Öffnen des Ausblaseventils während des anfänglichen Motorbetriebs die Verdichtereffizienz reduzieren, wenn es mit den variablen Leitschaufeln kombiniert wird, was zu einer geminderten Kraftstoffeffizienz führt.
KURZDARSTELLUNG
In einem Beispiel können die vorstehend beschriebenen Probleme anhand eines Verfahrens behoben werden, umfassend: Einstellen eines effektiven Bereichs eines Laufrads, das in einem Ansaugkanal eines Verdichters positioniert ist, während eine Gasströmung durch eine den Ansaugkanal umgebende Gehäusestrukturierung ebenfalls eingestellt wird, wobei sowohl der effektive Bereich als auch die Gasströmung auf Betriebsbedingungen beruhend über einen gemeinsamen, einzelnen Aktor eingestellt werden. Auf diese Weise werden sowohl der effektive Bereich des Laufrads als auch die Gasströmung durch die Gehäusestrukturierung auf Betriebsbedingungen reagierend eingestellt, was den Kraftstoffverbrauch reduziert und die Leistungsfähigkeit des Motors steigert.
Um ein Beispiel zu nennen, kann das Einstellen des effektiven Bereichs des Laufrads ein Einstellen eines offenen Bereichs einer variablen Einlassvorrichtung, die im Ansaugkanal unmittelbar stromaufwärts einer Anströmkante des Laufrads positioniert ist, während simultan eine Position eines Ventils innerhalb eines Rückführkanals der Gehäusestrukturierung eingestellt wird, um die Gasströmung durch die Gehäusestrukturierung einzustellen, beinhalten. Der Rückführkanal kann stromabwärts der Anströmkante des Laufrads und stromaufwärts der einstellbaren Einlassvorrichtung an dem Ansaugkanal fluidgekoppelt sein. Das Einstellen des offenen Bereichs der variablen Einlassvorrichtung auf einen kleineren offenen Bereich kann beispielsweise mit einem Einstellen des Ventils auf eine geschlossene Position, mit der die Gasströmung durch die Gehäusestrukturierung blockiert wird, zusammenfallen. Um ein anderes Beispiel zu nennen, kann das Einstellen des offenen Bereichs der variablen Einlassvorrichtung auf einen größeren offenen Bereich beispielsweise mit einem Einstellen des Ventils auf eine offene Position, mit der die Gasströmung durch die Gehäusestrukturierung zugelassen wird, zusammenfallen. In manchen Beispielen kann das Einstellen der variablen Einlassvorrichtung auf den kleineren offenen Bereich während des Einstellens des Ventils auf die geschlossene Position, um die Gasströmung durch den Rückführkanal zu blockieren, als Reaktion darauf erfolgen, dass die Motorlast unter eine Motorschwellenlast sinkt, und das Einstellen der variablen Einlassvorrichtung auf den größeren offenen Bereich während des Einstellens des Ventils auf die offene Position kann als Reaktion darauf erfolgen, dass die Motorlast die Motorschwellenlast erreicht oder überschreitet. Des Weiteren kann das reagierende Einstellen der variablen Einlassvorrichtung von dem kleineren offenen Bereich auf den größeren offenen Bereich (oder umgekehrt) weiterhin ein Einstellen eines oder mehrerer von einer Position eines Drosselventils, das stromabwärts des Verdichters positioniert ist, und eines Zündzeitpunkts eines Motors, der stromabwärts des Verdichters gekoppelt ist, beinhalten. Auf diese Weise kann durch das simultane Einstellen der einstellbaren Einlassvorrichtung auf den kleineren offenen Bereich während des Einstellens des Ventils auf die geschlossene Position mit dem gemeinsamen, einzelnen Aktor Verdichterpumpen bei geringeren Motorlasten (und geringeren Verdichterdruckverhältnissen und -massenströmen) abgeschwächt werden, während die Verdichtereffizienz erhöht wird, was die Kraftstoffeffizienz des Motors steigert. Darüber hinaus kann durch das simultane Einstellen der einstellbaren Einlassvorrichtung auf den größeren offenen Bereich während des Einstellens des Ventils auf die offene Position mit dem gemeinsamen, einzelnen Aktor Verdichterpumpen bei höheren Motorlasten (und höheren Verdichterdruckverhältnissen und -massenströmen) abgeschwächt werden, während eine Motorspitzenleistung ermöglicht wird.
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. Sie ist nicht dazu gedacht, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Schutzumfang einzig durch die Ansprüche im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Des Weiteren ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung angeführte Nachteile beheben.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Abbildung eines beispielhaften Fahrzeugsystems.
2A-2B zeigen eine Schnittansicht eines ersten Beispiels für einen Turboladerverdichter, der eine Gehäusestrukturierung und eine in einer Einlassleitung des Verdichters positionierte variable Einlassvorrichtung aufweist.
3A-3B zeigen ein erstes Beispiel für eine variable Einlassvorrichtung für einen Turboladerverdichter in einer offenen und einer geschlossenen Position.
4A-4B zeigen eine aufgeschnittene Ansicht eines dritten Beispiels für einen Turboladerverdichter, der eine Gehäusestrukturierung und eine in einer Einlassleitung des Verdichters positionierte einstellbare Einlassvorrichtung aufweist.
5A-5C zeigen ein zweites Beispiel für eine variable Einlassvorrichtung für einen Turboladerverdichter in einer offenen und einer geschlossenen Position.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Beispielverfahrens zum Steuern einer Position einer variablen Einlassvorrichtung.
7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Beispielverfahrens zum Steuern einer Öffnung einer Mündung einer Gehäusestrukturierung.
8 zeigt ein Kennlinienfeld bezüglich Motorlast und Motordrehzahl zum Steuern einer Position einer variablen Einlassvorrichtung und einer aktiven Gehäusestrukturierung eines Verdichters.
9 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Koordinieren der Steuerung einer variablen Einlassvorrichtung und einer aktiven Gehäusestrukturierung eines Verdichters, wie beispielsweise anhand eines gemeinsamen Aktors.
10 zeigt ein beispielhaftes Verdichterkennlinienfeld bezüglich eines Verdichters mit einer variablen Einlassvorrichtung und einer aktiven Gehäusestrukturierung, die unabhängig voneinander betätigt werden können.
11 zeigt ein beispielhaftes Verdichterkennlinienfeld bezüglich eines Verdichters mit einer variablen Einlassvorrichtung und einer aktiven Gehäusestrukturierung, die anhand eines einzelnen Betätigungssystems betätigt werden.
12 zeigt ein prognostisches beispielhaftes Zeitdiagramm zum jeweils unabhängigen Einstellen einer Position einer variablen Einlassvorrichtung und einer Position einer aktiven Gehäusestrukturierung eines Verdichters auf der Grundlage von Motorbetriebsbedingungen.
13 zeigt ein prognostisches beispielhaftes Zeitdiagramm zum simultanen Einstellen einer Position einer variablen Einlassvorrichtung und einer Position einer aktiven Gehäusestrukturierung eines Verdichters auf der Grundlage von Motorbetriebsbedingungen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren für einen Turboladerverdichter mit einem variablen Einlass und einer Gehäusestrukturierung. Der Verdichter kann in einem Ansaugkanal eines Motors, wie beispielsweise dem in 1 gezeigten Motorsystem, positioniert sein. Der Verdichter kann ein äußeres Gehäuse mit einer Einlassleitung (z. B. einem Ansaugkanal) und einem Laufrad (z. B. Verdichterrad), das stromabwärts in der Einlassleitung angeordnet ist, aufweisen. Das Laufrad kann ein oder mehrere Schaufelblätter aufweisen und ist um eine Mittelachse des Verdichters drehbar. Wie in 2A-2B und 4A-4B gezeigt, kann eine variable Einlassvorrichtung (Variable Inlet Device - VID) im Inneren der Einlassleitung des Verdichters stromaufwärts des Laufrads angeordnet sein, um einen Einlassradius (oder -durchmesser) zu variieren. Die VID kann zwischen einer offenen Position (wie in 2B, 3B, 4B und 5C gezeigt) und einer geschlossenen Position (wie in 2A, 3A, 4A und 5A gezeigt) einstellbar sein. In einem Beispiel weist die VID Schaufeln auf, die entlang einer Betätigungsachse drehbar sind, um den effektiven Radius (oder Durchmesser) der VID zu variieren, wie in den 2A-3B gezeigt. In einem anderen Beispiel weist die VID Schaufeln auf, die entlang einer Betätigungsachse radial nach innen und außen bewegt werden, um den Radius zu variieren, wie in den 4A-5C gezeigt. Weiterhin kann die VID in Verbindung mit einer aktiven Gehäusestrukturierung verwendet werden, die dazu ausgelegt ist, die Rückführströmung zwischen einer Rückführmündung und einer Ausblasemündung, die in einer Wand der Einlassleitung angeordnet ist, einzustellen. Wie in den 4A-5C gezeigt, können die VID und die aktive Gehäusestrukturierung in manchen Beispielen auf der Grundlage von Motordrehzahl- und -lastbedingungen durch ein einzelnes Betätigungssystem gesteuert werden, wie etwa gemäß dem Beispielverfahren von 9. In anderen Beispielen, wie etwa in den 2A und 2B gezeigt, können die VID und die aktive Gehäusestrukturierung auf der Grundlage von Motordrehzahl- und -lastbedingungen jeweils unabhängig gesteuert werden, wie etwa gemäß den Beispielverfahren von 6 und 7. Ein beispielhaftes Kennlinienfeld bezüglich Motordrehzahl und -last ist in 8 gezeigt, und beispielhafte Verdichterkennlinienfelder sind in 10 und 11 gezeigt. Außerdem sind beispielhafte Zeitdiagramme, die eine Steuerung der VID und der aktiven Gehäusestrukturierung auf Motorbetriebsbedingungen beruhend darstellen, in 12 und 13 gezeigt. Durch das Integrieren sowohl einer VID als auch einer aktiven Gehäusestrukturierung, die auf Betriebsbedingungen beruhend gesteuert werden, können bei geringen Motordrehzahlen und -lasten die Verdichtereffizienz gesteigert und eine Pumpspanne erweitert werden, was die Kraftstoffeffizienz erhöht, während die Verdichtereffizienz bei hohen Motordrehzahlen und -lasten ebenfalls gesteigert wird, was die Motorleistung erhöht.
In der gesamten nachfolgenden detaillierten Beschreibung wird auf Betriebsbedingungen des Turboladerverdichters Bezug genommen; sie erschließen sich deutlicher unter Hinzunahme eines in 10 dargestellten Verdichterkennlinienfelds, das einen Massendurchsatz durch den Verdichter in Abhängigkeit von einem Druckverhältnis in dem Verdichter zeigt. Eine Pumpgrenze beschriebt eine Untergrenzenluftströmung für den Verdichterbetrieb, während eine Drosselgrenze eine Obergrenzenluftströmung definiert. Die gestrichelte Linie 1004 stellt beispielsweise eine obere Begrenzung dar, bei der es sich um die Pumpgrenze handelt, wohingegen eine untere Begrenzung, angegeben anhand der gestrichelten Linie 1006, die Drosselgrenze darstellt. Verdichterpumpen kann bei Vorliegen von Bedingungen mit geringer Verdichterströmung auftreten, wie zum Beispiel bei Vorgängen einer schnellen Motorentlastung, bei welchen sich eine den Verdichter antreibende Turbine weiterhin bei einer relativ hohen Drehzahl dreht, wodurch die Luft stromabwärts des Verdichters unter Druck gesetzt wird. Dies führt zu einer Hochdruckzone am Auslass des Verdichters, die eine Umkehr der Luftstromrichtung antriebt, die eine Beeinträchtigung des Turboladers hervorrufen kann. Der Verdichterbetrieb kann einen Kompromiss zwischen einem Verhüten von Pumpen und einem Betreiben mit hoher Effizienz beinhalten. Ansätze zum Erweitern der Pumpspanne (z. B. Verschieben der Linie bezüglich Pumpen nach links) können einen zusätzlichen Betrieb in Regionen mit hoher Effizienz ermöglichen, ohne dass Pumpen auftritt.
Der Betrieb über die Obergrenze des Verdichterdruckverhältnisses relativ zum Massenstrom hinaus (z. B. in einer Region rechts der gestrichelten Linie 1006, definiert durch einen relativ hohen Verdichtermassenstrom und ein relativ geringes Druckverhältnis) führt zu einer Turboladerdrosselung. Eine Drosselung kann während vorübergehender Vorgänge mit Überdrehzahl auftreten, bei denen zum Beispiel eine Erhöhung der Motorlast den Turbolader dahingehend unterwirft, über die Toleranz des Turboladers hinaus zu strömen. Die Drehzahl der Turbine, die den Verdichter antreibt, kann höher als eine maximale Nenndrehzahl des Turboladers sein. Wiederholte Fälle von Turboladerdrosselung können auch eine Beeinträchtigung des Turboladers hervorrufen und/oder das Motordrehmoment einschränken.
Bevor eine weitergehende Beschreibung der Ansätze zum Reduzieren von Verdichterpumpen bei gleichzeitigem Beibehalten oder Steigern der Verdichtereffizienz bereitgestellt wird, wird eine beispielhafte Plattform beschrieben, hier die Form eines Fahrzeugs, das einen Motor beinhaltet, worin der Turbolader der vorliegenden Offenbarung installiert werden kann. 1 stellt eine beispielhafte Ausführungsform eines Zylinders 14 eines Verbrennungsmotors 10, der in einem Fahrzeug 5 beinhaltet sein kann, dar. Der Motor 10 kann zumindest teilweise durch ein Steuersystem, das eine Steuerung 12 beinhaltet, und durch Eingaben von einem Fahrzeugführer 130 über eine Eingabevorrichtung 132 gesteuert werden. In diesem Beispiel beinhaltet die Eingabevorrichtung 132 ein Fahrpedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Der Zylinder (hier auch „Brennkammer“) 14 des Motors 10 kann Brennkammerwände 136 aufweisen, in denen ein Kolben 138 positioniert ist. Der Kolben 138 kann so an eine Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, dass eine Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle 140 kann über ein Getriebe 54 an mindestens ein Fahrzeugrad 55 gekoppelt sein, wie nachfolgend näher beschrieben. Außerdem kann ein Anlassermotor (nicht gezeigt) über ein Schwungrad an eine Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, um einen Startbetrieb des Motors 10 zu ermöglichen.
In einigen Beispielen kann das Fahrzeug 5 ein Hybridfahrzeug mit mehreren Drehmomentquellen sein, die einem oder mehreren Fahrzeugrädern 55 zur Verfügung stehen. In anderen Beispielen handelt es sich bei dem Fahrzeug 5 um ein herkömmliches Fahrzeug nur mit einem Motor oder um ein Elektrofahrzeug nur mit (einer) elektrischen Maschine(n). In dem gezeigten Beispiel beinhaltet das Fahrzeug 5 den Motor 10 und eine elektrische Maschine 52. Bei der elektrischen Maschine 52 kann es sich um einen Elektromotor oder einen Motorgenerator handeln. Die Kurbelwelle 140 des Motors 10 und die elektrische Maschine 52 sind über das Getriebe 54 mit den Fahrzeugrädern 55 verbunden, wenn eine oder mehrere Kupplungen 56 eingekuppelt sind. In dem abgebildeten Beispiel sind eine erste Kupplung 56 zwischen der Kurbelwelle 140 und der elektrischen Maschine 52 bereitgestellt und eine zweite Kupplung 56 zwischen der elektrischen Maschine 52 und dem Getriebe 54 bereitgestellt. Die Steuerung 12 kann ein Signal an einen Aktor der jeweiligen Kupplung 56 senden, um die Kupplung einzukuppeln oder auszukuppeln, um so die Kurbelwelle 140 mit bzw. von der elektrischen Maschine 52 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder zu trennen und/oder um die elektrische Maschine 52 mit bzw. von dem Getriebe 54 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder zu trennen. Bei dem Getriebe 54 kann es sich um ein Schaltgetriebe, ein Planetenradsystem oder eine andere Getriebeart handeln.
Der Antriebsstrang kann verschiedenartig ausgelegt sein, darunter als Parallel-, Serien- oder Serien-Parallel-Hybridfahrzeug. In Ausführungsformen als Elektrofahrzeug kann eine Systembatterie 58 eine Traktionsbatterie sein, die elektrische Leistung an die elektrische Maschine 52 abgibt, um den Fahrzeugrädern 55 Drehmoment bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen kann die elektrische Maschine 52 zudem als Generator betrieben werden, um beispielsweise während eines Bremsbetriebs elektrische Leistung zum Laden der Systembatterie 58 bereitzustellen. Es versteht sich, dass die Systembatterie 58 in anderen Ausführungsformen, einschließlich Ausführungsformen als Nicht-Elektrofahrzeug, eine typische Starter-, Licht- und Zündungsbatterie (Starting, Lighting, Ignition Battery - SLI-Batterie) sein kann, die an eine Lichtmaschine gekoppelt ist.
Der Zylinder 14 des Motors 10 kann über eine Reihe von Ansaugluftkanälen 142, 144 und 146 Ansaugluft aufnehmen. Der Ansaugluftkanal 146 kann zusätzlich zu dem Zylinder 14 mit anderen Zylindern des Motors 10 kommunizieren. In einigen Beispielen können einer oder mehrere der Ansaugkanäle eine Aufladevorrichtung, wie etwa einen Turbolader oder einen Kompressor, beinhalten. Beispielsweise zeigt 1 den Motor 10 mit einem Turbolader ausgelegt, der einen zwischen den Ansaugkanälen 142 und 144 angeordneten Verdichter 174 und eine entlang einem Abgaskanal 148 angeordnete Abgasturbine 176 beinhaltet. Der Verdichter 174 kann zumindest teilweise über eine Welle 180 durch die Abgasturbine 176 mit Strom versorgt werden, wenn die Aufladevorrichtung als Turbolader ausgelegt ist. In einigen Beispielen kann die Abgasturbine 176 eine Turbine mit variabler Geometrie (Variable Geometry Turbine - VGT) sein, wobei die Turbinengeometrie durch Betätigen von Turbinenschaufeln in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und anderen Betriebsbedingungen aktiv variiert wird. In einem Beispiel können die Turbinenschaufeln an einem ringförmigen Ring gekoppelt sein, und der Ring kann gedreht werden, um eine Position der Turbinenschaufeln einzustellen. In einem anderen Beispiel können eine oder mehrere der Turbinenschaufeln einzeln oder gemeinsam gedreht werden. Durch das Einstellen der Position der Turbinenschaufeln kann beispielsweise eine Querschnittsöffnung (oder -fläche) der Abgasturbine 176 eingestellt werden. In anderen Beispielen, wie etwa, wenn der Motor 10 mit einem Kompressor bereitgestellt ist, können der Verdichter 174 jedoch durch mechanische Eingaben von einem Elektromotor oder dem Motor mit Leistung versorgt und die Abgasturbine 176 optional weggelassen werden.
Eine Drossel 162, die eine Drosselklappe 164 aufweist, kann in den Motoransaugkanälen bereitgestellt sein, um die Strömungsrate und/oder den Druck der Ansaugluft, die den Motorzylindern bereitgestellt wird, zu variieren. Beispielsweise kann die Drossel 162 stromabwärts des Verdichters 174 positioniert werden, wie in 1 gezeigt, oder sie kann alternativ stromaufwärts des Verdichters 174 bereitgestellt werden. Ein Drosselpositionssensor kann bereitgestellt werden, um eine Position der Drosselklappe 164 zu ermitteln.
Der Abgaskanal 148 kann Abgase aus anderen Zylindern des Motors 10 zusätzlich zu Zylinder 14 aufnehmen. Der Darstellung nach ist ein Abgassensor 128 stromaufwärts einer Emissionsbegrenzungsvorrichtung 178 an den Abgaskanal 148 gekoppelt. Der Abgassensor 128 kann aus verschiedenen geeigneten Sensoren zum Bereitstellen einer Angabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (Air/Fuel Ratio - AFR) des Abgases ausgewählt sein, wie beispielsweise einer linearen Lambdasonde oder UEGO-Sonde (Breitband- oder Weitbereichslambdasonde), einer binären Lambdasonde oder EGO-Sonde (wie abgebildet), einer HEGO-Sonde (beheizten EGO-Sonde), einem NOx-, HC- oder CO-Sensor. Bei der Emissionsbegrenzungsvorrichtung 178 kann es sich um einen Dreiwegekatalysator, eine NOx-Falle, verschiedene andere Emissionsbegrenzungsvorrichtungen oder Kombinationen daraus handeln.
Die Abgasrückführung (AGR) kann dem Motor über ein Hochdruck-AGR-System 83 bereitgestellt werden, wodurch Abgas aus einer Zone mit höherem Druck im Abgaskanal 148, stromaufwärts der Turbine 176, zu einer Zone mit niedrigerem Druck im Ansaugluftkanal 146, stromabwärts des Verdichters 174 und der Drossel 162, über einen AGR-Kanal 81 gefördert wird. In anderen Beispielen (in 1 nicht gezeigt) kann eine Niederdruck-AGR zusätzlich oder alternativ über ein Niederdruck-AGR-System bereitgestellt werden, das eine Region des Abgaskanals 148 zwischen der Turbine 176 und der Emissionsbegrenzungsvorrichtung 178 an den Ansaugluftkanal 142 koppelt.
Ein Umfang der AGR, die dem Ansaugkanal 146 bereitgestellt wird, kann durch die Steuerung 12 über das AGR-Ventil 80 variiert werden. Beispielsweise kann die Steuerung 12 eine Position des AGR-Ventils 80 einstellen, um die Abgasmenge, die durch den AGR-Kanal 81 strömt, einzustellen. Das AGR-Ventil 80 kann zwischen einer komplett geschlossenen Position, in welcher die Abgasströmung durch den AGR-Kanal 81 blockiert wird, und einer komplett offenen Position, in der die Abgasströmung durch den AGR-Kanal zugelassen wird, eingestellt werden. Um ein Beispiel zu nennen, kann das AGR-Ventil 80 zwischen der komplett geschlossenen Position und der komplett offenen Position kontinuierlich variierbar sein. Somit kann die Steuerung einen Öffnungsgrad des AGR-Ventils 80 vergrößern, um einen Umfang der AGR, die dem Ansaugkanal 146 bereitgestellt wird, zu erhöhen, und den Öffnungsgrad des AGR-Ventils 80 verkleinern, um den Umfang der AGR, die dem Ansaugkanal 146 bereitgestellt wird, zu verringern. Die AGR kann abgekühlt werden, indem sie durch den AGR-Kühler 85 innerhalb des AGR-Kanals 81 geführt wird. Der AGR-Kühler 85 kann Wärme aus den AGR-Gasen in Motorkühlmittel abgeben, um ein Beispiel zu nennen.
Unter manchen Bedingungen kann das AGR-System dazu verwendet werden, die Temperatur des Luft-Kraftstoff-Gemischs innerhalb des Zylinders 14 zu regulieren. Dementsprechend kann es wünschenswert sein, den AGR-Massenstrom zu messen oder zu schätzen. AGR-Sensoren können im Inneren des AGR-Kanals 81 angeordnet sein und eine Angabe zu einem oder mehreren beispielsweise von Massenstrom, Druck und Temperatur des Abgases bereitstellen. Jeder Zylinder des Motors 10 kann ein oder mehrere Einlassventile und ein oder mehrere Auslassventile aufweisen. Beispielsweise weist der Zylinder 14 der Darstellung nach mindestens ein Einlasstellerventil 150 und mindestens ein Auslasstellerventil 156, die in einer oberen Region des Zylinders 14 angeordnet sind, auf. In einigen Beispielen kann jeder Zylinder des Motors 10, einschließlich des Zylinders 14, mindestens zwei Einlasstellerventile und mindestens zwei Auslasstellerventile aufweisen, die in einer oberen Region des Zylinders angeordnet sind. Das Einlassventil 150 kann durch die Steuerung 12 über einen Aktor 152 gesteuert werden. Gleichermaßen kann das Auslassventil 156 über einen Aktor 154 durch die Steuerung 12 gesteuert werden. Die Positionen des Einlassventils 150 und des Auslassventils 156 können durch jeweilige Ventilpositionssensoren (nicht gezeigt) bestimmt werden.
Bei Vorliegen mancher Bedingungen kann die Steuerung 12 die den Aktoren 152 und 154 bereitgestellten Signale variieren, um das Öffnen und Schließen des Einlass- bzw. Auslassventils zu steuern. Bei den Ventilaktoren kann es sich um Ventilaktoren mit elektrischer Ventilbetätigung, um Ventilaktoren mit Nockenbetätigung oder eine Kombination daraus handeln. Die Zeitsteuerung des Einlass- und Auslassventils kann gleichzeitig gesteuert werden, oder es kann eine beliebige von einer Möglichkeit zur variablen Einlassnockenzeitsteuerung, zur variablen Auslassnockenzeitsteuerung, zur dualen unabhängigen variablen Nockenzeitsteuerung oder zur festen Nockenzeitsteuerung verwendet werden. Jedes Nockenbetätigungssystem kann einen oder mehrere Nocken beinhalten und eines oder mehrere aus Systemen zur Nockenprofilverstellung (Cam Profile Switching - CPS), variablen Nockenzeitsteuerung (Variable Cam Timing - VCT), variablen Ventilzeitsteuerung (Variable Valve Timing - WT) und/oder zum variablen Ventilhub (Variable Valve Lift - VVL), die durch die Steuerung 12 betrieben werden können, zum Variieren des Ventilbetriebs verwenden. Zum Beispiel kann der Zylinder 14 alternativ ein über elektrische Ventilbetätigung gesteuertes Einlassventil und ein über Nockenbetätigung einschließlich CPS und/oder VCT gesteuertes Auslassventil aufweisen. In anderen Beispielen können das Einlass- und Auslassventil durch einen gemeinsamen Ventilaktor (oder ein gemeinsames Betätigungssystem) oder einen Aktor (oder ein Betätigungssystem) zur variablen Ventilzeitsteuerung gesteuert werden.
Der Zylinder 14 kann ein Verdichtungsverhältnis aufweisen, wobei es sich um ein Verhältnis vom Volumen des Kolbens 138 am unteren Totpunkt (UT) zu dem am oberen Totpunkt (OT) handelt. In einem Beispiel liegt das Verdichtungsverhältnis im Bereich von 9:1 bis 10:1. In einigen Beispielen, wie etwa, wenn andere Kraftstoffe verwendet werden, kann das Verdichtungsverhältnis jedoch höher sein. Hierzu kann es beispielsweise kommen, wenn Kraftstoffe mit einer höheren Oktanzahl oder Kraftstoffe mit einer höheren latenten Verdampfungsenthalpie verwendet werden. Das Verdichtungsverhältnis kann zudem erhöht sein, wenn Direkteinspritzung verwendet wird, da sich diese auf das Motorklopfen auswirkt.
In einigen Beispielen kann jeder Zylinder des Motors 10 eine Zündkerze 192 zum Einleiten der Verbrennung beinhalten. Ein Zündsystem 190 kann der Brennkammer 14 als Reaktion auf ein Vorzündungssignal SA (Spark Advance) von der Steuerung 12 bei ausgewählten Betriebsmodi über die Zündkerze 192 einen Zündfunken bereitstellen. Ein Zeitpunkt des Signals SA kann auf Motorbetriebsbedingungen und dem Fahrerdrehmomentbedarf beruhend eingestellt werden. Beispielsweise kann der Zündfunken zu einem Zeitpunkt für maximales Bremsmoment (Maximum Brake Torque - MBT) bereitgestellt werden, um die Leistung und den Wirkungsgrad des Motors zu maximieren. Die Steuerung 12 kann Motorbetriebsbedingungen, einschließlich der Motordrehzahl, Motorlast und Abgas-AFR, in eine Lookup-Tabelle eingeben und den entsprechenden MBT-Zeitpunkt für die eingegebenen Motorbetriebsbedingungen ausgeben.
In einigen Beispielen kann jeder Zylinder des Motors 10 mit einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzvorrichtungen ausgelegt sein, um diesem Kraftstoff bereitzustellen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel ist gezeigt, dass der Zylinder 14 eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 beinhaltet. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 kann dazu ausgelegt sein, aus einem Kraftstoffsystem 8 aufgenommenen Kraftstoff zuzuführen. Das Kraftstoffsystem 8 kann einen/eine oder mehrere Kraftstofftanks, Kraftstoffpumpen und Kraftstoffleitungen beinhalten. Der Darstellung nach ist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 direkt an den Zylinder 14 gekoppelt, um Kraftstoff proportional zur Impulsbreite des Signals FPW, das von der Steuerung 12 über einen elektronischen Treiber 168 empfangen wird, direkt in diesen einzuspritzen. Auf diese Art und Weise stellt die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 eine sogenannte Direkteinspritzung (im Folgenden auch als „DI“ (Direct Injection) bezeichnet) von Kraftstoff in den Zylinder 14 bereit. Wenngleich die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 in 1 auf einer Seite des Zylinders 14 positioniert gezeigt ist, kann die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 alternativ dazu oberhalb des Kolbens angeordnet sein, wie etwa nahe der Position der Zündkerze 192. Eine derartige Position kann die Mischung und Verbrennung verbessern, wenn der Motor mit einem Kraftstoff auf Alkoholbasis betrieben wird, da einige Kraftstoffe auf Alkoholbasis eine niedrigere Flüchtigkeit aufweisen. Alternativ kann die Einspritzvorrichtung oberhalb und nahe dem Einlassventil angeordnet sein, um die Mischung zu verbessern. Kraftstoff kann der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 aus einem Kraftstofftank des Kraftstoffsystems 8 über eine Hochdruckkraftstoffpumpe und einen Kraftstoffverteiler zugeführt werden. Ferner kann der Kraftstofftank einen Druckwandler aufweisen, welcher der Steuerung 12 ein Signal bereitstellt.
In einem alternativen Beispiel kann die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 in einer Auslegung, die eine sogenannte Kraftstoffeinspritzung mit einer Düse pro Einlasskanal (im Folgenden auch als Port Fuel Injection - „PFI“ bezeichnet) in eine Einlassmündung stromaufwärts des Zylinders 14 bereitstellt, in einem Ansaugkanal 146 angeordnet sein, statt direkt an den Zylinder 14 gekoppelt zu sein. In noch anderen Beispielen kann der Zylinder 14 mehrere Einspritzvorrichtungen beinhalten, die als Direktkraftstoffeinspritzvorrichtungen, Saugrohrkraftstoffeinspritzvorrichtungen oder eine Kombination davon ausgelegt sein können. Demnach versteht es sich, dass die in dieser Schrift beschriebenen Kraftstoffsysteme nicht durch die hier exemplarisch beschriebenen konkreten Auslegungen von Kraftstoffeinspritzvorrichtungen einzuschränken sind.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 kann dazu ausgelegt sein, unterschiedliche Kraftstoffe aus dem Kraftstoffsystem 8 in variierenden relativen Mengen als Kraftstoffgemisch aufzunehmen, und sie kann ferner dazu ausgelegt sein, dieses Kraftstoffgemisch direkt in den Zylinder 14 einzuspritzen. Ferner kann dem Zylinder 14 während unterschiedlicher Takte eines einzelnen Zyklus des Zylinders Kraftstoff zugeführt werden. Zum Beispiel kann direkt eingespritzter Kraftstoff mindestens teilweise während eines vorherigen Ausstoßtakts, während eines Ansaugtakts und/oder während eines Verdichtungstakts zugeführt werden. Demnach können für einen einzigen Verbrennungsvorgang eine oder mehrere Einspritzungen von Kraftstoff pro Zyklus durchgeführt werden. Die mehreren Einspritzungen können während des Verdichtungstakts, Ansaugtakts oder einer beliebigen geeigneten Kombination daraus durchgeführt werden, was als aufgeteilte Kraftstoffeinspritzung bezeichnet wird.
Kraftstofftanks in dem Kraftstoffsystem 8 können Kraftstoffe unterschiedlicher Kraftstoffarten fassen, wie etwa Kraftstoffe mit unterschiedlichen Kraftstoffqualitäten und unterschiedlichen Kraftstoffzusammensetzungen. Zu den Unterschieden können unterschiedliche Alkoholgehalte, unterschiedliche Wassergehalte, unterschiedliche Oktanzahlen, unterschiedliche Verdampfungswärmen, unterschiedliche Kraftstoffgemische und/oder Kombinationen daraus usw. gehören. Zu einem Beispiel für Kraftstoffe mit unterschiedlichen Verdampfungswärmen zählt Benzin als erste Kraftstoffart mit einer niedrigeren Verdampfungswärme und Ethanol als zweite Kraftstoffart mit einer höheren Verdampfungswärme. In einem anderen Beispiel kann der Motor Benzin als erste Kraftstoffart und ein alkoholhaltiges Kraftstoffgemisch, wie etwa E85 (das ungefähr zu 85 % aus Ethanol und zu 15 % aus Benzin besteht) oder M85 (das ungefähr zu 85 % aus Methanol und zu 15 % aus Benzin besteht), als zweite Kraftstoffart verwenden. Zu weiteren möglichen Stoffen gehören Wasser, Methanol, ein Gemisch aus Ethanol und Wasser, ein Gemisch aus Wasser und Methanol, ein Gemisch aus Alkoholen usw. In noch einem anderen Beispiel kann es sich bei beiden Kraftstoffen um Alkoholgemische mit variierenden Alkoholzusammensetzungen handeln, wobei die erste Kraftstoffart ein Benzin-Alkohol-Gemisch mit einer niedrigeren Alkoholkonzentration sein kann, wie etwa E10 (das ungefähr zu 10 % aus Ethanol besteht), während die zweite Kraftstoffart ein Benzin-Alkohol-Gemisch mit einer höheren Alkoholkonzentration sein kann, wie etwa E85 (das ungefähr zu 85 % aus Ethanol besteht). Des Weiteren können sich der erste und der zweite Kraftstoff zudem in Bezug auf weitere Kraftstoffqualitäten unterscheiden, wie etwa einen Unterschied bei der Temperatur, Viskosität, Oktanzahl usw. aufweisen. In einem weiteren Beispiel können Kraftstofftanks in dem Kraftstoffsystem 8 Dieselkraftstoff fassen. Darüber hinaus können die Kraftstoffeigenschaften eines oder beider Kraftstofftanks häufig variieren, beispielsweise aufgrund täglicher Schwankungen beim Befüllen des Tanks.
Die Steuerung 12 ist in 1 als Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 106, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 108, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme (z. B. ausführbare Anweisungen) und Kalibrierungswerte, das in diesem konkreten Beispiel als nichtflüchtiger Festwertspeicherchip 110 gezeigt ist, Direktzugriffsspeicher 112, Keep-Alive-Speicher 114 und einen Datenbus beinhaltet. Die Steuerung 12 kann verschiedene Signale von an den Motor 10 gekoppelten Sensoren empfangen, einschließlich der zuvor erörterten Signale und zusätzlich einschließlich einer Messung der induzierten Luftmassenströmung (Mass Air Flow - MAF) von einem Luftmassensensor 122; einer Motorkühlmitteltemperatur (Engine Coolant Temperature - ECT) von einem Temperatursensor 116, der an eine Kühlhülse 118 gekoppelt ist; eines Abgasdrucks von einem Drucksensor 158, der an einen Abgaskanal 148 stromaufwärts der Turbine 176 gekoppelt ist; eines Zündungsimpulsgebersignals (Profile Ignition Pickup - PIP) von einem Hall-Effekt-Sensor 120 (oder einer anderen Art), der an die Kurbelwelle 140 gekoppelt ist; einer Drosselposition (Throttle Position - TP) von dem Drosselpositionssensor; des Signals EGO von dem Abgassensor 128, das durch die Steuerung 12 dazu verwendet werden kann, das AFR des Abgases zu bestimmen; und eines Krümmerabsolutdrucksignals (Absolute Manifold Pressure - MAP) von einem MAP-Sensor 124. Ein Motordrehzahlsignal, RPM, kann durch die Steuerung 12 anhand des Signals PIP erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von dem MAP-Sensor 124 kann dazu verwendet werden, eine Angabe zum Unterdruck oder Druck im Ansaugkrümmer bereitzustellen. Die Steuerung 12 kann eine Motortemperatur auf der Grundlage der Motorkühlmitteltemperatur ableiten.
Die Steuerung 12 empfängt Signale von den verschiedenen Sensoren aus 1 und setzt die verschiedenen Aktoren aus 1 ein, um den Motorbetrieb auf der Grundlage der empfangenen Signale und Anweisungen, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, einzustellen. Beim Empfangen von Signalen von verschiedenen Sensoren kann die Motorsteuerung beispielsweise Steuersignale an einen Aktor, um die Position einer variablen Einlassvorrichtung (VID) des Verdichters 174 zu verändern, und/oder an einen Aktor einer aktiven Gehäusestrukturierung, die entlang einer Einlassleitung des Verdichters 174 angeordnet ist, senden (wie weiter unten unter Bezugnahme auf die 6, 7 und 9 beschrieben). Beispielsweise kann die Steuerung ein elektronisches Signal an einen Aktor der VID senden, um die VID als Reaktion auf eine aktuelle Motordrehzahl und Motorlast relativ zu einer Pumpschwelle des Verdichters von einer offenen zu einer geschlossenen Position oder von einer geschlossenen zu einer offenen Position einzustellen. In anderen Beispielen können die Positionen der VID und der Gehäusestrukturierung anhand eines einzelnen Aktors auf Motorbedingungen reagierend simultan eingestellt werden.
Wie vorstehend beschrieben, zeigt 1 lediglich einen Zylinder eines Mehrzylindermotors. Demnach kann jeder Zylinder gleichermaßen einen eigenen Satz Einlass-/Auslassventile, Kraftstoffeinspritzvorrichtung(en), eine eigene Zündkerze usw. beinhalten. Es versteht sich, dass der Motor 10 eine beliebige geeignete Anzahl an Zylindern, einschließlich 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 oder mehr Zylindern, beinhalten kann. Ferner kann jeder dieser Zylinder einige oder alle der verschiedenen Komponenten beinhalten, die in 1 unter Bezugnahme auf den Zylinder 14 beschrieben und dargestellt sind.
2A-2B zeigen eine Schnittansicht eines ersten Beispiels für einen Verdichters 202 eines Turboladers, der eine aktive Gehäusestrukturierung (Active Casing Treatment - ACT) und eine variable Einlassvorrichtung (VID) 240, die in einer Einlassleitung (z. B. einem Ansaugkanal) des Verdichters 202 positioniert ist, aufweist. In einem Beispiel kann der Verdichter 202 der Verdichter 174 aus 1 sein. Eine Turbine, wie etwa die in 1 gezeigte Turbine 176, kann über eine Welle 204 drehbar an den Verdichter 202 gekoppelt sein. Konkret wandelt die Turbine die Energie des Abgases in Rotationsenergie zum Drehen der Welle 204, die mit einem Laufrad 206 verbunden ist, um. Das Laufrad 206 kann in dieser Schrift auch als Verdichterrad bezeichnet werden. Der Verdichter 202 weist das Laufrad 206, Diffusoren 208, Spiralen (z. B. Verdichterkammern) 210, eine aktive Gehäusestrukturierung 212 und ein Gehäuse 214 auf. Durch die Drehung des Laufrads 206 wird Gas durch einen Verdichtereinlass 216 des Gehäuses 214 in den Verdichter 202 gesaugt. Als nicht einschränkende Beispiele können zu dem Gas Luft aus einem Ansaugkanal, Abgasluft (wie beispielsweise, wenn eine externe Abgasrückführung verwendet wird), ein Luft/Kraftstoff-Gemisch (wie beispielsweise aus einem Kraftstoffdampfbehälter oder dem Kurbelgehäuse des Motors) und Kombinationen daraus gehören. Gas strömt aus dem Verdichtereinlass 216 und wird durch das Laufrad 206 beschleunigt, bevor es durch den Diffusor 208 in die Spirale 210 strömt. Der Diffusor 208 und die Spirale 210 bremsen das Gas ab, was zu einer Erhöhung des Drucks in der Spirale 210 führt. Unter Druck stehendes Gas kann von der Spirale 210 zum Ansaugkrümmer strömen.
Elemente im Verdichter 202 können bezogen auf die Richtung des Gasströmungswegs durch den Verdichter 202 beschrieben werden. Ein Element, das sich bezogen auf einen Bezugspunkt im Wesentlichen in der Richtung des Gasstroms befindet, liegt stromabwärts des Bezugspunkts. Ein Element, das bezogen auf einen Bezugspunkt der Richtung des Gasstroms im Wesentlichen entgegengesetzt ist, liegt stromaufwärts des Bezugspunkts. Beispielsweise befindet sich der Verdichtereinlass 216 stromaufwärts des Laufrads 206, das sich stromaufwärts des Diffusors 208 befindet. Der Diffusor 208 befindet sich stromabwärts des Laufrads 206, das sich stromabwärts des Verdichtereinlasses 216 befindet.
Das Laufrad 206 weist eine Nabe 218 und eine Vielzahl von Schaufelblättern, einschließlich einer Vollschaufel 220 und einer Splitterschaufel 222, auf. Das Laufrad 206 kann auch eine Vollschaufel 220 ohne eine Splitterschaufel 222 aufweisen. Die Vollschaufel 220 und die Splitterschaufel 222 sind an der Nabe 218 angebracht. Bei der Kante der Vollschaufel 220, die sich im Inneren des Verdichters 202 am weitesten stromaufwärts befindet, handelt es sich um die Anströmkante der Vollschaufel 220. Gleichermaßen weist die Splitterschaufel 222 eine Anströmkante an dem Abschnitt der Splitterschaufel 222 auf, der sich am weitesten stromaufwärts befindet. Die Anströmkante der Vollschaufel 220 befindet sich stromaufwärts der Splitterschaufel 222. Das Laufrad 206 weist weiterhin eine Drehachse 224 auf, die mit einer Drehachse für die Antriebswelle 204 und einer Turbinennabe der Turbine (nicht gezeigt) gefluchtet ist. Die Drehachse 224 ist im Wesentlichen parallel zum Gasstrom am Verdichtereinlass 216 und im Wesentlichen senkrecht zum Gasstrom am Diffusor 208. Die Drehachse 224 kann in dieser Schrift auch als Mittelachse des Verdichters 202 bezeichnet werden.
Das Gehäuse 214 weist einen Verdichtereinlass 216, einen Ansaugkanal (in dieser Schrift auch als Einlassleitung bezeichnet) 226, Rückführkanäle 228 (wovon nur einer gekennzeichnet ist), Rückführmündungen 230 (wovon nur eine gekennzeichnet ist) und Ausblasemündungen 232 (wovon nur eine gekennzeichnet ist) auf. Das Laufrad 206 ist in dem Ansaugkanal 226 enthalten. Jede Ausblasemündung 232 befindet sich stromabwärts der Anströmkante der Voll schaufel 220 und stromaufwärts der Anströmkante der Splitterschaufel 222. Jede Rückführmündung 230 befindet sich stromabwärts des Verdichtereinlasses 216 und stromaufwärts des Laufrads 206. Die Rückführmündungen 230 sind dazu ausgelegt, zu ermöglichen, dass Gas zwischen den Rückführkanälen 228 und dem Ansaugkanal 226 strömen kann.
Die aktive Gehäusestrukturierung 212 ist dazu ausgelegt, die Gasströmung durch den Verdichter 202 zu steuern. Konkret kann die aktive Gehäusestrukturierung 212, die von einer Steuerung (z. B. der Steuerung 12, die in 1 gezeigt ist) gesteuert wird, die Gasströmung durch jeden Rückführkanal 228 (der auch als Gehäusestrukturierungsaussparung bezeichnet werden kann) selektiv steuern. Bei Vorliegen von Bedingungen mit hohem Druckverhältnis und geringem Massenstrom kann es die aktive Gehäusestrukturierung 212 beispielsweise ermöglichen, dass Gas aus dem Ansaugkanal 226 durch die Ausblasemündung 232 in den Rückführkanal 228 und zurück in den Ansaugkanal 226 strömt, was in Richtung der Pfeile 233, die in 2B gezeigt sind, erfolgt. Somit kann die Gasströmung, die auf die Anströmkante der Vollschaufel 220 auftrifft, größer als ohne die Ausblasemündung 232 sein. Die zusätzliche Gasströmung kann es ermöglichen, dass der Turboladerverdichter mit einer geringeren Gasströmung durch den Verdichter arbeitet, bevor ein Pumpen auftritt (bspw., indem eine Pumpspanne erweitert wird).
Der Ansaugkanal 226 kann im Wesentlichen zylindrisch sein. Der Rückführkanal 228 kann im Wesentlichen ringförmig sein, da er sich außerhalb des Ansaugkanals 226 befindet und ihn umgibt. Die Mündungen, die den Ansaugkanal 226 und den Rückführkanal 228 verbinden, wie etwa die Rückführmündung 230 und die Ausblasemündung 232, können jeweils anhand verschiedener Mittel umgesetzt werden. Zum Beispiel können die Mündungen als ein oder mehrere Löcher ausgebildet sein, die in einer Wand 207 des Ansaugkanals 226 gebildet sind (z. B. einer Wand, die diesen bildet). In einem Beispiel kann die Wand 207 ein Bestandteil des Gehäuses 214 sein. Als ein anderes Beispiel können die Mündungen als ein oder mehrere Schlitze ausgebildet sein, die sich um den Umfang des Ansaugkanals und durch eine Wand des Gehäuses erstrecken, der den Ansaugkanal bildet. Die Mündungen können eine einheitliche oder nicht einheitliche Breite entlang der Länge der Mündung vom Ansaugkanal 226 zum Rückführkanal 228 aufweisen. Jede Mündung kann eine Mittellinie aufweisen, die sich entlang der Länge der Mündung vom Ansaugkanal 226 zum Rückführkanal 228 erstreckt. Die Mittellinie kann senkrecht zur Drehachse 224 des Laufrads 206 verlaufen, oder die Mittellinie kann eine Neigung ungleich null im Verhältnis zur Drehachse des Laufrads 206 aufweisen.
Die aktive Gehäusestrukturierung 212 kann auf vielerlei Arten umgesetzt werden. Zum Beispiel kann eine verschiebbare Gehäusehülse im Rückführkanal eingepasst sein, um die Gasströmung durch die Rückführmündung 230 und/oder Ausblasemündung 232 selektiv zu blockieren. Die Gehäusehülse kann ein oder mehrere Löcher und/oder einen oder mehrere Schlitze aufweisen, die sich je nach Position der Gehäusehülse an der Rückführmündung 230 und/oder Ausblasemündung 232 ausrichten. In einem anderen Beispiel, wie in 2A und 2B gezeigt, kann ein verschiebbares Ventil verwendet werden, um die Gasströmung durch den Rückführkanal 228 selektiv zu blockieren. Beispielsweise kann ein verschiebbares Ventil 234a verwendet werden, um jeden Rückführkanal 228 an der Rückführmündung 230 zu öffnen und zu schließen. In einem alternativen Beispiel kann zum Öffnen und Schließen jedes Rückführkanals 228 an der Rückführmündung 232 ein verschiebbares Ventil 234b anstelle des verschiebbaren Ventils 234a eingebaut sein. In einem weiteren Beispiel kann das verschiebbare Ventil 234b im Inneren des Ansaugkanals 226 statt im Inneren des Rückführkanals 228, wie gezeigt, positioniert sein. Die Positionierung des verschiebbaren Ventils (z. B. an der Rückführmündung 230 oder an der Ausblasemündung 232, im Inneren des Rückführkanals 228 oder im Inneren des Ansaugkanals 226) kann auf Fertigungsbeschränkungen wie beispielsweise Verpackungsbeschränkungen beruhend ausgewählt werden. Bei Vorliegen von Bedingungen, unter denen das verschiebbare Ventil geschlossen ist, wie in dieser Schrift weitergehend beschrieben, kann eine Effizienz des Verdichters geringfügig gesteigert werden, indem die aktive Gehäusestrukturierung 212 am Ausblaseventil 232 (z. B. anhand des verschiebbaren Ventils 234b) geschlossen wird - im Vergleich zum Schließen der aktiven Gehäusestrukturierung 212 an der Rückführmündung 230 (z. B. anhand des verschiebbaren Ventils 234a). Um ein veranschaulichendes Beispiel zu nennen, kann die Effizienz bei Verdichtermassendurchsatz und -drehzahl, die gleich sind, etwa 0,700 betragen, wenn die aktive Gehäusestrukturierung 212 anhand des verschiebbaren Ventils 234b geschlossen wird, und etwa 0,695 betragen, wenn sie anhand des verschiebbaren Ventils 234a geschlossen wird. Die Effizienz kann in ähnlicher Weise weiter geringfügig gesteigert werden, wenn das verschiebbare Ventil im Inneren des Einlasskanals 226 statt im Inneren des Rückführkanals 228 positioniert wird.
In der Darstellung von 2A ist das verschiebbare Ventil 234a derart positioniert, dass die Rückführmündung 230 geschlossen ist (oder das verschiebbare Ventil 234b ist derart positioniert, dass die Ausblasemündung 232 geschlossen ist), wodurch eine Luftströmung in den Ansaugkanal 226 aus dem Rückführkanal 228 verhindert wird. Die in 2A gezeigte Positionierung des verschiebbaren Ventils 234a kann in dieser Schrift als geschlossene Position bezeichnet werden. In der Darstellung von 2B ist das verschiebbare Ventil 234a derart positioniert, dass die Rückführmündung 230 offen ist (oder das verschiebbare Ventil 234b ist derart positioniert, dass die Ausblasemündung 232 offen ist), wodurch eine Luftströmung in den Ansaugkanal 226 aus dem Rückführkanal 228, wie anhand der Pfeile 233 angegeben, zugelassen wird. Die in 2B gezeigte Positionierung des verschiebbaren Ventils 234a kann in dieser Schrift als offene Position bezeichnet werden. Auf diese Weise kann die aktive Gehäusestrukturierung 212 derart eingestellt werden, dass Luft unter ausgewählten Betriebsbedingungen durch den Rückführkanal 228 strömt, wie es unter Bezugnahme auf 7 und 9 weitergehend beschrieben wird. Das verschiebbare Ventil 234a (oder das verschiebbare Ventil 234b) kann anhand eines Aktors 209, der kommunikativ an eine Steuerung (z. B. die Steuerung 12 von 1) gekoppelt sein kann, zwischen der offenen und geschlossenen Position bewegt werden. Der Aktor 209 kann elektrisch oder hydraulisch betätigt werden und einen integrierten Positionssensor aufweisen. Beispielsweise kann der integrierte Positionssensor der Steuerung ein Positionsrückkopplungssignal senden, das für eine Aktorposition und damit für die Position des verschiebbaren Ventils 234a (oder des verschiebbaren Ventils 234b) repräsentativ ist. Wenn das Positionsrückkopplungssignal angibt, dass das verschiebbare Ventil 234a (oder das verschiebbare Ventil 234b) die befohlene Position erreicht hat, kann die Steuerung den Aktor 209 abschalten, um ein Beispiel zu nennen.
In einem alternativen Beispiel kann die aktive Gehäusestrukturierung 212 auf der Grundlage einer Druckdifferenz am Verdichtereinlass 216 und einem Ansaugkrümmer stromabwärts des Verdichters eingestellt werden. In einem weiteren alternativen Beispiel kann die aktive Gehäusestrukturierung 212 auf der Grundlage einer Druckdifferenz am Ansaugkrümmer und Turbineneinlass eingestellt werden. In einem weiteren alternativen Beispiel kann die aktive Gehäusestrukturierung 212 auf der Grundlage von Motorlast- und Motordrehzahlbedingungen (z. B. einer aktuellen Betriebsdrehzahl und -last des Motors) im Verhältnis zu einer Pumpschwelle eingestellt werden. Es versteht sich, dass die in dieser Schrift vorgestellten Beispiele erläuternder Art sind und die aktive Gehäusestrukturierung 212 auch auf der Grundlage anderer Parameter eingestellt werden kann.
Wie in den 2A-2B gezeigt, ist die VID 240 im Inneren des Ansaugkanals 226 unmittelbar stromaufwärts des Laufrads 206 positioniert, sodass keine anderen Komponenten zwischen die VID 240 und das Laufrad 206 platziert werden können. In einem Beispiel bedeutet unmittelbar stromaufwärts des Laufrads, dass die VID 240 in einem Abstand, der innerhalb von 25 % einer Länge zwischen der Ausblasemündung 232 und der Rückführmündung 230 liegt, stromaufwärts des Laufrads 206 positioniert ist. Beispielsweise können die Ausblasemündung 232 und die Rückführmündung 230 um eine erste Länge (z. B. 50 mm) voneinander beabstandet sein, und die VID 240 kann um eine zweite Länge (z.B. 10 mm) von der Anströmkante des Laufrads 206 beabstandet sein, wodurch die VID 240 um einen Abstand, der innerhalb von 25 % (z. B. bei 20 %) der Länge liegt, welche die Ausblasemündung von der Rückführmündung trennt, vom Laufrad 206 beabstandet sein kann. In einem anderen Beispiel bedeutet unmittelbar stromaufwärts des Laufrads zusätzlich oder alternativ, dass die VID 240 in einem Abstand stromaufwärts des Laufrads 206 positioniert ist, der im Wesentlichen geringer als ein Durchmesser des Ansaugkanals 226 ist, wie etwas weniger als ein Fünftel des Durchmessers des Ansaugkanals 226, beträgt. In einem weiteren Beispiel bedeutet unmittelbar stromaufwärts des Laufrads zusätzlich oder alternativ, dass die VID 240 in einem Abstand in einem Bereich von 2 bis 10 Millimetern von der Anströmkante des Laufrads 206 nahe des Laufrads 206 positioniert ist. Außerdem kann sich eine Ebene der VID 240 zumindest teilweise mit einer Ebene der Spiralen 210 überschneiden. Beispielsweise, wie weiter unten ausführlicher erläutert, kann die VID 240 eine Vielzahl von Schaufeln, wie etwa die Schaufel 241, aufweisen, und wenn die Schaufeln geschlossen sind (wie in 2A gezeigt), kann die stromabwärtige Fläche der Schaufeln (z. B. die zweite Fläche 246, die auf das Laufrad 206 zeigt) eine Ebene 260 bilden, welche die Spiralen schneidet. Ein Auslassende 203 der VID 240 ist stromaufwärts der Ausblasemündung 232 angeordnet, und ein Einlassende 205 ist stromabwärts der Rückführmündung 230 angeordnet. Die VID 240 spannt sich um einen Innenumfang des Ansaugkanals 226 und ist an eine Innenfläche der Wand 207 des Ansaugkanals 226 angrenzend angeordnet. Beispielsweise kann ein Außendurchmesser der VID 240 einem Innendurchmesser des Ansaugkanals 226 ungefähr entsprechen, sodass eine Außenbegrenzung der VID 240 in flächenteilendem Kontakt mit der Innenfläche der Wand 207 liegt. Die VID 240 weist eine Vielzahl von Schaufeln (oder Schaufelblättern) 241 auf, wobei jede Schaufel 241 über einen Gelenkbolzen und einen Betätigungsarm 219 an eine Betätigungsplatte 215 gekoppelt ist. Die Anzahl der Schaufeln kann variieren, wie beispielsweise eine Anzahl in einem Bereich von 2 bis 15. Jede Schaufel 241 weist eine erste Fläche 244 und eine zweite Fläche 246 auf, wobei die erste Fläche 244 und die zweite Fläche 246 um eine Dicke der Schaufel voneinander getrennt sind und parallel zueinander verlaufen. Jede Schaufel 241 weist auch eine Länge und eine Breite auf, wobei die Breite entlang der Länge der Schaufel radial nach außen zunimmt, wie unter Bezugnahme auf 3A dargestellt.
2A zeigt ein erstes Schema 200, bei dem die VID in eine geschlossene Position eingestellt (bspw. betätigt) ist, wie es weiter unten unter Bezugnahme auf 3A weitergehend beschrieben wird, wohingegen 2B ein zweites Schema 225 zeigt, in dem die VID in eine offene Position eingestellt (bspw. betätigt) ist, wie es weiter unten unter Bezugnahme auf 3B weitergehend beschrieben wird. Wenn sich die VID 240 in der geschlossenen Position befindet, die in 2A gezeigt ist, dann ist die erste Fläche 244 eine stromaufwärtige Fläche und die zweite Fläche 246 eine stromabwärtige Fläche. Sowohl die erste Fläche 244 als auch die zweite Fläche 246 jeder Schaufel 241 liegen im Wesentlichen senkrecht zur Mittelachse des Verdichters 224 sowie einer Richtung der Gasströmung am Verdichtereinlass 216. Wenn sich die VID 240 in der offenen Position befindet, die in 2B gezeigt ist, dann liegen sowohl die erste Fläche 244 als auch die zweite Fläche 246 jeder Schaufel 241 im Wesentlichen parallel zur Mittelachse des Verdichters 224 sowie der Richtung der Gasströmung am Verdichtereinlass 216. Außerdem sind die erste Fläche 244 und die zweite Fläche 246 in der offenen Position im Vergleich dazu, dass sie sich in der geschlossenen Position befinden, um 90 Grad gedreht. Die VID 240 kann anhand der Betätigungsplatte 215 und eines Aktors 223 zwischen der offenen Position und der geschlossenen Position betätigt werden. Bei dem Aktor 223 kann es sich um einen Elektromotor handeln, der beispielsweise kommunikativ an die Steuerung gekoppelt ist, sodass ein Befehlssignal von der Steuerung bewirkt, dass der Aktor 223 die Position der Schaufeln 241 über die Betätigungsplatte 215 einstellt. Der Aktor 223 kann elektrisch oder hydraulisch betätigt werden und einen integrierten Positionssensor aufweisen. Beispielsweise kann der integrierte Positionssensor der Steuerung ein Positionsrückkopplungssignal senden, das für eine Aktorposition und damit für die Position der Schaufeln 241 repräsentativ ist. Wenn das Positionsrückkopplungssignal angibt, dass die Schaufeln 241 die befohlene Position erreicht haben, kann die Steuerung den Aktor 223 abschalten, um ein Beispiel zu nennen.
Unter Bedingungen mit geringerer Last kann die VID 240 durch die Steuerung über den Aktor 223 und die Betätigungsplatte 215, wie in 2A gezeigt, in die geschlossene Position betätigt werden. In der geschlossenen Position ist die Luftströmung vor der Anströmkante der Vollschaufel 220 blockiert. Wenn sich die VID 240 in der geschlossenen Position befindet, wird beispielsweise ein Durchmesser des Ansaugkanals 226 unmittelbar stromaufwärts des Laufrads 206 eingegrenzt, wobei die VID 240 in einen Zustand mit kleinerem Radius (z. B. kleiner Einfassung) versetzt ist. Die Außenbegrenzung des Laufrads (z. B. die an das Gehäuse 214 angrenzenden Außenkanten) tritt nicht mit dem Luftstrom in Wechselwirkung, was effektiv eine Größe des Laufrads 206 reduziert. Die VID 240 kann die Luftströmung beispielsweise auf 20-40 % des Laufrads 206 blockieren, wenn sie in der geschlossenen Position ist. Im vorliegenden Zusammenhang bezieht sich die Außenbegrenzung des Laufrads auf die 20-40 % des Laufrads, welche durch die VID 240 in dem Zustand mit kleiner Einfassung blockiert werden, während ein mittlerer Abschnitt des Laufrads, einschließlich der Nabe 218, unblockiert bleibt. Infolgedessen ähnelt eine Leistungsfähigkeit des Verdichters 202 jener eines kleineren Verdichters, und die Verdichtereffizienz bei geringeren Verdichterdrehzahlen und -massenströmen wird gesteigert. In manchen Beispielen kann die aktive Gehäusestrukturierung 212 simultan in eine Position eingestellt werden, die eine Luftströmung durch den Rückführkanal 228 verhindert, wie etwa durch Betätigen des verschiebbaren Ventils 234a in die geschlossene Position, was die Verdichtereffizienz im Vergleich dazu, dass die VID 240 und das verschiebbare Ventil 234a in der offenen Position gehalten werden, weiter steigert. In anderen Beispielen können die VID 240 und die aktive Gehäusestrukturierung 212 allerdings zu unterschiedlichen Zeitpunkten eingestellt werden. In noch anderen Beispielen können die VID 240 und die aktive Gehäusestrukturierung 212 unter Verwendung eines einzelnen Betätigungssystems betätigt werden, wie es unter Bezugnahme auf die 4A-4B beschrieben wird.
Im Falle höherer Motorlasten wird die VID 240 über den Aktor 223 und die Betätigungsplatte 215 in die offene Position betätigt, wie in 2B gezeigt. Bei dem Aktor 223 kann es sich beispielsweise um einen elektrischen oder hydraulischen Motor handeln, der die Betätigungsplatte 215 zum Drehen bringen und dann die VID 240 mittels Rotation jedes Betätigungsarms 219 dazu antreiben kann, dass sie sich schließt oder öffnet. In der offenen Position ist die Luftströmung zum Laufrad 206 unbeschränkt, wobei die VID 240 in einen Zustand mit größerem Radius (bspw. großer Einfassung) versetzt ist, was eine höhere Motorleistung oder ein höheres Drehmoment ermöglicht. Wenn die VID 240 geöffnet ist, kann die aktive Gehäusestrukturierung 212 in manchen Beispielen simultan eingestellt werden, sodass die Luftströmung durch den Rückführkanal 228 zugelassen wird (bspw. wird das verschiebbare Ventil 234a in die offene Position betätigt), wie in 2B gezeigt. Indem zugelassen wird, dass Luft durch den Rückführkanal 228 strömt, wird eine Pumpspanne des Verdichters erweitert. In anderen Beispielen können die VID 240 und die aktive Gehäusestrukturierung 212 allerdings zu unterschiedlichen Zeitpunkten eingestellt werden. Dadurch, dass sowohl eine VID 240 als auch eine aktive Gehäusestrukturierung 212 integriert und ihre Positionen auf Betriebsbedingungen beruhend eingestellt werden, kann der Verdichter 202 mit hoher Effizienz und erweiterter Pumpspanne in einer großen Bandbreite an Strömungen betrieben werden, was den Kraftstoffverbrauch verringert und die Leistungsfähigkeit des Motors erhöht.
Die 3A-3B zeigen Einzelheiten der in den 2A-2B gezeigten VID 240. Konkret zeigt 3A eine angewinkelte Vorderansicht 300 der VID 240 in der geschlossenen Position, und 3B zeigt eine angewinkelte Vorderansicht 320 der VID 240 in der offenen Position. Komponenten von 3A-3B, die mit Komponenten in 2A-2B übereinstimmen, sind gleich nummeriert und werden eventuell nicht noch einmal vorgestellt.
Wie in den 3A-3D gezeigt, weist die VID 240 eine Vielzahl benachbart angeordneter Schaufeln 241 in einem Ring um eine Mittelachse der VID 240 auf, der kollinear zu einer Mittelachse eines Verdichters wie etwa der in den 2A-2B gezeigten Drehachse 224 sein kann. Das Einlassende 205 der VID 240, das in den Ansichten 300 und 320 als sich in die Seite erstreckend gezeigt ist, wird durch die Betätigungsplatte 215 ausgebildet. Das Auslassende 203 der VID 240, das in den Ansichten 300 und 320 als sich aus der Seite erstreckend gezeigt ist, wird durch die Innenkanten 309 der Schaufeln 241 ausgebildet. Gas (z. B. Ansaugluft), das durch einen Kanal strömt, in dem die VID 240 positioniert ist (wie etwa die Einlassleitungen oder Ansaugkanäle, die in den 2A-2B gezeigt sind), tritt mit den Innenkanten 309 in Berührung, während es die VID 240 passiert. Um die VID 240 zwischen der geschlossenen Position (3A) und der offenen Position (3B) zu überführen, wird jede Schaufel 241 anhand des entsprechenden Betätigungsarms 219 um eine Betätigungsachse 313 gedreht. Jede Betätigungsachse 313 ist radial von der Mittelachse des Verdichters ausgehend angeordnet.
In der geschlossenen Position, die in 3A gezeigt ist, bilden die Innenkanten 309 der Schaufeln 241 einen durchgängigen Ring mit einem Innendurchmesser 343, der als Strömungskanal durch die VID 240 dient. Die Kanten der Schaufeln 241 können eine sich verjüngende Gestalt aufweisen, die es ermöglicht, dass sich benachbarte Schaufeln 241 überschneiden, um die Verlustströmung durch die Schaufeln zu reduzieren. Wenn die erste Fläche 244 und zweite Fläche 246 jeder Schaufel 241 senkrecht zur Richtung der Luftströmung positioniert sind, begrenzen die Schaufeln 241 die Luftströmung durch die VID 240, und ein Durchmesser des Auslassendes 203 entspricht dem Innendurchmesser 343 in der geschlossenen Position. Der Innendurchmesser 343 kann im Verhältnis zu einem Außendurchmesser der VID 240 zu 60-80 % gleich sein, welcher einem Innendurchmesser eines Ansaugkanals, in dem die VID positioniert ist (bspw. des in den 2A und 2B gezeigten Ansaugkanals 226) ungefähr entsprechen kann. Wenn sich die VID 240 in der offenen Position befindet und die erste Fläche 244 und zweite Fläche 246 jeder Schaufel 241 parallel zur Richtung der Luftströmung positioniert sind, dann ist der durch die Schaufeln 241 ausgebildete Ring (anhand der gestrichelten Linie 310 in 3B angegeben) nicht mehr durchgängig. In der offen Position begrenzen die Schaufeln 241 die Luftströmung durch die VID 240 in geringerem Maße, und der Durchmesser des Auslassendes 203 entspricht im Wesentlichen einem Innendurchmesser 345 der Betätigungsplatte 215, der größer als der Innendurchmesser 343 ist.
Alternativ kann die VID dazu ausgelegt sein, sich in Bezug auf den Ansaugkanal des Verdichters radial nach innen und außen zu verschieben, um einen effektiven Strömungsbereich des Verdichtereinlasses einzustellen. 4A-4B zeigen eine Schnittansicht eines zweiten Beispiels für einen Verdichters 402 eines Turboladers, der eine ACT und eine VID 440, die in einer Einlassleitung (z. B. einem Ansaugkanal) des Verdichters 402 positioniert ist, aufweist. In einem Beispiel kann der Verdichter 402 der Verdichter 174 aus 1 sein. Eine Turbine, wie etwa die in 1 gezeigte Turbine 176, kann über eine Welle 404 drehbar an den Verdichter 402 gekoppelt sein. Konkret wandelt die Turbine die Energie des Abgases in Rotationsenergie zum Drehen der Welle 404, die mit einem Laufrad 406 verbunden ist, um. Das Laufrad 406 kann in dieser Schrift auch als Verdichterrad bezeichnet werden. Der Verdichter 402 weist das Laufrad 406, Diffusoren 408, Spiralen (z. B. Verdichterkammern) 410, eine aktive Gehäusestrukturierung 412 und ein Gehäuse 414 auf. Durch die Drehung des Laufrads 406 wird Gas durch einen Verdichtereinlass 416 des Gehäuses 414 in den Verdichter 402 gesaugt. Als nicht einschränkende Beispiele können zu dem Gas Luft aus einem Ansaugkanal, Abgasluft (wie beispielsweise, wenn eine externe Abgasrückführung verwendet wird), ein Luft/Kraftstoff-Gemisch und Kombinationen daraus gehören. Gas strömt aus dem Verdichtereinlass 416 und wird durch das Laufrad 406 beschleunigt, bevor es durch den Diffusor 408 in die Spirale 410 strömt. Der Diffusor 408 und die Spirale 410 bremsen das Gas ab, was zu einer Erhöhung des Drucks in der Spirale 410 führt. Unter Druck stehendes Gas kann von der Spirale 410 zum Ansaugkrümmer strömen.
Elemente im Verdichter 402 können bezogen auf die Richtung des Gasströmungswegs durch den Verdichter 402 beschrieben werden. Ein Element, das sich bezogen auf einen Bezugspunkt im Wesentlichen in der Richtung des Gasstroms befindet, liegt stromabwärts des Bezugspunkts. Ein Element, das bezogen auf einen Bezugspunkt der Richtung des Gasstroms im Wesentlichen entgegengesetzt ist, liegt stromaufwärts des Bezugspunkts. Beispielsweise befindet sich der Verdichtereinlass 416 stromaufwärts des Laufrads 406, das sich stromaufwärts des Diffusors 408 befindet. Der Diffusor 408 befindet sich stromabwärts des Laufrads 406, das sich stromabwärts des Verdichtereinlasses 416 befindet.
Das Laufrad 406 weist eine Nabe 418 und eine Vielzahl von Schaufelblättern, einschließlich einer Voll schaufel 420 und einer Splitterschaufel 422, auf. Das Laufrad 406 kann auch eine Vollschaufel 420 ohne eine Splitterschaufel 422 aufweisen. Die Vollschaufel 420 und die Splitterschaufel 422 sind an der Nabe 418 angebracht. Bei der Kante der Vollschaufel 420, die sich im Inneren des Verdichters 402 am weitesten stromaufwärts befindet, handelt es sich um die Anströmkante der Vollschaufel 420. Gleichermaßen weist die Splitterschaufel 422 eine Anströmkante an dem Abschnitt der Splitterschaufel 422 auf, der sich am weitesten stromaufwärts befindet. Die Anströmkante der Vollschaufel 420 befindet sich stromaufwärts der Splitterschaufel 422. Das Laufrad 406 weist weiterhin eine Drehachse 424 auf, die mit einer Drehachse für die Antriebswelle 404 und einer Turbinennabe der Turbine (nicht gezeigt) gefluchtet ist. Die Drehachse 424 ist im Wesentlichen parallel zum Gasstrom am Verdichtereinlass 416 und im Wesentlichen senkrecht zum Gasstrom am Diffusor 408. Die Drehachse 424 kann in dieser Schrift auch als Mittelachse des Verdichters 402 bezeichnet werden.
Das Gehäuse 414 weist einen Verdichtereinlass 416, einen Ansaugkanal (in dieser Schrift auch als Einlassleitung bezeichnet) 426, Rückführkanäle 428 (wovon nur einer gekennzeichnet ist), Rückführmündungen 430 (wovon nur einer gekennzeichnet ist) und Ausblasemündungen 432 (wovon nur einer gekennzeichnet ist) auf. Das Laufrad 406 ist in dem Ansaugkanal 426 enthalten. Jede Ausblasemündung 432 befindet sich stromabwärts der Anströmkante der Voll schaufel 420 und stromabwärts oder stromaufwärts der Anströmkante der Splitterschaufel 422. Jede Rückführmündung 430 befindet sich stromabwärts des Verdichtereinlasses 416 und stromaufwärts des Laufrads 406. Die Rückführmündungen 430 sind dazu ausgelegt, zu ermöglichen, dass Gas zwischen den Rückführkanälen 428 und dem Ansaugkanal 426 strömen kann.
Die aktive Gehäusestrukturierung 412 ist dazu ausgelegt, die Gasströmung durch den Verdichter 402 zu steuern. Konkret kann die aktive Gehäusestrukturierung 412, die von einer Steuerung (z. B. der Steuerung 12, die in 1 gezeigt ist) gesteuert wird, die Gasströmung durch jeden Rückführkanal 428 (der auch als Gehäusestrukturierungsaussparung bezeichnet werden kann) selektiv steuern. Bei Vorliegen von Bedingungen mit hohem Druckverhältnis und geringem Massenstrom kann es die aktive Gehäusestrukturierung 412 beispielsweise ermöglichen, dass Gas aus dem Ansaugkanal 426 durch die Ausblasemündung 432 in den Rückführkanal 428 und zurück in den Ansaugkanal 426 strömt, was in Richtung der Pfeile 433, die in 4B gezeigt sind, erfolgt. Somit kann die Gasströmung, die auf die Anströmkante der Vollschaufel 420 auftrifft, größer als ohne die Ausblasemündung 432 sein. Die zusätzliche Gasströmung kann es ermöglichen, dass der Turboladerverdichter mit einer geringeren Gasströmung durch den Verdichter arbeitet, bevor ein Pumpen auftritt (bspw., indem eine Pumpspanne erweitert wird).
Der Ansaugkanal 426 kann im Wesentlichen zylindrisch sein. Der Rückführkanal 428 kann im Wesentlichen ringförmig sein, da er sich außerhalb des Ansaugkanals 426 befindet und ihn umgibt. Die Mündungen, die den Ansaugkanal 426 und den Rückführkanal 428 verbinden, wie etwa die Rückführmündung 430 und die Ausblasemündung 432, können jeweils anhand verschiedener Mittel umgesetzt werden. Zum Beispiel können die Mündungen als ein oder mehrere Löcher ausgebildet sein, die in einer Wand 407 des Ansaugkanals 426 gebildet sind (z. B. einer Wand, die diesen bildet). In einem Beispiel kann die Wand 407 ein Bestandteil des Gehäuses 414 sein. Als ein anderes Beispiel können die Mündungen als ein oder mehrere Schlitze ausgebildet sein, die sich um den Umfang des Ansaugkanals und durch eine Wand des Gehäuses erstrecken, der den Ansaugkanal bildet. Die Mündungen können eine einheitliche oder nicht einheitliche Breite entlang der Länge der Mündung vom Ansaugkanal 426 zum Rückführkanal 428 aufweisen. Jede Mündung kann eine Mittellinie aufweisen, die sich entlang der Länge der Mündung vom Ansaugkanal 426 zum Rückführkanal 428 erstreckt. Die Mittellinie kann senkrecht zur Drehachse 424 des Laufrads 406 verlaufen, oder die Mittellinie kann eine Neigung ungleich null im Verhältnis zur Normalen der Drehachse des Laufrads 406 aufweisen.
Die aktive Gehäusestrukturierung 412 und die VID 440 können unter Verwendung eines geeigneten Aktors eingestellt werden. Wie in den 4A und 4B gezeigt, wird die Luftströmung sowohl durch die aktive Gehäusestrukturierung 412 als auch die VID 440 durch ein einzelnes Betätigungssystem 435 gesteuert, wie es unter Bezugnahme auf die 5A-5B weitergehend beschrieben wird. Ein gemeinsamer Aktor 423, bei dem es sich beispielsweise um einen Elektromotor handeln kann, stellt eine Position eines Verstellrings 415 anhand einer Welle 425 ein. Der Verstellring 415 kann elektronisch oder hydraulisch durch einen gemeinsamen Aktor 423 angetrieben werden. Der Verstellring 415 weist eine Vielzahl von Schaufeln 434, wobei eine Anzahl der Schaufeln 434 einer Anzahl der Rückführkanäle 428 entspricht, und eine Vielzahl von Schlitzen (die in den 4A und 4B nicht sichtbar sind) auf, wobei eine Anzahl der Schlitze einer Anzahl der Schaufeln 441 der VID 440 entspricht. Jede Schaufel 441 ist über einen Arm 419 und einen Bolzen 421 an einen Schlitz des Verstellrings 415 gekoppelt. 4A zeigt ein erstes Schema 400, in dem die VID in eine geschlossene Position eingestellt (bspw. betätigt) ist und die Luftströmung durch jeden Rückführkanal 428 mittels Ventilen 434 des Verstellrings 415 blockiert wird, wie es weiter unten unter Bezugnahme auf 5A weitergehend beschrieben wird, wohingegen 4B ein zweites Schema 450 zeigt, in dem die VID in eine offene Position eingestellt (bspw. betätigt) ist und die Luftströmung durch jeden Rückführkanal 428 zugelassen wird, wie es weiter unten unter Bezugnahme auf 5C weitergehend beschrieben wird.
Der gemeinsame Aktor 423 kann einen integrierten Positionssensor aufweisen. Beispielsweise kann der integrierte Positionssensor der Steuerung ein Positionsrückkopplungssignal senden, das für eine Aktorposition und damit für die Position der Schaufeln 441 und Ventile 434 repräsentativ ist. Da die Schaufeln 441 und Ventile 434 über den gemeinsamen Aktor 423 und den Verstellring 415 zusammen betätigt werden, kann ein einzelnes Rückkopplungssignal verwendet werden, um zu bestimmen, dass sich sowohl die Schaufeln 441 als auch die Ventile 434 wie befohlen bewegen. Wenn das Positionsrückkopplungssignal angibt, dass die Schaufeln 441 und Ventile 434 die befohlene Position erreicht haben, kann die Steuerung den Aktor 423 abschalten, um ein Beispiel zu nennen.
Wie in den 4A-4B gezeigt, ist die VID 440 im Inneren des Ansaugkanals 426 unmittelbar stromaufwärts des Laufrads 406 positioniert, sodass keine anderen Komponenten zwischen die VID 440 und das Laufrad 406 platziert werden können. In einem Beispiel bedeutet unmittelbar stromaufwärts des Laufrads, dass die VID 440 in einem Abstand, der innerhalb von 25 % einer Länge zwischen der Ausblasemündung 432 und der Rückführmündung 430 liegt, stromaufwärts des Laufrads 406 positioniert ist. In einem anderen Beispiel bedeutet unmittelbar stromaufwärts des Laufrads zusätzlich oder alternativ, dass die VID 440 in einem Abstand stromaufwärts des Laufrads 406 positioniert ist, der im Wesentlichen geringer als ein Durchmesser des Ansaugkanals 426 ist, wie etwas weniger als ein Fünftel des Durchmessers des Ansaugkanals 426 beträgt. In einem weiteren Beispiel bedeutet unmittelbar stromaufwärts des Laufrads zusätzlich oder alternativ, dass die VID 440 in einem Abstand in einem Bereich von 2 bis 10 Millimetern von der Anströmkante des Laufrads 406 nahe des Laufrads 406 positioniert ist. Außerdem kann sich eine Ebene der VID 440 zumindest teilweise mit einer Ebene der Spiralen 410 überschneiden. Ein Auslassende 403 der VID 440 ist stromaufwärts der Ausblasemündung 432 angeordnet, und ein Einlassende 405 ist stromabwärts der Rückführmündung 430 angeordnet. Die Anzahl der Schaufeln 441 kann variieren, wie beispielsweise eine Anzahl in einem Bereich von 2 bis 15. Jede Schaufel 441 weist eine erste Fläche 444 und eine zweite Fläche 446 auf, wobei die erste Fläche 444 und die zweite Fläche 446 um eine Dicke der Schaufel voneinander getrennt sind und parallel zueinander verlaufen. Die erste Fläche 444 ist eine stromaufwärtige Einlassfläche jeder Schaufel 441, und die zweite Fläche 446 ist eine stromabwärtige Auslassfläche jeder Schaufel. Die erste Fläche 444 und die zweite Fläche 446 jeder Schaufel 441 liegen im Wesentlichen senkrecht zur Mittelachse des Verdichters 424 und zur Richtung der Gasströmung am Verdichtereinlass 416. Jede Schaufel 441 weist auch eine Länge und eine Breite auf, wobei die Breite entlang der Länge der Schaufel radial nach außen zunimmt, wie unter Bezugnahme auf 4A dargestellt.
Unter Bedingungen mit geringerer Last kann die VID 440 in die geschlossene Position betätigt werden, indem die Steuerung den Verstellring 415 über den Aktor 423 in eine erste Position dreht, wie in 4A gezeigt und unter Bezugnahme auf 5A weitergehend beschrieben. Wenn sich die VID 440 in der geschlossenen Position befindet, ragen die Schaufeln 441 mittels einer Aussparung 413 im Inneren der aktiven Gehäusestrukturierung 412 in den Ansaugkanal 426 hinein. Die Schaufeln 441 können an die Innenwand 407 angrenzend positioniert sein, sodass zwischen den Flügeln 441 und der Innenwand 407 keine Luft entlang strömt. In manchen Beispielen können sich die Schaufeln 441 in die Aussparung 413 hinein erstrecken, um Luftverlust in die Aussparung im Falle der geschlossenen Position zu reduzieren. In der geschlossenen Position ist die Luftströmung vor der Anströmkante der Vollschaufel 420 blockiert. Wenn sich die VID 440 in der geschlossenen Position befindet, wird beispielsweise ein Durchmesser des Ansaugkanals 426 unmittelbar stromaufwärts des Laufrads 406 eingegrenzt, wobei die VID 440 in einen Zustand mit kleinerem Radius (z. B. kleiner Einfassung) versetzt ist. Die Begrenzung des Laufrads (z. B. die an das Gehäuse 414 angrenzenden Außenkanten) tritt nicht mit dem Luftstrom in Wechselwirkung, was effektiv eine Größe des Laufrads 406 reduziert. Die VID 440 kann die Luftströmung beispielsweise auf 20-40 % des Laufrads 406 blockieren, wenn sie in der geschlossenen Position ist, wobei das Blockieren bei den äußeren 20-40 % des Laufrads und nicht in der Mitte des Laufrads erfolgt. Im Ergebnis wird die Verdichtereffizienz bei geringeren Verdichterdrehzahlen und - massenströmen gesteigert. Zugleich werden die Ventile 434 durch die Drehung des Verstellrings 415 in die erste, geschlossene Position derart gestellt, dass die Luftströmung durch jeden Rückführkanal 428 verhindert wird, was im Vergleich dazu, dass die VID 440 geschlossen und die aktive Gehäusestrukturierung 412 offen ist (z. B. der Rückführkanal 428 offen ist), die Verdichtereffizienz weiter steigert. Die aktive Gehäusestrukturierung 412 kann in dieser Schrift als in einer geschlossenen Position bezeichnet werden, wenn die Luftströmung durch jeden Rückführkanal 428 durch die Ventile 434 blockiert wird, wie beispielsweise in 4A gezeigt.
Im Falle höherer Motorlasten wird die VID 440 in die offene Position betätigt, indem die Steuerung den Verstellring 415 über den Aktor 423 in eine zweite Position dreht, wie in 4B gezeigt und unter Bezugnahme auf 5C weitergehend beschrieben (zwischen der ersten Position und der zweiten Position kann es einige Zwischenpositionen geben, wie es unter Bezugnahme auf 5B beschrieben wird). Durch die Drehung des Verstellrings 415 werden die Schaufeln 441 in die Aussparung 413 eingefahren, sodass die Schaufeln 441 nicht mehr in den Ansaugkanal 426 hinein ragen und innerhalb der Wände der aktiven Gehäusestrukturierung 412 positioniert sind. In der offenen Position ist die Luftströmung zum Laufrad 406 unbeschränkt, wobei die VID 440 in einen Zustand mit größerem Radius (bspw. großer Einfassung) versetzt ist, was eine höhere Motorleistung oder ein höheres Drehmoment ermöglicht. Beispielsweise können die Innenkanten 409 der Schaufeln 441 bündig mit der Innenwand 407 sein. Andererseits werden die Schaufeln 434 durch die Drehung des Verstellrings 415 in die zweite, offene Position aus jedem Rückführkanal 428 heraus gedreht, sodass die Luftströmung durch den Rückführkanal zugelassen wird, was eine Pumpspanne des Verdichters 402 im Vergleich dazu erweitert, dass die Luftströmung durch den Rückführkanal blockiert wird. (Die Ventile 434 sind in der Ansicht von 4B nicht gezeigt, da sie aus der Ebene des zweiten Schemas 450 heraus gedreht worden sind.) Die aktive Gehäusestrukturierung 412 kann in dieser Schrift als in einer offenen Position bezeichnet werden, wenn die Luftströmung durch jeden Rückführkanal 428 zugelassen wird, wie beispielsweise in 4B gezeigt.
Dadurch, dass sowohl eine VID 440 als auch eine aktive Gehäusestrukturierung 412 unter der Steuerung eines gemeinsamen Aktors 423 integriert werden, kann der Verdichter 402 mit hoher Effizienz und erweiterter Pumpspanne in einer großen Bandbreite an Strömungen betrieben werden, was den Kraftstoffverbrauch verringert und die Leistungsfähigkeit des Motors erhöht. Auf diese Weise können die aktive Gehäusestrukturierung 412 und die VID 440 simultan eingestellt werden, sodass Luft unter ausgewählten Betriebsbedingungen durch den Rückführkanal 428 strömt und das Laufrad 406 unter anderen Betriebsbedingungen eine reduzierte effektive Größe aufweist, wie es unter Bezugnahme auf 9 weitergehend beschrieben wird. Um ein Beispiel zu nennen, können die aktive Gehäusestrukturierung 412 und die VID 440 auf der Grundlage einer Druckdifferenz am Verdichtereinlass 416 und einem Ansaugkrümmer stromabwärts des Verdichters simultan eingestellt werden. In einem anderen Beispiel können die aktive Gehäusestrukturierung 412 und die VID 440 auf der Grundlage einer Druckdifferenz im Ansaugkrümmer und am Verdichtereinlass simultan eingestellt werden. In einem weiteren Beispiel können die aktive Gehäusestrukturierung 412 und die VID 440 auf der Grundlage von Motorlast- und Motordrehzahlbedingungen (z. B. einer aktuellen Betriebsdrehzahl und -last des Motors) im Verhältnis zu Pumpschwellen simultan eingestellt werden. Es versteht sich, dass die in dieser Schrift vorgestellten Beispiele erläuternder Art und dass andere Beispiele möglich sind. Durch das Verwenden des gemeinsamen Betätigungssystems ist darüber hinaus nur ein Positionssensor notwendig, um zu bestimmen, ob sich jede von der VID und der aktiven Gehäusestrukturierung wie erwartet in die befohlenen Positionen bewegen.
Die 5A-5C zeigen Einzelheiten der VID 440 und des Verstellrings 415 von 4A-4B. Konkret zeigt 5A eine Vorderansicht 500 der VID 440 und der aktiven Gehäusestrukturierung 412 in der geschlossenen Position, 5B zeigt eine Vorderansicht 510 der VID 440 und der aktiven Gehäusestrukturierung 412 in einer Zwischenposition und 5C zeigt eine Vorderansicht 520 der VID 440 und der aktiven Gehäusestrukturierung 412 in der offenen Position. Komponenten von 5A-5C, die mit Komponenten in 4A-4B übereinstimmen, sind gleich nummeriert und werden eventuell nicht noch einmal vorgestellt.
Wie in den 5A-5B gezeigt, weist die VID 440 eine Vielzahl benachbart angeordneter Schaufeln 441 in einem Ring um eine Mittelachse der VID 440 auf, der kollinear zu einer Mittelachse eines Verdichters wie etwa die in den 4A-4B gezeigte Drehachse 424 sein kann. In der Darstellung der Ansichten 500, 510 und 520 verläuft das Einlassende 405 der VID 440 in die Seite, und in den Ansichten 500, 510 und 520 verläuft das Auslassende 403 der VID 440 aus der Seite. Gas (z. B. Ansaugluft), das durch einen Kanal strömt, in dem die VID 440 positioniert ist (wie etwa die Einlassleitungen oder Ansaugkanäle, die in den 4A-4B gezeigt sind), tritt mit den Innenkanten 409 in Berührung, während es die VID 440 passiert. Somit bilden die Innenkanten 409 einen Strömungskanal durch die VID 440.
In der geschlossenen Position, die in 5A gezeigt ist, bilden die Innenkanten 409 der Schaufeln 441 einen durchgängigen Ring mit einem Innendurchmesser 543. Der Innendurchmesser 543 kann im Verhältnis zu einem Innendurchmesser eines Ansaugkanals, in dem die VID 440 positioniert ist (bspw. des in den 4A und 4B gezeigten Ansaugkanals 426), zu 60-80 % gleich sein, wenn sich die VID 440 in der offenen Position befindet. Die Innenkanten 409 der Schaufeln 441 können eine sich verjüngende Gestalt aufweisen, sodass sich benachbarte Schaufeln 411 überschneiden können, um Verluste zu verhindern. Um die VID 440 und die aktive Gehäusestrukturierung 412 zwischen der geschlossenen Position (5A) und der offenen Position (5C) zu überführen, wird jede Schaufel 441 der VID 440 in die Aussparung 413 eingefahren, indem der Verstellring 415 über den gemeinsamen Aktor 423 und die Welle 425 gedreht wird. Bei dem gemeinsamen Aktor 423 kann es sich beispielsweise um einen Schrittmotor handeln, der die Welle 425 seitlich bewegt. Die seitliche Bewegung der Welle 425 bringt den Verstellring 415 zum Drehen. Wenn der Verstellring 415 gedreht wird, bewegen sich die Schlitze 417 in Bezug auf den Arm 419 und Bolzen 421 jeder Schaufel 441, die in eine radiale Richtung übersetzbar sein kann. Infolgedessen verschiebt sich der Bolzen 421 entlang des Schlitzes 417, was die Schaufel 441 radial nach außen zieht, wodurch der Innendurchmesser 543 zunimmt. Wenn sich die VID 440 und die aktive Gehäusestrukturierung 412 beispielsweise, wie in 5B gezeigt, in der Zwischenposition befinden, werden die Schaufeln 441 teilweise in die Aussparung 413 eingefahren. Andererseits werden die Ventile 434 durch die Drehung des Verstellrings 415 derart bewegt, dass die Rückführkanäle 428 teilweise geöffnet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass zwar zwei Rückführkanäle 428 (und zwei entsprechende Ventile 434) gezeigt sind, dabei aber eine beliebige Anzahl an Rückführkanälen möglich ist, die symmetrisch oder asymmetrisch um die Mittelachse des Verdichters verteilt sein können. Wenn sich die VID 440 in der offenen Position befindet und die Schaufeln 441 vollständig in die Aussparung 413 eingefahren sind, dann ist der Innendurchmesser 543 auf dem Maximalwert, der einem Durchmesser der Innenwand 407 entspricht, wie in 5C gezeigt. Wenn sich die aktive Gehäusestrukturierung 412 in der offenen Position befindet, überdecken oder versperren die Ventile 434 die Rückführkanäle 428 nicht mehr, wie in 5C gezeigt.
In manchen Beispielen kann die in 5B gezeigte Zwischenposition vorübergehend sein, und die VID 440 und die aktive Gehäusestrukturierung 412 können nur in der offenen (z. B. komplett offenen) und der geschlossenen (z. B. komplett geschlossenen) Position betrieben werden. In anderen Beispielen können die VID 440 und die aktive Gehäusestrukturierung 412 zwischen der komplett offenen und der komplett geschlossenen Position kontinuierlich variabel sein, wobei eine Steuerung eine Position des Verstellrings auswählen wird, die eine gewünschte teilweise offene Position ergeben wird, was auf Betriebsbedingungen beruhend erfolgt.
2A-5C zeigen beispielhafte Auslegungen mit einer relativen Positionierung der unterschiedlichen 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 angrenzend oder zueinander benachbart gezeigt sind, in mindestens einem Beispiel aneinander angrenzend bzw. zueinander benachbart sein. Als ein Beispiel können Komponenten, die in sich Flächen teilender Berührung liegen, als in sich Flächen teilender Berührung 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 entgegengesetzten 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, planar, 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.
Unter Bezugnahme auf 6 ist ein Ablaufdiagramm eines Beispielverfahrens 600 zum Steuern des Betriebs (z. B. Steuern einer Position) einer variablen Einlassvorrichtung, die in einer Einlassleitung eines Turboladerverdichters positioniert ist, gezeigt. Konkret kann es sich bei der variablen Einlassvorrichtung (VID) um die VID 240 handeln, die in den 3A-3B gezeigt ist, und sie kann in einem Motorsystem wie beispielsweise dem in 1 gezeigten System des Motors 10 beinhaltet sein. Die VID kann in einer Einlassleitung eines Verdichters, stromaufwärts eines Laufrads, positioniert sein, wie etwa in den 2A-2B gezeigt. Wie in den 2A-2B ebenfalls gezeigt, kann der Verdichter des Weiteren eine Gehäusestrukturierung, die einen Rückführkanal aufweist, beinhalten. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 600 und der übrigen in dieser Schrift enthaltenen Verfahren können durch eine Steuerung (z. B. die in 1 gezeigte Steuerung 12) auf der Grundlage von in einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit von Sensoren des Motorsystems, wie etwa den vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Sensoren, empfangenen Signalen ausgeführt werden. Die Steuerung kann Motoraktoren des Motorsystems (z. B. das AGR-Ventil 80 von 1) einsetzen, um den Motorbetrieb gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren einzustellen. Zum Beispiel kann die Steuerung einen Aktor der VID (z. B. den Aktor 223, der in 2A und 2B gezeigt ist) einsetzen, um die VID zwischen einer offenen Position (wie in 2B und 3B gezeigt) und einer geschlossenen Position (wie in 2A und 3A gezeigt) einzustellen.
Das Verfahren 600 beginnt bei 602 und beinhaltet ein Schätzen und/oder Messen von Motorbetriebsbedingungen. Zu den Betriebsbedingungen können die Motordrehzahl, Motorlast, Motortemperatur (wie etwa von einer Motorkühlmitteltemperatur, die anhand eines Motorkühlmitteltemperatursensors gemessen wird, abgeleitet), die Luftmassenströmung (wie bspw. anhand eines MAF-Sensors wie etwa des MAF-Sensors 122 von 1 gemessen), der Ansaugkrümmerdruck (wie bspw. anhand eines MAP-Sensors wie etwa des MAP-Sensors 124 von 1 gemessen), eine Druckdifferenz in einem Verdichter, ein Luftmassendurchsatz durch den Verdichter, eine Drehzahl des Verdichters, eine Position der VID, der Abgasdruck (wie bspw. anhand des Abgasdrucksensors 158 gemessen) usw. gehören. Die Betriebsbedingungen können auf verfügbaren Daten beruhend gemessen oder abgeleitet werden.
Bei 604 beinhaltet das Verfahren 600 ein Bestimmen, ob der Motor unterhalb einer Schwelle arbeitet. Das Arbeiten unterhalb der Schwelle kann beinhalten, dass eine aktuelle (z. B. aktuell bestimmte) Motordrehzahl und Motorlast unterhalb der Schwelle liegen. In einem Beispiel kann die Schwelle eine voreingestellte Schwelle sein, die in einem Kennlinienfeld oder einer Lookup-Tabelle in einem Speicher der Steuerung gespeichert ist. Es wird kurz auf 8 Bezug genommen, in der ein beispielhaftes Kennlinienfeld 800 bezüglich der Motorlast (vertikale Achse) im Verhältnis zur Motordrehzahl (horizontale Achse) gezeigt wird. Das Kennlinienfeld 800 beinhaltet eine betriebsbezogene Begrenzungslinie 802. Von den möglichen Motordrehzahl- und Motorlastbetriebspunkten des Motors können alle auf den Achsen und der Betriebsbegrenzungslinie 802 enthalten sein. Das Kennlinienfeld 800 beinhaltet zudem eine Pumpschwelle 804. Wenn der Motor bei einem Motordrehzahl- und Motorlastpunkt arbeitet, der unterhalb oder links der Pumpschwelle 804, wie etwa in einem ersten Bereich 806, liegt, kann die Wahrscheinlichkeit von Verdichterpumpen im Verhältnis dazu, dass der Motor bei einem Motordrehzahl- und Motorlastpunkt arbeitet, der oberhalb oder rechts der Pumpschwelle 804, wie etwa in einem zweiten Bereich 808, liegt, erhöht sein.
Im zweiten Bereich 808 des Motorkennlinienfelds 800 teilt eine Schwelle 805 den zweiten Bereich 808 in eine Hochlastregion 808a und eine Niederlastregion 808b. Die Hochlastregion 808a befindet sich rechts der Schwelle 805 und umfasst Motorlasten und -drehzahlen, die höher als jene durch die Schwelle 805 definierten sind. Der Motorbetrieb bei Spitzendrehmoment ist in der Hochlastregion 808a enthalten, und die VID und die aktive Gehäusestrukturierung können derart eingestellt werden, dass sie eine verstärkte Strömung durch den Verdichter bereitstellen, um den Motorbetrieb bei Spitzendrehmoment wie auch eine Pumpminderung zu ermöglichen. In der Niederlastregion 808b sind Motorlasten und -drehzahlen geringer als jene durch die Schwelle 805 definierten und können einem Leerlauf- oder Teillastbetrieb des Fahrzeugs entsprechen. Daher ist eine Fähigkeit für einen Motorbetrieb bei Spitzendrehmoment in dieser Region nicht notwendig, und die VIC und die aktive Gehäusestrukturierung können in solche Positionen eingestellt werden, dass die Massenströmung in den Verdichter verringert wird, während die Verdichtereffizienz und damit die Kraftstoffeffizienz des Motors gesteigert werden.
Zusätzlich oder alternativ kann die Steuerung auf ein Kennlinienfeld oder eine Lookup-Tabelle mit Verdichterbedingungen wie etwa den Differenzialdruck im Verdichter und/oder die Luftmassenströmung durch den Verdichter zurückgreifen, um die Betriebsbedingungen des Verdichters mit der Pumpschwelle zu vergleichen. Ein Beispiel für ein solches Verdichterkennlinienfeld 1000 ist in 10 gezeigt.
Die horizontale Achse in dem Verdichterkennlinienfeld 1000 stellt einen Massendurchsatz des Verdichters dar, wobei die Werte von links nach rechts steigen, wohingegen die vertikale Achse ein Druckverhältnis über den Verdichter hinweg (z. B. einen Ausgangsdruck, dividiert durch einen Eingangsdruck) darstellt, wobei die Werte von unten nach oben steigen. Das Verdichterkennlinienfeld 1000 beinhaltet eine Vielzahl von Verdichterdrehzahllinien 1002, eine Pumpgrenze 1004 und eine Drosselgrenze 1006. Die Pumpgrenze 1004 stellt dar, an welcher Stelle der Verdichterbetrieb an Stabilität verlieren und ein Pumpverhalten zeigen kann, das von zischenden Geräuschen bis zu starken Strömungsschwankungen reicht. Die Drosselgrenze 1006 stellt den höchstmöglichen Massendurchsatz bei einem jeweiligen Druckverhältnis dar. Ein Bereich zwischen der Pumpgrenze 1004 und der Drosselgrenze 1006 stellt eine Region eines stabilen Verdichterbetriebs dar, die dem zweiten Bereich 808 des Motorkennlinienfelds 800 von 8 entsprechen kann.
Eine erste Schwelle 1008 kann eine erste Verdichterkennlinienfeldregion 1010 mit geringer Massenströmung und geringen Druckverhältnissen innerhalb der Region des stabilen Betriebs von Regionen des Verdichterkennlinienfelds 1000 mit einem Verdichterbetrieb bei höheren Massenströmungen und höheren Druckverhältnissen trennen. Der Verdichterbetrieb bei höheren Massenströmungen und höheren Druckverhältnissen lässt sich weiter in eine zweite Verdichterkennlinienfeldregion 1012, eine dritte Verdichterkennlinienfeldregion 1013 und eine vierte Verdichterkennlinienfeldregion 1014 unterteilen. Begrenzungen zwischen jeder von der ersten, zweiten, dritten und vierten Verdichterkennlinienfeldregion 1010, 1012, 1013 bzw. 1014 können durch Einstellungen hinsichtlich der Positionierung der VID und aktiven Gehäusestrukturierung zum Erfüllen des Verdichterbetriebs definiert sein, wie es in dieser Schrift weitergehend beschrieben wird.
Die erste Schwelle 1008 kann der Schwelle 805 des Motorkennlinienfelds 800 von 8 entsprechen. Eine zweite Schwelle 1011 kann die zweite Verdichterkennlinienfeldregion 1012 und die dritte Verdichterkennlinienfeldregion 1013 zumindest teilweise trennen. Eine vierte Verdichterkennlinienfeldregion 1014, die einer Spitzeneffizienzregion entspricht, kann sich zwischen der zweiten Verdichterkennlinienfeldregion 1012 und der dritten Verdichterkennlinienfeldregion 1013 befinden und durch die zweite Schwelle 1011 von der zweiten Verdichterkennlinienfeldregion 1012 getrennt sein. Der Verdichterbetrieb in der ersten Verdichterkennlinienfeldregion 1010 kann Fahrbedingungen darstellen, in denen kein Spitzendrehmomentbetrieb des Motors angefordert wird, wohingegen der Betrieb in einer von der zweiten Verdichterkennlinienfeldregion 1012, der dritten Verdichterkennlinienfeldregion 1013 und der vierten Verdichterkennlinienfeldregion 1014 den Motorbetrieb bei Spitzendrehmoment beinhalten kann. Die zweite Verdichterkennlinienfeldregion 1012, die dritte Verdichterkennlinienfeldregion 1013 und die vierte Verdichterkennlinienfeldregion 1014 werden unter Bezugnahme auf 7 weitergehend beschrieben.
Wenn der Motor, erneut auf 6 Bezug nehmen, unterhalb der Schwelle arbeitet (z. B., wenn der aktuelle Motordrehzahl- und -lastbetriebspunkt in der Niederlastregion 808b, gezeigt im Kennlinienfeld 800, und/oder links der ersten Schwelle 1008 im Verdichterkennlinienfeld 1000 von 10 liegt), geht das Verfahren 600 zu 606 über und beinhaltet, dass die VID geschlossen gehalten wird. Weil der Motor bereits unterhalb der Schwelle arbeitet, was dem Betrieb mit geschlossener VID entspricht, ist zu erwarten, dass sich die VID bereits in der geschlossenen Position befinden wird. Die geschlossene Position der VID ist in den 2A und 3A gezeigt, wie vorstehend beschrieben. Wie vorstehend unter Bezugnahme auf 2A und 3A erläutert, reduzieren die Innenkanten der VID in der geschlossenen Position einen Durchmesser des Ansaugkanals unmittelbar stromaufwärts des Laufrads.
Bei 608 beinhaltet das Verfahren 600 ein Bestimmen, ob sich der Motorbetrieb der Schwelle nähert. Die Tatsache, dass sich der Motorbetrieb der Schwelle nähert, kann darauf hinweisen, dass ein Übergang aus einem Betrieb unterhalb der Schwelle zu einem Betrieb oberhalb der Schwelle zu erwarten ist. Um ein Beispiel zu nennen, kann die Steuerung den Verdichtermassendurchsatz, die Verdichterdrehzahl und das Verdichterdruckverhältnis in ein/e/n oder mehrere Lookup-Tabellen, Algorithmen oder Kennlinienfelder (wie etwa das Verdichterkennlinienfeld 1000 von 10) eingeben, um eine Echtzeitschätzung eines Abstands von der Schwelle (z. B. der ersten Schwelle 1008) zu bestimmen. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerung, um ein anderes Beispiel zu nennen, die Motordrehzahl und -last in ein/e/n oder mehrere Lookup-Tabellen, Algorithmen oder Kennlinienfelder (wie etwa das Motorkennlinienfeld 800 von 8) eingeben, um die Echtzeitschätzung des Abstands von der Schwelle (z. B. der Schwelle 805) zu bestimmen. Dass sich der Motorbetrieb der Schwelle nähert, kann als Reaktion darauf bestimmt werden, dass der Abstand von der Schwelle innerhalb eines vorgegebenen Maßes liegt und/oder dass der Abstand von der Schwelle mit einer Rate über einer Schwellenrate abnimmt, um ein Beispiel zu nennen.
Falls sich der Motorbetrieb nicht der Schwelle nähert, ist kein Übergang über die Schwelle zu erwarten, und das Verfahren 600 kann zu 606 zurückspringen, um damit fortzufahren, die VID geschlossen zu halten. Falls sich der Motorbetrieb der Schwelle nähert, rückt das Verfahren 600 zu 610 vor und beinhaltet ein Erhöhen eines Betrags der Leistung, die einer Abgasturbine des Turboladers (z. B. der Turbine 176 von 1) zugeführt wird, um eine momentane Reduktion des Verdichtermassendurchsatzes zu verhindern, die auftreten kann, wenn die VID in eine offene Position eingestellt wird. Während eines Übergangs von einem Arbeiten in der Niederlastregion 808b zur Hochlastregion 808a, gezeigt in 8 (oder eines Übergangs von einem Arbeiten in der ersten Verdichterkennlinienfeldregion 1010 zu einer von der zweiten Verdichterkennlinienfeldregion 1012, der dritten Verdichterkennlinienfeldregion 1013 und der vierten Verdichterkennlinienfeldregion 1014 von 10), ist beispielsweise ein momentaner Verlust der Verdichtereffizienz und damit des Verdichtermassendurchsatzes zu erwarten. Aus diesem Grund kann die Steuerung eine vorgreifende Steuerungsmaßnahme vornehmen, um die Verdichtereffizienz, und damit den Massendurchsatz, während des Übergangs zu bewahren.
Falls es sich bei der Turbine um eine VGT handelt, kann konkret die Turbinenleistung auf einer VGT-Schaufel-Position und dem Vorturbinenabgasdruck beruhend bestimmt werden. Um den Verlust des Massendurchsatzes zu verhindern, der auch die Pumpspanne reduziert, kann die Steuerung über eine koordinierte Einstellung der VGT-Schaufel-Position und einer AGR-Ventil-Position die Leistung erhöhen, die der Abgasturbine zugeführt wird. Die Steuerung kann zum Beispiel die Echtzeitschätzung des Abstands von der Schwelle, die als Übergangsbegrenzung dient, in ein/e/n oder mehrere Lookup-Tabellen, Algorithmen oder Kennfelder eingeben und die entsprechende VGT-Schaufel-Position und/oder AGR-Ventil-Position ausgeben. Die Steuerung kann dann Befehlssignale an die VGT und/oder das AGR-Ventil senden, damit die VGT-Schaufeln und/oder das AGR-Ventil in die ausgegebenen Positionen eingestellt werden. Um ein Beispiel zu nennen, kann ein Verkleinern einer Öffnung des AGR-Ventils den Vorturbinenabgasdruck erhöhen, was die Verdichterdrehzahl erhöht und den Verdichtermassendurchsatz aufrechterhält. Um ein anderes Beispiel zu nennen, kann ein Einstellen der VGT-Schaufeln in eine Position, die eine Querschnittsöffnung der Turbine verkleinert, den Vorturbinenabgasdruck erhöhen.
Bei 612 beinhaltet das Verfahren 600 ein Bestimmen, ob der Motorbetrieb die Schwelle überquert. Der Motorbetrieb kann die Schwelle beispielsweise überqueren, indem er von einem Betriebspunkt unterhalb der Schwelle zu einem Betriebspunkt oberhalb der Schwelle wandert, wie beispielsweise, indem er von einem Betriebspunkt innerhalb der Niederlastregion 808b zu einem Betriebspunkt in der Hochlastregion 808a, gezeigt in 8, wandert. Um ein anderes Beispiel zu nennen, kann der Motorbetrieb die Schwelle überqueren, indem er von einem Verdichterbetriebspunkt in der ersten Verdichterkennlinienfeldregion 1010 zu einem Verdichterbetriebspunkt in einer von der zweiten Verdichterkennlinienfeldregion 1012, der dritten Verdichterkennlinienfeldregion 1013 und der vierten Verdichterkennlinienfeldregion 1014, gezeigt in 10, wandert.
Falls der Motorbetrieb die Schwelle nicht überquert, kann das Verfahren 600 zu 606 zurück springen, um die VID geschlossen zu halten. Falls sich der Motorbetrieb darüber hinaus nicht mehr der Schwelle nähert, kann die Steuerung die der Abgasturbine zugeführte Leistung reduzieren, indem beispielsweise der Abgasdruck stromaufwärts der Abgasturbine reduziert wird. Beispielsweise kann die Steuerung die bei 610 vorgenommene vorgreifende Steuerungsmaßnahme rückgängig machen, um die VGT-Schaufeln und/oder das AGR-Ventil in Nennpositionen für die jeweiligen Betriebsbedingungen zurückzuführen. Die Steuerung kann auf eine Lookup-Tabelle zurückgreifen, welche die Motordrehzahl und -last als Eingabe aufweist, und die AGR-Ventil-Position und/oder die VGT-Schaufel-Position ausgeben, welche der eingegebenen Motordrehzahl/-last entspricht, um ein Beispiel zu nennen. In einem anderen Beispiel kann die Steuerung den Umfang der AGR (und damit die AGR-Ventil-Position) und/oder die VGT-Schaufel-Position mittels Logikregeln bestimmen, die Parameter wie etwa die Motorlast, Motordrehzahl, Motortemperatur usw. direkt einbeziehen.
Falls der Motorbetrieb die Schwelle überquert, geht das Verfahren 600 zu 614 über und beinhaltet ein Öffnen der VID. Das Öffnen der VID kann beinhalten, dass die Steuerung ein elektronisches Signal an einen Aktor der VID (wie etwa den in 2A-2B gezeigten Aktor 223) sendet, die VID von der geschlossenen Position zur offenen Position (wie bspw. in den 2B und 3B gezeigt) einzustellen. In der offenen Position wird die Strömungsbegrenzung durch die VID minimiert. Das Einstellen der VID von der geschlossenen Position in die offene Position kann ein Schwenken einer Vielzahl benachbart angeordneter Schaufeln der VID über den Aktor, der an eine Betätigungsplatte (z. B. die in den 2A-3B gezeigte Betätigungsplatte 215) gekoppelt ist, in eine Richtung relativ zu einer Mittelachse des Verdichters (um die sich ein Laufrad des Verdichters dreht) beinhalten, sodass die Schaufeln parallel zur Strömungsrichtung sind und ein effektiver Durchmesser des Auslassendes der VID vergrößert wird.
Bei 616 beinhaltet das Verfahren 600 ein Verringern der Leistung, die der Abgasturbine zugeführt wird. Sobald die Schwelle überquert ist und festgestellt wurde, dass die Betriebsbedingung außerhalb der Niederlastregion 808b und/oder der ersten Verdichterkennlinienfeldregion 1010 liegt, kann die Steuerung beispielsweise die VGT-Schaufel-Position und/oder die AGR-Ventil-Position in Nennpositionen für die jeweiligen Betriebsbedingungen zurückführen. Beispielsweise kann das AGR-Ventil weiter geöffnet werden, und die VGT-Schaufeln können in eine Position eingestellt werden, in welcher die Querschnittsöffnung der Abgasturbine vergrößert ist. Auf diese Weise kann die vorgreifende Steuerungsmaßnahme bei 610 die der Abgasturbine zugeführte Leistung zeitweilig erhöhen, sodass die Verdichtereffizienz, und damit die Massenströmung, aufrechterhalten wird, während die VID aus der geschlossenen in die offene Position betätigt wird. Dann, sobald sich die VID in der offenen Position befindet, wird die der Abgasturbine zugeführte Leistung verringert, um den gewünschten Massendurchsatz bereitzustellen. Im Anschluss an 616 endet das Verfahren 600.
Wenn der Motor, um zu 604 zurückzukehren, stattdessen nicht unterhalb der Schwelle arbeitet (z. B., wenn der aktuelle Motordrehzahl- und -lastpunkt in der Hochlastregion 808a, gezeigt im Kennlinienfeld 800, und rechts der ersten Schwelle 1008 im Verdichterkennlinienfeld 1000 liegt), geht das Verfahren 600 zu 618 über und beinhaltet, dass die VID offen gehalten wird. Weil der Motor bereits oberhalb der Schwelle arbeitet, was dem Betrieb mit offener VID entspricht, ist zu erwarten, dass sich die VID bereits in der offenen Position befinden wird.
Bei 620 beinhaltet das Verfahren 600 ein Bestimmen, ob der Motorbetrieb die Schwelle überquert. Der Motorbetrieb kann die Schwelle beispielsweise überqueren, indem er von einem Betriebspunkt oberhalb der Schwelle zu einem Betriebspunkt unterhalb der Schwelle wandert, wie beispielsweise, indem er von einem Betriebspunkt innerhalb der Hochlastregion 808a zu einem Betriebspunkt in der Niederlastregion 808b, gezeigt in 8, wandert. Um ein anderes Beispiel zu nennen, kann der Motorbetrieb die Schwelle überqueren, indem er von einem Verdichterbetriebspunkt außerhalb der ersten Verdichterkennlinienfeldregion 1010 zu einem Verdichterbetriebspunkt innerhalb der ersten Verdichterkennlinienfeldregion 1010, gezeigt in 10, wandert.
Falls der Motorbetrieb die Schwelle nicht überquert, kann das Verfahren 600 zu 618 zurück springen, um die VID offen zu halten. Falls der Motorbetrieb die Schwelle überquert, geht das Verfahren 600 zu 622 über und beinhaltet ein Schließen der VID. Das Schließen der VID kann beinhalten, dass die Steuerung ein elektronisches Signal an den Aktor der VID sendet, damit die VID aus der offenen Position in die geschlossene Position eingestellt wird. Das Einstellen der VID aus der offene Position in die gegossene Position kann ein Schwenken jeder Schaufel der VID über den an die Betätigungsplatte gekoppelten Aktor beinhalten, sodass eine Ebene jeder Schaufel senkrecht zur Strömungsrichtung ist und der effektive Durchmesser des Auslassendes der VID verkleinert ist. Anders als beim Überführen der VID aus einer geschlossenen in eine offene Position kann die Steuerung die VID ohne vorgreifende Steuermaßnahme aus der offenen Position in die geschlossene Position überführen, da das Schließen der VID möglicherweise nicht zu einer verringerten Verdichtereffizienz und einem verringerten Massendurchsatz führt. Wenn sich die VID in der geschlossenen Position befindet und ein Einlass des Laufrads reduziert ist, wird die Strömung durch das Laufrad beschränkt, während eine Pumpspanne des Verdichters erweitert ist, wodurch die Verdichtereffizienz gesteigert und die Kraftstoffeffizienz reduziert werden. Im Anschluss an 622 endet das Verfahren 600.
Auf diese Weise kann durch Variieren eines Einlassdurchmessers eines Verdichters anhand einer VID auf der Grundlage von Motorbetriebsbedingungen ein Strömungsbereich des Verdichters vergrößert werden, während zugleich die Verdichtereffizienz gesteigert wird. Durch das Vornehmen vorgreifender Steuermaßnahmen während des Überführens der VID aus einer geschlossenen Position, in der der Einlass des Laufrads reduziert ist, in eine offene Position kann darüber hinaus gewährleistet werden, dass die Verdichtereffizienz und die Massenströmung aufrechterhalten werden. Insgesamt kann die Kraftstoffeffizienz des Motors erhöht werden.
Auf 7 Bezug nehmend, wird ein Ablaufdiagramm eines Beispielverfahrens 700 zum Steuern des Betriebs einer aktiven Gehäusestrukturierung eines Verdichters gezeigt. Der Verdichter kann in einem Motorsystem wie beispielsweise dem in 1 gezeigten System des Motors 10 beinhaltet sein. Die aktive Gehäusestrukturierung (z. B. die in 2A und 2B gezeigte aktive Gehäusestrukturierung 212) kann einen Rückführkanal und ein verschiebbares Ventil (z. B. das verschiebbare Ventil 234a von 2A und 2B) aufweisen. Eine Steuerung (z. B. die Steuerung 12 von 1) kann durch Einstellen einer Position des verschiebbaren Ventils über einen Aktor (z. B. den Aktor 209 von 2A und 2B) die Strömung durch den Rückführkanal steuern. Wie in 2A-2B ebenfalls gezeigt, kann der Verdichter des Weiteren eine variable Einlassvorrichtung (z. B. die VID 240), die im Verdichtereinlass positioniert ist, aufweisen. Insbesondere wird durch Integrieren der VID die Strömung durch den Verdichter selektiv beschränkt, indem ein Einlassbereich des Verdichters variiert wird. Dabei kann es jedoch sein, dass sich das Problem des Pumpens bei höheren Verdichterdrehzahlen und/oder Druckverhältnissen durch Integrieren einer VID allein nicht adäquat beheben lässt, da die VID bei Bedingungen mit höherer Verdichterdrehzahl offen gehalten werden kann, um einen angeforderten Ladedruck zu liefern. Das Öffnen des Rückführkanals der aktiven Gehäusestrukturierung ermöglicht es, die Pumpspanne bei höheren Verdichterdrehzahlen und/oder Druckverhältnissen zu erweitern, indem das Ablassen von Luft aus dem Verdichterauslass und deren Zurückströmen zur Einlassleitung zugelassen wird. Bei geringeren Verdichterdrehzahlen und/oder Druckverhältnissen, insbesondere, während die VID zum Beschränken der Strömung durch den Verdichter verwendet wird, wird die Verdichtereffizienz allerdings reduziert, falls der Rückführkanal offen gehalten wird. Demnach können Verringerungen der Verdichtereffizienz vermieden werden, indem die Strömung durch den Rückführkanal auf Betriebsbedingungen beruhend gesteuert wird, wie beispielsweise durch Öffnen des Rückführkanals und Verwenden der aktiven Gehäusestrukturierung zur Pumpminderung bei Vorliegen von Bedingungen, in denen die VID nicht verwendet wird (die VID z. B. offen ist) und Schließen des Rückführkanals (und Nichtverwenden der aktiven Gehäusestrukturierung zur Pumpminderung) bei Vorliegen von Bedingungen, in welchen die VID zur Pumpminderung verwendet wird (die VID z. B. geschlossen ist) und/oder während sich der Verdichter nicht Pumpbedingungen nähert.
Bei 702 beinhaltet das Verfahren 700 ein Schätzen und/oder Messen von Motorbetriebsbedingungen. Zu den Betriebsbedingungen können die Motordrehzahl, Motorlast, Motortemperatur (wie etwa von einer Motorkühlmitteltemperatur, die anhand eines Motorkühlmitteltemperatursensors gemessen wird, abgeleitet), die Luftmassenströmung (wie bspw. anhand eines MAF-Sensors wie etwa des MAF-Sensors 122 von 1 gemessen), der Ansaugkrümmerdruck (wie bspw. anhand eines MAP-Sensors wie etwa des MAP-Sensors 124 von 1 gemessen), ein Druckverhältnis in einem Verdichter, ein Luftmassendurchsatz durch den Verdichter, eine Drehzahl des Verdichters, eine Position des verschiebbaren Ventils der aktiven Gehäusestrukturierung, eine Position der VID usw. gehören. Die Betriebsbedingungen können auf verfügbaren Daten beruhend gemessen oder abgeleitet werden.
Bei 704 wird bestimmt, ob der Motor unterhalb einer ersten Schwelle arbeitet. Das Arbeiten unterhalb der ersten Schwelle kann beinhalten, dass eine aktuelle (z. B. aktuell bestimmte) Motordrehzahl und Motorlast unterhalb der ersten Schwelle liegen. In einem Beispiel kann die erste Schwelle eine voreingestellte Schwelle sein, die in einem Kennlinienfeld gespeichert ist, wie etwa die Schwelle 805 im Kennlinienfeld 800 von 8, oder die in einer Lookup-Tabelle in einem Speicher der Steuerung gespeichert ist. Wenn der Motor bei einem Motordrehzahl- und Motorlastpunkt arbeitet, der links der Schwelle 805 liegt, läuft der Motor in der Niederlastregion 808b, wo ein Betrieb des Motors mit Spitzendrehmoment nicht angefordert werden muss. Dann liegt der Motorbetrieb rechts der Schwelle 805 und der Motor arbeitet in der Hochlastregion 808a, wo ein Betrieb mit Spitzendrehmoment und höherem Ladedruck angefordert werden kann.
In einem alternativen Beispiel kann die erste Schwelle eine Massendurchsatzschwelle sein. Der Massendurchsatz in den Verdichter kann beispielsweise mit einem Schwellenmassendurchsatz wie etwa der ersten Schwelle 1008 des Verdichterkennlinienfelds 1000 von 10 verglichen werden. Wenn der Massendurchsatz über der ersten Schwelle 1008 liegt, kann der Verdichter in einer von der zweiten Verdichterkennlinienfeldregion 1012, der dritten Verdichterkennlinienfeldregion 1013 und der vierten Verdichterkennlinienfeldregion 1014 arbeiten, die der Hochlastregion 808a von 8 entsprechen. Wenn der Massendurchsatz unter der ersten Schwelle liegt, kann der Verdichter in der ersten Verdichterkennlinienfeldregion 1010 arbeiten, die der Niederlastregion 808b von 8 entspricht. In manchen Beispielen kann der Schwellenmassendurchsatz je nach dem Verdichterdruckverhältnis variieren. Eine Steuerung (z. B. die Steuerung 12 von 1) kann das Druckverhältnis in eine Lookup-Tabelle oder ein Kennlinienfeld eingeben und den Schwellendurchsatz ausgeben, um ein Beispiel zu nennen.
Falls der Motor nicht unterhalb der ersten Schwelle arbeitet, geht das Verfahren 700 zu 705 über und beinhaltet ein Bestimmen, ob der Motorbetrieb unterhalb einer zweiten Schwelle liegt. Die zweite Schwelle, die sich von der ersten Schwelle unterscheidet, kann ein Verdichterschwellendruckverhältnis sein. Die zweite Schwelle kann beispielsweise der in 10 gezeigten zweiten Schwelle 1011 entsprechen. In manchen Beispielen kann das Verdichterschwellendruckverhältnis je nach dem Verdichtermassendurchsatz variieren. Daher kann die Steuerung den Massendurchsatz in eine Lookup-Tabelle oder ein Kennlinienfeld eingeben und die zweite Schwelle ausgeben, um ein Beispiel zu nennen.
Wenn der Motorbetrieb derart ist, dass das Verdichterdruckverhältnis oberhalb der zweiten Schwelle liegt, kann sich der Verdichter Pumpbedingungen nähern. Das Erweitern einer Pumpspanne des Verdichters, wenn sich der Verdichter Pumpbedingungen nähert, kann einen Betriebsbereich des Verdichters erweitern und eine Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Verdichterpumpen verringern. Falls der Motor nicht unterhalb der zweiten Schwelle arbeitet, geht das Verfahren 700 daher zu 706 über und beinhaltet ein Öffnen (oder Offenhalten) der Gehäusestrukturierung. Das Öffnen der Gehäusestrukturierung kann beinhalten, dass die Steuerung ein elektronisches Signal aussendet, damit das verschiebbare Ventil aus einer geschlossenen Position (bspw. in 2A gezeigt) in eine offene Position (bspw. in 2B gezeigt) betätigt oder das verschiebbare Ventil in der offenen Position gehalten wird. In der offenen Position wird eine Rückführströmung aus einem Ansaugkanal des Verdichters durch eine Ausblasemündung nahe eines Laufrads des Verdichters zum Rückführkanal der aktiven Gehäusestrukturierung und zurück zum Ansaugkanal über eine Rückführmündung zugelassen. Durch das Zurückführen von Luft durch die aktive Gehäusestrukturierung kann eine Pumpspanne bei hohen Verdichterdrehzahlen und/oder hohen Druckverhältnissen erweitert werden. Im Anschluss an 706 endet das Verfahren 700.
Falls der Motor, zurück zu 705, unterhalb der zweiten Schwelle arbeitet, geht das Verfahren 700 zu 708 über und beinhaltet ein Schließen (oder Geschlossenhalten) der Gehäusestrukturierung. Das Schließen der Gehäusestrukturierung kann beinhalten, dass die Steuerung ein elektronisches Signal aussendet, damit das verschiebbare Ventil aus der offenen Position in die geschlossene Position betätigt oder das verschiebbare Ventil in der geschlossenen Position gehalten wird. In der geschlossenen Position wird die Rückführströmung durch das verschiebbare Ventil blockiert, das derart positioniert werden kann, dass es die Ausblasemündung oder die Rückführmündung abdeckt (z. B. die Luftströmung an diesen blockiert). Somit wird ein größerer Anteil der in den Verdichteransaugkanal gesaugten Luft durch das Laufrad und stromabwärts zu einem Ansaugkrümmer des Motors geleitet. Falls der Motor oberhalb der ersten Schwelle und unterhalb der zweiten Schwelle arbeitet, können die Motorbetriebsbedingungen beispielsweise derart sein, dass der Verdichter innerhalb einer von der in 10 gezeigten dritten Verdichterkennlinienfeldregion 1013 und vierten Verdichterkennlinienfeldregion 1014 arbeitet, die sich der Pumpgrenze 1004 nicht nähern. In der vierten Verdichterkennlinienfeldregion 1014 kann die Gehäusestrukturierung geschlossen werden, um eine Einbuße der Verdichtereffizienz aufgrund von Strömungsverlust im Inneren der Gehäusestrukturierung zu vermeiden. Ähnlich dazu befindet sich die dritte Verdichterkennlinienfeldregion 1013 nicht in der Nähe der Pumpgrenze, weshalb keine Pumpminderung notwendig ist. Im Anschluss an 708 endet das Verfahren 700.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Gehäusestrukturierung in manchen Beispielen während des Arbeitens in der dritten Verdichterkennlinienfeldregion 1013 geöffnet werden kann, um die in 10 gezeigte Strömungsdrosselungsgrenze 1006 zu erweitern. Ob die Gehäusestrukturierung geöffnet ist, während der Verdichter in der dritten Verdichterkennlinienfeldregion 1013 arbeitet, hängt von einer Radausgestaltung des Verdichters ab. Daher können Varianten des Verfahrens 700 verwendet werden, um die Breite des Verdichterkennlinienfelds für eine jeweilige Radausgestaltung zu maximieren.
Falls der Motor, zurück zu 704, unterhalb der ersten Schwelle arbeitet, geht das Verfahren 700 zu 708 über und beinhaltet ein Schließen (oder Geschlossenhalten) der Gehäusestrukturierung, wie vorstehend beschrieben. Indem eine Rückführung von Luft durch die aktive Gehäusestrukturierung bei geringen Verdichterdrehzahlen verhindert wird, wenn der Verdichter auch eine VID in einer geschlossenen Position beinhaltet, die die Luftströmung durch den Verdichter beschränkt, wird eine Überkompensation bezüglich der Pumpminderung vermieden, und die Verdichtereffizienz wird gesteigert. Im Anschluss an 708 endet das Verfahren 700.
Auf diese Weise kann eine Pumpspanne des eine VID aufweisenden Verdichters durch Steuern der Luftrückführung durch eine aktive Gehäusestrukturierung auf Verdichterbetriebsbedingungen beruhend bei hohen Verdichterdrehzahlen und Motorlasten erweitert werden (beispielsweise, indem die aktive Gehäusestrukturierung geöffnet und die Rückführung zugelassen wird), während zugleich die Verdichtereffizienz bei geringen Verdichterdrehzahlen und Motorlasten gesteigert wird (beispielsweise, indem die aktive Gehäusestrukturierung geschlossen und die Rückführung blockiert wird, während die VID geschlossen ist, um Pumpen zu mindern oder während keine Pumpminderung notwendig ist). Insgesamt kann ein Luftströmungsbereich des Verdichters vergrößert werden, indem die Luftrückführung durch die aktive Gehäusestrukturierung bei höheren Verdichterdrehzahlen und Motorlasten zugelassen wird, und die Kraftstoffeffizienz des Motors kann erhöht werden, indem die Luftrückführung durch die aktive Gehäusestrukturierung bei geringeren Verdichterdrehzahlen und Motorlasten verhindert wird.
Weiter zeigt 9 ein Beispielverfahren 900 zum Koordinieren der Steuerung einer Position einer variablen Einlassvorrichtung, die in einer Einlassleitung eines Verdichters positioniert ist, und der Steuerung einer aktiven Gehäusestrukturierung des Verdichters. Konkret kann die variable Einlassvorrichtung (VID) die in 4A-5D gezeigte VID 440 sein. Die VID kann in einer Einlassleitung eines Verdichters, der eine aktive Gehäusestrukturierung aufweist, stromaufwärts eines Laufrads positioniert sein. Außerdem können die aktive Gehäusestrukturierung und die VID anhand eines einzelnen Betätigungssystems, wie etwas des in 4A-5C gezeigten Betätigungssystems 435, simultan gesteuert werden. Beispielsweise kann eine Steuerung (z. B. die in 1 gezeigte Steuerung 12) ein Signal an das Betätigungssystem senden, die VID zwischen einer Position mit kleinerem Radius (z. B. einer geschlossen Position) und einer Position mit größerem Radius (z. B. einer offenen Position) zu bewegen, während ein Rückführkanal der aktiven Gehäusestrukturierung simultan zwischen einer geschlossenen Position und einer offenen Position überführt wird, wie weiter unten weitergehend beschrieben.
Das Verfahren 900 beginnt bei 902 und beinhaltet ein Schätzen und/oder Messen von Motorbetriebsbedingungen. Zu den Betriebsbedingungen können die Motordrehzahl, Motorlast, Motortemperatur (wie etwa von einer Motorkühlmitteltemperatur, die anhand eines Motorkühlmitteltemperatursensors gemessen wird, abgeleitet), die Luftmassenströmung (wie bspw. anhand eines MAF-Sensors wie etwa des MAF-Sensors 122 von 1 gemessen), der Ansaugkrümmerdruck (wie bspw. anhand eines MAP-Sensors wie etwa des MAP-Sensors 124 von 1 gemessen), ein Druckverhältnis in einem Verdichter, ein Luftmassendurchsatz durch den Verdichter, eine Drehzahl des Verdichters, eine Position eines Verstellrings des Betätigungssystems (z. B. des Verstellrings 415 von 4A-5C) usw. gehören. Die Betriebsbedingungen können auf verfügbaren Daten beruhend gemessen oder abgeleitet werden.
Bei 904 wird bestimmt, ob der Motor unterhalb einer Motorlastschwelle arbeitet. Die Motorlastschwelle kann Motorbetriebe mit relativ hoher Last und hoher Strömung von Betrieben mit relativ geringer Last und geringer Strömung abgrenzen. Beispielsweise kann die Steuerung die aktuelle Motordrehzahl und/oder -last, einschließlich des Massendurchsatzes, in ein Kennlinienfeld oder eine Lookup-Tabelle eingeben, um zu bestimmen, an welchen Stellen sich Motorbetriebe in Bezug auf die Schwelle 805, dargestellt anhand der gestrichelten Linie, im Motorkennlinienfeld 800 von 8 befinden. Das Motorkennlinienfeld 800 kann in einem Speicher der Steuerung gespeichert sein, und die Schwelle 805 kann Motordrehzahlen und - lasten definieren, bei denen ein Einstellen von Positionen der VID und aktiven Gehäusestrukturierung gewünscht sein können, um entweder der Leistungsfähigkeit des Motors oder der Kraftstoffeffizienz Priorität zu geben.
Im zweiten Bereich 808 des Motorkennlinienfelds 800 teilt die Schwelle 805 den zweiten Bereich 808 in eine Hochlastregion 808a und eine Niederlastregion 808b. Die Hochlastregion 808a befindet sich rechts der Schwelle 805 und umfasst Motorlasten und -drehzahlen, die höher als jene durch die Schwelle 805 definierten sind. Der Motorbetrieb bei Spitzendrehmoment ist in der Hochlastregion 808a enthalten, und die VID und die aktive Gehäusestrukturierung können derart eingestellt werden, dass sie eine verstärkte Strömung durch den Verdichter bereitstellen, um den Motorbetrieb bei Spitzendrehmoment wie auch eine Pumpminderung zu ermöglichen. In der Niederlastregion 808b sind Motorlasten und -drehzahlen geringer als jene durch die Schwelle 805 definierten und können einem Leerlauf- oder Teillastbetrieb des Fahrzeugs entsprechen. Daher ist eine Fähigkeit für einen Motorbetrieb bei Spitzendrehmoment in dieser Region nicht notwendig, und die VID und die aktive Gehäusestrukturierung können in solche Positionen eingestellt werden, dass die Massenströmung in den Verdichter verringert wird, während die Verdichtereffizienz und damit die Kraftstoffeffizienz des Motors gesteigert werden.
Während des Arbeitens in der Niedriglastregion 808b kann die Verdichtereffizienz (und damit die Kraftstoffeffizienz) gesteigert werden, indem ein Einlass des Verdichters anhand der VID eingeengt wird und indem die Rückführung durch eine Gehäusestrukturierung verhindert wird. Während des Arbeitens in der Hochlastregion 808a kann die Motorleistung erhöht werden, indem der Einlass des Verdichters anhand der VID geweitet wird, was mehr Luftströmung durch den Verdichter zulässt, und indem die Pumpspanne bei höheren Drehzahlen durch Zulassen der Rückführung durch die Gehäusestrukturierung erweitert wird. Damit kann während des Arbeitens in der Niederlastregion 808b der Verdichtereffizienz und Kraftstoffeffizienz Priorität gegeben werden, wohingegen während des Arbeitens in der Hochlastregion 808a der Leistungsfähigkeit des Motors Priorität gegeben werden kann.
In einem anderen Beispiel kann die Steuerung zusätzlich oder alternativ ein gemessenes Verdichterdruckverhältnis und eine Massenströmung in den Verdichter mit einem Verdichterkennlinienfeld wie etwa dem Verdichterkennlinienfeld 1100 von 11 vergleichen. Das Verdichterkennlinienfeld 1100 beinhaltet eine Druckverhältnis- und Massenströmungsschwelle 1108, dargestellt als Punktstrichlinie, die analog zur Motorlastschwelle 805 des Motorkennlinienfelds 800 von 8 sein kann. Die Druckverhältnis- und Massenströmungsschwelle 1108 definiert eine Begrenzung zwischen einer ersten Verdichterkennlinienfeldregion 1110 und einer zweiten Verdichterkennlinienfeldregion 1112. Bei Verdichterbetriebspunkten (z.B. Massendurchsätzen und Druckverhältnissen) unterhalb der Druckverhältnis- und Massenströmungsschwelle 1108 arbeitet der Verdichter in der ersten Verdichterkennlinienfeldregion 1110, die geringen Verdichterdruckverhältnissen und Massendurchsätzen (und geringeren Verdichterdrehzahlen) wie auch der Niederlastregion 808b des Motorkennlinienfelds 800 entspricht. Bei Verdichterbetriebspunkten bei oder oberhalb der Druckverhältnis- und Massenströmungsschwelle 1108 arbeitet der Verdichter in der zweiten Verdichterkennlinienfeldregion 1112, die mittleren bis hohen Verdichterdruckverhältnissen und Massendurchsätzen (und höheren Verdichterdrehzahlen) wie auch der Hochlastregion 808a des Motorkennlinienfelds 800 entspricht.
Falls der Motor, zurück zu 904 von 9, nicht unterhalb der Motorlastschwelle arbeitet, befindet sich Motorbetrieb beispielsweise in der Hochlastregion 808a des Motorkennlinienfelds 800, und das Verfahren geht zu 906 über, um den Verdichter in einem Leistungsmodus zu betreiben. Während des Arbeitens im Leistungsmodus wird der Motorleistung Priorität gegeben, wie beispielsweise durch Verstärken der Luftströmung durch den Verdichter. Während des Arbeitens im Motorleistungsmodus werden die VID und die Gehäusestrukturierung offen gehalten, wie bei 908 angegeben. Die VID kann beispielsweise anhand des Verstellrings in der Position mit größerem Radius gehalten werden, wobei die Schaufeln der VID in eine Wand des Verdichteransaugkanals eingefahren werden, wie in 4B und 5C gezeigt. Darüber hinaus wird die Gehäusestrukturierung durch Halten der Position des Feststellrings offen gehalten, wie beispielsweise, indem Ventile, die an den Verstellring gekoppelt sind, aus dem Rückführkanal heraus gedreht werden. Wenn der Motor bereits oberhalb der Schwelle arbeitet, ist zu erwarten, dass sich die VID und die Gehäusestrukturierung bereits in der offenen Position befinden werden.
Bei 909 beinhaltet das Verfahren 900 ein Bestimmen, ob der Motorbetrieb die Schwelle überquert. Die Steuerung kann zum Beispiel die Motorbetriebsbedingungen im Zeitverlauf überwachen, um den Verdichterbetrieb als Reaktion darauf einzustellen, dass die Motorlast unter die Motorlastschwelle sinkt. Der Motorbetrieb kann die Schwelle überqueren, indem er von einem Betriebspunkt oberhalb der Schwelle zu einem Betriebspunkt unterhalb der Schwelle wandert, wie beispielsweise, indem er von einem Betriebspunkt innerhalb der Hochlastregion 808a zu einem Betriebspunkt in der Niederlastregion 808b, gezeigt in 8, wandert. Um ein anderes Beispiel zu nennen, kann der Motorbetrieb die Schwelle überqueren, indem er von einem Verdichterbetriebspunkt innerhalb der zweiten Verdichterkennlinienfeldregion 1112 zu einem Verdichterbetriebspunkt innerhalb der ersten Verdichterkennlinienfeldregion 1110, gezeigt in 11, wandert.
Falls der Motorbetrieb die Schwelle nicht überquert, kann das Verfahren 900 zu 906 zurück springen, um das Betreiben des Verdichters im Leistungsmodus fortzusetzen, wobei die VID offen (z. B. in der Position mit großer Einfassung) ist und die Gehäusestrukturierung offen ist, um hohe Verdichtermassenströmungen (über die offene VID) mit Pumpminderung (über die offene Gehäusestrukturierung) für eine erhöhte Motorleistung zu ermöglichen. Falls der Motorbetrieb die Schwelle überquert, geht das Verfahren 900 zu 911 über und beinhaltet ein Überführen des Verdichters zu einem Arbeiten in einem Kraftstoffeffizienzmodus. Während des Arbeitens im Kraftstoffeffizienzmodus wird der Kraftstoffeffizienz des Motors Priorität über die Motorleistung gegeben, wie beispielsweise durch Steigern der Verdichtereffizienz, während der Verdichter in einem Bereich mit geringer Massenströmung arbeitet. Das Überführen des Verdichters zum Arbeiten im Kraftstoffeffizienzmodus beinhaltet ein Schließen der VID und Schließen der Gehäusestrukturierung anhand des einzelnen Betätigungssystems, wie bei 913 angegeben. Das Schließen der VID beinhaltet beispielsweise ein Betätigen der VID in die Position mit kleinerem Radius, wie etwa durch Drehen des Verstellrings in eine erste, geschlossene Position, das Schaufeln der VID in einen Ansaugkanal des Verdichters stellt. Wie vorstehend unter Bezugnahme auf 4A und 5A erläutert, wird ein Einlassdurchmesser/offener Bereich des Laufrads in der Position mit kleinerem Radius reduziert, was die Verdichtereffizienz bei geringen Massenströmungen steigert. Wenn die VID in einem alternativen Beispiel schwenkbare Schaufeln umfasst, kann das Schließen der VID ein Schwenken jeder Schaufel der VID anhand eines Aktors, der an eine Betätigungsplatte der Schaufeln gekoppelt ist, beinhalten, sodass eine Ebene jeder Schaufel senkrecht zur Richtung der Luftströmung durch den Verdichter ist, wodurch der Laufradeinlass eingeengt wird.
Aufgrund des einzelnen, gemeinsamen Betätigungssystems wird die aktive Gehäusestrukturierung durch das Betätigen der VID in die Position mit kleinerem Radius simultan in die geschlossene Position betätigt, sodass die Luftströmung durch einen Rückführkanal der aktiven Gehäusestrukturierung (z. B. der Rückführkanal 418 von 4A-4B) durch ein Ventil (z. B. das Ventil 434 von 4A und 5A-5C) blockiert wird. Durch das Blockieren der Strömungsrückführung bei geringeren Massenströmungen und Druckverhältnissen wird die Verdichtereffizienz gesteigert und dadurch die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs erhöht. Ein Schließen der VID, während die aktive Gehäusestrukturierung offen gehalten wird, würde beispielsweise zu einer Einbuße der Verdichtereffizienz führen. Indem die aktive Gehäusestrukturierung geschlossen wird, während sich die VID in der geschlossenen Position befindet, wird die Einbuße der Verdichtereffizienz umgangen. Somit führt ein einzelnes Signal von der Steuerung zur Betätigung sowohl der VID als auch des Ventils, die sich aufeinander abgestimmt bewegen können.
Andere Beispiele können unabhängige Betätigungsmechanismen für jede von der VID und der aktiven Gehäusestrukturierung beinhalten. In solchen Auslegungen können die VID und die aktive Gehäusestrukturierungen simultan oder zu versetzten Zeitpunkten eingestellt werden. Darüber hinaus kann das Schließen der VID und der aktiven Gehäusestrukturierung direkt und zügig aus der offenen Position erfolgen, wenn sie zuvor offen waren, oder sie können sich stufenweise und kontinuierlich schließen und an einem jeden Punkt zwischen der komplett offenen und komplett geschlossenen Position pausieren.
Bei 915 beinhaltet das Verfahren 900 ein Einstellen von Motorbetrieben bei einer Niederlastbedingung. Zu Motorbetrieben, die variiert werden können, gehört ein Vergrößern einer Öffnung eines Drosselventils, um eine Strömung aufgeladener Luft zum Motoreinlass aufrechtzuerhalten. Der Zündzeitpunkt kann eingestellt werden, wie beispielsweise durch Einstellen des Zeitpunkts der Kraftstoffeinspritzung oder Einstellen des Zeitpunkts der Zündfunkenabgabe als Reaktion auf den verringerten Ladedruck, der Brennkammern des Motors zugeführt wird, und auch die Kraftstoffmenge kann dementsprechend eingestellt werden. Dabei kann die Betätigung der VID in den Zustand mit kleinerem Radius und der Gehäusestrukturierung in die geschlossene Position als Reaktion darauf, dass der Motor unterhalb der Motorlastschwelle arbeitet, allerdings kalibriert werden, sodass die Änderung des Verdichtermassendurchsatzes, des Druckverhältnisses im Verdichter und der Verdichtereffizienz minimal ist. Auf diese Weise kann die Motorlast reibungslos zwischen einem Hochlastzustand und dem Niederlastzustand übergehen. Im Anschluss an 915 endet das Verfahren 900.
Falls der Motor, zurück zu 904, unterhalb der Motorlastschwelle arbeitet, z. B. in der Niederlastregion 808b des Motorkennlinienfelds 800, dann geht das Verfahren 900 zu 910 über und beinhaltet ein Betreiben des Verdichters in einem Kraftstoffeffizienzmodus. Während des Arbeitens im Kraftstoffeffizienzmodus wird der Kraftstoffeffizienz des Motors Priorität über die Motorleistung gegeben, wie beispielsweise, indem die Pumpminderung mittels der VID und nicht mittels der Gehäusestrukturierung durchgeführt wird, um die Verdichtereffizienz zu steigern. Das Betreiben des Verdichters im Kraftstoffeffizienzmodus kann beinhalten, dass die VID und die Gehäusestrukturierung geschlossen gehalten werden, wie bei 912 angegeben. Die VID kann beispielsweise anhand des Verstellrings in der Position mit kleinerem Radius gehalten werden, wobei die Schaufeln der VID im Inneren des Ansaugkanals des Verdichters positioniert sind, wie in 4A und 5A gezeigt. Darüber hinaus wird die Gehäusestrukturierung durch das Halten der Position des Feststellrings geschlossen gehalten, wie beispielsweise, indem Ventile, die an den Verstellring gekoppelt sind, in den Rückführkanal hinein gedreht werden. Weil der Motor bereits unterhalb der Schwelle arbeitet, was dem Betrieb mit geschlossener VID und Gehäusestrukturierung entspricht, ist zu erwarten, dass sich die VID und die Gehäusestrukturierung bereits in der geschlossenen Position befinden werden. Falls die VID und die Gehäusestrukturierung bereits geschlossen sind (falls sich die VID z. B. in der Position mit kleinerem Radius befindet und das Ventil die Strömung durch die aktive Gehäusestrukturierung blockiert), können die Positionen der VID und der Gehäusestrukturierung unverändert bleiben. Wenn die VID in der geschlossenen Position mit kleinerem Radius gehalten wird, wird der Verdichter in einem Modus mit kleiner Einfassung gehalten, der einen Einlassdurchmesser/offenen Bereich des Laufrads reduziert, um die Verdichtereffizienz bei einem geringen Durchsatz (im Vergleich dazu, dass die VID offen ist) zu steigern. Indem die Gehäusestrukturierung in der geschlossenen Position gehalten wird, wird andererseits die Rückführung von Luft durch die Gehäusestrukturierung blockiert, wodurch Strömungsverlust durch die Gehäusestrukturierung vermieden wird, um die Verdichtereffizienz zu steigern und dadurch die Kraftstoffeffizienz des Motors zu erhöhen (im Vergleich dazu, dass die VID geschlossen und die Gehäusestrukturierung offen ist).
Bei 914 beinhaltet das Verfahren ein Bestimmen, ob sich der Motorbetrieb der Schwelle nähert. Die Tatsache, dass sich der Motorbetrieb der Schwelle nähert, kann darauf hinweisen, dass ein Übergang aus einem Betrieb unterhalb der Schwelle zu einem Betrieb oberhalb der Schwelle zu erwarten ist. Um ein Beispiel zu nennen, kann die Steuerung den Verdichtermassendurchsatz, die Verdichterdrehzahl und das Verdichterdruckverhältnis in ein/e/n oder mehrere Lookup-Tabellen, Algorithmen oder Kennlinienfelder (wie etwa das Verdichterkennlinienfeld 1100 von 11) eingeben, um eine Echtzeitschätzung eines Abstands von der Schwelle (z. B. der Schwelle 1108) zu bestimmen. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerung, um ein anderes Beispiel zu nennen, die Motordrehzahl und -last in ein/e/n oder mehrere Lookup-Tabellen, Algorithmen oder Kennlinienfelder (wie etwa das Motorkennlinienfeld 800 von 8) eingeben, um die Echtzeitschätzung des Abstands von der Schwelle (z. B. der Schwelle 805) zu bestimmen. Dass sich der Motorbetrieb der Schwelle nähert, kann als Reaktion darauf bestimmt werden, dass der Abstand von der Schwelle innerhalb eines vorgegebenen Maßes liegt und/oder dass der Abstand von der Schwelle mit einer Rate abnimmt, die höher als eine Schwellenrate ist, um ein Beispiel zu nennen.
Falls sich der Motorbetrieb nicht der Schwelle nähert, ist kein Übergang über die Schwelle zu erwarten, und das Verfahren 900 kann zu 910 zurückspringen, um das Betreiben des Verdichters im Kraftstoffeffizienzmodus fortzusetzen, wobei die VID und die Gehäusestrukturierung geschlossen gehalten werden. Falls sich der Motorbetrieb der Schwelle nähert, wird ein Öffnen der VID und der Gehäusestrukturierung vorweggenommen. Das Verfahren 900 rückt zu 916 vor und beinhaltet ein Erhöhen eines Betrags der Leistung, die einer Abgasturbine des Turboladers (z. B. der Turbine 176 von 1) zugeführt wird, um eine momentane Reduktion des Verdichtermassendurchsatzes zu verhindern. Während eines Übergangs von einem Arbeiten in der Niederlastregion 808b zur Hochlastregion 808a, gezeigt in 8 (oder eines Übergangs von einem Arbeiten in der ersten Verdichterkennlinienfeldregion 1110 zur zweiten Verdichterkennlinienfeldregion 1112 von 11), ist beispielsweise ein momentaner Verlust der Verdichtereffizienz und damit des Verdichtermassendurchsatzes zu erwarten, wenn die VID und die Gehäusestrukturierung geöffnet sind. Aus diesem Grund kann die Steuerung eine vorgreifende Steuerungsmaßnahme vornehmen, um die Verdichtereffizienz, und damit den Massendurchsatz, während des Übergangs zu bewahren.
Falls es sich bei der Turbine um eine VGT handelt, kann konkret die Turbinenleistung auf der Grundlage einer VGT-Schaufel-Position und eines Vorturbinenabgasdrucks (wie z. B. anhand des in 1 gezeigten Drucksensors 158 gemessen) bestimmt werden. Um den Verlust des Massendurchsatzes zu verhindern, der auch die Pumpspanne reduziert, kann die Steuerung über eine koordinierte Einstellung der VGT-Schaufel-Position und einer AGR-Ventil-Position die Leistung erhöhen, die der Abgasturbine zugeführt wird. Die Steuerung kann zum Beispiel die Echtzeitschätzung des Abstands von der Schwelle, die als Übergangsbegrenzung dient, in ein/e/n oder mehrere Lookup-Tabellen, Algorithmen oder Kennfelder eingeben und die entsprechende VGT-Schaufel-Position und/oder AGR-Ventil-Position ausgeben. Die Steuerung kann dann Befehlssignale an die VGT und/oder das AGR-Ventil senden, damit die VGT-Schaufeln und/oder das AGR-Ventil in die ausgegebenen Positionen eingestellt werden. Um ein Beispiel zu nennen, kann ein Verkleinern einer Öffnung des AGR-Ventils den Vorturbinenabgasdruck erhöhen.
Bei 918 beinhaltet das Verfahren 900 ein Bestimmen, ob der Motorbetrieb die Schwelle überquert. Der Motorbetrieb kann die Schwelle beispielsweise überqueren, indem er von einem Betriebspunkt unterhalb der Schwelle zu einem Betriebspunkt oberhalb der Schwelle wandert, wie beispielsweise, indem er von einem Betriebspunkt innerhalb der Niederlastregion 808b zu einem Betriebspunkt in der Hochlastregion 808a, gezeigt in 8, wandert. Um ein anderes Beispiel zu nennen, kann der Motorbetrieb die Schwelle überqueren, indem er von einem Verdichterbetriebspunkt in der ersten Verdichterkennlinienfeldregion 1110 zu einem Verdichterbetriebspunkt in der zweiten Verdichterkennlinienfeldregion 1112, gezeigt in 11, wandert.
Falls der Motorbetrieb die Schwelle nicht überquert, kann das Verfahren 900 zu 910 zurückspringen, um das Betreiben des Verdichters im Kraftstoffeffizienzmodus fortzusetzen, wobei die VID und die Gehäusestrukturierung geschlossen gehalten werden. Falls sich der Motorbetrieb darüber hinaus nicht mehr der Schwelle nähert, kann die Steuerung die der Abgasturbine zugeführte Leistung reduzieren, indem beispielsweise der Abgasdruck stromaufwärts der Abgasturbine reduziert wird. Beispielsweise kann die Steuerung die bei 916 vorgenommene vorgreifende Steuerungsmaßnahme rückgängig machen, um die VGT-Schaufeln und/oder das AGR-Ventil in Nennpositionen für die jeweiligen Betriebsbedingungen zurückzuführen. Die Steuerung kann auf eine Lookup-Tabelle zurückgreifen, welche die Motordrehzahl und -last als Eingabe aufweist, und die AGR-Ventil-Position und/oder VGT-Schaufel-Position ausgeben, welche der eingegebenen Motordrehzahl/-last entspricht, um ein Beispiel zu nennen. In einem anderen Beispiel kann die Steuerung das Maß der AGR (und damit die AGR-Ventil-Position) und/oder die VGT-Schaufel-Position mittels Logikregeln bestimmen, die Parameter wie etwa die Motorlast, Motordrehzahl, Motortemperatur usw. direkt einbeziehen.
Falls der Motorbetrieb die Schwelle überquert, geht das Verfahren 900 zu 920 über und beinhaltet ein Überführen des Verdichters zum Arbeiten im Leistungsmodus. Das Überführen des Verdichters zum Arbeiten im Leistungsmodus beinhaltet ein Öffnen der VID und Öffnen der Gehäusestrukturierung anhand des einzelnen Betätigungssystems, wie bei 922 angegeben. Das Öffnen der VID beinhaltet beispielsweise ein Betätigen der VID in die Position mit größerem Radius, wie etwa durch Drehen des Verstellrings in eine zweite, offene Position, die die Schaufeln der VID in eine Wand des Verdichteransaugkanals einfährt, wie in 4B und 5C gezeigt. Wenn die VID in einem alternativen Beispiel schwenkbare Schaufeln umfasst, kann das Öffnen der VID ein Schwenken einer Vielzahl benachbart angeordneter Schaufeln der VID anhand des Aktors, der an die Betätigungsplatte der Schaufeln gekoppelt ist, beinhalten, sodass die Ebene der Schaufeln parallel zur Richtung der Luftströmung durch den Verdichter ist. In der offen Position mit größerem Radius beschränkt die VID die Strömung durch das Laufrad nicht, und der Verdichtereinlass ist größer, was hohe Verdichterströmungen und Druckverhältnisse bei höheren Effizienzen ermöglicht.
Aufgrund des einzelnen, gemeinsamen Betätigungssystems wird die aktive Gehäusestrukturierung durch das Betätigen der VID in die Position mit größerem Radius simultan in die offene Position überführt, indem das Ventil aus dem Rückführkanal heraus gedreht wird. Wenn das Ventil nicht im Rückführkanal positioniert ist, wird die Luftströmung durch den Rückführkanal zugelassen, wodurch die Pumpspanne des Verdichters erweitert ist. Somit führt ein einzelnes Signal von der Steuerung zur Betätigung sowohl der VID als auch des Ventils, die sich aufeinander abgestimmt bewegen können.
Andere Beispiele können unabhängige Betätigungsmechanismen für jede von der VID und der aktiven Gehäusestrukturierung beinhalten. In solchen Auslegungen können die VID und die aktive Gehäusestrukturierungen simultan oder zu versetzten Zeitpunkten eingestellt werden. Darüber hinaus kann das Öffnen der VID und der aktiven Gehäusestrukturierung direkt und zügig aus der geschlossenen Position erfolgen, wenn sie zuvor geschlossen waren, oder sie können sich stufenweise und kontinuierlich öffnen und an einem jeden Punkt zwischen der komplett geschlossenen und komplett offenen Position pausieren.
Bei 924 werden Motorbetriebe auf eine Hochlastbedingung eingestellt. Zu Motorbetrieben, die variiert werden können, gehört ein Verkleinern einer Öffnung eines Drosselventils, um eine Strömung aufgeladener Luft zum Motoreinlass aufrechtzuerhalten. Der Zündzeitpunkt kann eingestellt werden, wie beispielsweise durch Einstellen des Zeitpunkts der Kraftstoffeinspritzung oder Einstellen des Zeitpunkts der Zündfunkenabgabe als Reaktion auf den erhöhten Ladedruck, der Brennkammern des Motors zugeführt wird, und auch die Kraftstoffmenge kann dementsprechend eingestellt werden. Dabei kann jedoch die Betätigung der VID in den Zustand mit größerem Radius und der Gehäusestrukturierung in die offene Position nach Vornahme der vorgreifenden Steuermaßnahme bei 916 und als Reaktion darauf, dass der Motor oberhalb der Motorschwelle arbeitet, kalibriert werden, sodass die Änderung des Verdichtermassendurchsatzes, des Druckverhältnisses im Verdichter und der Verdichtereffizienz minimal ist. Auf diese Weise kann die Motorlast reibungslos zwischen dem Niederlastzustand und dem Hochlastzustand übergehen.
Das Einstellen von Motorbetrieben auf die Hochlastbedingungen kann weiterhin ein Verringern der Leistung, welche der Abgasturbine zugeführt wird, beinhalten. Sobald die Schwelle überquert ist und festgestellt wurde, dass die Betriebsbedingung außerhalb der Niederlastregion 808b und/oder der ersten Verdichterkennlinienfeldregion 1110 liegt, kann die Steuerung beispielsweise die VGT-Schaufel-Position und/oder die AGR-Ventil-Position in Nennpositionen für die jeweiligen Betriebsbedingungen zurückführen. Auf diese Weise kann die vorgreifende Steuerungsmaßnahme bei 916 die der Abgasturbine zugeführte Leistung zeitweilig erhöhen, sodass die Verdichtereffizienz, und damit die Massenströmung, aufrechterhalten wird, während die VID aus der geschlossenen in die offene Position und die Gehäusestrukturierung aus der geschlossenen Position in die offene Position betätigt werden. Dann, sobald sich die VID und die Gehäusestrukturierung in der offenen Position befinden (sich der Verstellring z. B. in der zweiten, offenen Position befindet), wird die Leistung, die der Abgasturbine zugeführt wird, verringert, um den gewünschten Massendurchsatz für die jeweilige Motorlast bereitzustellen. Im Anschluss an 924 endet das Verfahren 900.
Auf diese Weise kann ein Turboladerverdichter durch Verwenden einer VID und einer aktiven Gehäusestrukturierung, die anhand eines einzelnen Betätigungssystems simultan betätigt werden, in einem von zwei Betriebsmodi betrieben werden: einem Kraftstoffeffizienzmodus, in dem die VID und die aktive Gehäusestrukturierung geschlossen sind, und einem Leistungsmodus, in welchem die VID und die aktive Gehäusestrukturierung offen sind. Der Verdichter kann im Laufe eines Fahrzyklus des Fahrzeugs mehrmals zwischen zwei Betriebsmodi überführt werden, wobei der jeweils aktuelle Modus auf jeweils aktuellen Betriebsbedingungen beruhend ausgewählt wird, um einen Luftströmungsgesamtbereich des Verdichters zu vergrößern. Der ausgewählte Betriebsmodus kann eine Effizienz des Verdichters bei den jeweils aktuellen Betriebsbedingungen steigern, was ein schnelleres Ansprechen des Turboladers bei Vorliegen vorübergehender Motorbedingungen ergibt. Darüber hinaus ergibt die gesteigerte Verdichtereffizienz einen geringeren Kraftstoffverbrauch sowohl im Falle des stetigen als auch vorübergehenden Motorbetriebs.
12 zeigt ein beispielhaftes Zeitdiagramm 1200 bezüglich des Betreibens eines Motors mit einem Verdichter, der eine VID und eine aktive Gehäusestrukturierung, welche unabhängig voneinander betätigt werden können, aufweist, wie etwa dem in 2A-2B gezeigten Verdichter 202. Der Verdichter kann in einem Turbolader eines Fahrzeugs, wie etwa in 1 gezeigt, das zudem ein Hochdruck-AGR-System beinhaltet, beinhaltet sein. Die VID kann auf Motorbetriebsbedingungen beruhend zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position eingestellt werden, wie etwa gemäß dem Verfahren von 6. Analog dazu kann die aktive Gehäusestrukturierung (CT) auf Motorbetriebsbedingungen beruhend zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position eingestellt werden, wie etwa gemäß dem Verfahren von 7. Die Motorlast ist bei Verlauf 1202 gezeigt, der Verdichtermassendurchsatz ist bei Verlauf 1204 gezeigt, das Verdichterdruckverhältnis ist bei Verlauf 1205 gezeigt, die VID-Position ist bei Verlauf 1206 gezeigt, die CT-Position ist bei Verlauf 1208 gezeigt, und eine AGR-Ventil-Position ist bei Verlauf 1210 gezeigt. Für alles vorstehend Genannte gilt, dass die horizontale Achse die Zeit darstellt, wobei die Zeit auf der horizontalen Achse von links nach rechts zunimmt. Die vertikale Achse stellt jeden gekennzeichneten Parameter dar. Im Falle der Verläufe 1202 und 1204 erhöht sich ein Wert des gekennzeichneten Parameters auf der vertikalen Achse von unten nach oben. Im Falle der Verläufe 1206 und 1208 gibt die vertikale Achse wieder, ob die VID und die CT - wie gekennzeichnet - offen bzw. geschlossen sind. Im Falle von Verlauf 1210 zeigt die vertikale Achse die AGR-Ventil-Position von einer komplett geschlossenen Position („geschlossen“) bis zu einer komplett offenen Position („offen“). Außerdem ist eine Pumpgrenze anhand der gestrichelten Linie 1201 gezeigt, welche der Pumpschwelle 804 von 8 ähnlich sein kann, eine Motorschwellenlast ist anhand der gestrichelten Linie 1203 gezeigt, die der Motorlastschwelle 805 von 8 ähnlich sein kann, und ein Verdichterschwellendruckverhältnis ist anhand der gestrichelten Linie 1207 gezeigt, das der zweiten Schwelle 1011 von 10 ähnlich sein kann. Wenn der Motorbetrieb Lasten beinhaltet, die höher als die Motorschwellenlast 1203 sind, kann der Motor in einer Hochlastregion wie etwa der Hochlastregion 808a von 8 arbeiten. Wenn der Motorbetrieb Lasten beinhaltet, die geringer als die Motorschwellenlast 1203 sind, kann der Motor in einer Niederlastregion wie etwa der Niederlastregion 808b von 8 arbeiten. Wenn der Verdichterbetrieb Druckverhältnisse über dem Verdichterschwellendruckverhältnis 1207 beinhaltet, nähert sich der Verdichter möglicherweise Pumpbedingungen. Im Beispiel von 12 ist das Verdichterschwellendruckverhältnis 1207 zwar so dargestellt, dass es einen einzigen Wert aufweist, doch sei darauf hingewiesen, dass das Verdichterschwellendruckverhältnis in anderen Beispielen auf der Verdichtermassenströmung beruhend variieren kann, wie beispielsweise in 10 dargestellt.
Vor Zeitpunkt t1 kann die Motorlast (Verlauf 1202) viel höher als die Pumpschwelle 1201 und auch höher als die Motorschwellenlast 1203 sein, und der Verdichtermassendurchsatz (Verlauf 1204) ist relativ hoch. Da die Motorlast über der Motorschwellenlast liegt, ist keine Beschränkung der Luftströmung durch den Verdichter zur Pumpminderung erforderlich. Der Luftstrom kann beispielsweise eine Mischung aus frischer Ansaugluft und zurückgeführtem Abgas beinhalten. Somit wird der Verdichter mit der VID in der offenen Position betrieben (Verlauf 1206). Außerdem ist das Verdichterdruckverhältnis (Verlauf 1205) größer als das Verdichterschwellendruckverhältnis 1207. Aus diesem Grund kann Pumpen aufgrund eines hohen Druckverhältnisses und/oder einer hohen Massenströmung anhand der aktiven Gehäusestrukturierung, die in der offenen Position ist (Verlauf 1208), gemindert werden. Da die aktive Gehäusestrukturierung in der offenen Position ist, wird die Luftströmung durch einen Rückführkanal der CT zugelassen. Die offene Position der aktiven Gehäusestrukturierung erweitert die Pumpspanne, was höhere Massendurchsätze und Druckverhältnisse des Verdichters ermöglicht. Dank der ermöglichten höheren Massendurchsätze und Druckverhältnisse kann die Motorleistung erhöht werden. Des Weiteren ist das AGR-Ventil aufgrund der hohen Motorlast (Verlauf 1202) in einem relativ geringen Grad offen (Verlauf 1210), damit dem Motor ein relativ geringes Maß an AGR bereitgestellt wird.
Zu Zeitpunkt t1 sinkt das Verdichterdruckverhältnis (Verlauf 1205) unter das Verdichterschwellendruckverhältnis 1207. Infolgedessen ist keine Luftströmung durch den Rückführkanal zur Pumpminderung mehr gewünscht, weshalb die CT in die geschlossene Position betätigt wird. Beispielsweise wird ein verschiebbares Ventil (z. B. das verschiebbare Ventil 234a oder das verschiebbare Ventil 234b, gezeigt in 2A und 2B) anhand eines Aktors (z. B. des in 2A und 2B gezeigten Aktors 209) in die geschlossene Position bewegt, wodurch die Luftströmung durch den Rückführkanal blockiert wird. Durch das Schließen der CT, wenn sich der Verdichter keiner Pumpgrenze nähert, wird die Verdichtereffizienz gesteigert.
Zwischen Zeitpunkt t1 und Zeitpunkt t2 nimmt die Motorlast (Verlauf 1202) ab, wie beispielsweise aufgrund einer Freigabe eines Fahrpedals durch einen Fahrzeugführer. Während die Motorlast abnimmt, nimmt der Öffnungsgrad des AGR-Ventils (Verlauf 1210) zu, damit ein Maß an AGR, die dem Motor bereitgestellt wird, zunimmt. Zu Zeitpunkt t2 sinkt die Motorlast (Verlauf 1202) unter die Motorschwellenlast (gestrichelte Linie 1203). Als Reaktion darauf wird die VID in die geschlossene Position (Verlauf 1206) betätigt, wodurch eine effektive Größe eines Laufrads des Verdichters reduziert wird, und die CT wird in der geschlossenen Position (Verlauf 1208) gehalten. Wenn die VID in der geschlossenen Position ist, wird der Verdichter in einem Modus mit kleiner Einfassung betrieben, und die Luftströmung durch den Rückführkanal wird durch die geschlossene CT blockiert, um die Verdichtereffizienz zu steigern. Die gesteigerte Verdichtereffizienz erhöht auch die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs.
Kurz vor Zeitpunkt t3 nimmt die Motorlast (Verlauf 1202) zu, wie etwa aufgrund einer Betätigung des Fahrpedals durch den Fahrzeugführer. Wenn sich die Motorlast (Verlauf 1202) der Motorschwellenlast 1203 nähert, stellt die Steuerung die AGR-Ventil-Position darauf vorgreifend ein, dass der Motorbetrieb die Motorschwellenlast 1203 überschreitet. Konkret verkleinert die Steuerung die Öffnung des AGR-Ventils (Verlauf 1210), um einen Abgasgegendruck und damit einen Betrag der Leistung, die einer Abgasturbine des Turboladers zugeführt wird, zu erhöhen.
Zu Zeitpunkt t3 steigt die Motorlast (Verlauf 1202) über die Motorschwellenlast 1203 an. Als Reaktion darauf wird die VID in die offene Position (Verlauf 1206) betätigt, wodurch höhere Massendurchsätze durch das Laufrad ermöglicht werden. Wegen der vorgreifenden Steuermaßnahme des Verkleinerns der AGR-Ventil-Öffnung ist der Übergang des Verdichtermassendurchsatzes (Verlauf 1204) glatt. Nachdem die Motorlast (Verlauf 1202) über die Motorschwellenlast 1203 ansteigt und die VID in die offene Position (Verlauf 1206) betätigt worden ist, wird das AGR-Ventil in eine Nennposition für die jeweiligen Betriebsbedingungen (z. B. Motordrehzahl und -last) eingestellt. Konkret wird der Öffnungsgrad des AGR-Ventils vergrößert (Verlauf 1210) und anschließend auf den Motorbetriebsbedingungen beruhend eingestellt, um eine gewünschte Motorverdünnung bereitzustellen. Weil das Verdichterdruckverhältnis (Verlauf 1205) unter dem Verdichterschwellendruckverhältnis 1207 bleibt, bleibt die CT in der geschlossenen Position (1208), wodurch die Luftströmung durch den Rückführkanal blockiert wird, um die Verdichtereffizienz zu steigern.
Anschließend zeigt 13 ein beispielhaftes Zeitdiagramm 1300 bezüglich des Betreibens eines Motors mit einem Verdichter, der eine VID und eine aktive Gehäusestrukturierung aufweist, die anhand eines einzelnen Betätigungssystems eingestellt werden können, wie etwa dem in 4A-4B gezeigten Verdichter 402. Der Verdichter kann in einem Turbolader eines Fahrzeugs, wie etwa in 1 gezeigt, das weiterhin ein Hochdruck-AGR-System beinhaltet, beinhaltet sein. Die VID und die aktive Gehäusestrukturierung (CT) können auf Motorbetriebsbedingungen beruhend zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position simultan eingestellt werden, wie etwa gemäß dem Verfahren von 9. Die Motorlast ist bei Verlauf 1302 gezeigt, der Verdichtermassendurchsatz ist bei Verlauf 1304 gezeigt, die VID-Position ist bei Verlauf 1306 gezeigt, die CT-Position ist bei Verlauf 1308 gezeigt, und eine AGR-Ventil-Position ist bei Verlauf 1310 gezeigt. Für alles vorstehend Genannte gilt, dass die horizontale Achse die Zeit darstellt, wobei die Zeit auf der horizontalen Achse von links nach rechts zunimmt. Die vertikale Achse stellt jeden gekennzeichneten Parameter dar. Im Falle der Verläufe 1302 und 1304 erhöht sich ein Wert des gekennzeichneten Parameters auf der vertikalen Achse von unten nach oben. Im Falle der Verläufe 1306 und 1308 gibt die vertikale Achse wieder, ob die VID und die CT - wie gekennzeichnet - offen bzw. geschlossen sind. Im Falle von Verlauf 1310 zeigt die vertikale Achse die AGR-Ventil-Position von einer komplett geschlossenen Position („geschlossen“) bis zu einer komplett offenen Position („offen“). Außerdem ist eine Pumpgrenze anhand der gestrichelten Linie 1301 gezeigt, welche der Pumpschwelle 804 von 8 ähnlich sein kann, und eine Motorschwellenlast ist anhand der gestrichelten Linie 1303 gezeigt, die der Motorlastschwelle 805 von 8 ähnlich sein kann. Wenn der Motorbetrieb Lasten beinhaltet, die höher als die Motorschwellenlast 1303 sind, kann der Motor in einer Hochlastregion wie etwa der Hochlastregion 808a von 8 arbeiten. Wenn der Motorbetrieb Lasten beinhaltet, die geringer als die Motorschwellenlast 1303 sind, kann der Motor in einer Niederlastregion wie etwa der Niederlastregion 808b von 8 arbeiten.
Vor Zeitpunkt t1 kann die Motorlast (Verlauf 1302) viel höher als die Pumpschwelle 1301 und auch höher als die Motorschwellenlast 1303 sein, und der Verdichtermassendurchsatz (Verlauf 1304) ist relativ hoch. Da die Motorlast über der Motorschwellenlast liegt, ist keine Beschränkung der Luftströmung durch den Verdichter zur Pumpminderung erforderlich. Der Luftstrom kann beispielsweise eine Mischung aus frischer Ansaugluft und zurückgeführtem Abgas beinhalten. Somit wird der Verdichter mit der VID in der offenen Position (Verlauf 1306) betrieben. Pumpen aufgrund eines hohen Druckverhältnisses und/oder einer hohen Massenströmung kann anhand der aktiven Gehäusestrukturierung, die in der offenen Position (Verlauf 1308) ist, gemindert werden. Da die aktive Gehäusestrukturierung in der offenen Position ist, wird die Luftströmung durch einen Rückführkanal der CT zugelassen. Die offene Position der aktiven Gehäusestrukturierung erweitert die Pumpspanne, was höhere Massendurchsätze und Druckverhältnisse des Verdichters ermöglicht. Dank der ermöglichten höheren Massendurchsätze und Druckverhältnisse kann die Motorleistung erhöht werden. Daher wird der Verdichter vor Zeitpunkt t1 in einem Leistungsmodus betrieben.
Kurz vor Zeitpunkt t1 nimmt die Motorlast (Verlauf 1302) ab, wie beispielsweise aufgrund einer Freigabe eines Fahrpedals durch einen Fahrzeugführer. Zu Zeitpunkt t1 sinkt die Motorlast (Verlauf 1302) unter die Motorschwellenlast (gestrichelte Linie 1303). Als Reaktion darauf werden die VID und die CT simultan in ihre jeweilige geschlossene Position (Verlauf 1306 bzw. 1308) betätigt, wodurch eine effektive Größe eines Laufrads des Verdichters (z. B. durch Betreiben des Verdichters in einem Modus mit kleiner Einfassung) reduziert und Luftströmung durch den Rückführkanal verhindert wird, um die Verdichtereffizienz zu steigern. Die gesteigerte Verdichtereffizienz erhöht auch die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs. Deshalb wird der Verdichter zwischen Zeitpunkt t1 und t2 in einem Kraftstoffeffizienzmodus betrieben.
Kurz vor Zeitpunkt t2 nimmt die Motorlast (Verlauf 1302) zu, wie etwa aufgrund einer Betätigung des Fahrpedals durch den Fahrzeugführer. Wenn sich die Motorlast (Verlauf 1302) der Motorschwellenlast 1303 nähert, stellt die Steuerung die AGR-Ventil-Position darauf vorgreifend ein, dass der Motorbetrieb über die Motorschwellenlast 1303 übergeht. Konkret verkleinert die Steuerung die Öffnung des AGR-Ventils (Verlauf 1310), um einen Abgasgegendruck und damit einen Betrag der Leistung, die einer Abgasturbine des Turboladers zugeführt wird, zu erhöhen.
Zu Zeitpunkt t2 steigt die Motorlast (Verlauf 1302) über die Motorschwellenlast 1303 an. Als Reaktion darauf werden die VID und die CT simultan in ihre jeweilige offene Position (Verlauf 1306 bzw. 1308) betätigt, wodurch höhere Massendurchsätze durch das Laufrad und mehr Luftströmung durch den Rückführkanal ermöglicht werden. Wegen der vorgreifenden Steuermaßnahme des Verkleinerns der AGR-Ventil-Öffnung ist der Übergang des Verdichtermassendurchsatzes (Verlauf 1304) glatt. Nachdem die Motorlast (Verlauf 1302) über die Motorschwellenlast 1303 ansteigt und die VID in die offene Position (Verlauf 1306) betätigt worden ist, wird das AGR-Ventil in eine Nennposition für die jeweiligen Betriebsbedingungen (z. B. Motordrehzahl und -last) eingestellt. Konkret wird der Öffnungsgrad des AGR-Ventils (Verlauf 1310) vergrößert und anschließend auf den Motorbetriebsbedingungen beruhend eingestellt, um eine gewünschte Motorverdünnung bereitzustellen. Wenn die VID in der offenen Position ist und die CT in der offenen Position ist, wird der Verdichter nach Zeitpunkt t2 erneut im Leistungsmodus betrieben.
Auf diese Weise kann durch effektives Steuern eines Einlassbereichs eines Verdichterlaufrads auf der Grundlage von Betriebsbedingungen unter Verwendung einer variablen Einlassvorrichtung, die nahe einer Anströmkante des Laufrads positioniert ist, ein Strömungsbereich des Verdichters erweitert werden, wie beispielsweise durch Erweitern einer Pumpspanne bei geringeren Verdichtermassendurchsätzen. Indem weiterhin eine aktive Gehäusestrukturierung integriert wird, die eine Gasströmung durch einen Rückführkanal selektiv ermöglicht, kann der Strömungsbereich des Verdichters ferner erweitert werden, wie beispielsweise durch Erweitern der Pumpspanne bei höheren Verdichtermassendurchsätzen. Außerdem kann durch Blockieren der Gasströmung durch den Rückführkanal, während die variable Einlassvorrichtung die Strömung durch das Laufrad beschränkt, die Verdichtereffizienz gesteigert werden, wodurch die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs erhöht wird. Durch das unabhängige Betätigen der variablen Einlassvorrichtung und der aktiven Gehäusestrukturierung kann die Verdichtereffizienz ferner gesteigert werden, indem die aktive Gehäusestrukturierung geschlossen gehalten wird, bis sich der Verdichter Pumpbedingungen nähert. Durch das Betätigen der variablen Einlassvorrichtung und der aktiven Gehäusestrukturierung mittels eines gemeinsamen Aktors kann die Luftströmung durch den Verdichter mit weniger Komponenten und einem vereinfachten Steuerverfahren eingestellt werden. Durch das Integrieren sowohl der variablen Einlassvorrichtung als auch der aktiven Gehäusestrukturierung, ob einzeln betätigt oder durch einen gemeinsamen Aktor betätigt, und durch das Einstellen ihrer Positionen auf der Grundlage von Verdichterbetriebsbedingungen ist insgesamt betrachtet eine höhere Motorleistung bei höheren Motorlasten verfügbar, ohne dass die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs bei geringeren Motorlasten aufgegeben werden muss.
Der technische Effekt des Positionierens einer variablen Einlassvorrichtung zum partiellen Blockieren der Strömung zu einem Laufrad eines Verdichters besteht darin, dass eine effektive Größe des Laufrads reduziert wird.
Der technische Effekt des Schließens eines Rückführkanals einer Gehäusestrukturierung eines Verdichters, während eine variable Einlassvorrichtung die Strömung durch den Verdichter beschränkt, besteht darin, dass die Verdichtereffizienz gesteigert wird, was die Kraftstoffeffizienz des Motors erhöht.
In einem Beispiel umfasst ein Verfahren: Einstellen eines effektiven Bereichs eines Laufrads, das in einem Ansaugkanal eines Verdichters positioniert ist, während eine Gasströmung durch eine den Ansaugkanal umgebende Gehäusestrukturierung ebenfalls eingestellt wird, wobei sowohl der effektive Bereich als auch die Gasströmung auf Betriebsbedingungen beruhend über einen gemeinsamen, einzelnen Aktor eingestellt werden. In dem vorherigen Beispiel gilt zusätzlich oder optional, dass das Einstellen des effektiven Bereichs des Laufrads ein Einstellen eines offenen Bereichs einer variablen Einlassvorrichtung umfasst, die im Ansaugkanal unmittelbar stromaufwärts einer Anströmkante des Laufrads positioniert ist, während simultan eine Position eines Ventils innerhalb eines Rückführkanals der Gehäusestrukturierung eingestellt wird, um die Gasströmung durch die Gehäusestrukturierung einzustellen, wobei der Rückführkanal an den Ansaugkanal stromabwärts der Anströmkante des Laufrads und stromaufwärts der variablen Einlassvorrichtung fluidgekoppelt ist. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele gilt zusätzlich oder optional, dass das Einstellen des effektiven Bereichs des Laufrads und das Einstellen der Gasströmung durch die Gehäusestrukturierung anhand des einzelnen Aktors auf Betriebsbedingungen beruhend umfasst: Einstellen der variablen Einlassvorrichtung auf einen kleineren, ersten offenen Bereich zum Reduzieren des effektiven Bereichs, während das Ventil in eine geschlossene Position eingestellt wird, um die Gasströmung durch den Rückführkanal als Reaktion darauf zu blockieren, dass die Motorlast unter eine Motorschwellenlast sinkt, und Einstellen der variablen Einlassvorrichtung auf einen größeren, zweiten offenen Bereich zum Vergrößern des effektiven Bereichs, während das Ventil in eine offene Position eingestellt wird, um die Gasströmung als Reaktion darauf durch den Rückführkanal zuzulassen, dass die Motorlast die Motorschwellenlast erreicht oder überschreitet. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional weiterhin: als Reaktion auf das Einstellen der variablen Einlassvorrichtung von dem ersten offenen Bereich auf den zweiten offenen Bereich, Einstellen einer Position eines stromabwärts des Verdichters positionierten Drosselventils. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional weiterhin: als Reaktion auf das Einstellen der variablen Einlassvorrichtung von dem ersten offenen Bereich auf den zweiten offenen Bereich, Einstellen des Zündzeitpunkts eines Motors, der stromabwärts des Verdichters gekoppelt ist. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele gilt zusätzlich oder optional, dass das Einstellen des effektiven Bereichs des Laufrads, während anhand des einzelnen Aktors zugleich die Gasströmung durch die Gehäusestrukturierung eingestellt wird, ein Anschalten eines Elektromotors umfasst, damit er einen Verstellring zum Drehen bringt, der an das Ventil und an eine Vielzahl von Schaufeln der variablen Einlassvorrichtung gekoppelt ist. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele gilt zusätzlich oder optional, dass das Einstellen der variablen Einlassvorrichtung auf den ersten offenen Bereich, während zugleich das Ventil in die geschlossene Position eingestellt wird, ein Anschalten des Elektromotors umfasst, damit er den Verstellring in eine erste Richtung dreht, wodurch das Ventil in den Rückführkanal bewegt wird, um die Gasströmung durch den Rückführkanal zu blockieren, und wodurch die Vielzahl von Schaufeln derart bewegt wird, dass sie in den Ansaugkanal hinein ragen und die Gasströmung an der Anströmkante des Laufrads blockieren; und dass das Einstellen der variablen Einlassvorrichtung auf den zweiten offenen Bereich, während zugleich das Ventil in die offene Position eingestellt wird, ein Anschalten des Elektromotors umfasst, damit der Verstellring in eine zweite Richtung gedreht wird, wodurch das Ventil aus dem Rückführkanal heraus bewegt wird, sodass die Luftströmung durch den Rückführkanal zugelassen wird, und wodurch die Vielzahl von Schaufeln aus dem Ansaugkanal in Wände der Gehäusestrukturierung eingefahren wird, um die Gasströmung an der Anströmkante des Laufrads zuzulassen. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele gilt zusätzlich oder optional, dass der Verdichter durch eine Abgasturbine angetrieben wird und das Verfahren weiterhin Folgendes umfasst: vor dem Einstellen der variablen Einlassvorrichtung auf den größeren, zweiten offenen Bereich, während zugleich das Ventil in die offene Position eingestellt wird, Erhöhen eines Abgasdrucks stromaufwärts der Abgasturbine; und nach dem Einstellen der variablen Einlassvorrichtung auf den größeren, zweiten offenen Bereich, während zugleich das Ventil in die offene Position eingestellt wird, Verringern des Abgasdrucks stromaufwärts der Abgasturbine. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele gilt zusätzlich oder optional, dass ein Abgasrückführkanal stromaufwärts der Abgasturbine und stromabwärts des Verdichters gekoppelt ist, dass das Erhöhen des Abgasdrucks stromaufwärts der Abgasturbine ein Verkleinern einer Öffnung eines im Abgasrückführkanal angeordneten Ventils beinhaltet und dass das Verringern des Abgasdrucks stromaufwärts der Abgasturbine ein Vergrößern einer Öffnung des Ventils beinhaltet. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele gilt zusätzlich oder optional, dass die Abgasturbine variable Schaufeln aufweist, dass das Erhöhen des Abgasdrucks stromaufwärts der Abgasturbine ein derartiges Einstellen der variablen Schaufeln beinhaltet, dass eine Querschnittsöffnung der Abgasturbine verkleinert wird, und dass das Verringern des Abgasdrucks stromaufwärts der Abgasturbine ein derartiges Einstellen der variablen Schaufeln beinhaltet, dass die Querschnittsöffnung der Abgasturbine vergrößert wird.
Als ein anderes Beispiel umfasst das Verfahren: als Reaktion darauf, dass eine Last eines Motors unter eine Schwelle sinkt, Schließen einer variablen Einlassvorrichtung eines Verdichters, der an einen Lufteinlass des Motors gekoppelt ist, und Schließen eines Rückführkanals des Verdichters anhand eines gemeinsamen Aktors; und als Reaktion darauf, dass die Last die Schwelle erreicht oder überschreitet, Öffnen der variablen Einlassvorrichtung und Öffnen des Rückführkanals über den gemeinsamen Aktor. In dem vorhergehenden Beispiel gilt zusätzlich oder optional, dass der Verdichter ein in einem Ansaugkanal angeordnetes Laufrad aufweist, dass die variable Einlassvorrichtung in dem Ansaugkanal des Verdichters stromaufwärts des Laufrads positioniert ist, dass die variable Einlassvorrichtung eine Vielzahl von Schaufeln aufweist und dass das Schließen der variablen Einlassvorrichtung ein Ausfahren der Vielzahl von Schaufeln in den Einlasskanal umfasst, um einen Einlassdurchmesser des Laufrads zu reduzieren. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele gilt zusätzlich oder optional, dass das Öffnen der variablen Einlassvorrichtung ein Einfahren der Vielzahl von Schaufeln in eine Wand des Ansaugkanals umfasst, um den Einlassdurchmesser des Laufrads zu vergrößern. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele gilt zusätzlich oder optional, dass der gemeinsame Aktor eine radiale Position der Vielzahl von Schaufeln und einen Umfang des Öffnens des Rückführkanals in abgestimmter Weise einstellt. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional weiterhin: während die Motorlast unter der Schwelle liegt, Vorwegnehmen auf der Grundlage einer Echtzeitschätzung eines Abstands von der Schwelle, dass sie die Schwelle erreicht oder überschreitet; und als Reaktion auf mindestens eines davon, dass die Echtzeitschätzung des Abstands von der Schwelle innerhalb eines vorgegebenen Betrags liegt und dass die Echtzeitschätzung des Abstands mit einer Rate abnimmt, die höher als eine Schwellenrate ist, Einstellen eines Betrags der Leistung, die einer Turbine, die den Verdichter antreibt, zugeführt wird. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele gilt zusätzlich oder optional, dass das Einstellen des Betrags der Leistung, die der Turbine, die den Verdichter antreibt, zugeführt wird, eines oder mehrere von Einstellen einer Geometrie der Turbine und Einstellen einer Position eines stromabwärts der Turbine gekoppelten Abgasrückführungsventils beinhaltet, um einen Druck stromaufwärts der Turbine zu erhöhen.
Als ein anderes Beispiel umfasst ein System: einen Motor, aufweisend einen Motoreinlass; einen an den Motoreinlass gekoppelten Verdichter, wobei der Verdichter umfasst: eine Gehäusestrukturierung, die einen Rückführkanal bildet, der einen Ansaugkanal umgibt; ein im Inneren des Ansaugkanals angeordnetes Laufrad; eine variable Einlassvorrichtung, die in dem Ansaugkanal stromaufwärts des Laufrads positioniert und dazu ausgelegt ist, die Gasströmung durch das Laufrad selektiv zu beschränken; und ein Betätigungssystem, das dazu ausgelegt ist, simultan einen Durchmesser der variablen Einlassvorrichtung einzustellen und die Gasströmung durch den Rückführkanal zu steuern; und eine Steuerung, in der ausführbare Anweisungen in einem nicht transitorischen Speicher gespeichert sind, welche die Steuerung bei Ausführung zu Folgendem veranlassen: Betätigen des Betätigungssystems zum Verkleinern des Durchmessers der variablen Einlassvorrichtung und Blockieren der Gasströmung durch den Rückführkanal als Reaktion darauf, dass die Motorlast unter eine Schwelle sinkt; und Betätigen des Betätigungssystems zum Vergrößern des Durchmessers der variablen Einlassvorrichtung und Zulassen der Gasströmung durch den Rückführkanal als Reaktion darauf, dass die Motorlast die Schwelle erreicht oder diese überschreitend zunimmt. In dem vorhergehenden Beispiel gilt zusätzlich oder optional, dass das Betätigungssystem einen Elektromotor und einen über den Elektromotor drehbaren Verstellring umfasst. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele gilt zusätzlich oder optional, dass der Verstellring eine Vielzahl von Schlitzen aufweist und dass die variable Einlassvorrichtung eine Vielzahl von Schaufeln aufweist, wobei jede von der Vielzahl von Schaufeln über einen Arm und einen Bolzen an einen von der Vielzahl von Schlitzen gekoppelt ist, und dass jeder Bolzen durch das Drehen des Verstellrings an jedem Schlitz entlang verschoben wird, um die Vielzahl von Schaufeln radial zu bewegen, wodurch der Durchmesser der variablen Einlassvorrichtung eingestellt wird. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele gilt zusätzlich oder optional, dass der Verstellring ein Ventil aufweist, das in einer geschlossenen Position die Gasströmung durch den Rückführkanal blockiert und in einer offenen Position die Gasströmung durch den Rückführkanal zulässt.
In einer anderen Repräsentation umfasst das Verfahren: als Reaktion darauf, dass ein Verdichtermassendurchsatz- und Druckverhältnisbetriebspunkt unter eine Schwelle sinkt, Schließen einer variablen Einlassvorrichtung des Verdichters und Schließen eines Rückführkanals des Verdichters durch Drehen eines Verstellrings in eine erste Richtung; und als Reaktion darauf, dass der Verdichtermassendurchsatz- und Druckverhältnisbetriebspunkt die Schwelle erreicht oder überschreitet, Öffnen der variablen Einlassvorrichtung und Öffnen des Rückführkanals durch Drehen des Verstellrings in eine zweite Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist. In dem vorhergehenden Beispiel gilt zusätzlich oder optional, dass der Verstellring eine Vielzahl von Schlitzen aufweist und dass die variable Einlassvorrichtung eine Vielzahl von Schaufeln aufweist, wobei jede von der Vielzahl von Schaufeln über einen Arm und einen Bolzen an einen von der Vielzahl von Schlitzen gekoppelt ist. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele gilt zusätzlich oder optional, dass jeder Bolzen durch das Drehen des Verstellrings in die erste Richtung an jedem Schlitz entlang verschoben wird, um die Vielzahl von Schaufeln radial in eine Position mit kleinerem Durchmesser zu bewegen. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele gilt zusätzlich oder optional, dass jeder Bolzen durch das Drehen des Verstellrings in die zweite Richtung an jedem Schlitz entlang verschoben wird, um die Vielzahl von Schaufeln radial in eine Position mit größerem Durchmesser zu bewegen. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele gilt zusätzlich oder optional, dass der Verstellring ein Ventil aufweist, wobei das Drehen des Verstellrings in die erste Richtung das Ventil in eine geschlossene Position bringt, welche die Gasströmung durch den Rückführkanal verhindert, und wobei das Drehen des Verstellrings in die zweite Richtung das Ventil in eine offene Position bringt, die die Gasströmung durch den Rückführkanal zulässt. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele gilt zusätzlich oder optional, dass der Verstellring über eine Welle an einen Elektromotor gekoppelt ist, wobei das Drehen des Verstellrings in die erste Richtung ein seitliches Bewegen der Welle in eine erste Richtung anhand des Elektromotors beinhaltet und das Drehen des Verstellrings in die zweite Richtung ein seitliches Bewegen der Welle in eine zweite Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, anhand des Elektromotors beinhaltet. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele gilt zusätzlich oder optional, dass der Verdichter durch eine Abgasturbine angetrieben wird und dass das Verfahren weiterhin umfasst: vorwegnehmend, dass der Verdichtermassendurchsatz- und Druckverhältnisbetriebspunkt die Schwelle erreicht oder überschreitet, Erhöhen eines Betrags der Leistung, die der Abgasturbine zugeführt wird; und als Reaktion darauf, dass der Verdichtermassendurchsatz- und Druckverhältnisbetriebspunkt die Schwelle erreicht oder überschreitet, Verringern des Betrags der Leistung, die der Abgasturbine zugeführt wird.
Es sei darauf hingewiesen, dass die in dieser Schrift enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemauslegungen verwendet werden können. Die in dieser Schrift offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nicht transitorischen Speicher gespeichert sein und durch das Steuersystem, das die Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und sonstiger Motorhardware 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 Maßnahmen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der in dieser Schrift beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, sondern ist vielmehr zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine(r) oder mehrere der veranschaulichten Maßnahmen, Vorgänge und/oder Funktionen können je nach konkret eingesetzter Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Maßnahmen, Vorgänge und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in einen nicht transitorischen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Maßnahmen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet, ausgeführt werden.
Es versteht sich, dass die in dieser Schrift offenbarten Auslegungen 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 V6-, 14-, I6-, V12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motorarten angewendet werden. Zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gehören alle neuen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Auslegungen und weitere in dieser Schrift offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
Die folgenden Ansprüche heben bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen besonders hervor, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Ansprüche sind so zu verstehen, 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 Ansprüche oder durch Einreichung neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Ansprüche werden unabhängig davon, ob sie im Vergleich zu den ursprünglichen Ansprüchen einen weiteren, engeren, gleichen oder anderen Schutzumfang aufweisen, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen, aufweisend: Einstellen eines effektiven Bereichs eines Laufrads, das in einem Ansaugkanal eines Verdichters positioniert ist, während eine Gasströmung durch eine den Ansaugkanal umgebende Gehäusestrukturierung ebenfalls eingestellt wird, wobei sowohl der effektive Bereich als auch die Gasströmung auf Betriebsbedingungen beruhend über einen gemeinsamen, einzelnen Aktor eingestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Einstellen des effektiven Bereichs des Laufrads ein Einstellen eines offenen Bereichs einer variablen Einlassvorrichtung, die im Ansaugkanal unmittelbar stromaufwärts einer Anströmkante des Laufrads positioniert ist, während simultan eine Position eines Ventils innerhalb eines Rückführkanals der Gehäusestrukturierung eingestellt wird, um die Gasströmung durch die Gehäusestrukturierung einzustellen, wobei der Rückführkanal an den Ansaugkanal stromabwärts der Anströmkante des Laufrads und stromaufwärts der variablen Einlassvorrichtung fluidgekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Einstellen des effektiven Bereichs des Laufrads und das Einstellen der Gasströmung durch die Gehäusestrukturierung anhand des einzelnen Aktors auf der Grundlage von Betriebsbedingungen: Einstellen der variablen Einlassvorrichtung auf einen kleineren, ersten offenen Bereich zum Reduzieren des effektiven Bereichs, während das Ventil in eine geschlossene Position eingestellt wird, um die Gasströmung durch den Rückführkanal als Reaktion darauf zu blockieren, dass die Motorlast unter eine Motorschwellenlast sinkt; und Einstellen der variablen Einlassvorrichtung auf einen größeren, zweiten offenen Bereich zum Vergrößern des effektiven Bereichs, während das Ventil in eine offene Position eingestellt wird, um die Gasströmung als Reaktion darauf durch den Rückführkanal zuzulassen, dass die Motorlast die Motorschwellenlast erreicht oder überschreitet.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass als Reaktion auf das Einstellen der variablen Einlassvorrichtung von dem ersten offenen Bereich auf den zweiten offenen Bereich eine Position eines stromabwärts des Verdichters positionierten Drosselventils eingestellt wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass als Reaktion auf das Einstellen der variablen Einlassvorrichtung von dem ersten offenen Bereich auf den zweiten offenen Bereich der Zündzeitpunkt eines stromabwärts des Verdichters gekoppelten Motors eingestellt wird.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Einstellen des effektiven Bereichs des Laufrads, während anhand des einzelnen Aktors zugleich die Gasströmung durch die Gehäusestrukturierung eingestellt wird, ein Anschalten eines Elektromotors, damit er einen Verstellring zum Drehen bringt, der an das Ventil und an eine Vielzahl von Schaufeln der variablen Einlassvorrichtung gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Einstellen der variablen Einlassvorrichtung auf den ersten offenen Bereich, während zugleich das Ventil in die geschlossene Position eingestellt wird: Anschalten des Elektromotors, damit er den Verstellring in eine erste Richtung dreht, wodurch das Ventil in den Rückführkanal bewegt wird, um die Gasströmung durch den Rückführkanal zu blockieren, und wodurch die Vielzahl von Schaufeln derart bewegt wird, dass sie in den Ansaugkanal hinein ragen und die Gasströmung an der Anströmkante des Laufrads blockieren; und das Einstellen der variablen Einlassvorrichtung auf den zweiten offenen Bereich, während zugleich das Ventil in die offene Position eingestellt wird, umfasst ein Anschalten des Elektromotors, damit der Verstellring in eine zweite Richtung gedreht wird, wodurch das Ventil aus dem Rückführkanal heraus bewegt wird, sodass die Luftströmung durch den Rückführkanal zugelassen wird, und wodurch die Vielzahl von Schaufeln aus dem Ansaugkanal in Wände der Gehäusestrukturierung eingefahren wird, um die Gasströmung an der Anströmkante des Laufrads zuzulassen.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Verdichter durch eine Abgasturbine angetrieben und umfasst das Verfahren weiterhin Folgendes: vor dem Einstellen der variablen Einlassvorrichtung auf den größeren, zweiten offenen Bereich, während zugleich das Ventil in die offene Position eingestellt wird, Erhöhen eines Abgasdrucks stromaufwärts der Abgasturbine; und nach dem Einstellen der variablen Einlassvorrichtung auf den größeren, zweiten offenen Bereich, während zugleich das Ventil in die offene Position eingestellt wird, Verringern des Abgasdrucks stromaufwärts der Abgasturbine.
Gemäß einer Ausführungsform ist ein Abgasrückführkanal stromaufwärts der Abgasturbine und stromabwärts des Verdichters gekoppelt, wobei das Erhöhen des Abgasdrucks stromaufwärts der Abgasturbine ein Verkleinern einer Öffnung eines im Abgasrückführkanal angeordneten Ventils beinhaltet und das Verringern des Abgasdrucks stromaufwärts der Abgasturbine ein Vergrößern einer Öffnung des Ventils beinhaltet.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Abgasturbine variable Schaufeln auf, wobei das Erhöhen des Abgasdrucks stromaufwärts der Abgasturbine ein derartiges Einstellen der variablen Schaufeln beinhaltet, dass eine Querschnittsöffnung der Abgasturbine verkleinert wird, und das Verringern des Abgasdrucks stromaufwärts der Abgasturbine ein derartiges Einstellen der variablen Schaufeln beinhaltet, dass die Querschnittsöffnung der Abgasturbine vergrößert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen, aufweisend: als Reaktion darauf, dass eine Last eines Motors unter eine Schwelle sinkt, Schließen einer variablen Einlassvorrichtung eines Verdichters, der an einen Lufteinlass des Motors gekoppelt ist, und Schließen eines Rückführkanals des Verdichters anhand eines gemeinsamen Aktors; und als Reaktion darauf, dass die Last die Schwelle erreicht oder überschreitet, Öffnen der variablen Einlassvorrichtung und Öffnen des Rückführkanals über den gemeinsamen Aktor.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Verdichter ein in einem Ansaugkanal angeordnetes Laufrad auf, wobei die variable Einlassvorrichtung in dem Ansaugkanal des Verdichters stromaufwärts des Laufrads positioniert ist, die variable Einlassvorrichtung eine Vielzahl von Schaufeln aufweist und das Schließen der variablen Einlassvorrichtung ein Ausfahren der Vielzahl von Schaufeln in den Einlasskanal umfasst, um einen Einlassdurchmesser des Laufrads zu reduzieren.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Öffnen der variablen Einlassvorrichtung ein Einfahren der Vielzahl von Schaufeln in eine Wand des Ansaugkanals, um den Einlassdurchmesser des Laufrads zu vergrößern.
Gemäß einer Ausführungsform stellt der gemeinsame Aktor eine radiale Position der Vielzahl von Schaufeln und einen Umfang des Öffnens des Rückführkanals in abgestimmter Weise ein.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung weiterhin durch Folgendes gekennzeichnet: während die Motorlast unter der Schwelle liegt, Vorwegnehmen auf der Grundlage einer Echtzeitschätzung eines Abstands von der Schwelle, dass sie die Schwelle erreicht oder überschreitet; und als Reaktion auf mindestens eines davon, dass die Echtzeitschätzung des Abstands von der Schwelle innerhalb eines vorgegebenen Betrags liegt und dass die Echtzeitschätzung des Abstands mit einer Rate abnimmt, die höher als eine Schwellenrate ist, Einstellen eines Betrags der Leistung, die einer Turbine, die den Verdichter antreibt, zugeführt wird.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Einstellen des Betrags der Leistung, die der Turbine, die den Verdichter antreibt, zugeführt wird, eines oder mehrere von Einstellen einer Geometrie der Turbine und Einstellen einer Position eines stromabwärts der Turbine gekoppelten Abgasrückführungsventils, um einen Druck stromaufwärts der Turbine zu erhöhen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein System vorgesehen, aufweisend: einen Motor, aufweisend einen Motoreinlass; einen an den Motoreinlass gekoppelten Verdichter, wobei der Verdichter umfasst: eine Gehäusestrukturierung, die einen Rückführkanal bildet, der einen Ansaugkanal umgibt; ein im Inneren des Ansaugkanals angeordnetes Laufrad; eine variable Einlassvorrichtung, die in dem Ansaugkanal stromaufwärts des Laufrads positioniert und dazu ausgelegt ist, die Gasströmung durch das Laufrad selektiv zu beschränken; und ein Betätigungssystem, das dazu ausgelegt ist, simultan einen Durchmesser der variablen Einlassvorrichtung einzustellen und die Gasströmung durch den Rückführkanal zu steuern; und eine Steuerung, in der ausführbare Anweisungen in einem nicht transitorischen Speicher gespeichert sind, welche die Steuerung bei Ausführung zu Folgendem veranlassen: Betätigen des Betätigungssystems zum Verkleinern des Durchmessers der variablen Einlassvorrichtung und Blockieren der Gasströmung durch den Rückführkanal als Reaktion darauf, dass die Motorlast unter eine Schwelle sinkt; und Betätigen des Betätigungssystems zum Vergrößern des Durchmessers der variablen Einlassvorrichtung und Zulassen der Gasströmung durch den Rückführkanal als Reaktion darauf, dass die Motorlast die Schwelle erreicht oder diese überschreitend zunimmt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Betätigungssystem einen Elektromotor und einen über den Elektromotor drehbaren Verstellring.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Verstellring eine Vielzahl von Schlitzen auf und weist die variable Einlassvorrichtung eine Vielzahl von Schaufeln auf, wobei jede von der Vielzahl von Schaufeln über einen Arm und einen Bolzen an einen von der Vielzahl von Schlitzen gekoppelt ist, und wobei jeder Bolzen durch das Drehen des Verstellrings an jedem Schlitz entlang verschoben wird, um die Vielzahl von Schaufeln radial zu bewegen, wodurch der Durchmesser der variablen Einlassvorrichtung eingestellt wird.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Verstellring ein Ventil auf, das in einer geschlossenen Position die Gasströmung durch den Rückführkanal blockiert und in einer offenen Position die Gasströmung durch den Rückführkanal zulässt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 4403912 [0006, 0007]

Claims

Verfahren, umfassend: Einstellen eines effektiven Bereichs eines Laufrads, das in einem Ansaugkanal eines Verdichters positioniert ist, während eine Gasströmung durch eine den Ansaugkanal umgebende Gehäusestrukturierung ebenfalls eingestellt wird, wobei sowohl der effektive Bereich als auch die Gasströmung auf Betriebsbedingungen beruhend über einen gemeinsamen, einzelnen Aktor eingestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einstellen des effektiven Bereichs des Laufrads ein Einstellen eines offenen Bereichs einer variablen Einlassvorrichtung, die im Ansaugkanal unmittelbar stromaufwärts einer Anströmkante des Laufrads positioniert ist, während simultan eine Position eines Ventils im Inneren eines Rückführkanals der Gehäusestrukturierung eingestellt wird, um die Gasströmung durch die Gehäusestrukturierung einzustellen, umfasst, wobei der Rückführkanal an den Ansaugkanal stromabwärts der Anströmkante des Laufrads und stromaufwärts der variablen Einlassvorrichtung fluidgekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Einstellen des effektiven Bereichs des Laufrads und das Einstellen der Gasströmung durch die Gehäusestrukturierung anhand des einzelnen Aktors auf Betriebsbedingungen beruhend umfasst: Einstellen der variablen Einlassvorrichtung auf einen kleineren, ersten offenen Bereich zum Reduzieren des effektiven Bereichs, während das Ventil in eine geschlossene Position eingestellt wird, um die Gasströmung durch den Rückführkanal als Reaktion darauf zu blockieren, dass die Motorlast unter eine Motorschwellenlast sinkt; und Einstellen der variablen Einlassvorrichtung auf einen größeren, zweiten offenen Bereich zum Vergrößern des effektiven Bereichs, während das Ventil in eine offene Position eingestellt wird, um die Gasströmung als Reaktion darauf durch den Rückführkanal zuzulassen, dass die Motorlast die Motorschwellenlast erreicht oder überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 3, weiterhin umfassend: als Reaktion auf das Einstellen der variablen Einlassvorrichtung von dem ersten offenen Bereich auf den zweiten offenen Bereich, Einstellen einer Position eines stromabwärts des Verdichters positionierten Drosselventils.
Verfahren nach Anspruch 3, weiterhin umfassend: als Reaktion auf das Einstellen der variablen Einlassvorrichtung von dem ersten offenen Bereich auf den zweiten offenen Bereich, Einstellen des Zündzeitpunkts eines Motors, der stromabwärts des Verdichters gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Einstellen des effektiven Bereichs des Laufrads, während anhand des einzelnen Aktors zugleich die Gasströmung durch die Gehäusestrukturierung eingestellt wird, ein Anschalten eines Elektromotors umfasst, damit er einen Verstellring zum Drehen bringt, der an das Ventil und an eine Vielzahl von Schaufeln der variablen Einlassvorrichtung gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei: das Einstellen der variablen Einlassvorrichtung auf den ersten offenen Bereich, während zugleich das Ventil in die geschlossene Position eingestellt wird, umfasst: Anschalten des Elektromotors, damit er den Verstellring in eine erste Richtung dreht, wodurch das Ventil in den Rückführkanal bewegt wird, um die Gasströmung durch den Rückführkanal zu blockieren, und wodurch die Vielzahl von Schaufeln derart bewegt wird, dass sie in den Ansaugkanal hinein ragen und die Gasströmung an der Anströmkante des Laufrads blockieren; und das Einstellen der variablen Einlassvorrichtung auf den zweiten offenen Bereich, während zugleich das Ventil in die offene Position eingestellt wird, ein Anschalten des Elektromotors umfasst, damit der Verstellring in eine zweite Richtung gedreht wird, wodurch das Ventil aus dem Rückführkanal heraus bewegt wird, sodass die Luftströmung durch den Rückführkanal zugelassen wird, und wodurch die Vielzahl von Schaufeln aus dem Ansaugkanal in Wände der Gehäusestrukturierung eingefahren wird, um die Gasströmung an der Anströmkante des Laufrads zuzulassen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Verdichter durch eine Abgasturbine angetrieben wird und das Verfahren weiterhin umfasst: vor dem Einstellen der variablen Einlassvorrichtung auf den größeren, zweiten offenen Bereich, während zugleich das Ventil in die offene Position eingestellt wird, Erhöhen eines Abgasdrucks stromaufwärts der Abgasturbine; und nach dem Einstellen der variablen Einlassvorrichtung auf den größeren, zweiten offenen Bereich, während zugleich das Ventil in die offene Position eingestellt wird, Verringern des Abgasdrucks stromaufwärts der Abgasturbine.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei ein Abgasrückführkanal stromaufwärts der Abgasturbine und stromabwärts des Verdichters gekoppelt ist, wobei das Erhöhen des Abgasdrucks stromaufwärts der Abgasturbine ein Verkleinern einer Öffnung eines im Abgasrückführkanal angeordneten Ventils beinhaltet und das Verringern des Abgasdrucks stromaufwärts der Abgasturbine ein Vergrößern einer Öffnung des Ventils beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Abgasturbine variable Schaufeln aufweist, wobei das Erhöhen des Abgasdrucks stromaufwärts der Abgasturbine ein derartiges Einstellen der variablen Schaufeln beinhaltet, dass eine Querschnittsöffnung der Abgasturbine verkleinert wird, und das Verringern des Abgasdrucks stromaufwärts der Abgasturbine ein derartiges Einstellen der variablen Schaufeln beinhaltet, dass die Querschnittsöffnung der Abgasturbine vergrößert wird.
System, umfassend: einen Motor, der einen Motoreinlass aufweist, einen an den Motoreinlass gekoppelten Verdichter, wobei der Verdichter umfasst: eine Gehäusestrukturierung, die einen Rückführkanal bildet, der einen Ansaugkanal umgibt; ein im Inneren des Ansaugkanals angeordnetes Laufrad; eine variable Einlassvorrichtung, die in dem Ansaugkanal stromaufwärts des Laufrads positioniert und dazu ausgelegt ist, die Gasströmung durch das Laufrad selektiv zu beschränken; und ein Betätigungssystem, das dazu ausgelegt ist, simultan einen Durchmesser der variablen Einlassvorrichtung einzustellen und die Gasströmung durch den Rückführkanal zu steuern; und eine Steuerung, in der ausführbare Anweisungen in einem nicht transitorischen Speicher gespeichert sind, welche die Steuerung bei Ausführung zu Folgendem veranlassen: Betätigen des Betätigungssystems zum Verkleinern des Durchmessers der variablen Einlassvorrichtung und Blockieren der Gasströmung durch den Rückführkanal als Reaktion darauf, dass die Motorlast unter eine Schwelle sinkt; und Betätigen des Betätigungssystems zum Vergrößern des Durchmessers der variablen Einlassvorrichtung und Zulassen der Gasströmung durch den Rückführkanal als Reaktion darauf, dass die Motorlast die Schwelle erreicht oder diese überschreitend zunimmt.
System nach Anspruch 11, wobei das Betätigungssystem einen Elektromotor und einen mittels des Elektromotors drehbaren Verstellring umfasst.
System nach Anspruch 12, wobei der Verstellring eine Vielzahl von Schlitzen aufweist und die variable Einlassvorrichtung eine Vielzahl von Schaufeln aufweist, wobei jede von der Vielzahl von Schaufeln über einen Arm und einen Bolzen an einen von der Vielzahl von Schlitzen gekoppelt ist, und wobei jeder Bolzen durch das Drehen des Verstellrings an jedem Schlitz entlang verschoben wird, um die Vielzahl von Schaufeln radial zu bewegen, wodurch der Durchmesser der variablen Einlassvorrichtung eingestellt wird.
System nach Anspruch 12, wobei der Verstellring ein Ventil aufweist, das in einer geschlossenen Position die Gasströmung durch den Rückführkanal blockiert und in einer offenen Position die Gasströmung durch den Rückführkanal zulässt.
System nach Anspruch 12, wobei das Betätigen des Betätigungssystems zum Verkleinern des Durchmessers der variablen Einlassvorrichtung und Blockieren der Gasströmung durch den Rückführkanal ein Drehen des Verstellrings in eine erste Richtung anhand des Elektromotors beinhaltet, und wobei das Betätigen des Betätigungssystems zum Vergrößern des Durchmessers der variablen Einlassvorrichtung und Zulassen der Gasströmung durch den Rückführkanal ein Drehen des Verstellrings in eine zweite Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, anhand des Elektromotors beinhaltet.