DE102019115834A1 - Mehrstufiges turboaufgeladenes motorsystem - Google Patents

Mehrstufiges turboaufgeladenes motorsystem Download PDF

Info

Publication number
DE102019115834A1
DE102019115834A1 DE102019115834.6A DE102019115834A DE102019115834A1 DE 102019115834 A1 DE102019115834 A1 DE 102019115834A1 DE 102019115834 A DE102019115834 A DE 102019115834A DE 102019115834 A1 DE102019115834 A1 DE 102019115834A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
air
compressor
engine
charging system
generator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102019115834.6A
Other languages
English (en)
Inventor
Cesare Maria MEANO
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of DE102019115834A1 publication Critical patent/DE102019115834A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/02Drives of pumps; Varying pump drive gear ratio
    • F02B39/12Drives characterised by use of couplings or clutches therein
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/04Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/04Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump
    • F02B37/10Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump at least one pump being alternatively or simultaneously driven by exhaust and other drive, e.g. by pressurised fluid from a reservoir or an engine-driven pump
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/14Control of the alternation between or the operation of exhaust drive and other drive of a pump, e.g. dependent on speed
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/16Control of the pumps by bypassing charging air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/16Control of the pumps by bypassing charging air
    • F02B37/162Control of the pumps by bypassing charging air by bypassing, e.g. partially, intake air from pump inlet to pump outlet
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/02Drives of pumps; Varying pump drive gear ratio
    • F02B39/08Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio
    • F02B39/10Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio electric
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B41/00Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • F02B41/02Engines with prolonged expansion
    • F02B41/10Engines with prolonged expansion in exhaust turbines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • F02C6/12Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10Final actuators
    • F01D17/12Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00Application
    • F05D2220/40Application in turbochargers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Hybrid Electric Vehicles (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Ein Motorsystem beinhaltet einen Verbrennungsmotor und ein erstes und zweites Luftladesystem. Der Verbrennungsmotor besteht aus einem Lufteinlasssystem und einem Abgaskrümmer. Das erste Luftladesystem, das einen ersten Verdichter, eine Turbine und ein Generator/Motormodul umfasst. Der erste Kompressor hat einen ersten Lufteinlass, einen ersten Luftauslass und eine erste Antriebswelle. Der erste Auslass ist mit dem Lufteinlasssystem verbunden, die Turbine hat einen Abgaseinlass und der Abgaseinlass ist mit einem Auslass des Abgaskrümmers verbunden. Das zweite Luftladesystem beinhaltet einen zweiten Kompressor und einen Elektromotor. Der zweite Verdichter hat einen zweiten Lufteinlass, einen zweiten Luftauslass und eine zweite Antriebswelle. Der Elektromotor hat eine Abtriebswelle, die direkt für eine gemeinsame Drehung mit der ersten Antriebswelle des zweiten Verdichters gekoppelt ist.

Description

  • EINFÜHRUNG
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Verbrennungsmotoren und insbesondere auf turboaufgeladene Motoren mit mehrstufiger Luftaufladung.
  • Der Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors („internal combustion engine“ ICE) in Bezug auf die Leistungseinheiten pro Hubraum kann durch Hinzufügen einer Vorrichtung zum ICE zur Erhöhung der Luftmenge in den Zylindern des ICE erheblich verbessert werden. Zu diesen Vorrichtungen gehören unter anderem Turbolader, Kompressoren und natürlich angesaugte Ansaugsysteme, die einen „Ram-Air“-Effekt verstärken sollen. Während mit jedem Gerät unterschiedliche Vorteile verbunden sind, wird das gewünschte Ergebnis einer verbesserten Leistung und eines verbesserten Drehmoments aufgrund der inhärenten Mängel der Geräte in unterschiedlichem Maße realisiert. Oftmals richtet sich die Wahl des einzusetzenden Gerätes nach der geplanten Anwendung des ICE. So kann es für eine bestimmte Anwendung eine oder mehrere Arten von Luftladungslösungen geben, die dem Zweck am besten entsprechen.
  • Dementsprechend besteht in der Technik Bedarf an einem verbesserten ICE mit einem Luftladesystem, das die Mängel früherer Luftladesysteme beseitigt. Insbesondere wird ein neues Design die verfügbare Leistung und das Drehmoment über den gesamten ICE-Arbeitsbereich und bei variablen Motorlasten verbessern.
  • BESCHREIBUNG
  • Die vorliegende Offenbarung beinhaltet ein Beispiel für ein Motorsystem für ein Fahrzeug. Das Motorsystem beinhaltet einen Verbrennungsmotor, ein erstes Luftladesystem, ein zweites Luftladesystem und ein Motorsteuergerät. Der Verbrennungsmotor besteht aus einem Lufteinlasssystem und einem Abgaskrümmer. Das erste Luftladesystem umfasst einen ersten Verdichter, eine Turbine und ein Generator/Motormodul. Der erste Kompressor hat einen ersten Lufteinlass, einen ersten Luftauslass und eine erste Antriebswelle. Der erste Auslass ist mit dem Lufteinlasssystem verbunden, die Turbine hat einen Abgaseinlass und der Abgaseinlass ist mit einem Auslass des Abgaskrümmers verbunden.
  • Das zweite Luftladesystem beinhaltet einen zweiten Kompressor und einen Elektromotor. Der zweite Verdichter hat einen zweiten Lufteinlass, einen zweiten Luftauslass und eine zweite Antriebswelle. Der zweite Auslass ist mit dem ersten Einlass des ersten Verdichters verbunden. Der Elektromotor hat eine Abtriebswelle, die direkt für eine gemeinsame Drehung mit der ersten Antriebswelle des zweiten Verdichters gekoppelt ist.
  • Das Motorsteuermodul beinhaltet eine erste elektrische Verbindung mit dem Generator/Motormodul des ersten Luftladesystems und eine zweite elektrische Verbindung mit dem Elektromotor des zweiten Luftladesystems. Das Motorsteuerungsmodul beinhaltet weiterhin eine Steuerlogik zum Betreiben des Motorsystems in mindestens einem ersten und einem zweiten Steuermodus.
  • In einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung umfasst das zweite Luftladesystem ferner ein Bypassventil mit einem dritten Lufteinlass und einem dritten Luftauslass. Der dritte Luftauslass ist in Verbindung mit dem zweiten Luftauslass des zweiten Verdichters und dem ersten Lufteinlass des ersten Verdichters.
  • In einem weiteren Beispiel der vorliegenden Offenbarung ist das Generator/Motormodul des ersten Luftladesystems elektrisch mit dem Elektromotor des zweiten Luftladesystems verbunden.
  • In noch einem weiteren Beispiel der vorliegenden Offenbarung beinhaltet die Turbine des ersten Luftladesystems ferner eine Abtriebswelle, die mit jeder einer ersten Antriebswelle des Generator/Motormoduls und einer zweiten Antriebswelle des ersten Verdichters verbunden ist.
  • In noch einem weiteren Beispiel der vorliegenden Offenbarung umfasst die erste Steuerungsmethode das Bereitstellen von elektrischer Energie für den Elektromotor des zweiten Luftladesystems aus dem Generator/Motormodul des ersten Luftladesystems.
  • In noch einem weiteren Beispiel der vorliegenden Offenbarung umfasst die zweite Steuerungsmethode das Bereitstellen von elektrischer Energie für den Elektromotor des zweiten Luftladesystems aus einem der Generator/Motormodule des ersten Luftladesystems und eines Bordnetzes.
  • In noch einem weiteren Beispiel der vorliegenden Offenbarung umfasst die erste Steuerungsmethode die Bereitstellung elektrischer Energie für den Elektromotor des zweiten Luftladesystems nur vom Generator/Motormodul des ersten Luftladesystems.
  • In noch einem weiteren Beispiel der vorliegenden Offenbarung ist die Turbine des ersten Luftladesystems eine Turbine mit variabler Geometrie, die in der Lage ist, eine Vielzahl von Abtriebsmomenten durch die zweite Abtriebswelle bei konstantem Abgasstrom aus dem Abgaskrümmer bereitzustellen.
  • In noch einem weiteren Beispiel der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Motorsystem weiterhin einen Ladeluftkühler mit einem vierten Lufteinlass und einem vierten Luftauslass. Der vierte Lufteinlass ist in Verbindung mit dem ersten Luftauslass des ersten Verdichters und der vierte Luftauslass ist in Verbindung mit dem Lufteinlasssystem des Verbrennungsmotors.
  • Die vorliegende Offenbarung beinhaltet ein weiteres Beispiel für ein Motorsystem für ein Fahrzeug. Das Motorsystem beinhaltet einen Verbrennungsmotor, ein erstes Luftladesystem, ein zweites Luftladesystem, ein Bypassventil und ein Motorsteuergerät. Der Verbrennungsmotor beinhaltet ein Lufteinlasssystem und einen Abgaskrümmer.
  • Das erste Luftladesystem umfasst einen ersten Verdichter, eine Turbine und ein Generator/Motormodul. Der erste Kompressor hat einen ersten Lufteinlass, einen ersten Luftauslass und eine erste Antriebswelle. Der erste Auslass ist mit dem Lufteinlasssystem verbunden. Die Turbine hat einen Abgaseinlass, der mit einem Auslass des Abgaskrümmers verbunden ist. Die erste Turbine ist eine Turbine mit variabler Geometrie.
  • Das zweite Luftladesystem umfasst einen zweiten Kompressor und einen Elektromotor. Der zweite Verdichter hat einen zweiten Lufteinlass, einen zweiten Luftauslass und eine zweite Antriebswelle. Der zweite Auslass ist mit dem ersten Einlass des ersten Verdichters verbunden, und der Elektromotor hat eine Abtriebswelle, die direkt für eine gemeinsame Drehung mit der ersten Antriebswelle des zweiten Verdichters gekoppelt ist.
  • Das Bypassventil hat einen dritten Lufteinlass und einen dritten Luftauslass. Der dritte Luftauslass ist in Verbindung mit dem zweiten Luftauslass des zweiten Verdichters und dem ersten Lufteinlass des ersten Verdichters.
  • Das Motorsteuermodul hat elektrische Verbindungen mit dem Generator/Motormodul des ersten Luftladesystems und dem Elektromotor des zweiten Luftladesystems. Das Motorsteuerungsmodul beinhaltet weiterhin eine Steuerlogik zum Betreiben des Motorsystems in mindestens einem ersten und einem zweiten Steuermodus.
  • In einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung ist das Generator/Motormodul des ersten Luftladesystems elektrisch mit dem Elektromotor des zweiten Luftladesystems verbunden.
  • In einem weiteren Beispiel der vorliegenden Offenbarung beinhaltet die Turbine des ersten Luftladesystems weiterhin eine Abtriebswelle, die mit jeder einer ersten Antriebswelle des Generator/Motormoduls und einer zweiten Antriebswelle des ersten Verdichters verbunden ist.
  • In noch einem weiteren Beispiel der vorliegenden Offenbarung umfasst die erste Steuerungsmethode das Bereitstellen von elektrischer Energie für den Elektromotor des zweiten Luftladesystems aus dem Generator/Motormodul des ersten Luftladesystems.
  • In noch einem weiteren Beispiel der vorliegenden Offenbarung umfasst die zweite Steuerungsmethode das Bereitstellen von elektrischer Energie für den Elektromotor des zweiten Luftladesystems aus von dem Generator/Motormodul des ersten Luftladesystems und eines Bordnetzes.
  • In noch einem weiteren Beispiel der vorliegenden Offenbarung umfasst die erste Steuerungsmethode die Bereitstellung elektrischer Energie für den Elektromotor des zweiten Luftladesystems nur vom Generator/Motormodul des ersten Luftladesystems.
  • In noch einem weiteren Beispiel der vorliegenden Offenbarung ist die Turbine des ersten Luftladesystems in der Lage, eine Vielzahl von Abtriebsmomenten durch die zweite Abtriebswelle bei einem konstanten Abgasstrom aus dem Abgaskrümmer bereitzustellen.
  • In noch einem weiteren Beispiel der vorliegenden Offenbarung umfasst das Motorsystem ferner einen Ladeluftkühler mit einem vierten Lufteinlass und einem vierten Luftauslass. Der vierte Lufteinlass ist in Verbindung mit dem ersten Luftauslass des ersten Verdichters und der vierte Luftauslass ist in Verbindung mit dem Lufteinlasssystem des Verbrennungsmotors.
  • Die vorliegende Offenbarung beinhaltet ein weiteres Beispiel für ein Motorsystem für ein Fahrzeug. Das Motorsystem beinhaltet einen Verbrennungsmotor, ein erstes Luftladesystem, ein zweites Luftladesystem, ein Bypassventil, einen Ladeluftkühler und ein Motorsteuergerät. Der Verbrennungsmotor beinhaltet ein Lufteinlasssystem und einen Abgaskrümmer.
  • Das erste Luftladesystem umfasst einen ersten Verdichter, eine Turbine und ein Generator/Motormodul. Der erste Kompressor hat einen ersten Lufteinlass, einen ersten Luftauslass und eine erste Antriebswelle. Der erste Auslass ist mit dem Lufteinlasssystem verbunden. Die Turbine hat einen Abgaseinlass und eine Abtriebswelle. Der Abgaseinlass ist mit einem Auslass des Abgaskrümmers verbunden. Die Abtriebswelle ist jeweils mit der ersten Antriebswelle des ersten Verdichters und einer zweiten Antriebswelle des Generator/Motormoduls treibend verbunden. Die Turbine ist eine Turbine mit variabler Geometrie.
  • Das zweite Luftladesystem beinhaltet einen zweiten Kompressor und einen Elektromotor. Der zweite Verdichter hat einen zweiten Lufteinlass, einen zweiten Luftauslass und eine zweite Antriebswelle. Der zweite Auslass ist mit dem ersten Einlass des ersten Verdichters verbunden. Der Elektromotor hat eine Abtriebswelle, die direkt für eine gemeinsame Drehung mit der ersten Antriebswelle des zweiten Verdichters gekoppelt ist. Das Generator/Motormodul des ersten Luftladesystems ist elektrisch mit dem Elektromotor des zweiten Luftladesystems verbunden.
  • Das Bypassventil umfasst einen dritten Lufteinlass und einen dritten Luftauslass, und wobei der dritte Luftauslass mit dem zweiten Luftauslass des zweiten Verdichters und dem ersten Lufteinlass des ersten Verdichters in Verbindung steht. Der Ladeluftkühler weist einen vierten Lufteinlass und einen vierten Luftauslass auf, und wobei der vierte Lufteinlass mit dem ersten Luftauslass des ersten Verdichters und der vierte Luftauslass mit dem Lufteinlasssystem des Verbrennungsmotors in Verbindung steht.
  • Das Motorsteuermodul beinhaltet elektrische Verbindungen mit dem Generator/Motormodul des ersten Luftladesystems und dem Elektromotor des zweiten Luftladesystems. Das Motorsteuerungsmodul beinhaltet weiterhin eine Steuerlogik zum Betreiben des Motorsystems in mindestens einem ersten und einem zweiten Steuermodus.
  • In einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung umfasst die erste Steuerungsmethode das Bereitstellen von elektrischer Energie für den Elektromotor des zweiten Luftladesystems nur vom Generator/Motormodul des ersten Luftladesystems.
  • In einem weiteren Beispiel der vorliegenden Offenbarung umfasst die zweite Steuerungsmethode das Bereitstellen von elektrischer Energie für den Elektromotor des zweiten Luftladesystems aus einem von dem Generator/Motormodul des ersten Luftladesystems und eines Bordnetzes.
  • Die vorgenannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Figuren ersichtlich.
  • Figurenliste
  • Die hierin beschriebene Figur dient nur zur Veranschaulichung und soll den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
    • 1 ist ein Schaltplan eines mehrstufigen turboaufgeladenen Verbrennungsmotors nach den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.
  • BESCHREIBUNG
  • Beispiele für die vorliegende Offenbarung bieten vorteilhaft ein Verbrennungsmotorsystem 10 für ein Fahrzeug. Unter Bezugnahme auf die Figuren, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf ähnliche Komponenten beziehen, veranschaulicht 1 ein Motorsystem 10, das nun beschrieben wird. Das Motorsystem 10 beinhaltet einen Verbrennungsmotor (ICE) 12, ein erstes Luftladesystem 14, ein zweites Luftladesystem 16 und ein Motorsteuergerät 18. Der dargestellte ICE 12 ist ein Inline-Vierzylinderbeispiel mit einem Lufteinlasssystem 20 und einem Abgaskrümmer 22 zusätzlich zu den vier Zylindern 24. Obwohl als Reihen-Vierzylindermotor dargestellt, werden andere Variationen sowohl der Anzahl der Zylinder als auch der Anordnung der Zylinder durch die Offenbarung in Betracht gezogen, ohne außerhalb des Umfangs der Offenbarung zu fallen. So können beispielsweise 2, 6, 8, 10 oder mehr Zylinder in einer Reihen-, „V“-, Flach- oder „W“-Anordnung angeordnet sein, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen.
  • Das Lufteinlasssystem 20 kommuniziert die einströmende Luft zwischen dem ersten und zweiten Luftladesystem 14, 16 und den vier Zylindern 24. Der Abgaskrümmer 22 übermittelt die Abgase der vier Zylinder 24 an das erste Luftladesystem 14. Das Motorsystem 10 beinhaltet ferner ein Ladeluftkühlermodul 26, das in Verbindung mit den ersten und zweiten Luftladesystemen 14, 16 und dem Lufteinlasssystem 20 angeordnet ist. Das Ladeluftkühlermodul 26 sorgt für eine Temperaturabsenkung der ankommenden Ladeluft und verbessert damit den volumetrischen Wirkungsgrad des ICE 12.
  • Das erste Luftladesystem 14 beinhaltet eine Turbine 28, einen elektrischen Generator/Motormodul 30 und einen ersten Verdichter 32. Die Turbine 28 beinhaltet einen Abgaseingang 28A und eine Abtriebswelle oder ein Element 28B. Die Abtriebswelle 28B ist mechanisch mit dem Generator/Motormodul 30 verbunden und treibt dieses an. Das Generator/Motormodul 30 ist mechanisch mit dem ersten Verdichter 32 verbunden und treibt diesen an. Die Turbine 28 steht in stromabwärts gerichteter Verbindung mit dem Abgaskrümmer 22 und wird durch Ausdehnung der Abgase aus dem ICE 12, die dem Abgaseingang 28A der Turbine 28 über den Abgaskrümmer 22 zugeführt werden, angetrieben. Die Turbine 28 treibt somit das Generator/Motormodul 30 und den ersten Verdichter 32 an. Der erste Kompressor 32 beinhaltet einen ersten Lufteinlass 32A, einen ersten Luftauslass 32B und eine Antriebswelle oder ein Element 32C. Der erste Luftauslass 32B des ersten Verdichters 32 ist in Verbindung mit dem Ladeluftkühler 26 und dem Lufteinlasssystem 20. Der erste Lufteinlass 32A ist in stromabwärts gerichteter Verbindung mit dem zweiten Luftführungssystem 16. Darüber hinaus ist der erste Verdichter 32 ein Verdichter mit variabler Geometrie, der entsprechend den jeweiligen Eingaben und Betriebsparametern einstellbar ist.
  • Das zweite Luftladesystem 16 beinhaltet einen Elektromotor 34, einen zweiten Kompressor 36 und ein Bypassventil 38. Der Elektromotor 34 beinhaltet eine Abtriebswelle oder ein Element 34A, das mechanisch verbunden ist, um den zweiten Verdichter 36 anzutreiben. Der zweite Verdichter 36 beinhaltet einen zweiten Lufteinlass 36A, einen zweiten Luftauslass 36B und eine Antriebswelle oder ein Element 36C. Der zweite Luftauslass 36B des zweiten Verdichters 36 ist in Verbindung mit dem ersten Lufteinlass 32A des ersten Verdichters 32. Das Bypassventil 38 beinhaltet einen dritten Lufteinlass 38A und einen dritten Luftauslass 38B und ist parallel zum zweiten Verdichter 36 angeordnet. Das Bypassventil 38 ermöglicht den Luftstrom zum ersten Lufteinlass 32A des ersten Verdichters 32 für den Fall, dass der zweite Verdichter 36 nicht in Betrieb ist. Es sind jedoch auch andere Vorkehrungen möglich, damit der erste Verdichter 32 betrieben werden kann, wenn der zweite Verdichter 36 nicht angetrieben wird. So kann beispielsweise eine Einwegkupplung zwischen dem Elektromotor 34 und dem zweiten Verdichter 36 angeordnet werden, so dass sich der zweite Verdichter 36 frei drehen kann, wenn der erste Verdichter 32 Ladeluft durch den zweiten Verdichter 36 zieht. Das zweite Luftladesystem 16 kann je nach Anwendung des ICE 10 als Niederdruckladesystem oder Hochdruckladesystem bezeichnet werden.
  • Das Generator/Motormodul 30 des ersten Luftladesystems 14 ist elektrisch mit dem Motor 34 des zweiten Luftladesystems 16 verbunden. Auf diese Weise ist der Motor 34 des zweiten Luftladesystems 16 in der Lage, die vom Generator/Motor 30 des ersten Luftladesystems 14 erzeugte Energie zu empfangen und den zweiten Verdichter 36 anzutreiben. Jedes von dem Generator/Motormodul 30 und dem Elektromotor 34 ist weiterhin über das Motorsteuermodul 18 mit dem Bordnetz 40 verbunden. Das Bordnetz 40 kann die Batterieleistung 42 und die Generatorleistung 44 ablaufen lassen, so dass das erste und zweite Luftladesystem 14, 16 die Batterie- und die Generatorleistung 42, 44 auslaufen kann. Wenn die verfügbare Leistung des Bordnetzes 40 nicht ausreicht, um den Elektromotor 34 des zweiten Luftladesystems 16 zu betreiben, kann der Elektromotor 34 außerdem die vom Generator/Motormodul 30 des ersten Luftladesystems 14 erzeugte Leistung auslaufen lassen.
  • Das Motorsteuermodul 18 steht in elektrischer Verbindung mit dem Generator/Motormodul 30 des ersten Luftladesystems 14 und dem Elektromotor 34 des zweiten Luftladesystems 16. Das Motorsteuermodul 18 ist vorzugsweise eine elektronische Steuervorrichtung mit einem vorprogrammierten digitalen Computer oder Prozessor, einer Steuerlogik, einem zum Speichern von Daten verwendeten Speicher und mindestens einer I/O-Peripherie. Die Steuerlogik beinhaltet eine Vielzahl von Logikroutinen zum Überwachen, Manipulieren und Erzeugen von Daten. Das Motorsteuermodul 18 steuert den Betrieb des Motorsystems 10. Die Steuerlogik kann in Hardware, Software oder einer Kombination aus Hard- und Software implementiert sein. So kann beispielsweise die Steuerlogik in Form von Programmcode vorliegen, der auf dem elektronischen Speicher abgelegt und vom Prozessor ausführbar ist. Das Motorsteuermodul 18 empfängt die Ausgangssignale mehrerer Sensoren im gesamten Getriebe und Motor, führt die Steuerlogik aus und sendet Steuersignale an das Motorsystem 10. Das Motorsystem 10 empfängt Steuersignale vom Motorsteuermodul 18 und wandelt die Steuersignale in Steueraktionen um, die im Motorsystem 10 ausgeführt werden können. Einige der Steuerungsmaßnahmen umfassen unter anderem die Erhöhung der ICE 12-Gang-Geschwindigkeit, die Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, die Änderung der Übersetzung 14 Gänge, etc. neben vielen anderen Kontrollmaßnahmen.
  • So beinhaltet beispielsweise eine in einem Softwareprogrammcode implementierte Steuerlogik, die vom Prozessor des Motorsteuermoduls 18 ausführbar ist, eine Steuerlogik zur Implementierung eines Verfahrens zum Betreiben des Motorsystems 10 einschließlich der ersten und zweiten Luftladesysteme 14, 16, wie zuvor beschrieben. Eine Reihe von Kontrollstrategien ist mit der vorliegenden Offenbarung ausführbar. So ist beispielsweise die variable Geometrie der Turbine 28 steuerbar, indem die Position eingestellt wird, an der die variable Geometrie den besten Kompromiss zwischen Enthalpie-Extraktion und Pumpverlusten oder Abgasgegendruck erreicht. Der vom ersten Verdichter 32 bereitgestellte Boost kann durch Unterstützung oder Ergänzung des ersten Verdichters 32 mit dem Generator/Motormodul 30 zusätzlich zum verfügbaren Drehmoment der Turbine 28 gesteuert werden. Zusätzlich wird der Gesamtanstieg des ersten und zweiten Luftladesystems 14, 16 durch den verfügbaren Impuls des ersten Luftladesystems 14 gesteuert und durch den vom zweiten Luftladesystem 16 verfügbaren Impuls ergänzt.
  • In der Praxis beinhaltet eine Strategie zur Steuerung des Motorsystems 10 eine erste oder niedrige Lastregelung und eine zweite oder hohe Lastregelung. Bei niedrigen Lasten wird der zweite Verdichter 36 über das Bypassventil 38 deaktiviert und umgangen und das erste Luftladesystem 14 arbeitet als turbinengetriebener Verdichter. Zusätzlich kann bei vorhandener Leistung des Bordnetzes 40 jeder der ersten Verdichter 32 und der zweite Verdichter 36 optimal betrieben werden, um die gewünschte Verstärkung zu erreichen.
  • Bei hohen Lasten zielt die Position der Turbine 28 mit variabler Geometrie auf eine maximale Enthalpie-Extraktion ab, und das Generator/Motormodul 30 erzeugt Energie, um den zweiten Verdichter 36 durch den Elektromotor 34 anzutreiben. Der zweite Verdichter 36 wirkt wie ein Niederdruckverdichter („low pressure“ LP) und die Gesamtverstärkung wird durch die Kombination des ersten und zweiten Verdichters 32, 36 geregelt. In diesem Bereich arbeiten die ersten und zweiten Luftladesysteme 14, 16 ohne Leistungsaufnahme des Bordnetzes 40. Auf diese Weise kann das zweite Luftladesystem 16 kontinuierlich vom Generator/Motormodul 30 des ersten Luftladesystems 14 betrieben werden.
  • Beim Auswuchten des Motorsystems 10 muss die Auslegung des ersten und zweiten Kompressors 32, 36 so berücksichtigt werden, dass das gewünschte Ergebnis bei verschiedenen Lastbedingungen beeinflusst werden kann. So muss beispielsweise das erste Luftladesystem 14 klein genug sein, um eine gute Teillast und Übergangsleistung zu gewährleisten, vorzugsweise mit der Turbine 28 als Antrieb. Die Mindestgröße des ersten Verdichters 32 muss so bemessen sein, dass ein maximaler Gegendruck erzeugt wird, um das Risiko von Problemen zu vermeiden. Die Größe des zweiten Verdichters 36 muss groß genug sein, um einen Luftstrom für maximale Leistung bereitzustellen und gleichzeitig einen geeigneten Ladedruck bereitzustellen, damit der erste Verdichter 32 den Luftstrom mit maximaler Leistung bewältigen kann. Der zweite Verdichter 36 muss effizient genug sein, um den erforderlichen Luftstrom bereitzustellen, während er nur die elektrische Leistung des Generator/Motormoduls 30 des ersten Luftladesystems 14 verwendet.
  • Während Beispiele ausführlich beschrieben wurden, werden diejenigen, die mit der Fachgebiet, auf die sich diese Offenbarung bezieht, vertraut sind, verschiedene alternative Designs und Beispiele für die Anwendung der offenbarten Struktur im Rahmen der beigefügten Ansprüche erkennen.

Claims (10)

  1. Es wird folgendes beansprucht:
  2. Ein Motorsystem für ein Fahrzeug, wobei das Motorsystem umfasst: einen Verbrennungsmotor, der ein Lufteinlasssystem und einen Abgaskrümmer umfasst; ein erstes Luftladesystem, das einen ersten Verdichter, eine Turbine und ein Generator/Motormodul umfasst, und wobei der erste Verdichter einen ersten Lufteinlass, einen ersten Luftauslass und eine erste Antriebswelle aufweist, der erste Luftauslass mit dem Lufteinlasssystem verbunden ist, die Turbine einen mit dem Abgaskrümmer verbundenen Abgaseinlass beinhaltet; ein zweites Luftladesystem, das einen zweiten Kompressor und einen Elektromotor umfasst, und wobei der zweite Kompressor einen zweiten Lufteinlass, einen zweiten Luftauslass und eine zweite Antriebswelle aufweist, der zweite Luftauslass mit dem ersten Lufteinlass des ersten Kompressors verbunden ist und der Elektromotor eine erste Abtriebswelle aufweist, die direkt für eine gemeinsame Drehung mit der zweiten Antriebswelle des zweiten Kompressors gekoppelt ist, und ein Motorsteuermodul, das eine elektrische Verbindung mit jedem von dem Generator/Motormodul des ersten Luftladesystems und dem Elektromotor des zweiten Luftladesystems umfasst, und wobei das Motorsteuermodul ferner eine Steuerlogik zum Betreiben des Motorsystems in mindestens einem ersten Steuermodus und einem zweiten Steuermodus beinhaltet.
  3. Das Motorsystem nach Anspruch 1, wobei das zweite Luftladesystem ferner ein BypassVentil mit einem dritten Lufteinlass und einem dritten Luftauslass umfasst und der dritte Luftauslass in Verbindung mit dem zweiten Luftauslass des zweiten Verdichters und dem ersten Lufteinlass des ersten Verdichters steht.
  4. Das Motorsystem nach Anspruch 1, wobei das Generator/Motormodul des ersten Luftladesystems elektrisch mit dem Elektromotor des zweiten Luftladesystems verbunden ist.
  5. Das Motorsystem nach Anspruch 1, wobei die Turbine des ersten Luftladesystems ferner eine zweite Abtriebswelle beinhaltet, die mit jeder von einer dritten Antriebswelle des Generator/Motormoduls und der ersten Antriebswelle des ersten Verdichters verbunden ist.
  6. Das Motorsystem nach Anspruch 1, wobei der erste Steuermodus das Bereitstellen von elektrischer Energie für den Elektromotor des zweiten Luftladesystems aus dem Generator/Motormodul des ersten Luftladesystems umfasst.
  7. Das Motorsystem nach Anspruch 5, wobei der zweite Steuermodus das Bereitstellen von elektrischer Energie für den Elektromotor des zweiten Luftladesystems aus einem von dem Generator/Motormodul des ersten Luftladesystems und einem Bordnetz umfasst.
  8. Das Motorsystem nach Anspruch 1, wobei der erste Steuermodus das Bereitstellen von elektrischer Energie für den Elektromotor des zweiten Luftladesystems nur von dem Generator/Motormodul des ersten Luftladesystems umfasst.
  9. Das Motorsystem nach Anspruch 4, wobei die erste Turbine des ersten Luftladesystems eine Turbine mit variabler Geometrie ist, die in der Lage ist, eine Vielzahl von Abtriebsmomenten durch die zweite Abtriebswelle bereitzustellen, wenn ein konstanter Abgasstrom aus dem Abgaskrümmer gegeben ist.
  10. Das Motorsystem nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Ladeluftkühler mit einem vierten Lufteinlass und einem vierten Luftauslass, und wobei der vierte Lufteinlass mit dem ersten Luftauslass des ersten Verdichters in Verbindung steht und der vierte Luftauslass mit dem Lufteinlasssystem des Verbrennungsmotors in Verbindung steht.
DE102019115834.6A 2018-12-21 2019-06-11 Mehrstufiges turboaufgeladenes motorsystem Withdrawn DE102019115834A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/229,045 US20200200074A1 (en) 2018-12-21 2018-12-21 Multiple stage turbo-charged engine system
US16/229,045 2018-12-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102019115834A1 true DE102019115834A1 (de) 2020-06-25

Family

ID=70969304

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019115834.6A Withdrawn DE102019115834A1 (de) 2018-12-21 2019-06-11 Mehrstufiges turboaufgeladenes motorsystem

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20200200074A1 (de)
CN (1) CN111350582A (de)
DE (1) DE102019115834A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114183238A (zh) * 2021-12-10 2022-03-15 哈尔滨工程大学 一种增压器与电机配套的控制系统

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6029452A (en) * 1995-11-15 2000-02-29 Turbodyne Systems, Inc. Charge air systems for four-cycle internal combustion engines
AU7599096A (en) * 1995-11-15 1997-06-05 Turbodyne Systems, Inc. Charge air systems for four-cycle internal combustion engines
US6079211A (en) * 1997-08-14 2000-06-27 Turbodyne Systems, Inc. Two-stage supercharging systems for internal combustion engines
US6637205B1 (en) * 2002-07-30 2003-10-28 Honeywell International Inc. Electric assist and variable geometry turbocharger
JP4558746B2 (ja) * 2004-01-14 2010-10-06 ロータス カーズ リミテッド ターボチャージャ過給型内燃機関
JP4124143B2 (ja) * 2004-03-04 2008-07-23 トヨタ自動車株式会社 電動機付過給機の制御装置
JP5874161B2 (ja) * 2010-10-28 2016-03-02 いすゞ自動車株式会社 ターボ過給システム
CN103061869B (zh) * 2013-01-09 2015-04-08 北京理工大学 电涡轮增压器
JP6269330B2 (ja) * 2014-06-06 2018-01-31 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
WO2015195576A1 (en) * 2014-06-15 2015-12-23 Ecomotors, Inc. System and method for controlling an electronically-controlled turbocharger during a transmission autoshift event
JP2016011641A (ja) * 2014-06-30 2016-01-21 トヨタ自動車株式会社 過給システム
JP6128081B2 (ja) * 2014-09-02 2017-05-17 トヨタ自動車株式会社 内燃機関システム
DE102014224474B4 (de) * 2014-12-01 2019-06-06 Continental Automotive Gmbh Aufladeeinrichtung für einen Verbrennungsmotor und Betriebsverfahren für die Aufladeeinrichtung
WO2016121092A1 (ja) * 2015-01-30 2016-08-04 三菱重工業株式会社 過給システム及び過給システム用制御装置並びに過給システムの運転方法
JP6358236B2 (ja) * 2015-11-16 2018-07-18 株式会社豊田自動織機 電動過給機
US10054069B2 (en) * 2016-08-22 2018-08-21 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for model based control of electrical boosting system
JP6227086B1 (ja) * 2016-10-11 2017-11-08 三菱電機株式会社 過給機付き内燃機関の制御装置及び制御方法
DE102017205044A1 (de) * 2017-03-24 2018-09-27 Ford Global Technologies, Llc Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine umfassend einen Abgasturbolader und einen elektrisch antreibbaren Verdichter
US20200011229A1 (en) * 2018-07-05 2020-01-09 Superturbo Technologies, Inc. Driven turbocharger with dual stage compressors

Also Published As

Publication number Publication date
CN111350582A (zh) 2020-06-30
US20200200074A1 (en) 2020-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102006049144B4 (de) Turbolader bei einem Motor mit veränderlichem Hubvolumen
EP3224467B1 (de) Aufladeeinrichtung für einen verbrennungsmotor und betriebsverfahren für die aufladeeinrichtung
DE3807372C2 (de) Verbrennungsmotor mit zweistufigem Abgasturbolader und Nutzturbine
DE102017214392B4 (de) Verbrennungsmotorsystem
EP3207231B1 (de) Aufladeeinrichtung für einen verbrennungsmotor und betriebsverfahren für die aufladeeinrichtung
DE102016201464A1 (de) Aufgeladene Brennkraftmaschine mit Abgasturboaufladung und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine
DE102016124468A1 (de) Verbrennungsmotorsystem
EP2196659A1 (de) Zweistufiges Aufladesystem für Abgaszirkulation
DE102014224474A1 (de) Aufladeeinrichtung für einen Verbrennungsmotor und Betriebsverfahren für die Aufladeeinrichtung
DE102014106782A1 (de) Turboaufgeladener motor mit verwendung einer zylinderdeaktivierung
DE112016000402T5 (de) Ansaug- und abgasstrom-management für verbrennungsmotoren
DE202014105279U1 (de) Zwillingsturbo-System mit elektrisch antreibbaren Verdichtern
EP2530274A2 (de) Aufgeladene Brennkraftmaschine
DE102020120926A1 (de) Hybridfahrzeug
DE102013001662A1 (de) Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen
CH715036A2 (de) Vorrichtung zur Luftversorgung einer Brennstoffzelle, vorzugsweise einer mit Wasserstoff betriebenen Brennstoffzelle.
DE102009042283A1 (de) Turbocompoundsystem und Komponenten
DE102014221333B4 (de) Zwillingsturbo-System mit elektrisch antreibbaren Verdichtern
DE102015203621A1 (de) Zweistufige Abgasturbo-Aufladevorrichtung für eine Brennkraftmaschine
DE102019115834A1 (de) Mehrstufiges turboaufgeladenes motorsystem
DE102015219299A1 (de) Verbrennungsmotor mit einem durch einen Motorgenerator antreibbaren Zusatzverdichter und Verfahren zum Betreiben eines solchen Verbrennungsmotors
WO2022234090A1 (de) Luftversorgungsvorrichtung, brennstoffzellensystem und fahrzeug
DE102014211127A1 (de) Aufgeladene Brennkraftmaschine mit in Reihe angeordneten Abgasturboladern und Abgasrückführung und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine
DE202011110100U1 (de) Aufgeladene Brennkraftmaschine
DE102014008931A1 (de) Entdrosselung des Ottomotors sowie Rekuperation der Abgasenergie bei Teillast durch die Verwendung eines elektrisch unterstützten Abgasturboladens

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee