DE102022110454A1

DE102022110454A1 - Motorsystem mit luftpumpe für verbesserten turboladerluftaustausch

Info

Publication number: DE102022110454A1
Application number: DE102022110454.0A
Authority: DE
Inventors: Eric J Haaland; Pratir Punjani
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2021-05-05
Filing date: 2022-04-29
Publication date: 2022-11-10
Also published as: US20220356858A1; US11591992B2

Abstract

Ein Motorsystem umfasst einen Verbrennungsmotor, der einen Motorblock mit einer oder mehreren Kolben-Zylinder-Anordnungen, die mit einem Einlasskrümmer und einem Auslasskrümmer in Verbindung stehen, aufweist, einen Ladeluftkanal zu dem Einlasskrümmer und einen Abgaskanal, der Abgas aus dem Auslasskrümmer empfängt. Das Motorsystem umfasst des Weiteren einen oder mehrere Turbolader, von denen jeder einen Verdichter zum Verdichten von Ladeluft und Ausgeben der verdichteten Ladeluft zu dem Ladeluftkanal und eine Turbine, die Abgas aus dem Abgaskanal empfängt und den Verdichter als Reaktion auf durch die Turbine hindurchströmendes Abgas antreibt, umfasst. Eine Luftpumpe ist stromabwärts des Verdichters positioniert, die einen Teil der verdichteten Ladeluft in den Abgaskanal stromaufwärts der Turbine zuführt, so dass die Turbine sowohl das Abgas als auch die verdichtete Ladeluft empfängt.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Verbrennungsmotoren und insbesondere solche Motorsysteme, die eine Luftpumpe zur Zufuhr eines stärkeren Luftstroms zu einem Turbolader aufweisen.
Ein Verbrennungsmotor kann einen oder mehrere Turbolader umfassen, die Fluid verdichten, das den Brennkammern in dem Motor zugeführt wird. Jeder Turbolader umfasst in der Regel eine Turbine und einen Verdichter, wobei die Turbine durch Abgas aus dem Motor angetrieben wird und der Verdichter wiederum von der Turbine angetrieben wird. Der Verdichter empfängt das zu verdichtende Fluid, das in Form von Luft oder einem Gemisch aus Kraftstoff und Luft vorliegen kann, und führt das Fluid den Brennkammern zu. Bei Betrieb des Motors bei niedrigen Drehzahlen ist das von dem Motor erzeugte Abgas reduziert, und diese reduzierte Menge an von dem Motor ausgegebenem Abgas kann sich auf den Antrieb der Turbine auswirken und die dadurch erzeugte Drehleistung reduzieren. Die Reduzierung der von der Turbine erzeugten Drehleistung reduziert wiederum den Volumendurchsatz des verdichteten Fluids, das von dem Turboladerverdichter, der von der Turbine angetrieben wird, ausgegeben wird.
Ein Motorsystem umfasst einen Verbrennungsmotor, der einen Motorblock mit einer oder mehreren Kolben-Zylinder-Anordnungen, die mit einem Einlasskrümmer und einem Auslasskrümmer in Verbindung stehen, aufweist, einen Ladeluftkanal zu dem Einlasskrümmer und einen Abgaskanal, der Abgas aus dem Auslasskrümmer empfängt. Das Motorsystem umfasst des Weiteren eine Turboladeranordnung, die einen oder mehrere Turbolader umfasst, wobei jeder des einen oder der mehreren Turbolader ferner einen Verdichter zum Verdichten von Ladeluft und Ausgeben der verdichteten Ladeluft zu dem Ladeluftkanal und eine Turbine, die Abgas aus dem Abgaskanal empfängt und den Verdichter als Reaktion auf durch die Turbine hindurchströmendes Abgas antreibt, umfasst. Das Motorsystem umfasst ferner eine Luftpumpe stromabwärts des Verdichters, die einen Teil der verdichteten Ladeluft in den Abgaskanal stromaufwärts der Turbine zuführt, so dass die Turbine sowohl das Abgas als auch den Teil der verdichteten Ladeluft empfängt.
Bei einer weiteren Implementierung umfasst ein Verfahren der Herstellung eines Motorsystems Bereitstellen eines Verbrennungsmotors, der dahingehend betreibbar ist, Verbrennung in einer oder mehreren Kolben-Zylinder-Anordnungen in einem Motorblock des Verbrennungsmotors zu bewirken und Bereitstellen eines Auslasskrümmers und eines Abgaskanals, der Abgas aus der einen oder den mehreren Kolben-Zylinder-Anordnungen zu einer Turboladeranordnung des Motorsystems leitet, wobei die Turboladeranordnung einen oder mehrere Turbolader umfasst, die jeweils eine Turbine aufweisen, die einen Verdichter dahingehend antreiben, verdichtete Ladeluft auszugeben. Das Verfahren umfasst des Weiteren Bereitstellen eines Ladeluftkanals zum Empfangen der verdichteten Ladeluft und Weiterleiten der verdichteten Ladeluft zu einem Einlasskrümmer des Verbrennungsmotors und Bereitstellen einer Luftpumpe, die dahingehend betreibbar ist, einen Teil der verdichteten Ladeluft in den Abgaskanal stromaufwärts der Turboladeranordnung zuzuführen, so dass sowohl das Abgas als auch der Teil der verdichteten Ladeluft durch die Turbine jedes des einen oder der mehreren Turbolader strömengelassen wird, um sie zum Betrieb anzutreiben.
Die Einzelheiten einer oder mehrerer Ausführungsformen werden in den beiliegenden Zeichnungen und der nachstehenden Beschreibung angeführt. Weitere Merkmale und Vorteile gehen aus der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen hervor.
Mindestens ein Beispiel der vorliegenden Offenbarung wird nachstehend in Verbindung mit den folgenden Figuren beschrieben:

1 ist eine vereinfachte Seitenansicht eines beispielhaften Arbeitsfahrzeugs, bei dem Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung implementiert werden können;
2 ist ein Schemadiagramm eines beispielhaften Motorsystems mit einer Luftpumpe, die einem Einlass eines Motorturboladers eine Luftstromverstärkung zuführt, gemäß einer Ausführungsform;
3 ist ein Schemadiagramm eines beispielhaften Motorsystems mit einer Luftpumpe, die einem Einlass eines Motorturboladers eine Luftstromverstärkung zuführt, gemäß einer Ausführungsform; und
4 ist ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Herstellung eines Motorsystems gemäß einer Ausführungsform.

In den verschiedenen Zeichnungen zeigen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente an. Für eine einfache und deutliche Darstellung können Beschreibungen und Details wohlbekannter Merkmale und Techniken weggelassen sein, um eine unnötige Verschleierung des Beispiels und von nicht einschränkenden Ausführungsformen der Erfindung, die in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beschrieben werden, zu vermeiden. Ferner sollte auf der Hand liegen, dass Merkmale oder Elemente, die in den beigefügten Figuren erscheinen, nicht zwangsweise maßstäblich gezeichnet sind, sofern nicht etwas anderes angegeben wird.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden in den oben kurz beschriebenen beigefügten Figuren der Zeichnungen gezeigt. Für den Fachmann können verschiedene Modifikationen der beispielhaften Ausführungsformen in Betracht kommen, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie er in den angehängten Ansprüchen angeführt ist, abzuweichen.
Wie zuvor angeführt wurde, können Verbrennungsmotoren einen oder mehrere Turbolader umfassen, die Luft verdichten, die den Brennkammern in dem Motor zugeführt wird. Bei Betrieb des Turboladers (der Turbolader) wird von dem Motor erzeugtes Abgas zum Antreiben einer Turbine des Turboladers verwendet, wobei Abgas durch die Turbine strömt und bewirkt, dass sie sich dreht, wodurch ein Verdichter des Turboladers angetrieben wird, so dass der Verdichter Luft in die Brennkammern des Motors drückt.
Es ist bekannt, dass während des Startens eines Verbrennungsmotors oder während seines Betriebs unter Teillast die Menge an von dem Motor ausgegebenem Abgas (und die darin enthaltene Energie) im Vergleich zu Betrieb unter Volllast reduziert ist. Diese Reduzierung der Menge an der Turbine zugeführtem Abgas kann einen entsprechenden Abfall der Verdichterleistung, die von dem Turbolader zum Aufladen der Motorzylinder ausgegeben wird, verursachen. Ohne ausreichende Zufuhr von verdichteter Luft, die den Brennkammern des Motors zugeführt wird, kann die Leistungsfähigkeit des Motors reduziert werden, besonders, wenn der Motor unter einer höheren Last betrieben wird.
Um das Problem, dass der Turbolader den Brennkammern bei niedriger Motorlast einen unzulänglichen Strom von verdichteter Ladeluft zuführt, anzugehen, wurde bei einigen früheren Systemen eine separat angetriebene Ladepumpe eingesetzt, die die Leistungsfähigkeit des Turboladers verstärkt. Die Ladepumpe erzeugt einen zusätzlichen Luftstrom, der in die Turbine des Turboladers geleitet wird, um das von dem Motor ausgegebene Abgas zu ergänzen. Existierende Anordnungen solcher Ladepumpen sind jedoch hinsichtlich der Art und Weise, auf die sie der Turboladerturbine diesen zusätzlichen Luftstrom zuführen, ineffizient. D. h., im Betrieb saugt die Ladepumpe Luft aus der umliegenden Umgebung und beaufschlagt diese Luft mit Druck in einem hohen Maße, so dass die daraus ausgegebene Umgebungsluft mit dem Druck des Abgases, mit dem sie vermischt wird, übereinstimmt. Das Betreiben einer Luftpumpe auf diese Art und Weise ist kein optimales Verfahren zur Verstärkung der Turboladerleistung bei niedriger Motorlast, aufgrund der Ineffizienzen beim Pumpenbetrieb und der Kosten, die mit dem Vorsehen einer Luftpumpe mit einer Größe, die zur Bereitstellung der erforderlichen Druckänderung ausreicht, in Zusammenhang stehen.
Zur Bereitstellung einer effizienteren Lufteinströmung in den Abgasstrom zur Verstärkung der Turboladerleistung ist ein Motorsystem mit einer Luftpumpe versehen, die einen Strom aus zuvor verdichteter Luft zur Ergänzung des von dem Motor ausgegebenen Abgases verwendet. Die Luftpumpe ist stromabwärts des Turboladerverdichters und in einer zum Motor parallelen Anordnung positioniert. Die Luftpumpe empfängt einen Teil der von dem Turboladerverdichter ausgegebenen verdichteten Luft und treibt die verdichtete Luft in den Strom aus von dem Motor ausgegebenem Abgas, wodurch das Abgas ergänzt wird, bevor es sich weiter stromabwärts zur Turboladerturbine bewegt. Da die Luftpumpe Luft empfängt, die bereits von dem Turboladerverdichter mit Druck beaufschlagt worden ist, wird von der Luftpumpe weniger Arbeit dabei vollbracht, die Luft auf einen Solldruck zu bringen, bei dem die Frischluft in den Strom aus von dem Motor ausgegebenem Abgas eingespritzt werden kann.
Bei einer Implementierung saugt die Luftpumpe verdichtete Luft aus einem Ladeluftkanal stromabwärts des Turboladerverdichters. Die Luftpumpe ist parallel zum Motor angeordnet, so dass die von der Pumpe aus dem Ladeluftkanal gesaugte verdichtete Luft den Motor umgeht. Die von der Luftpumpe eingesaugte verdichtete Luft wird in das aus dem Motor ausgegebene Abgas eingetrieben oder eingespritzt, wobei die von der Luftpumpe bereitgestellte Frischluft mit dem Abgas stromaufwärts der Turboladerturbine vermischt wird. Der Turbine kann somit ein verstärkter Strom aus Luft und Abgas zugeführt werden, wodurch der von dem Turbolader erzeugte Verdichterstrom und die Motorleistung verbessert werden.
Bei einer weiteren Implementierung ist die Pumpe als Teil eines Abgasrückführungs(AGR)-Kreislaufs in dem Motorsystem vorgesehen. Die Luftpumpe ist als eine Umkehrpumpe konfiguriert, die selektiv in einem AGR-Modus und einem Frischluftmodus betreibbar ist. In dem AGR-Betriebsmodus leitet die Umkehrpumpe einen Teil des aus der Auslassseite des Motors ausgegebenen Abgases zurück zur Einlassseite des Motors, wo er mit der verdichteten Frischluft vermischt und den Brennkammern des Motors zur Verstärkung der Motorleistung zugeführt wird. In dem Frischluftmodus saugt die Umkehrpumpe verdichtete Luft aus dem Ladeluftkanal und treibt oder spritzt die Luft in das aus dem Motor ausgegebene Abgas ein, wobei die von der Umkehrpumpe bereitgestellte Frischluft mit dem Abgas stromaufwärts der Turboladerturbine vermischt wird. Der Turbine kann somit ein verstärkter Strom aus Luft und Abgas zugeführt werden, wodurch der von dem Turbolader erzeugte Verdichterstrom und die Motorleistung verbessert werden.
Bei einer Ausführungsform können in dem AGR-System separate Strömungskanäle zum Leiten von Luft und Abgasstrom basierend auf dem Betriebsmodus der Umkehrpumpe vorgesehen sein. Ein Ventil ist in dem AGR-System enthalten, das in eine von zwei Stellungen zum Leiten von Luft und Abgasstrom entlang einem der Strömungskanäle betätigbar ist. Wenn sich die Umkehrpumpe in dem AGR-Betriebsmodus befindet, kann das Ventil in eine erste Stellung zum Leiten eines Abgasstroms entlang einem Kanal, der einen AGR-Kühler daran aufweist, betätigt werden, um das Abgas zu kühlen, bevor es zurück zur Einlassseite des Motors geführt wird. Wenn sich die Umkehrpumpe in dem Frischluftbetriebsmodus befindet, kann das Ventil in eine zweite Stellung zum Leiten eines Stroms aus verdichteter Frischluft entlang einem Kanal, der den AGR-Kühler umgeht, auf seinem Weg zum Einspritzen in den Strom aus von dem Motor ausgegebenen Abgas betätigt werden.
Es werden nun beispielhafte Ausführungsformen eines Motorsystems, das eine Luftpumpe aufweist, in Verbindung mit 1-4 gemäß der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Als nicht einschränkendes Beispiel umfasst das Motorsystem gemäß der folgenden Beschreibung eine Turboladeranordnung, die in Reihe geschaltete Hochdruck- und Niederdruck-Turbolader zur Verstärkung des Luftstroms zu einem Verbrennungsmotor umfasst. Ungeachtet der folgenden Beispiele würden auch Motorsysteme mit Verbrennungsmotoren und Turboladeranordnungen, die andere Konstruktionen aufweisen, von einer Luftpumpe, die gemäß Aspekten der Erfindung darin integriert ist, profitieren. Es versteht sich somit, dass Aspekte der Erfindung nicht auf lediglich die spezifischen Ausführungsformen, die nachstehend beschrieben werden, beschränkt sein sollen.
Gemäß Ausführungsformen wird ein Motorsystem offenbart, das eine Luftpumpe zur Verbesserung des Lufteinlasses in eine in dem Motorsystem enthaltene Turboladerturbine zur Verstärkung der Leistungsfähigkeit und des Wirkungsgrads in dem Motorsystem umfasst. Wie für den Fachmann aus der folgenden Beschreibung hervorgeht, ist die Anwendung des Motorsystems bei Eigenzündung- oder Fremdzündungsmotoren, die in einem Arbeitsfahrzeug verwendet werden, besonders geeignet, und somit wird bei den hier erörterten veranschaulichenden Beispielen solch eine Umgebung zur Unterstützung des Verständnisses der Erfindung herangezogen.
Unter zunächst erfolgender Bezugnahme auf 1 wird ein Arbeitsfahrzeug 10 gezeigt, bei dem Ausführungsformen der Erfindung implementiert werden können. In dem dargestellten Beispiel wird das Arbeitsfahrzeug 10 als ein landwirtschaftlicher Traktor dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass andere Konfigurationen möglich sein können, darunter Konfigurationen, bei denen das Arbeitsfahrzeug 10 eine andere Art von Traktor, ein Erntefahrzeug, ein Rückeschlepper, eine Planiermaschine oder eine verschiedener anderer Arbeitsfahrzeugarten ist. Das Arbeitsfahrzeug 10 umfasst ein Chassis oder einen Rahmen 12, das bzw. der auf Vorder- und Hinterrädern 14 getragen wird. Auf einem vorderen Endbereichs des Chassis 12 ist ein Gehäuse 16 positioniert, in dem sich ein Motorsystem 18 befindet. Das Motorsystem 18 versorgt über einen zugehörigen Antriebsstrang 20 ein Ausgangsglied (z. B. eine Ausgangswelle, nicht gezeigt) mit Leistung, das wiederum die Leistung dahingehend zu der Achse (den Achsen) des Arbeitsfahrzeugs 10 überträgt, für den Antrieb von dieser (diesen) zu sorgen und/oder eine Zapfwelle beispielsweise zum Antrieb eines Arbeitsgeräts, das sich an dem Arbeitsfahrzeug 10 befindet oder diesem zugeordnet ist, anzutreiben.
Das Motorsystem 18 wird in 2 gemäß einer beispielhaften Implementierung genauer dargestellt. Das Motorsystem 18 umfasst einen Verbrennungsmotor 20 (im Folgenden „Motor“), der bei verschiedenen Ausführungsformen ein benzinbetriebener, dieselbetriebener oder mit einem alternativen Kraftstoff betriebener Motor sein kann. Der Motor 20 des Motorsystems 18 umfasst einen Motorblock 22 mit mehreren Verbrennungszylindern 24 darin, in denen sich Kolben (nicht gezeigt) zum Bewirken von Verbrennungsereignissen hin- und herbewegen. Bei der dargestellten Implementierung ist der Motor 20 ein R-6-Motor (Reihen-Sechszylindermotor), der sechs Verbrennungszylinder 24 definiert; bei alternativen Implementierungen können jedoch verschiedene Motorarten und -auslegungen verwendet werden.
Das Motorsystem 18 umfasst des Weiteren einen Einlasskrümmer 26, der mit dem Motor 20 strömungsverbunden ist, einen Auslasskrümmer 28, der mit dem Motor 20 strömungsverbunden ist, und eine Turboladeranordnung 29. Bei der dargestellten Ausführungsform umfasst die Turboladeranordnung 29 ein Paar in Reihe geschalteter Turbolader 30, 32, die mit dem Einlasskrümmer 26 und dem Auslasskrümmer 28 strömungsverbunden sind und mit diesen in Wirkverbindung stehen, obgleich es sich versteht, dass das Motorsystem 18 bei anderen Ausführungsformen stattdessen nur einen einzigen Turbolader umfassen könnte. Gemäß der Darstellung in 2 umfasst die Turboladeranordnung 29 einen Niederdruck(LP)-Turbolader 30 und einen Hochdruck(HP)-Turbolader 32, die in Reihe angeordnet sind - wobei jeder der Turbolader 30, 32 eine Turbine 34, 38 und einen Verdichter 36, 40, die über eine Drehwelle 41 mechanisch verbunden sind, umfasst. Im Betrieb jedes der Turbolader 30, 32 verursacht durch die Turbine 34, 38 strömendes Abgas eine Drehung der Turbine, wodurch wiederum eine Drehung der Welle 41 bewirkt wird. Die Drehung der Welle 41 bewirkt wiederum, dass sich auch der Verdichter 36, 40 dreht, wodurch zusätzliche Luft in die Verdichter 36, 40 gesaugt wird, um dadurch die Durchsatzrate von Luft zu dem Einlasskrümmer 26 über das Maß, bei dem sie ansonsten ohne die Turbolader 30, 32 liegen würde, hinaus zu erhöhen, und auf diese Weise führen die Turbolader 30, 32 dem Motor 20 sogenannte „Ladeluft“ zu.
Wie angegeben, sind der HP- und der LP-Turbolader 32, 30 in Reihe bezüglich einander angeordnet. Der HP-Turbolader 32 weist eine Turbine 34 (HP-Turbine) zum Empfangen von Abgas aus dem Auslasskrümmer 28 und einen Verdichter 36 (HP-Verdichter), der mit der HP-Turbine 34 zum Zuführen von Druckluft zu dem Einlasskrümmer 26 zur Verbrennung gekoppelt ist, auf. Der LP-Turbolader 30 weist eine Turbine 38 (LP-Turbine) zum Empfangen von Abgas von der HP-Turbine 34 und einen Verdichter 40 (LP-Verdichter), der mit der LP-Turbine 38 zum Zuführen von Druckluft zu dem HP-Verdichter 36 zur weiteren Druckbeaufschlagung gekoppelt ist, auf. Sowohl der LP- als auch der HP-Turbolader 30, 32 wirken dahingehend, einen Teil der Wärmeenergie aus dem Abgas mit ihren jeweiligen Turbinen 34, 38 zum Antrieb ihrer jeweiligen Verdichter 36, 40 zurückzugewinnen und dabei die Menge an Ladeluft, die dem Motor 20 zur Verbrennung zugeführt wird, zu erhöhen.
Gemäß der Darstellung in 2 umfasst der Einlasskrümmer 26 einen Haupteinlass 42 und mehrere Sekundärrohre 44, wobei jedes der Sekundärrohre 44 mit einer entsprechenden Kolben-Zylinder-Anordnung 24 zum Leiten einer Luftzufuhrmenge dorthin in Strömungsverbindung steht. Frischluft wird dem Einlasskrümmer 26 aus der umliegenden Umgebung über einen Frischlufteinlasskanal 46 zugeführt. Frischluft wird in den Frischlufteinlasskanal 46 gesaugt, durch einen Luftfilter 48, der in Reihe mit dem Frischlufteinlasskanal 46 angeordnet ist, strömengelassen und dem LP-Verdichter 40 zugeführt. Der LP-Verdichter 40 führt eine erste Verdichtung der Frischluft durch und führt sie dem HP-Verdichter 36 über einen Ladeluftkanal 50 zu. Der Ladeluftkanal 50 verläuft dann von dem HP-Verdichter 36 zu dem Einlasskrümmer 26, um die verdichtete Ladeluft von dem HP-Verdichter 36 dem Einlasskrümmer 26 zuzuführen.
Der Auslasskrümmer 28 des Motorsystems 18 umfasst mehrere Sekundärrohre 56, die jeweils mit einer entsprechenden Kolben-Zylinder-Anordnung 24 in Strömungsverbindung stehen, die von dem Motor 20 erzeugte Abgase zu einem Hauptauslass 58 leitet. Der Auslasskrümmer 28 ist mit Einlässen der Turbinen 34, 38 der Turbolader 30, 32 über einen Abgaskanal 60 strömungsgekoppelt, wobei die Fluidauslässe der Turbinen 34, 38 über einen Entlüftungskanal 62 dann mit der umliegenden Umgebung strömungsgekoppelt sind. Durch den Motor 20 erzeugtes Abgas wird aus dem Auslasskrümmer 28 herausgeleitet und durch den Abgaskanal 60 zu den Turbinen 34, 38 strömengelassen, wobei das Abgas dann auf herkömmliche Weise über den Entlüftungskanal 62 die Turbinen 34, 38 in die umliegende Umgebung verlässt. Ein Nachbehandlungssystem 64 kann in Reihe mit dem Entlüftungskanal 62 zur Behandlung des Abgases vor der Entlüftung des Abgases an die Umgebung, wie z. B. durch Durchführen einer Dieseloxidationskatalyse, einer Dieselpartikelfilter(DPF)-Regeneration oder einer selektiven katalytischen Reduktion, angeordnet sein.
Bei einer beispielhaften Implementierung des Motorsystems 18 ist ein Paar Ladeluftkühler in Reihe mit dem Ladeluftkanal 50 positioniert, die dahingehend wirken, die Temperatur der Ladeluft zu reduzieren, bevor sie dem Motor 20 zugeführt wird, um die Einheit an Masse pro Volumeneinheit (d. h. die Dichte) der Ladeluft für einen verbesserten volumetrischen Wirkungsgrad zu erhöhen. Die Ladeluftkühler umfassen einen Nachkühler 68, der stromabwärts des HP-Verdichters 36 positioniert ist und Abwärme von der zweiten Verdichtungsstufe, die von dem HP-Verdichter 36 durchgeführt wird, abzuführen, um die Temperatur der Ladeluft zu reduzieren und dem Motor 20 eine dichtere Einlassladung zuzuführen, um zu gestatten, dass mehr Luft und Kraftstoff pro Motorzyklus verbrannt wird, wodurch die Leistung des Motors 20 erhöht wird. Die Ladeluftkühler können auch optional einen Zwischenkühler 66 umfassen, der zwischen dem LP-Verdichter 40 und dem HP-Verdichter 36 positioniert ist und Abwärme von der ersten Verdichtungsstufe, die von dem LP-Verdichter 40 durchgeführt wird, abzuführen, um die Ladeluft zu verdichten und dabei zu gestatten, dass der HP-Verdichter 36 anschließend mehr Arbeitsleistung aus seinem festen Verdichtungsverhältnis erzeugen kann. Gemäß einer beispielhaften Implementierung sind der Zwischenkühler 66 und der Nachkühler 68 als Luft-Luft-Wärmetauscher konfiguriert, die die durch die Verdichtung erzeugte Abwärme unter Verwendung von durch den Wärmetauscher strömender Umgebungsluft abführen. Bei einer alternativen Implementierung könnten der Zwischenkühler 66 und der Nachkühler 68 jedoch stattdessen als Flüssigkeit-Luft-Wärmetauscher konfiguriert sein, die Abwärme von der Ladeluft auf eine Zwischenflüssigkeit (z. B. Wasser) übertragen, die letztlich die Wärme an die Umgebungsluft abführt.
Ein Abgasrückführungs(AGR)-System 70 ist ferner in dem Motorsystem 18 vorgesehen und funktioniert dahingehend, einen Teil des von dem Motor 20 erzeugten Abgases zurückzuführen und dabei die Bildung von NOx während der Verbrennung zu reduzieren. Abgas wird aus dem Auslasskrümmer 28 gesaugt und über das AGR-System 70 in den Einlasskrümmer 26 zurückgeführt. Das AGR-System 70 umfasst einen AGR-Kanal 72, einen AGR-Kühler 74, ein AGR-Ventil 76 und einen AGR-Mischer 78. Der AGR-Kanal 72 saugt einen Teil des Abgases, das in dem Abgaskanal 60 strömt, zur Zirkulation durch das AGR-System 70 ein. Der AGR-Kühler 74 ist in Reihe mit dem AGR-Kanal 72 zum Zwecke der Kühlung des durch den AGR-Kanal 72 strömenden Abgases angeordnet und ist bei einer Implementierung als ein Flüssigkeit-Luft-Wärmetauscher konfiguriert, der Wärme aus dem Abgas auf eine Zwischenflüssigkeit (z. B. Wasser) überträgt, die letztlich die Wärme an die Umgebungsluft abgibt.
Das AGR-Ventil 76 ist in Reihe mit dem AGR-Kanal 72 zwischen dem AGR-Kühler 74 und dem AGR-Mixer 78 angeordnet. Bei einer weiteren Ausführungsform kann das AGR-Ventil 76 stromaufwärts des AGR-Kühlers 74 platziert sein. Bei einer Ausführungsform kann das AGR-Ventil 76 basierend auf einem Druckverhältnis auf gegenüberliegenden Seiten davon, d. h. des Abgases auf einer Seite und der Ladeluft auf der anderen Seite, betrieben werden, wobei Abgas dort hindurchströmt, wenn der Druck des Abgases höher als jener der Ladeluft ist. Bei einer weiteren Ausführungsform kann das AGR-Ventil durch selektives Steuern des Abgasstroms dort hindurch elektrisch gesteuert werden, einschließlich Sperren des Abgasstroms dort hindurch und selektiven Beschränkens oder Steuerns des Abgasstroms dort hindurch in einem gewünschten Ausmaß. Durch das AGR-Ventil 76 strömendes Abgas wird dem AGR-Mischer 78 zugeführt, der das Abgas mit der von dem Ladeluftkanal 50 zugeführten Ladeluft zur Einleitung in den Einlasskrümmer 26 vermischt, über den die Mischung aus Abgas und Ladeluft dann in den Motor 20 gespeist wird.
Gemäß der Darstellung in 2 umfasst das Motorsystem 18 ferner eine Luftpumpe 80, die an einem Luftpumpenkanal 81, der an einem Ende mit dem Ladeluftkanal 50 und an seinem gegenüberliegenden Ende mit dem Abgaskanal 60 strömungsgekoppelt ist, befestigt oder integral damit ist, wobei der Luftpumpenkanal 81 einen Umgehungspfad um den Motor 20 herum bereitstellt. In einem Beispiel ist die Luftpumpe 80 so konstruiert, dass sie einen Verdichter 82 umfasst, der von einem Elektromotor 84 angetrieben wird. Die Luftpumpe 80 kann ein Verdrängungsverdichter, der zur Bereitstellung von physisch abgemessenen Luftdurchsatzraten in der Lage ist, wie z. B. ein Scroll- oder Flügelzellenverdichter, sein, oder alternativ dazu kann die Pumpe 80 ein Radialverdichter ähnlich einem Turboladerverdichter sein. In einem Beispiel wird der Elektromotor 84 der Luftpumpe 80 als Teil eines 48V-Systems, mit dem das Motorsystem 18 betrieben wird, betrieben.
Die elektrische Luftpumpe 80 ist bei Aktivierung dahingehend betreibbar, einen Teil der verdichteten Ladeluft, die in dem Ladeluftkanal 50 strömt, in den Abgaskanal 60 mit Umgehung des Motors 20 zu pumpen, so dass Ladeluft in das von dem Motor 20 ausgegebene Abgas eingeleitet wird. Diese verdichtete Ladeluft, die von der Luftpumpe 80 ausgegeben wird, wird so mit dem Abgas vermischt, um einen verstärkten Fluidstrom zu dem Einlass der Turbinen 34, 38 zum Zwecke des selektiven Erhöhens der Durchsatzrate der Luft, die den Turboladern 30, 32 zugeführt wird, bereitzustellen. Da die Durchsatzrate von von den Turboladern 30, 32 ausgegebener verdichteter Ladeluft direkt proportional zur Drehzahl, mit der die Turbinen 34, 38 die Verdichter 36, 40 (über die Antriebswelle 41) antreiben, ist, ist es wünschenswert, die Durchsatzrate von Gasen, die jeder der Turbinen 34, 38 der Turbolader 30, 32 zugeführt werden, zu erhöhen. Die elektrische Luftpumpe 80 erzielt die Bereitstellung solch einer erhöhten Durchsatzrate durch Hinzugeben verdichteter Ladeluft in den Strom von aus dem Motor 20 ausgegebenem Abgas, der in der Regel die Turbinen 34, 38 antreibt. Bei Hinzugabe verdichteter Ladeluft in den Strom von aus dem Motor 20 ausgegebenem Abgas können die Turbinen 34, 38 somit zeitnah auf eine hohe Betriebsdrehzahl gebracht werden und somit auch die Verdichter 36, 40 mit einer hohen Drehzahl antreiben, wodurch ermöglicht wird, dass die Turbolader 30, 32 Ladedruck aufgrund der erhöhten Luftstromausgabe von den Verdichtern 36, 40 sehr schnell in dem Ladeluftkanal 50 verstärken. Die Durchsatzrate von frischer verdichteter Ladeluft zum Motor 20 kann somit schnell erhöht werden, um Anforderungen bei transienten Betriebsbedingungen des Motors 20, wie z. B. beim Beschleunigen oder Hochspulen von einer niedrigen Drehzahl oder niedrigen Last, schnell zu erfüllen. Darüber hinaus kann verdichtete Ladeluft von der Luftpumpe 80 in den Strom von aus dem Motor 20 ausgegebenem Abgas bei Beharrungszustandsbetrieb des Motors 20 zugegeben werden.
Bei der dargestellten Ausführungsform umfasst das Motorsystem 18 ferner eine Steuerung 86 zur Steuerung des Betriebs der Luftpumpe 80, und bei einigen Ausführungsformen kann die Steuerung 86 als ein Motorsteuergerät (ECU) vorgesehen sein, das dahingehend betreibbar ist, auch den Gesamtbetrieb des Motorsystems 18, einschließlich beispielsweise des Motors 20 (z. B. von Aktuatoren, Ventilen usw. an/in dem Motor), der Turbolader 30, 32 und des AGR-Ventils 76, zu steuern. Die Steuerung 86 kann als eine oder mehrere Rechenvorrichtungen mit zugehörigen Prozessorvorrichtungen 86(a) und Speicherarchitekturen 86(b) konfiguriert sein, und somit kann die Steuerung 86 dazu konfiguriert sein, verschiedene Rechen- und Steuerfunktionen in Bezug auf das Motorsystem 18 gemäß der hier erfolgenden Beschreibung durchzuführen.
Die Steuerung 86 empfängt Eingänge von Sensoren 88 und anderen dem Motorsystem 18 zugeordneten Eingabevorrichtungen und verarbeitet diese Eingänge zur Bestimmung entsprechender Betriebsparameter des Motorsystems 18. Beispiele für derartige Sensoren 88, die in dem Motorsystem 18 enthalten sein können, und ihre zugehörigen Betriebsparameter umfassen unter anderem einen Drehzahlsensor, der zur Erzeugung eines Signals, das der Drehzahl des Motors 20 entspricht, konfiguriert ist, einen Ladedrucksensor, der zur Erzeugung eines Signals, das dem Ladeluftdruck in dem Ladeluftkanal 50 und dem Einlasskrümmer 26 entspricht, konfiguriert ist, einen Temperatursensor, der zur Erzeugung eines Temperatursignals, das der Temperatur der Ladeluft in dem Ladeluftkanal 50 und dem Einlasskrümmer 26 entspricht, konfiguriert ist, einen Abgasdrucksensor, der zur Erzeugung eines Signals, das dem Abgasdruck in dem Auslasskrümmer 28 und dem Abgaskanal 60 entspricht, konfiguriert ist, einen Abgastemperatursensor, der zur Erzeugung eines Signals, das der Temperatur von von dem Motor 20 erzeugtem Abgas entspricht, konfiguriert ist, und einen Drehzahlsensor, der zur Erzeugung eines Signals, das einer Drehzahl der Drehwelle 41 jedes der Turbolader 30, 32 entspricht, konfiguriert ist, oder eine Kombination daraus. Zusätzliche Sensoren 88 könnten beispielsweise einen Drucksensor, der zur Erzeugung eines Signals, das dem Druck an dem AGR-Kanal 72 oder über das AGR-Ventil 76 hinweg entspricht, konfiguriert ist, und einen Temperatursensor, der zur Erzeugung eines Temperatursignals, das der Temperatur des durch den AGR-Kanal 72 strömenden zurückgeführten Abgases entspricht, konfiguriert ist, umfassen. Noch weitere zusätzliche Eingänge können der Steuerung 86 über Bedienerbetätigungsvorrichtungen des Fahrzeugs 10 zugeführt werden, darunter beispielsweise Befehle zur Erhöhung der Drehzahl des Motors 20.
Als Reaktion auf dadurch empfangene Eingänge gibt die Steuerung 86 Steuersignale an eine oder mehrere Komponenten in dem Motorsystem 18 zur Steuerung des Betriebs davon aus. Somit kann die Steuerung 86 als ein Beispiel ein Eingangssignal, das anzeigt, dass ein Bediener die Erhöhung der Motordrehzahl wünscht, und Eingangssignale von verschiedenen Sensoren 88 zu Einlassseitenkrümmerdruck und -temperatur, Auslassseitenkrümmerdruck und -temperatur und Turboladerdrehzahl empfangen. Als Reaktion auf diese Eingänge kann die Steuerung 86 dann den Betrieb der Luftpumpe 80 dahingehend modifizieren, die Menge/Rate verdichteter Ladeluft, die von der Luftpumpe 80 in den Abgaskanal 60 zugeführt wird, zu erhöhen, wodurch die Lufteinströmung in die Turbinen 34, 38 verstärkt und deren Drehzahl erhöht wird und die Verdichter 36, 40 entsprechend mit einer erhöhten Drehzahl zur Verstärkung der Zufuhr von verdichteter Ladeluft, die dem Motor 20 zugeführt wird, angetrieben werden. Die Steuerung 86 kann auch ein AGR-Ventil-Steuersignal ausgeben, das die Stellung des AGR-Ventils 76 in Bezug auf eine Bezugsstellung, z. B. in Bezug auf eine vollständig geöffnete oder vollständig geschlossene Stellung, steuert, um dadurch die Durchsatzrate von rückgeführtem Abgas durch den AGR-Kanal 72 zu steuern.
Unter nun erfolgender Bezugnahme auf 3 wird ein Motorsystem 90 gemäß einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Das Motorsystem 90 hat mit dem Motorsystem 18 von 2 viele Komponenten gemein, und somit werden die Komponenten, die dem System gemein sind, durchweg als jene in 2 identifiziert. Bei dem Motorsystem 90 wird der Motor 20 mit Ladeluft von einer Turboladeranordnung 29 versorgt, die einen LP-Turbolader 30 und einen HP-Turbolader 32 zur Verstärkung der Leistung des Motors 20 umfasst. Frischluft wird aus der umliegenden Umgebung durch den Frischlufteinlasskanal 46 gesaugt und dem LP-Verdichter 40 zugeführt. Der LP-Verdichter 40 führt eine erste Verdichtung der Frischluft durch, die dann durch den Zwischenkühler 66 strömengelassen und dem HP-Verdichter 36 zugeführt wird. Die verdichtete Ladeluft, die von dem HP-Verdichter 36 ausgegeben wird, wird dem Ladeluftkanal 50 zugeführt und wird durch den Nachkühler 68 strömengelassen, bevor sie dem Einlasskrümmer 26 zur Einspeisung in die Verbrennungszylinder 24 in dem Motor 20 zugeführt wird.
Abgas, das von dem Motor 20 während seines Betriebs erzeugt wird, wird in den Auslasskrümmer 28 geleitet und danach in den Abgaskanal 60 strömengelassen. Das Abgas wird dann zu der Turboladeranordnung 29 geleitet, wobei die HP-Turbine 34 Abgas aus dem Abgaskanal 60 empfängt. Abgas strömt durch die HP-Turbine 34 (zum Antreiben der Drehung der Welle 41 und wiederum Antreiben des HP-Verdichters 36) und dann zur LP-Turbine 38 (wieder zum Antreiben der Drehung der Welle 41 und wiederum Antreiben des LP-Verdichters 40), bevor sie von der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 64 behandelt und über den Entlüftungskanal 62 an die umliegende Umgebung entlüftet wird. Ein Teil des von dem Motor erzeugten Abgases kann auch von dem Abgaskanal 60 in den Einlasskrümmer 26 über ein AGR-System 92 rückgeführt werden. Das AGR-System 92 umfasst einen AGR-Kanal 92, der zwischen dem Abgaskanal 60 und dem Ladeluftkanal 50 oder dem Einlasskrümmer 26 strömungsgekoppelt ist. Unter einigen Betriebsbedingungen des Motors 20 kann verdichtete Ladeluft, die dem Einlasskrümmer 26 des Motors 20 durch die Turboladeranordnung 29 zugeführt wird, darin eingemischtes rückgeführtes Abgas aufweisen, das durch den AGR-Kanal 92 und einen AGR-Mischer 78 zu dem Einlasskrümmer 26 zugeführt wird.
Gemäß der Darstellung in 3 umfasst das Motorsystem 90 ferner eine Luftpumpe 94, die in Reihe mit dem AGR-Kanal 92 positioniert ist, wobei die Luftpumpe 94 - gemäß einem Beispiel - einen Verdichter 95 umfasst, der von einem Elektromotor 96 angetrieben wird. Die Luftpumpe 94 ist als eine Umkehrpumpe (im Folgenden „Umkehrpumpe 94“) konfiguriert, wie z. B. eine Roots-Pumpe, die in zwei verschiedenen Modi - einem Frischluftmodus und einem AGR-Modus - betreibbar ist, wobei die Umkehrpumpe 94 dahingehend elektrisch gesteuert wird, ihren Betriebsmodus selektiv zu steuern. In dem AGR-Modus arbeitet die Umkehrpumpe 94 so, dass ein Teil des Abgases aus dem Abgaskanal 60 in den Einlasskrümmer 26 rückgeführt wird, wobei das Abgas mit der von dem Ladeluftkanal 50 zugeführten verdichteten Ladeluft in dem AGR-Mischer 78 zur Einspeisung in den Motor 20 vermischt wird. Im Frischluftmodus arbeitet die Umkehrpumpe 94 umgekehrt zum AGR-Modus und pumpt einen Teil der verdichteten Ladeluft, die von dem Ladeluftkanal 50 (in den Einlasskrümmer 26) strömt, durch den AGR-Kanal 92 und in den Abgaskanal 60, während der Motor 20 umgangen wird, so dass Ladeluft in das Abgas, das von dem Motor 20 ausgegeben wird, eingetragen wird. Diese verdichtete Ladeluft, die von der Umkehrpumpe 94 ausgegeben wird, wird somit mit dem Abgas vermischt, um zum Zwecke der selektiven Erhöhung der Durchsatzrate von den Turboladern 30, 32 zugeführtem Gas einen verstärkten Fluidstrom zu dem Einlass der Turbinen 34, 38 bereitzustellen. Da die Durchsatzrate von verdichteter Ladeluft, die von den Turboladern 30, 32 ausgegeben wird, direkt proportional zur Drehzahl, mit der die Turbinen 34, 38 die Verdichter 36, 40 (über die Antriebswelle 41) antreiben, ist, ist es wünschenswert, die Durchsatzrate von Gasen, die jeder der Turbinen 34, 38 der Turbolader 30, 32 zugeführt werden, zu erhöhen. Die Umkehrpumpe 94 erzielt die Bereitstellung solch einer erhöhten Durchsatzrate durch Hinzugeben verdichteter Ladeluft in den Strom von aus dem Motor 20 ausgegebenem Abgas, der in der Regel die Turbinen 34, 38 antreibt. Bei Hinzugabe verdichteter Ladeluft in den Strom von aus dem Motor 20 ausgegebenem Abgas können die Turbinen 34, 38 somit zeitnah auf eine hohe Betriebsdrehzahl gebracht werden und somit auch die Verdichter 36, 40 mit einer hohen Drehzahl antreiben, wodurch ermöglicht wird, dass die Turbolader 30, 32 Ladedruck aufgrund der erhöhten Luftstromausgabe von den Verdichtern 36, 40 sehr schnell in dem Ladeluftkanal 50 verstärken. Die Durchsatzrate von frischer verdichteter Ladeluft, die dem Motor 20 zugeführt wird, kann somit schnell erhöht werden, um Anforderungen bei transienten Betriebsbedingungen des Motors 20, wie z. B. beim Beschleunigen oder Hochspulen von einer niedrigen Drehzahl oder niedrigen Last, schnell zu erfüllen.
Bei einer Implementierung und gemäß der Darstellung in 3 ist ein Richtungsventil 98 in Reihe mit dem AGR-Kanal 92 zwischen dem AGR-Kühler 74 und der Umkehrpumpe 94 angeordnet. Insbesondere ist das Richtungsventil 98 an einer Stelle positioniert, an der sich der AGR-Kanal 92 in einen Kühlerkanal 100 (an dem der AGR-Kühler 74 positioniert ist) und einen Kühlerumgehungskanal 102, der parallel zu dem Kühlerkanal 100 verläuft, teilt. Das Richtungsventil 98 kann in Verbindung mit der Umkehrpumpe 94 elektronisch gesteuert werden, so dass das Richtungsventil 98 in eine erste Stellung, die eine Strömungsverbindung des AGR-Kanals 92 und der Umkehrpumpe 94 mit dem Kühlerkanal 100 herstellt, und eine zweite Stellung, die eine Strömungsverbindung des AGR-Kanals 92 und der Umkehrpumpe 94 mit dem Kühlerumgehungskanal 102 herstellt, bewegbar ist.
Wenn die Umkehrpumpe 94 im AGR-Modus betrieben wird, wird das Richtungsventil 98 in die erste Stellung betätigt, um einen Strömungspfad durch das AGR-System 92 bereitzustellen, wobei ein Teil des Abgases aus dem Abgaskanal 60 in den AGR-Kanal 92 eintritt, sich entlang dem Kühlerkanal 100 und durch den AGR-Kühler 74 fortbewegt und dann durch das Richtungsventil 98 und zu der Umkehrpumpe 94 strömt, die dahingehend wirkt, das Abgas dem AGR-Mischer 78 zur Vermischung mit der verdichteten Ladeluft zuzuführen, bevor sie in den Einlasskrümmer 26 und den Motor 20 eingespeist wird. Bei einer weiteren Implementierung kann das Richtungsventil 98 in die zweite Stellung betätigt werden, während die Umkehrpumpe 94 in dem AGR-Modus betrieben wird, so dass Abgas durch den Kühlerumgehungskanal 102 strömt und um den AGR-Kühler 74 herumgeleitet wird, wobei solch eine Steuerung des Richtungsventils 98 eventuell während eines Niedriglastmotorbetriebszustands implementiert wird.
Wenn die Umkehrpumpe 94 in dem Frischluftmodus betrieben wird, wird das Richtungsventil 98 in die zweite Stellung zur Bereitstellung eines Strömungspfads durch das AGR-System 92 betätigt, wobei ein Teil der verdichteten Ladeluft aus dem Ladeluftkanal 50 eintritt, durch den AGR-Mixer 78 in den AGR-Kanal 92 strömt und in die Umkehrpumpe 94 eingespeist wird. Die Umkehrpumpe 94 gibt einen Strom aus verdichteter Ladeluft daraus aus, der sich entlang dem AGR-Kanal 92 und durch das Richtungsventil 98 fortbewegt, wobei das Richtungsventil den Ladeluftstrom entlang dem Kühlerumgehungskanal 102 leitet (und den AGR-Kühler 74 umgeht), bevor die verdichtete Ladeluft dann wieder mit dem Haupt-AGR-Kanal 92 vereinigt wird und in den Abgaskanal 60 strömt.
Wie zuvor unter Bezugnahme auf die Ausführungsform von 2 beschrieben wurde, ist eine Steuerung 86 in dem Motorsystem 90 zur Steuerung des Betriebs der Umkehrpumpe 94 und des Gesamtbetriebs des Motorsystems 18, einschließlich beispielsweise des Motors 20 (z. B. von Aktuatoren, Ventilen usw. an/in dem Motor), der Turbolader 30, 32 und des Richtungsventils 98, enthalten. Die Steuerung 86 kann Eingänge von Sensoren 88 und anderen dem Motorsystem 18 zugeordneten Eingabevorrichtungen, wie z. B. Motordrehzahl, Kraftstoffstrom, Einlassseitenkrümmerdruck und -temperatur, Auslassseitenkrümmerdruck und -temperatur und Turboladerdrehzahl, wie zuvor beschrieben, empfangen. Als Reaktion auf die empfangenen Eingänge gibt die Steuerung 86 Steuersignale an eine oder mehrere Komponenten in dem Motorsystem 90 zur Steuerung des Betriebs davon aus. Als ein Beispiel für den Steuerungsbetrieb kann die Steuerung 86 den Betrieb der Umkehrpumpe 94 dahingehend steuern, ihren Betriebsmodus (AGR-Modus oder Frischluftmodus) zu modifizieren, und die Menge/Rate von Abgas oder verdichteter Ladeluft, die davon ausgegeben wird, als Reaktion auf den empfangenen Eingang (die empfangenen Eingänge), wie z. B. Kraftstoffstrom, Einlassseitenkrümmerdruck und -temperatur, Auslassseitenkrümmerdruck und -temperatur und Turboladerdrehzahl als Beispiele, steuern. Wenn die Steuerung 86 bewirkt, dass die Umkehrpumpe 94 in dem AGR-Modus betrieben wird, kann die Umkehrpumpe 94 dahingehend betrieben werden, einen Strom von Abgas, das von dem Abgaskanal 60 in den Einlasskrümmer 26 rückgeführt wird, zu steuern, wobei das Abgas mit der von dem Ladeluftkanal 50 zugeführten verdichteten Ladeluft vermischt und dann in den Motor 20 eingespeist wird. Wenn die Umkehrpumpe 94 in dem AGR-Modus betrieben wird, kann die Steuerung 86 auch bewirken, dass das Richtungsventil 98 in der ersten Stellung betrieben wird, so dass von dem AGR-System 92 rückgeführtes Abgas über den Kühlerkanal 100 durch den AGR-Kühler 74 geleitet wird. Wenn die Steuerung 86 bewirkt, dass die Umkehrpumpe 94 in dem Frischluftmodus betrieben wird, kann die Umkehrpumpe 94 dahingehend betrieben werden, einen Strom von verdichteter Ladeluft in den Abgaskanal 60 zu steuern, wodurch die Lufteinströmung in die Turbinen 34, 38 verstärkt und deren Drehzahl erhöht wird und die Verdichter 36, 40 entsprechend mit einer erhöhten Drehzahl zur Verstärkung der Zufuhr von verdichteter Ladeluft, die dem Motor 20 zugeführt wird, angetrieben werden. Wenn die Umkehrpumpe 94 in dem Frischluftmodus betrieben wird, bewirkt die Steuerung 86 auch, dass das Richtungsventil 98 in der zweiten Stellung betrieben wird, so dass das von dem AGR-System 92 rückgeführte Abgas den AGR-Kühler 74 über den Kühlerumgehungskanal 102 umgeht.
Unter nun erfolgender Bezugnahme auf 4 und unter fortgeführter Bezugnahme auf 2 und 3 wird ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 104 zur Herstellung eines Motorsystems 18, 88 gemäß der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt. Das Verfahren 104 beginnt bei Schritt 106 mit der Bereitstellung eines Motors 20, der eine Verbrennung in den Kolben-Zylinder-Anordnungen 24 eines Motorblocks 22 des Motors 20 bewirken soll. Bei Schritt 108 werden ein Auslasskrümmer 28 und ein Abgaskanal 60 bereitgestellt, die Abgas aus den Kolben-Zylinder-Anordnungen 22 zu einer Turboladeranordnung 29 des Motorsystems 18 leiten. Die Turboladeranordnung 29 umfasst Turbolader 30, 32, die jeweils eine Turbine 34, 38 aufweisen, die einen Verdichter 36, 40 zur Ausgabe von verdichteter Ladeluft antreibt. Bei Schritt 110 wird ein Ladeluftkanal 50 bereitgestellt zum Empfangen der verdichteten Ladeluft von den Verdichtern 36, 40 und Weiterleiten der verdichteten Ladeluft zu einem Einlasskrümmer 26 des Motors 20. Eine Luftpumpe 76, 96 wird bei Schritt 112 bereitgestellt, die dahingehend betreibbar ist, einen Teil der verdichteten Ladeluft in den Abgaskanal 60 stromaufwärts der Turboladeranordnung 29 (d. h. stromaufwärts der Turbinen 34, 38) zuzuführen, so dass sowohl das Abgas als auch die verdichtete Ladeluft durch die Turbinen 34, 38 zum Antreiben ihres Betriebs strömengelassen wird.
Gemäß einer Implementierung kann die bei Schritt 112 bereitgestellte Luftpumpe eine eigens vorgesehene Frischluftpumpe 80 sein, die an einem Luftpumpenkanal 81, der zwischen dem Ladeluftkanal 50 und dem Abgaskanal 60 verläuft, in paralleler Anordnung zum Motor 20 positioniert ist. Die Luftpumpe 80 kann verdichtete Ladeluft von dem Ladeluftkanal 50 weg an einer Stelle stromaufwärts des Einlasskrümmers 26 leiten und die Menge/Rate der verdichteten Ladeluft, die in den Abgaskanal 60 zugeführt wird, steuern, wodurch die Lufteinströmung in die Turbinen 34, 38 verstärkt und deren Drehzahl erhöht wird und die Verdichter 36, 40 entsprechend mit einer erhöhten Drehzahl zur Verstärkung der Zufuhr von verdichteter Ladeluft, die dem Motor 20 zugeführt wird, angetrieben werden.
Gemäß einer weiteren Implementierung kann die bei Schritt 112 bereitgestellte Luftpumpe eine Umkehrpumpe 94 sein, die an einem AGR-Kanal 92, der sich zwischen dem Abgaskanal 60 und dem Einlasskrümmer 26 erstreckt, als Teil eines AGR-Systems 92 positioniert ist. Die Umkehrpumpe 94 ist in einem Vorwärts- und einem Rückwärtsmodus - d. h. einem AGR-Modus und einem Frischluftmodus - zum selektiven Austauschen von Abgas oder verdichteter Frischluft zwischen der Einlass- und der Auslassseite des Motors betreibbar. In dem AGR-Modus steuert die Umkehrpumpe 94 einen Strom von Abgas, das aus dem Abgaskanal 60 in den Einlasskrümmer 26 rückgeführt wird, wobei das Abgas mit der von dem Ladeluftkanal 50 zugeführten verdichteten Ladeluft vermischt und dann in den Motor 20 eingespeist wird. In dem Frischluftmodus kann die Umkehrpumpe 94 dahingehend betrieben werden, einen Strom von verdichteter Ladeluft in den Abgaskanal 60 zu steuern, wodurch die Lufteinströmung in die Turbinen 34, 38 verstärkt und deren Drehzahl erhöht wird und die Verdichter 36, 40 entsprechend mit einer erhöhten Drehzahl zur Verstärkung der Zufuhr von verdichteter Ladeluft, die dem Motor 20 zugeführt wird, angetrieben werden.
Bei einer Implementierung, bei der eine Umkehrpumpe 94 bei Schritt 112 bereitgestellt wird, kann das Verfahren ferner Bereitstellen eines Richtungsventils 98 in dem AGR-Kanal 92 zum selektiven Leiten von verdichteter Ladeluft und Abgas durch einen in dem AGR-System 92 enthaltenen AGR-Kühler 74 hindurch oder um diesen herum, umfassen, wie in Durchsicht bei Schritt 114 angegeben wird. Das Richtungsventil 98 ist in eine erste Stellung betätigbar, die von dem Abgaskanal 60 rückgeführtes Abgas durch den AGR-Kühler 74 in den Einlasskrümmer 26 leitet, und ist in eine zweite Stellung betätigbar, die verdichtete Ladeluft, die in den Abgaskanal 60 zugeführt wird, um den AGR-Kühler 74 herum leitet.
Es ist erstrebenswert, dass hier beschriebene Ausführungsformen des Motorsystems ein effektives Mittel zur Verstärkung der Turboladerleistung bereitstellen. Zum Antreiben der Turbine(n) der Turboladeranordnung in dem Motorsystem ist eine Luftpumpe in dem Motorsystem vorgesehen, die einen Strom von zuvor verdichteter Ladeluft, die von der Turboladeranordnung ausgegeben wird, zur Ergänzung des von dem Motor erzeugten Abgases verwendet, wobei dieses Gemisch aus verdichteter Ladeluft und Abgas der Turbine (den Turbinen) zugeführt wird. Die Luftpumpe ist stromabwärts des (der) Turboladerverdichter und in paralleler Anordnung zum Motor zum Empfangen eines Teils der von dem Turboladerverdichter (den Turboladerverdichtern) ausgegebenen verdichteten Luft positioniert. Die Luftpumpe treibt diesen Teil der verdichteten Ladeluft in den Strom des von dem Motor erzeugten Abgases, wodurch das Abgas ergänzt wird, bevor es sich stromabwärts zur der Turboladerturbine (den Turboladerturbinen) fortbewegt. Da die Luftpumpe Luft empfängt, die bereits von dem Turboladerverdichter mit Druck beaufschlagt wurde, wird von der Luftpumpe weniger Arbeit dabei vollbracht, die Luft auf einen Solldruck zu bringen, bei dem die Frischluft in den Strom aus von dem Motor ausgegebenem Abgas eingespritzt werden kann, wodurch für einen verbesserten Wirkungsgrad in dem Motorsystem gesorgt wird.
Darüber hinaus stellen Ausführungsformen des hier beschriebenen Motorsystems durch Einspritzen eines sauerstoffreichen Stroms aus verdichteter Ladeluft in den Abgasstrom eine bessere Abgasbehandlung bereit. D. h., der durch die Luftpumpe in den Abgasstrom eingeleitete Strom aus Frischluft (Sauerstoff) kann einen erhöhten Wirkungsgrad und höhere Effizienz von Dieseloxidationskatalyse, Dieselpartikelfilter(DPF)-Regeneration oder selektiver katalytischer Reduktion, die von dem Motorsystem an dem Abgas durchgeführt wird, bevor das Abgas an die umliegende Umgebung entlüftet wird, unterstützen.
Es werden die folgenden Beispiele bereitgestellt, die zur einfacheren Bezugnahme nummeriert sind.

1. Ein Motorsystem umfasst einen Verbrennungsmotor, der einen Motorblock mit einer oder mehreren Kolben-Zylinder-Anordnungen, die mit einem Einlasskrümmer und einem Auslasskrümmer in Verbindung stehen, aufweist, einen Ladeluftkanal zu dem Einlasskrümmer und einen Abgaskanal, der Abgas aus dem Auslasskrümmer empfängt. Das Motorsystem umfasst des Weiteren eine Turboladeranordnung, die einen oder mehrere Turbolader umfasst, wobei jeder des einen oder der mehreren Turbolader ferner einen Verdichter zum Verdichten von Ladeluft und Ausgeben der verdichteten Ladeluft zu dem Ladeluftkanal und eine Turbine, die Abgas aus dem Abgaskanal empfängt und den Verdichter als Reaktion auf durch die Turbine hindurchströmendes Abgas antreibt, umfasst. Das Motorsystem umfasst ferner eine Luftpumpe stromabwärts des Verdichters, die einen Teil der verdichteten Ladeluft in den Abgaskanal stromaufwärts der Turbine zuführt, so dass die Turbine sowohl das Abgas als auch den Teil der verdichteten Ladeluft empfängt.
2. Motorsystem nach Beispiel 1, wobei der Teil der verdichteten Ladeluft, der von der Luftpumpe in den Abgaskanal zugeführt wird, den Verbrennungsmotor umgeht.
3. Motorsystem nach Beispiel 2, wobei die Luftpumpe an einem Luftpumpenkanal, der sich zwischen dem Ladeluftkanal und dem Abgaskanal erstreckt und der den Verbrennungsmotor umgeht, positioniert ist, wobei der Ladeluftkanal stromaufwärts des Einlasskrümmers positioniert ist.
4. Motorsystem nach Beispiel 1, das ferner ein AGR-System umfasst, das einen Teil des Abgases von dem Abgaskanal zurück zu dem Einlasskrümmer führt, um den Teil des Abgases mit der verdichteten Ladeluft zu vermischen, wobei das AGR-System ferner einen AGR-Kanal, der sich zwischen dem Abgaskanal und dem Einlasskrümmer erstreckt, und einen AGR-Kühler, der dahingehend betreibbar ist, den Teil des Abgases, der durch den AGR-Kanal strömt, zur Zufuhr zu dem Einlasskrümmer zu kühlen, umfasst.
5. Motorsystem nach Anspruch 4, wobei die Luftpumpe eine Umkehrpumpe ist, die an dem AGR-Kanal positioniert ist, wobei die Umkehrpumpe dazu konfiguriert ist, in einem AGR-Modus betrieben zu werden, um den Teil des Abgases von dem Abgaskanal zu dem Einlasskrümmer zurückzuführen, und in einem Frischluftmodus betrieben zu werden, um den Teil der verdichteten Ladeluft in den Abgaskanal zuzuführen.
6. Motorsystem nach Beispiel 5, wobei der AGR-Kanal einen Kühlerkanal, der den AGR-Kühler daran aufweist, und einen Kühlerumgehungskanal parallel zu dem Kühlerkanal umfasst.
7. Motorsystem nach Beispiel 6, wobei das AGR-System ferner ein Richtungsventil umfasst, das zwischen einer ersten Stellung, die eine Strömungsverbindung der Umkehrpumpe mit dem Kühlerkanal herstellt, und einer zweiten Stellung, die eine Strömungsverbindung der Umkehrpumpe mit dem Kühlerumgehungskanal herstellt, beweglich ist, und wobei das Richtungsventil in die erste Stellung betätigt wird, wenn die Umkehrpumpe in dem AGR-Modus betrieben wird, und in die zweite Stellung betätigt wird, wenn die Umkehrpumpe in dem Frischluftmodus betrieben wird.
8. Motorsystem nach Beispiel 1, das ferner eine Steuerung umfasst, die mit der Luftpumpe wirkverbunden ist, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, die Luftpumpe selektiv dahingehend zu betreiben, den Teil der verdichteten Ladeluft, der in den Abgaskanal zugeführt wird, zu steuern, wobei die Steuerung die Luftpumpe selektiv als Funktion von mindestens einem von Motordrehzahl, Kraftstoffstrom, Einlasskrümmerdruck und -temperatur, Auslasskrümmerdruck und -temperatur oder Turboladerdrehzahl betreibt.
9. Motorsystem nach Beispiel 8, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, einen Lastzustand des Verbrennungsmotors zu überwachen und die Luftpumpe dahingehend zu betreiben, den Teil der verdichteten Ladeluft bei Beharrungszustandsbetrieb und Wechsel des Verbrennungsmotors von einem Niedriglastzustand zu einem Zustand mit höherer Last in den Abgaskanal zuzuführen.
10. Motorsystem nach Beispiel 1, das ferner einen Nachkühler stromabwärts des Verdichters umfasst, wobei die Luftpumpe den Teil der verdichteten Ladeluft empfängt, nachdem sie den Nachkühler durchströmt hat.
11. Motorsystem nach Beispiel 1, wobei der eine oder die mehreren Turbolader einen Hochdruck-Turbolader und einen Niederdruck-Turbolader umfassen, wobei die Turbine des Hochdruck-Turboladers das Abgas von dem Abgaskanal und den Teil der verdichteten Ladeluft von der Luftpumpe empfängt und der Verdichter des Hochdruck-Turboladers die verdichtete Ladeluft in den Ladeluftkanal ausgibt, und wobei die Turbine des Niederdruck-Turboladers Abgas von der Turbine des Hochdruck-Turboladers empfängt und der Verdichter des Niederdruck-Turboladers dem Verdichter des Hochdruck-Turboladers Einlassluft zuführt.
12. Verfahren zur Herstellung eines Motorsystems, das Bereitstellen eines Verbrennungsmotors, der dahingehend betreibbar ist, Verbrennung in einer oder mehreren Kolben-Zylinder-Anordnungen in einem Motorblock des Verbrennungsmotors zu bewirken, und Bereitstellen eines Auslasskrümmers und eines Abgaskanals, der Abgas aus der einen oder den mehreren Kolben-Zylinder-Anordnungen zu einer Turboladeranordnung des Motorsystems leitet, wobei die Turboladeranordnung einen oder mehrere Turbolader umfasst, die jeweils eine Turbine aufweisen, die einen Verdichter dahingehend antreibt, verdichtete Ladeluft auszugeben, umfasst. Das Verfahren umfasst des Weiteren Bereitstellen eines Ladeluftkanals zum Empfangen der verdichteten Ladeluft und Weiterleiten der verdichteten Ladeluft zu einem Einlasskrümmer des Verbrennungsmotors und Bereitstellen einer Luftpumpe, die dahingehend betreibbar ist, einen Teil der verdichteten Ladeluft in den Abgaskanal stromaufwärts der Turboladeranordnung zuzuführen, so dass sowohl das Abgas als auch der Teil der verdichteten Ladeluft durch die Turbine jedes des einen oder der mehreren Turbolader strömengelassen wird, um sie zum Betrieb anzutreiben.
13. Verfahren nach Beispiel 12, wobei der Teil der verdichteten Ladeluft, der von der Luftpumpe in den Abgaskanal zugeführt wird, den Verbrennungsmotor umgeht.
14. Verfahren nach Beispiel 12, das Positionieren der Luftpumpe entlang einem Luftpumpenkanal, der mit dem Ladeluftkanal an einer Position stromaufwärts des Einlasskrümmers verbunden ist, umfasst.
15. Verfahren nach Anspruch 12, das Positionieren der Luftpumpe an einem AGR-Kanal, der sich zwischen dem Abgaskanal und dem Einlasskrümmer erstreckt, umfasst und wobei die Luftpumpe als eine Umkehrpumpe zum selektiven Zuführen des Teils der verdichteten Ladeluft in den Abgaskanal stromaufwärts der Turbine bei Betrieb in einem Frischluftmodus und Rückführen eines Teils des Abgases von dem Abgaskanal zu dem Einlasskrümmer bei Betrieb in einem AGR-Modus betreibbar ist.

Das Vorstehende hat also ein Motorsystem bereitgestellt, das den Austausch von Frischluft zwischen der Einlassseite und der Auslassseite des Motors zur Verstärkung der Turboladerleistung in dem Motorsystem ermöglicht. Eine Luftpumpe ist in dem Motorsystem vorgesehen, die einen Strom von zuvor verdichteter Luft zur Ergänzung des von dem Motor ausgegebenen Abgases zum Zwecke des Antreibens der Turboladerturbine verwendet. Die Luftpumpe ist stromabwärts des Turboladerverdichters und in paralleler Anordnung zum Motor positioniert, wobei die Luftpumpe einen Teil der verdichteten Luft, die von dem Turboladerverdichter ausgegeben wird, empfängt und die verdichtete Luft in den Strom von aus dem Motor ausgegebenem Abgas treibt, wodurch das Abgas ergänzt wird, bevor es sich stromabwärts zu der Turboladerturbine fortbewegt.
Die Singularformen „ein/e/r“ und „der/die/das“, wie hier verwendet, sollen auch die Pluralformen umfassen, es sei denn, der Kontext gibt deutlich etwas anderes an. Ferner versteht sich, dass jegliche Verwendung der Begriffe „umfasst“ und/oder „umfassend“ in dieser Schrift das Vorliegen angegebener Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Komponenten angibt, jedoch das Vorliegen oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließt.
Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung ist zur Veranschaulichung und Beschreibung dargelegt worden, soll für die Offenbarung in der offenbarten Form aber nicht erschöpfend oder einschränkend sein. Für den Durchschnittsfachmann sind viele Modifikationen und Variationen ohne Abweichung von dem Schutzbereich und Wesen der Offenbarung ersichtlich. Hier explizit angeführte Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Grundzüge der Offenbarung und ihre praktische Anwendung am besten zu erläutern und um anderen Durchschnittsfachmännern zu ermöglichen, die Offenbarung zu verstehen und viele Alternativen, Modifikationen und Variationen des bzw. der beschriebenen Beispiele zu erkennen. Demgemäß liegen verschiedene andere Ausführungsformen und Implementierungen als die explizit beschriebenen innerhalb des Schutzbereichs der folgenden Ansprüche.

Claims

Motorsystem (18), das Folgendes umfasst: einen Verbrennungsmotor (20), der einen Motorblock (22) mit einer oder mehreren Kolben-Zylinder-Anordnungen (24), die mit einem Einlasskrümmer (26) und einem Auslasskrümmer (28) in Verbindung stehen, umfasst; einen Ladeluftkanal (50) zu dem Einlasskrümmer (26); einen Abgaskanal (60), der Abgas aus dem Auslasskrümmer (28) empfängt; eine Turboladeranordnung (29), die einen oder mehrere Turbolader (30, 32) umfasst, wobei jeder Folgendes umfasst: einen Verdichter (36, 40) zum Verdichten von Ladeluft und Ausgeben der verdichteten Ladeluft zu dem Ladeluftkanal (50); und eine Turbine (34, 38), die Abgas aus dem Abgaskanal (60) empfängt und den Verdichter (36, 40) als Reaktion auf durch die Turbine (34, 38) hindurchströmendes Abgas antreibt; und eine Luftpumpe (80, 94) stromabwärts des Verdichters (36, 40), die einen Teil der verdichteten Ladeluft in den Abgaskanal (60) stromaufwärts der Turbine (34, 38) zuführt, so dass die Turbine (34, 38) sowohl das Abgas als auch den Teil der verdichteten Ladeluft empfängt.
Motorsystem (18) nach Anspruch 1, wobei der Teil der verdichteten Ladeluft, der von der Luftpumpe (80, 94) in den Abgaskanal (60) zugeführt wird, den Verbrennungsmotor (20) umgeht.
Motorsystem (18) nach Anspruch 2, wobei die Luftpumpe (80) an einem Luftpumpenkanal (81), der sich zwischen dem Ladeluftkanal (50) und dem Abgaskanal (60) erstreckt und der den Verbrennungsmotor (20) umgeht, positioniert ist, wobei der Ladeluftkanal (50) stromaufwärts des Einlasskrümmers (26) positioniert ist.
Motorsystem (18) nach Anspruch 1, das ferner ein Abgasrückführungs(AGR)-System (70) umfasst, das einen Teil des Abgases von dem Abgaskanal (60) zurück zu dem Einlasskrümmer (26) führt, um den Teil des Abgases mit der verdichteten Ladeluft zu vermischen, wobei das AGR-System (70) Folgendes umfasst: einen AGR-Kanal (72), der sich zwischen dem Abgaskanal (60) und dem Einlasskrümmer (26) erstreckt; und einen AGR-Kühler (74), der dahingehend betreibbar ist, den Teil des Abgases, der durch den AGR-Kanal (72) strömt, zur Zufuhr zu dem Einlasskrümmer (26) zu kühlen.
Motorsystem (18) nach Anspruch 4, wobei die Luftpumpe (80, 94) eine Umkehrpumpe (94) umfasst, die an dem AGR-Kanal (72) positioniert ist, wobei die Umkehrpumpe (94) zu Folgendem konfiguriert ist: Betrieb in einem AGR-Modus, um den Teil des Abgases von dem Abgaskanal (60) zu dem Einlasskrümmer (26) zurückzuführen; und Betrieb in einem Frischluftmodus, um den Teil der verdichteten Ladeluft in den Abgaskanal (60) zuzuführen.
Motorsystem (18) nach Anspruch 5, wobei der AGR-Kanal (72) einen Kühlerkanal (100), der den AGR-Kühler (74) daran aufweist, und einen Kühlerumgehungskanal (102) parallel zu dem Kühlerkanal (100) umfasst.
Motorsystem (18) nach Anspruch 6, wobei das AGR-System (70) ferner ein Richtungsventil (98) umfasst, das zwischen einer ersten Stellung, die eine Strömungsverbindung der Umkehrpumpe (94) mit dem Kühlerkanal (100) herstellt, und einer zweiten Stellung, die eine Strömungsverbindung der Umkehrpumpe (94) mit dem Kühlerumgehungskanal (102) herstellt, beweglich ist, und wobei das Richtungsventil (98) in die erste Stellung betätigt wird, wenn die Umkehrpumpe (94) in dem AGR-Modus betrieben wird, und in die zweite Stellung betätigt wird, wenn die Umkehrpumpe (94) in dem Frischluftmodus betrieben wird.
Motorsystem (18) nach Beispiel 1, das ferner eine Steuerung (86) umfasst, die mit der Luftpumpe (80, 94) wirkverbunden ist, wobei die Steuerung (86) dazu konfiguriert ist, die Luftpumpe (80, 94) selektiv dahingehend zu betreiben, den Teil der verdichteten Ladeluft, der in den Abgaskanal (60) zugeführt wird, zu steuern, wobei die Steuerung (86) die Luftpumpe (80, 94) selektiv als Funktion von mindestens einem von Motordrehzahl, Kraftstoffstrom, Druck und Temperatur des Einlasskrümmers (26), Druck und Temperatur des Auslasskrümmers (28) oder Turboladerdrehzahl betreibt.
Motorsystem (18) nach Anspruch 8, wobei die Steuerung (86) dazu konfiguriert ist, einen Lastzustand des Verbrennungsmotors (20) zu überwachen; und die Luftpumpe (80, 94) dahingehend zu betreiben, den Teil der verdichteten Ladeluft bei Beharrungszustandsbetrieb und Wechsel des Verbrennungsmotors (20) von einem Niedriglastzustand zu einem Zustand mit höherer Last in den Abgaskanal (60) zuzuführen.
Motorsystem (18) nach Anspruch 1, das ferner einen Nachkühler (68) stromabwärts des Verdichters (36, 40) umfasst, wobei die Luftpumpe (80, 94) den Teil der verdichteten Ladeluft empfängt, nachdem sie den Nachkühler (68) durchströmt hat.
Motorsystem (18) nach Anspruch 1, wobei der eine oder die mehreren Turbolader (30, 32) einen Hochdruck-Turbolader (32) und eine Niederdruck-Turbolader (30) umfassen; wobei die Turbine (34) des Hochdruck-Turboladers (32) das Abgas von dem Abgaskanal (60) und den Teil der verdichteten Ladeluft von der Luftpumpe (80, 94) empfängt und der Verdichter (36) des Hochdruck-Turboladers (32) die verdichtete Ladeluft in den Ladeluftkanal (50) ausgibt; und wobei die Turbine (38) des Niederdruck-Turboladers (30) Abgas von der Turbine (34) des Hochdruck-Turboladers (32) empfängt und der Verdichter (40) des Niederdruck-Turboladers (30) dem Verdichter (36) des Hochdruck-Turboladers (32) Einlassluft zuführt.
Verfahren zur Herstellung eines Motorsystems (18), wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Verbrennungsmotors (20), der dahingehend betreibbar ist, Verbrennung in einer oder mehreren Kolben-Zylinder-Anordnungen (24) in einem Motorblock (22) des Verbrennungsmotors (20) zu bewirken; Bereitstellen eines Auslasskrümmers (28) und eines Abgaskanals (60), der Abgas aus der einen oder den mehreren Kolben-Zylinder-Anordnungen (24) zu einer Turboladeranordnung (29) des Motorsystems (18) leitet, wobei die Turboladeranordnung (29) einen oder mehrere Turbolader (30, 32) umfasst, die jeweils eine Turbine (34, 38) aufweisen, die einen Verdichter (36, 40) dahingehend antreibt, verdichtete Ladeluft auszugeben; Bereitstellen eines Ladeluftkanals (50) zum Empfangen der verdichteten Ladeluft und Weiterleiten der verdichteten Ladeluft zu einem Einlasskrümmer (26) des Verbrennungsmotors (20); und Bereitstellen einer Luftpumpe (80, 94), die dahingehend betreibbar ist, einen Teil der verdichteten Ladeluft in den Abgaskanal (60) stromaufwärts der Turboladeranordnung (29) zuzuführen, so dass sowohl das Abgas als auch der Teil der verdichteten Ladeluft durch die Turbine (34, 38) jedes des einen oder der mehreren Turbolader (30, 32) strömengelassen wird, um sie zum Betrieb anzutreiben.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Teil der verdichteten Ladeluft, der von der Luftpumpe (80, 94) in den Abgaskanal (60) zugeführt wird, den Verbrennungsmotor (20) umgeht.
Verfahren nach Anspruch 12, das Positionieren der Luftpumpe (80) entlang einem Luftpumpenkanal (81), der mit dem Ladeluftkanal (50) an einer Position stromaufwärts des Einlasskrümmers (26) verbunden ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, das Positionieren der Luftpumpe (94) an einem AGR-Kanal (72), der sich zwischen dem Abgaskanal (60) und dem Einlasskrümmer (26) erstreckt, umfasst und wobei die Luftpumpe (94) als eine Umkehrpumpe selektiv zu Folgendem betreibbar ist: Zuführen des Teils der verdichteten Ladeluft in den Abgaskanal (60) stromaufwärts der Turbine (34, 38) bei Betrieb in einem Frischluftmodus; und Rückführen eines Teils des Abgases von dem Abgaskanal (60) zu dem Einlasskrümmer (26) bei Betrieb in einem Abgasrückführungs(AGR)-Modus.