DE112013003652T5

DE112013003652T5 - Systeme und Verfahren zum Leiten von Abgas

Info

Publication number: DE112013003652T5
Application number: DE201311003652
Authority: DE
Inventors: Eric David Peters; Chirag Bipinchandra Parikh
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: Transportation IP Holdings LLC
Priority date: 2012-07-25
Filing date: 2013-06-25
Publication date: 2015-04-23
Also published as: CN104508287B; CN104508287A; US20140026565A1; US9464582B2; WO2014018207A1

Abstract

Es sind verschiedene Systeme und Verfahren zum Leiten von Abgas von einem Motor vorgesehen. In einem Beispiel beinhaltet ein System eine Hochdruckturbine und eine Niederdruckturbine. Das System beinhaltet des Weiteren einen ersten Kanal zum Leiten von Abgas aus einer ersten Zylinderuntergruppe unter Umgehen der Hochdruckturbine zur Zuströmseite der Niederdruckturbine in einem Abgaskanal des Motors und einen zweiten Kanal zum Leiten von Abgas aus einer zweiten, anderen Zylinderuntergruppe zur Zuströmseite der Hochdruckturbine.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands betreffen das Leiten von Abgas von einem Motor in einem Motorsystem.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Motoren können die Rückführung von Abgas von einer Motorabgasanlage zu einem Motoransaugsystem, einen als Abgasrückführung (AGR) bezeichneten Prozess, zum Reduzieren regulierter Emissionen nutzen. In einigen Beispielen kann eine Gruppe von einem oder mehreren Zylindern einen Abgaskrümmer haben, der mit einem Ansaugkanal des Motors selektiv verbunden wird, so dass die Zylindergruppe zumindest unter einigen Bedingungen der Erzeugung von Abgas für die AGR gewidmet ist. Derartige Zylinder können als „Geberzylinder” bezeichnet werden. Des Weiteren können einige AGR-Systeme mehrere Ventile beinhalten, um Abgas auf Basis einer erwünschten AGR-Menge von den Geberzylindern zu einem Ansaugkanal und/oder einem Abgaskanal zu leiten.
In einem Beispiel kann Abgas aus den Geberzylindern zum Abgaskanal zuströmseitig einer Hochdruckturbine eines Hochdruckturboladers geleitet werden (z. B. kann die Hochdruckturbine abströmseitig von einer Turbine eines zweiten Turboladers, der mit relativ niedrigem Druck betrieben wird, in Reihe sein). Unter einigen Bedingungen kann es erwünscht sein, dass das Abgas die Hochdruckturbine umgeht und von daher beinhaltet die Abgasanlage des Weiteren einen Hochdruckturbinen-Bypass mit einem Ladedruckregelventil. Bei einem derartigen Beispiel wird aber relativ viel Platz benötigt, um die verschiedenen Abgaskanäle, Bypässe, Ventile usw. unterzubringen, und der Bauraum kann begrenzt sein.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
In einer Ausführungsform weist daher ein System eine Hochdruckturbine und eine Niederdruckturbine auf. Das System weist ferner einen ersten Kanal zum Leiten von Abgas aus einer ersten Zylinderuntergruppe unter Umgehen der Hochdruckturbine zur Zuströmseite der Niederdruckturbine in einem Abgaskanal eines Motors und einen zweiten Kanal zum Leiten von Abgas aus einer zweiten, anderen Zylinderuntergruppe zur Zuströmseite der Hochdruckturbine auf.
In einer derartigen Konfiguration wird Abgas aus der ersten Zylinderuntergruppe direkt von der ersten Zylinderuntergruppe zu einem Ort im Abgaskanal abströmseitig der Hochdruckturbine geleitet. Von daher vermischt sich Abgas aus der ersten Zylinderuntergruppe nicht mit Abgas aus der zweiten Zylinderuntergruppe zuströmseitig des Hochdruckturboladers. Indem das Abgas aus der ersten Zylinderuntergruppe direkt zur Abströmseite der Hochdruckturbine geleitet wird, kann ein Turbolader-Bypass und -Bypassventil weggelassen werden, wodurch die Größe des Systems und der für das System erforderliche Grad an Bauraum verkleinert werden. Weil das Abgas aus der ersten Zylinderuntergruppe um die Hochdruckturbine herumgeführt wird, kann des Weiteren ein Pulsieren des Drucks am zweiten Kanal und an der Hochdruckturbine reduziert werden.
Es ist zu beachten, dass die Kurzdarstellung oben vorgesehen ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung eingehender beschrieben werden. Sie soll keine entscheidenden oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands identifizieren, dessen Umfang von den Ansprüchen im Anschluss an die ausführliche Beschreibung eindeutig definiert wird. Des Weiteren ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Ausgestaltungen beschränkt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung genannten Nachteile lösen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird durch Lesen der folgenden Beschreibung nichtbeschränkender Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen besser verständlich, wobei unten:
1 eine schematische Darstellung eines Motors mit einem Abgasrückführungssystem zeigt;
2 ein Flussdiagramm zeigt, das ein Verfahren zum Einstellen von einem ersten und einem zweiten Ventil in einer Abgasanlage veranschaulicht;
3 bis 8 etwa maßstabgerechte perspektivische Ansichten eines Motorsystems zeigen, bei dem Abgas aus einer ersten Zylinderuntergruppe zur Zuströmseite oder Abströmseite einer Hochdruckturbine geleitet wird;
9 bis 12 etwa maßstabgerechte perspektivische Ansichten eines Motorsystems zeigen, bei dem Abgas aus einer ersten Zylinderuntergruppe zur Abströmseite einer Hochdruckturbine geleitet wird;
13 bis 14 etwa maßstabgerechte perspektivische Ansichten eines Motorsystems zeigen, bei dem Abgas aus einer ersten Zylinderuntergruppe zur Abströmseite einer Hochdruckturbine geleitet wird;
15 eine etwa maßstabgerechte perspektivische Ansicht eines Motorsystems zeigt, bei dem Abgas aus einer ersten Zylinderuntergruppe zur Abströmseite einer Hochdruckturbine geleitet wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung betrifft Ausführungsformen von Verfahren und Systemen zum Leiten von Abgas aus einem Motor. In einem Beispiel weist ein System eine Hochdruckturbine, eine Niederdruckturbine und einen ersten Kanal zum Leiten von Abgas aus einer ersten Zylinderuntergruppe unter Umgehen der Hochdruckturbine zur Zuströmseite der Niederdruckturbine in einem Abgaskanal des Motors auf. Das System weist ferner einen zweiten Kanal zum Leiten von Abgas aus einer zweiten, anderen Zylinderuntergruppe zur Zuströmseite der Hochdruckturbine auf. Indem Abgas von der ersten Zylinderuntergruppe zu einem Ort abströmseitig der Hochdruckturbine geleitet wird, vermischt sich das Abgas aus der ersten Zylinderuntergruppe nicht mit Abgas aus der zweiten Zylinderuntergruppe zuströmseitig des Hochdruckturboladers. So kann Pulsieren des Drucks an der Hochdruckturbine und dem zweiten Kanal reduziert werden, wodurch die Abnutzung des zweiten Kanals und der Hochdruckturbine verringert wird. Weil das Abgas von der ersten Zylinderuntergruppe direkt zu einem Ort abströmseitig der Hochdruckturbine geleitet wird, können des Weiteren ein Hochdruckturbinen-Bypass und ein -Bypassventil aus dem System entfernt werden. So kann die Größe des Systems verkleinert werden, was dazu führt, dass zur Unterbringung des Systems weniger Bauraum benötigt wird.
In einer Ausführungsform können der erste und der zweite Kanal Teil einer Abgasanlage sein, die mit einem Motor in einem Fahrzeug verbunden ist. In einigen Ausführungsformen kann zur Veranschaulichung von einem der Fahrzeugtypen, die Motoren haben, an denen die Abgasanlage angebracht sein kann, ein Lokomotivensystem verwendet werden. Zu anderen Fahrzeugtypen können andere Straßenfahrzeuge und Nichtstraßenfahrzeuge als Lokomotiven oder andere Schienenfahrzeuge wie z. B. Bergbaumaschinen und Wasserfahrzeuge zählen. Andere Ausführungsformen der Erfindung können auch für Abgasanlagen verwendet werden, die mit stationären Motoren verbunden sind. Der Motor kann ein Dieselmotor sein oder er kann einen anderen Kraftstoff oder eine andere Kraftstoffkombination verbrennen. Zu derartigen alternativen Kraftstoffen oder Kraftstoffkombinationen können Benzin, Kerosin, Biodiesel, Erdgas und/oder Ethanol zählen. Geeignete Motoren können Kompressionszündung und/oder Funkenzündung verwenden.
1 zeigt ein Blockdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Motorsystems 100 mit einem Motor 104 wie einer Verbrennungskraftmaschine.
Der Motor 104 erhält Ansaugluft zur Verbrennung aus einem Ansaugtrakt wie einem Ansaugkrümmer 115. Der Ansaugtrakt kann eine geeignete Leitung oder Leitungen sein, durch die Gase zum Eintritt in den Motor strömen. Zum Beispiel kann der Ansaugtrakt den Ansaugkrümmer 115, einen Ansaugkanal 114 und dergleichen beinhalten. Der Ansaugkanal 114 erhält Umgebungsluft von einem Luftfilter (nicht gezeigt), der Luft von außerhalb eines Fahrzeugs filtert, in dem sich der Motor 104 befinden kann. Von der Verbrennung im Motor 104 herrührendes Abgas wird einem Abgastrakt wie einem Abgaskanal 116 zugeführt. Der Abgastrakt kann eine beliebige geeignete Leitung sein, durch die Gase aus dem Motor strömen. Zum Beispiel kann der Abgastrakt einen Abgaskrümmer 117, den Abgaskanal 116, einen ersten Kanal 192, einen zweiten Kanal 194, einen dritten Kanal 196 und dergleichen beinhalten. Abgas strömt durch den Abgaskanal 116.
In der in 1 abgebildeten Ausführungsform ist der Motor 104 ein V-12-Motor mit zwölf Zylindern. In anderen Beispielen kann der Motor ein V-6-, V-8-, V-10-, V-16-, 4-Zylinder-Reihen-, 6-Zylinder-Reihen-, 8-Zylinder-Reihen-, 4-Zylinder-Boxermotor oder ein anderer Motorentyp sein. Wie abgebildet, beinhaltet der Motor 104 eine erste Untergruppe von Geberzylindern 107, die sechs Zylinder beinhaltet, die Abgas ausschließlich einem Geberzylinderabgaskrümmer 119 zuführen, und eine zweite, andere Untergruppe von Nicht-Geberzylindern 105, die sechs Zylinder beinhaltet, die Abgas ausschließlich einem Nicht-Geberzylinderabgaskrümmer 117 zuführen. In anderen Ausführungsformen kann der Motor wenigstens einen Geberzylinder und wenigstens einen Nicht-Geberzylinder beinhalten. Zum Beispiel kann der Motor vier Geberzylinder und acht Nicht-Geberzylinder oder drei Geberzylinder und neun Nicht-Geberzylinder haben. Es versteht sich, dass der Motor eine beliebige gewünschte Anzahl von Geberzylindern und Nicht-Geberzylindern haben kann, wobei die Zahl der Geberzylinder gewöhnlich kleiner als die Zahl der Nicht-Geberzylinder ist.
Wie in 1 abgebildet, kann die erste Zylinderuntergruppe (z. B. die Geberzylinder 107) dem Ansaugkanal 114 und dem Abgaskanal 116 abströmseitig einer Hochdruckturbine 125 eines Hochdruckturboladers 124 jeweils Abgas zuführen. In der in 1 abgebildeten Ausführungsform wird sämtliches Abgas aus den Geberzylindern 107 dem Ansaugkanal 114, dem Abgaskanal 116 abströmseitig der Hochdruckturbine 125 oder einer Kombination aus dem Ansaugkanal 114 und dem Abgaskanal 116 abströmseitig der Hochdruckturbine 125 zugeführt. Ein erster Kanal 192 ist vorgesehen, um Abgas aus den Geberzylindern 107 zu einem Ort abströmseitig der Hochdruckturbine 125 und zuströmseitig einer Niederdruckturbine 121 eines Niederdruckturboladers 120 zu leiten, so dass das Abgas aus den Geberzylindern 107 die Hochdruckturbine 125 umgeht. Der erste Kanal 192 leitet Abgas nicht von den Geberzylindern 107 zu einem Ort zuströmseitig der Hochdruckturbine 125 und leitet Abgas nicht von den Geberzylindern 107 zu einem Ort abströmseitig der Niederdruckturbine 121. So vermischt sich Abgas aus den Geberzylindern 107 mit aus der Hochdruckturbine 125 austretendem Abgas. Wenn sich das Abgas aus den Geberzylindern 107 mit Abgas aus den Nicht-Geberzylindern 105 abströmseitig der Hochdruckturbine 125 anstatt zuströmseitig der Hochdruckturbine 125 vermischt, kann Pulsieren des Drucks am Turbolader 124 und am Abgaskanal 116 reduziert werden. Zum Beispiel kann die Frequenz von Druckimpulsen um die Hälfte verringert werden, da anstatt von zwölf Zylindern nur sechs Zylinder der Zuströmseite der Hochdruckturbine 125 Abgas zuführen.
Ein zweiter Kanal 194 ist zum Leiten von sämtlichen Abgas aus der zweiten, anderen Zylinderuntergruppe (z. B. den Nicht-Geberzylindern 105) zur Zuströmseite der Hochdruckturbine 125 vorgesehen. Auf diese Weise strömt sämtliches Abgas aus den Nicht-Geberzylindern durch die Hochdruckturbine 125 und die Niederdruckturbine 121.
Zum Leiten von Abgas aus den Geberzylindern 107 zum Ansaugkanal 114 ist ein dritter Kanal 196 vorgesehen. In dem in 1 gezeigten Beispiel wird das Abgas zu einem Abgasrückführungs-(AGR)-mischer 172 geleitet, der sich abströmseitig eines AGR-Kühlers 166 befindet. Daher wird Abgas aus den Geberzylindern 107 abströmseitig eines Hochdruckverdichters 126 des Hochdruckturboladers 124 und eines Niederdruckverdichters 122 des Niederdruckturboladers 120 geleitet. Das Abgas aus den Geberzylindern 107 wird nicht zu einem Ort zuströmseitig des Hochdruckverdichters 126 geleitet und wird nicht zu einem Ort zuströmseitig des Niederdruckverdichters 122 geleitet. So sorgen die Geberzylinder 107 für Hochdruck-AGR und das Motorsystem 100 beinhaltet ein Hochdruck-AGR-System 160. Der dritte Kanal 196 kann daher z. B. ein AGR-Kanal sein, der den Motor 104 mit AGR versieht. In der in 1 gezeigten beispielhaften Ausführungsform wird durch den dritten Kanal 196 strömendes Abgas durch einen Wärmetauscher wie einen AGR-Kühler 166 geführt, um eine Temperatur des Abgases zu senken (z. B. kühlen), bevor das Abgas zum Ansaugkanal 114 zurückkehrt. Der AGR-Kühler 166 kann beispielsweise ein Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher sein.
Des Weiteren können in einem derartigen Beispiel ein oder mehrere im Ansaugkanal 114 (z. B. zuströmseitig der Eintrittsstelle des zurückgeführten Abgases) angeordnete(r) Ladeluftkühler (z. B. Zwischenkühler 132 und Nachkühler 134) zur weiteren Erhöhung der Kühlung der Ladeluft eingestellt werden, so dass die Temperatur eines Gemisches aus Ladeluft und Abgas auf einer gewünschten Temperatur gehalten wird. Durch Einführen von gekühltem Abgas in den Motor 104 wird die Menge des für die Verbrennung verfügbaren Sauerstoffs verringert, wodurch die Verbrennungsflammentemperatur gesenkt und die Bildung von Stickoxiden (z. B. NO_x) reduziert wird.
Wie in 1 gezeigt, beinhaltet das Motorsystem 100 ferner den AGR-Mischer 172, der das zurückgeführte Abgas mit Ladeluft vermischt, so dass das Abgas im Ladeluft- und Abgasgemisch gleichmäßig verteilt werden kann.
In der in 1 abgebildeten beispielhaften Ausführungsform ist das AGR-System 160 ein Hochdruck-AGR-System, das Abgas aus den Geberzylindern 107 zu einem Ort abströmseitig der Verdichter 122 und 126 im Ansaugkanal 114 leitet. In anderen Ausführungsformen kann das Motorsystem 100 zusätzlich oder alternativ dazu ein Niederdruck-AGR-System beinhalten, in dem Abgas von abströmseitig der Niederdruckturbine 121 zur Zuströmseite des Niederdruckverdichters geleitet wird (z. B. hat das Abgas beim Eintritt in den Ansaugkanal 114 in der Niederdruckabgasabgasanlage einen niedrigeren Druck als in der Hochdruckabgasanlage, da das Abgas durch die Hochdruck- und Niederdruckturbine 125, 121 hindurchgeführt worden ist).
In der in 1 abgebildeten beispielhaften Ausführungsform beinhaltet das Motorsystem 100 ferner ein erstes Steuerelement 164, das in dem ersten Kanal 192 angeordnet ist, und ein zweites Steuerelement, das in dem dritten Kanal 196 angeordnet ist, zum Regeln des Abgasstroms durch den ersten Kanal 192 und den zweiten Kanal 194. Das erste Steuerelement 164 und das zweite Steuerelement 170 können z. B. ein Ein/Aus-Ventil sein, das von einem Steuersystem 180 gesteuert wird (zum An- bzw. Abstellen des AGR-Stroms), oder sie können eine variable AGR-Menge regeln. In der in 1 abgebildeten beispielhaften Ausführungsform können das erste Steuerelement 164 und das zweite Steuerelement 170 z. B. mit Motoröl oder hydraulisch betätigte Ventile mit einem Wechselventil (nicht gezeigt) zum Modulieren des Motoröls sein. In einigen Beispielen können die Steuerelemente so betätigt werden, das das erste oder das zweite Steuerelement 164 bzw. 170 normalerweise offen und das andere normalerweise geschlossen ist. In anderen Beispielen können das erste und das zweite Steuerelement 164 und 170 pneumatische Ventile, elektrische Ventile oder ein anderes geeignetes Ventil sein.
In einer solchen Konfiguration ist das erste Steuerelement 164 zum Leiten von Abgas aus den Geberzylindern 107 zum Abgaskanal 116 des Motors 104 abströmseitig der Hochdruckturbine 125 funktionell und das zweite Steuerelement 170 ist zum Leiten von Abgas aus den Geberzylindern 107 zum Ansaugkanal 114 des Motors 104 funktionell. In einigen Beispielen kann das erste Steuerelement 164 so betätigt werden, dass eine AGR-Menge verringert wird (z. B. eine größere Abgasmenge vom Geberzylinder-Abgaskrümmer 117 zum Abgaskanal 116 abströmseitig der Hochdruckturbine 125 und zuströmseitig der Niederdruckturbine 121 strömt). In anderen Beispielen kann das erste Steuerelement 164 so betätigt werden, dass die AGR-Menge vergrößert wird (z. B. eine größere Abgasmenge vom Geberzylinder-Abgaskrümmer 119 zum Ansaugkanal 114 strömt).
In einigen Ausführungsformen können das erste und das zweite Steuerelement 164 und 170 auf der Basis von Informationen über einen ersten Druck und Informationen über einen zweiten Druck gesteuert werden, die von einem ersten und einem zweiten Drucksensor 161, 162 beschafft werden, die abströmseitig des Nachkühlers 123 im Ansaugkanal 114 bzw. zuströmseitig des AGR-Mischers im dritten Kanal 196 angeordnet sind. Das erste Steuerelement 164 und das zweite Steuerelement 170 sind zum selektiven Leiten von Teilen des Abgases zum Ansaugkanal 114 und/oder dem Abgaskanal 116 auf Basis des ersten und des zweiten Drucks funktionell. Zum Beispiel kann, wenn der erste Druck größer als der zweite Druck ist, das erste Steuerelement 164 geöffnet werden, um Abgas durch den ersten Kanal 192 zu leiten, und das zweite Steuerelement 170 kann geschlossen werden, um einen Abgasstrom durch den dritten Kanal 196 zu verringern. Auf diese Weise kann Ladeluft am Eintreten in den dritten Kanal 196 gehindert werden, wenn z. B. der erste Druck im Ansaugkanal 114 größer als der zweite Druck im dritten Kanal 196 ist.
Wie in 1 abgebildet, beinhaltet das Motorsystem 100 ferner einen zweistufigen Turbolader, wobei der Niederdruckturbolader 12 und der Hochdruckturbolader 124 in Reihe angeordnet sind, wobei die Turbolader 120 und 124 jeweils zwischen dem Ansaugkanal 114 und dem Abgaskanal 116 angeordnet sind. Der zweistufige Turbolader erhöht die Luftaufladung von in den Ansaugkanal 114 eingesaugter Umgebungsluft, um während der Verbrennung eine größere Ladeluftdichte bereitzustellen, um die Leistungsabgabe und/oder die Effizenz des Motorbetriebs zu erhöhen. Der erste Turbolader 120 wird mit einem relativ niedrigeren Druck betrieben und beinhaltet eine erste Turbine 121, die einen ersten Verdichter 122 antreibt. Der Niederdruckturbolader 120 wird mit einem relativ niedrigerem Druck betrieben und beinhaltet eine Niederdruckturbine 121, die den Niederdruckverdichter 122 antreibt. Die Niederdruckturbine 121 und der Niederdruckverdichter 122 sind über eine Niederdruckturboladerwelle 123 mechanisch verbunden. Der Hochdruckturbolader 124 wird mit einem relativ höheren Druck als der Niederdruckturbolader 120 betrieben und beinhaltet die Hochdruckturbine 125, die den Hochdruckverdichter 126 antreibt. Die Hochdruckturbine 125 und der Hochdruckverdichter 122 sind über eine Hochdruckturboladerwelle 127 mechanisch verbunden. Wie abgebildet, ist die Niederdruckturbine 121 abströmseitig der Hochdruckturbine 125 im Abgaskanal 116 in Strömungsverbindung und der Niederdruckverdichter 122 ist zuströmseitig des Hochdruckverdichters 126 im Ansaugkanal 114 in Strömungsverbindung.
Das Motorsystem 100 beinhaltet ferner ein Nachbehandlungssystem 130, das im Abgaskanal eingebaut ist, um geregelte Emissionen zu reduzieren. Wie in 1 abgebildet, ist das Nachbehandlungssystem 130 abströmseitig der Niederdruckturbine 121 angeordnet. In anderen Ausführungsformen kann ein Abgasbehandlungssystem zusätzlich oder alternativ dazu zuströmseitig der Niederdruckturbine 121 angeordnet sein. Das Nachbehandlungssystem 130 kann eine oder mehrere Komponente(n) beinhalten. Zum Beispiel kann das Nachbehandlungssystem einen oder mehrere der Folgenden beinhalten: einen Dieselpartikelfilter (DPF), einen Dieseloxidationskatalysator (DOC), einen Katalysator für selektive katalytische Reduktion (SCR-Katalysator), einen Dreiwegekatalysator, eine NO_x-Falle und/oder verschiedene andere Einrichtungen zur Emissionsbegrenzung oder Kombinationen von diesen.
Das Fahrzeugsystem 100 beinhaltet ferner die Steuereinheit 180, die zur Steuerung verschiedener, mit dem Fahrzeugsystem 100 in Beziehung stehender Komponenten vorgesehen und konfiguriert ist. In einem Beispiel beinhaltet die Steuereinheit 180 ein Computersteuersystem. Das Steuersystem 180 beinhaltet ferner nichtflüchtige, computerlesbare Speichermedien (nicht gezeigt), einschließlich Code zum Ermöglichen von Bord-Überwachung und -Steuerung des Motorbetriebs. Das Steuersystem 180 ist für Steuerung und Management des Fahrzeugssystems 100 verantwortlich und kann zum Empfangen von Signalen von einer Vielzahl von Motorsensoren, wie hierin eingehender behandelt wird, konfiguriert sein, um Betriebsparameter und Betriebsbedingungen zu ermitteln, und verschiedene Motorstellantriebe dementsprechend einstellen, um den Betrieb des Motorsystems 100 zu steuern. Zum Beispiel kann das Steuersystem 180 Signale von verschiedenen Motorsensoren empfangen, einschließlich unter anderem für Motordrehzahl, Motorlast, Ladedruck, Umgebungsdruck, Abgastemperatur, Abgasdruck usw. Dementsprechend kann das Steuersystem 180 das Motorsystem 100 steuern, indem es Befehle an verschiedene Komponenten wie Fahrmotoren, Lichtmaschine, Zylinderventile, Drosselklappe, Wärmetauscher, Ladedruckventile oder andere Ventile oder Durchflussregelelemente usw. sendet.
Als weiteres Beispiel kann das Steuersystem Signale von verschiedenen Drucksensoren empfangen, die an verschiedenen Stellen im gesamten Motorsystem angeordnet sind. Zum Beispiel kann das Steuersystem Signale von dem ersten Drucksensor 161, der zuströmseitig des AGR-Mischers 172 im Ansaugkanal 114 angeordnet ist, und dem zweiten Drucksensor 162, der zuströmseitig des AGR-Mischers 172 im dritten Kanal 196 angeordnet ist, empfangen. Auf Basis der empfangenen Signale, die den ersten und den zweiten Druck anzeigen, kann z. B. das erste Steuerelement 164 und/oder das zweite Steuerelement 170 so eingestellt werden, dass ein erwünschter Abgasstrom in den Ansaugkanal 114 erreicht wird. In anderen Beispielen können das erste Steuerelement 164 und das zweite Steuerelement 170 eingestellt werden, um eine durch den AGR-Kühler strömende Abgasmenge einzustellen, so dass Emissionsziele erfüllt werden, oder um eine erwünschte Abgasmenge zum Abgaskanal 116 abströmseitig der Hochdruckturbine 125 zu leiten.
Eine Ausführungsform bezieht sich auf ein Verfahren. Das Verfahren umfasst selektives Leiten von Abgas aus einer ersten Untergruppe von Motorzylindern jeweils zu einem Ansaugkanal und einem Abgaskanal abströmseitig einer Hochdruckturbine und zuströmseitig einer Niederdruckturbine. Das Verfahren weist ferner das Variieren einer zu dem Abgaskanal geleiteten Abgasmenge und das Variieren einer zu dem Ansaugkanal geleiteten Abgasmenge auf. Ein Beispiel für eine weitere Ausführungsform eines Verfahrens ist im Flussdiagramm von 2 veranschaulicht. 2 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 200 für ein Motorsystem mit Geberzylindern veranschaulicht, die Abgas jeweils zu einem Ansaugkanal und einem Abgaskanal abströmseitig einer Hochdruckturbine leiten, wie das oben mit Bezug auf 1 beschriebene Motorsystem 100. Speziell ermittelt das in 2 gezeigte Verfahren eine erwünschte Abgasrückführungsmenge und stellt erste und zweite Steuerelemente auf der Basis von der erwünschten AGR-Menge und von an Ladeluft, die aus einem Nachkühler (z. B. dem in 1 gezeigten Nachkühler 134) in einem Ansaugkanal und in einem AGR-Kanal (z. B. dem in 1 gezeigten dritten Kanal 196) austritt, gemessenen Drücken ein.
In Schritt 202 wird Abgas aus Geberzylindern eines Motors zu einem Geberzylinderkrümmer geleitet. In Schritt 204 werden Betriebsbedingungen ermittelt. Zu nicht beschränkenden Beispielen für die Betriebsbedingungen können Abgastemperatur, Umgebungstemperatur, Umgebungsdruck, Motorlast oder dergleichen zählen.
In Schritt 206 wird die erwünschte AGR-Menge ermittelt. Die erwünschte AGR-Menge kann z. B. auf den Betriebsbedingungen basieren. Zum Beispiel kann die erwünschte AGR-Menge auf Basis einer Menge geregelter Emissionen vom Motor, wie einer NO_x-Menge, ermittelt werden.
Wenn die erwünschte AGR-Menge ermittelt worden ist, wird in Schritt 208 ein erster Druck im Ansaugkanal und ein zweiter Druck im dritten Kanal (z. B. dem AGR-Kanal) ermittelt. Informationen über den ersten und zweiten Druck können z. B. von einem ersten Drucksensor bzw. einem zweiten Drucksensor beschafft werden.
In Schritt 210 wird ermittelt, ob der zweite Druck größer als der erste Druck ist. Wenn ermittelt wird, dass der zweite Druck kleiner als der erste Druck ist, geht das Verfahren zu Schritt 214 über, wo das erste Steuerelement geöffnet wird und das zweite Steuerelement geschlossen wird. Auf diese Weise wird Abgas von den Geberzylindern zu einem ersten Kanal und nicht dem dritten Kanal geleitet, so dass das Abgas zur Abströmseite der Hochdruckturbine im Abgaskanal geleitet wird. Durch Schließen des zweiten Steuerelements wird zum Beispiel die Wahrscheinlichkeit verringert, dass aufgrund des höheren Drucks im Ansaugkanal als im dritten Kanal Ladeluft in die Abgasanlage einströmt.
Wenn dagegen ermittelt wird, dass der zweite Druck größer als der erste Druck ist, wird das Verfahren in Schritt 212 fortgesetzt. In Schritt 212 werden das erste und das zweite Steuerelement auf Basis der erwünschten AGR-Menge eingestellt. Wenn zum Beispiel eine größere AGR-Menge erwünscht ist, kann das zweite Steuerelement so eingestellt werden, dass es weiter geschlossen ist (z. B. weniger Durchfluss durch das erste Steuerelement), und das zweite Steuerelement kann so eingestellt werden, dass es weiter geöffnet ist (z. B. mehr Durchfluss durch das zweite Steuerelement). Wenn als weiteres Beispiel eine kleinere AGR-Menge erwünscht ist, kann das erste Steuerelement so eingestellt werden, dass es weiter geöffnet ist, und das zweite Steuerelement kann so eingestellt werden, dass es weiter geschlossen ist. In einem Beispiel, wenn keine AGR erwünscht ist, wird das erste Ventil geöffnet und das zweite Ventil geschlossen, so dass im Wesentlichen sämtliches Abgas aus den Geberzylindern durch den ersten Kanal zur Abströmseite der Hochdruckturbine im Abgaskanal geleitet wird.
Das erste und das zweite Steuerelement können also eingestellt werden, um die in den Ansaugkanal und den Abgaskanal abströmseitig der Hochdruckturbine eintretende Abgasmenge von den Geberzylindern zu variieren. Das erste und das zweite Steuerelement können des Weiteren auf Basis des ersten und des zweiten Drucks, die im Ansaugkanal bzw. dem AGR-Kanal gemessen werden, eingestellt werden. Zum Beispiel kann, wenn der erste Druck größer als der zweite Druck ist, das zweite Steuerelement geschlossen werden, um zu verhindern, dass Ansaugluft in das AGR-System eintritt. Solange der erste Druck kleiner als der zweite Druck ist, können das erste und das zweite Steuerelement zum Erzielen einer gewünschten AGR-Menge eingestellt werden.
Die 3 bis 8 zeigen perspektivische Ansichten eines Motorsystems 300, das einen Hochdruckturbinen-Bypass 312 mit einem Bypassventil 314 beinhaltet. Die in den 3 bis 8 veranschaulichten perspektivischen Ansichten werden ungefähr maßstabgerecht gezeigt. 3 zeigt eine Ansicht des Motorsystems 300 mit einem Motor 302, einer Abgasanlage und einem Nachbehandlungssystem 306. In der in 3 veranschaulichten Ansicht ist eine Vorderseite 304 des Motors 302 dem rechten Rand der Seite zugekehrt und eine erste Zylinderuntergruppe 310 (z. B. Geberzylinder) wird gezeigt.
Wie abgebildet, ist der Motor 302 ein V-Motor mit zwei Zylinderreihen, die in einem Winkel von weniger als 180 Grad zueinander positioniert sind, so dass sie eine V-förmige innenliegende Region haben und entlang einer Längsachse des Motors betrachtet wie ein V aussehen. Die Längsachse des Motors wird in diesem Beispiel von seiner längsten Abmessung definiert. Im Beispiel der 3 bis 8 wird die Längsrichtung von 391 angezeigt, die senkrechte Richtung wird von 392 angezeigt und die Querrichtung wird von 393 angezeigt. Eine zweite Zylinderreihe 308, die in 3 nicht gezeigt wird, kann die oben mit Bezug auf 1 beschriebene zweite Zylinderuntergruppe 105 sein und die in 3 gezeigte Zylinderreihe 310 kann die oben beschriebene erste Zylinderuntergruppe 107 (z. B. Geberzylinder) sein.
Jede Zylinderreihe beinhaltet mehrere Zylinder (in den 3 bis 8 z. B. sechs Zylinder). Jeder der mehreren Zylinder beinhaltet ein Einlassventil, das von einer Nockenwelle gesteuert wird, um einen Strom verdichteter Ansaugluft zur Verbrennung in den Zylinder eintreten zu lassen. In den in den 3 bis 8 gezeigten Beispielen tritt Ladeluft, in der Längsrichtung von der Vorderseite 304 des Motors 302 zur Rückseite des Motors 302 hin strömend, in einen Ansaugkrümmer ein. Jeder der Zylinder beinhaltet des Weiteren ein Auslassventil, das von der Nockenwelle gesteuert wird, um einen Strom von Verbrennungsgasen (z. B. Abgas) aus dem Zylinder austreten zu lassen. In den Beispielen der 3 bis 8 tritt das Abgas aus dem Zylinder aus, tritt in einen Abgaskrümmer ein, der in dem V (z. B. in einer innenliegenden Ausrichtung) positioniert ist, und strömt dann in der Längsrichtung zu einer Abgasanlage zur Vorderseite 304 des Motors hin. In anderen Ausführungsformen kann der Abgaskrümmer z. B. in einer außenliegenden Ausrichtung sein, in der der Abgaskrümmer außerhalb des V positioniert ist.
In der in den 3 bis 8 gezeigten beispielhaften Ausführungsform ist ein Nachbehandlungssystem 306 vertikal über dem Motor 302 positioniert. Das Nachbehandlungssystem 306 ist oben auf dem Motor 302 positioniert, so dass es in einen Raum passt, der von einer Oberseite eines Abgaskrümmers des Motors 302, einer Deckenanordnung eines Motorraums (nicht gezeigt) und Seitenwänden des Motorraums definiert wird. Wie in 3 abgebildet, ist eine Längsachse des Nachbehandlungssystems 306 parallel zur Längsachse des Motors 302 ausgerichtet. Diese Konfiguration sorgt z. B. für eine erwünschte Nutzung des Raums.
Das Motorsystem 300 beinhaltet des Weiteren einen Niederdruckturbolader 316 und einen Hochdruckturbolader 318, die in der Querrichtung nebeneinander an der Vorderseite 304 des Motors 302 montiert sind. In den in den 3 bis 8 gezeigten Beispielen kann Abgas aus jeder Zylinderreihe in einen zweiten Abgaskanal 317 eintreten, so dass das Abgas aus jeder Zylinderreihe durch eine Hochdruckturbine 320 des Hochdruckturboladers 318 und dann durch eine Niederdruckturbine 322 des Niederdruckturboladers 316 hindurchgeführt wird. Abgas aus der ersten Zylinderuntergruppe 310 (z. B. der in 3 gezeigten Zylinderreihe) kann durch den Hochdruckturbinen-Bypass 312 geleitet werden, indem das Bypassventil 314 (z. B. Ladedruckregelventil) eingestellt wird. Von daher kann Abgas aus der ersten Zylinderuntergruppe 310 auf der Basis einer Stellung des Bypassventils 314 sich mit Abgas aus der zweiten Zylinderuntergruppe 308 (z. B. die in 3 nicht gezeigte Zylinderreihe) vermischen und/oder zur Abströmseite der Hochdruckturbine 320 geleitet werden.
Im Besonderen strömt Abgas aus der ersten Zylinderuntergruppe 310 zu einem ersten Kanal 330. Auf der Basis einer Stellung eines Stromregelventils 342 kann Abgas aus der ersten Zylinderuntergruppe 310 zu einem Einlass 332 der Hochdruckturbine 320 und/oder über einen AGR-Kanal 334 zu einem Ansaugkanal strömen. Das Abgas aus der ersten Zylinderuntergruppe 310, das zur Hochdruckturbine 320 strömt, vermischt sich zuströmseitig des Einlasses 332 der Hochdruckturbine 320 mit Abgas aus der zweiten Zylinderuntergruppe 308. Auf der Basis einer Stellung des Bypassventils 314 kann das Abgas aus der ersten Zylinderuntergruppe 310 aufwärts und in der Querrichtung über den ersten Kanal 330 hinweg und dann wieder abwärts zu einem Abgaskanal 336 abströmseitig eines Ausgangs 338 der Hochdruckturbine 320 geleitet werden. Aus der Hochdruckturbine 320 austretendes Abgas strömt in der Querrichtung unter dem ersten Kanal 330 und dem zweiten Kanal 317 hindurch zu einem Einlass 340 der Niederdruckturbine 322.
Die 9 bis 12 zeigen perspektivische Ansichten eines Motorsystems 400, wie das oben in Bezug auf 1 beschriebene Motorsystem 100. Die in den 9 bis 12 veranschaulichten perspektivischen Ansichten werden ungefähr maßstabgerecht gezeigt. Die 9 bis 12 zeigen Ansichten des Motorsystems 400, in dem Abgas aus einer ersten Zylinderuntergruppe 408 (z. B. Geberzylinder) nicht zur Zuströmseite einer Hochdruckturbine 420 geleitet wird. 9 zeigt eine Ansicht des Motorsystems 400 mit einem Motor 402, einer Abgasanlage und einem Nachbehandlungssystem 406. In der in 9 veranschaulichten Ansicht ist eine Vorderseite 404 des Motors 402 einem rechten Seitenrand zugekehrt und es wird eine erste Zylinderuntergruppe 408 gezeigt.
Wie abgebildet, ist der Motor 402 wie der Motor 302 ein V-Motor mit zwei Zylinderreihen, die in einem Winkel von weniger als 180 Grad zueinander positioniert sind, so dass sie eine V-förmige innenliegende Region haben und entlang einer Längsachse des Motors betrachtet wie ein V aussehen. Die Längsachse des Motors wird in diesem Beispiel von seiner längsten Abmessung definiert. Im Beispiel der 9 bis 12 wird die Längsrichtung von 491 angezeigt, die senkrechte Richtung wird von 492 angezeigt und die Querrichtung wird von 493 angezeigt. Die in 9 gezeigte Zylinderreihe 408 kann die oben mit Bezug auf 1 beschriebene erste Zylinderuntergruppe 107 (z. B. Geberzylinder) sein.
Jede Zylinderreihe beinhaltet mehrere Zylinder (in den 9 bis 12 z. B. sechs Zylinder). Jeder der mehreren Zylinder beinhaltet ein Einlassventil, das von einer Nockenwelle gesteuert wird, um einen Strom verdichteter Ansaugluft zur Verbrennung in den Zylinder eintreten zu lassen. In den in den 9 bis 12 gezeigten Beispielen tritt Ladeluft, in der Längsrichtung von der Vorderseite 404 des Motors 402 zur Rückseite des Motors 402 hin strömend, in einen Ansaugkrümmer ein. Jeder der Zylinder beinhaltet des Weiteren ein Auslassventil, das von der Nockenwelle gesteuert wird, um einen Strom von Verbrennungsgasen (z. B. Abgas) aus dem Zylinder austreten zu lassen. In den Beispielen der 9 bis 12 tritt das Abgas aus dem Zylinder aus, tritt in einen Abgaskrümmer ein, der in dem V (z. B. in einer innenliegenden Ausrichtung) positioniert ist, und strömt dann in der Längsrichtung zu einer Abgasanlage zur Vorderseite 404 des Motors hin. In anderen Ausführungsformen kann der Abgaskrümmer z. B. in einer außenliegenden Ausrichtung sein, in der der Abgaskrümmer außerhalb des V positioniert ist.
In der in den 9 bis 12 gezeigten Ausführungsform ist ein Nachbehandlungssystem 406 vertikal über dem Motor 402 positioniert. Das Nachbehandlungssystem 406 ist oben auf dem Motor 402 positioniert, so dass es in einen Raum passt, der von einer Oberseite eines Abgaskrümmers des Motors 402, einer Deckenanordnung eines Motorraums (nicht gezeigt) und Seitenwänden des Motorraums definiert wird. Wie in 9 abgebildet, ist eine Längsachse des Nachbehandlungssystems 406 parallel zur Längsachse des Motors 402 ausgerichtet. Diese Konfiguration sorgt z. B. für eine erwünschte Nutzung des Raums.
Das Motorsystem 400 beinhaltet des Weiteren einen Niederdruckturbolader 416 und einen Hochdruckturbolader 418, die in der Querrichtung nebeneinander an der Vorderseite 404 des Motors 402 montiert sind. In den in den 9 bis 12 gezeigten Beispielen tritt Abgas aus einer zweiten Zylinderuntergruppe (z. B. in 9 nicht sichtbare Zylinderreihe) in einen zweiten Abgaskanal 417 ein und nur Abgas aus der zweiten Zylinderuntergruppe wird durch die Hochdruckturbine 420 des Hochdruckturboladers 418 hindurchgeführt. Der zweite Abgaskanal 417 kann z. B. der zweite Kanal 194 sein, der oben mit Bezug auf 1 beschrieben wird. Abgas aus der ersten Zylinderuntergruppe 408 (z. B. der in 9 gezeigten Zylinderreihe) kann um die Hochdruckturbine 420 herum zu einer Stelle abströmseitig der Hochdruckturbine 420 und zuströmseitig einer Niederdruckturbine 422 geleitet werden und/oder zu einem Ansaugkrümmer (wie zum Beispiel über den dritten Kanal 196, der oben mit Bezug auf 1 beschrieben wird) geleitet werden. Von daher vermischt sich Abgas aus der ersten Zylinderuntergruppe 408 mit Abgas aus der zweiten Zylinderuntergruppe (z. B. der in 9 nicht sichtbaren Zylinderreihe) zuströmseitig der Hochdruckturbine 420.
Im Besonderen strömt Abgas aus der ersten Zylinderuntergruppe 408 zu einem ersten Kanal 430. Auf der Basis einer Stellung eines Stromregelventils 342 kann Abgas aus der ersten Zylinderuntergruppe 408 zu einem Abgaskanal 436 abströmseitig der Hochdruckturbine 420 und/oder über einen AGR-Kanal 434 (z. B. dem in 1 gezeigten dritten Kanal) zu einem Ansaugkanal strömen. Von daher vermischt sich das Abgas aus der ersten Zylinderuntergruppe 408 nicht mit Abgas aus der zweiten Zylinderuntergruppe 408 zuströmseitig der Hochdruckturbine 430. In einem derartigen Beispiel wird das Abgas aus der ersten Zylinderuntergruppe 408 ohne einen Bypass direkt zur Abströmseite eines Auslasses 438 der Hochdruckturbine 420 geleitet. Aus der Hochdruckturbine 420 austretendes Abgas strömt in der Querrichtung durch den Abgaskanal 436 unter dem ersten Kanal 430 und dem zweiten Kanal 417 hindurch zu einem Einlass 440 der Niederdruckturbine 422.
In dem in den 9 bis 12 gezeigten Beispiel kann die Einhäusung daher verbessert und die Konstruktion vereinfacht werden. Zum Beispiel wird ohne Hochdruckturbinen-Bypass und -Bypassventil die Größe des Systems verkleinert. Des Weiteren kann zum Beispiel ohne einen Hochdruckturbinen-Bypass die Anzahl von Kabelbaumabzweigungen verringert werden. Des Weiteren kann ohne das Bypassventil die Steuerlogik vereinfacht und die Teilezahl verringert werden. Zum Beispiel ist das Abbilden einer Stellung des Bypassventils in Bezug auf Motordrehzahl und -last und/oder andere Parameter in einem Kennfeld nicht mehr notwendig, wenn es kein Bypassventil gibt. Ölzu- und -rücklaufleitungen für das Ventil werden auch weggelassen, wenn es kein Bypassventil gibt, wodurch die Teilezahl und die Steuerlogik des Systems verkleinert wird. Des Weiteren, wie oben beschrieben, können durch Leiten von Abgas aus der ersten Zylinderuntergruppe 408 zur Abströmseite der Hochdruckturbine 420 Turbulenzen und/oder Pulsieren des Drucks an dem Hochdruckturbolader 408 und den Abgaskanälen reduziert werden. Pulsieren des Drucks an der Hochdruckturbine 420 aufgrund einer Bewegung des Bypassventils kann auch ausgeschlossen werden.
Die 13 bis 14 zeigen perspektivische Ansichten eines Motorsystems 500 wie dem oben mit Bezug auf 1 beschriebenen Motorsystem 100. Die in den 13 bis 14 veranschaulichten perspektivischen Ansichten werden ungefähr maßstabgerecht gezeigt. Die 13 bis 14 zeigen Ansichten des Motorsystems 500, in dem Abgas aus einer ersten Zylinderuntergruppe 508 nicht zur Zuströmseite einer Hochdruckturbine 520 geleitet wird. 13 zeigt eine Ansicht des Motorsystems 500 mit einem Motor 502, einer Abgasanlage und einem Nachbehandlungssystem 506. In der in 13 veranschaulichten Ansicht ist eine Vorderseite 504 des Motors 502 einem rechten Rand der Seite zugekehrt und es wird eine erste Zylinderuntergruppe 508 gezeigt.
Wie abgebildet, ist der Motor 502, wie die Motoren 302 und 402, ein V-Motor mit zwei Zylinderreihen, die in einem Winkel von weniger als 180 Grad zueinander positioniert sind, so dass sie eine V-förmige innenliegende Region haben und entlang einer Längsachse des Motors betrachtet wie ein V aussehen. Die Längsachse des Motors wird in diesem Beispiel von seiner längsten Abmessung definiert. Im Beispiel der 13 bis 14 wird die Längsrichtung von 591 angezeigt, die senkrechte Richtung wird von 592 angezeigt und die Querrichtung wird von 593 angezeigt. Die in 13 gezeigte Zylinderreihe 508 kann die oben mit Bezug auf 1 beschriebene erste Zylinderuntergruppe 107 (z. B. Geberzylinder) sein.
Jede Zylinderreihe beinhaltet mehrere Zylinder (in den 13 bis 14 z. B. sechs Zylinder). Jeder der mehreren Zylinder beinhaltet ein Einlassventil, das von einer Nockenwelle gesteuert wird, um einen Strom verdichteter Ansaugluft zur Verbrennung in den Zylinder eintreten zu lassen. In den in den 13 bis 14 gezeigten Beispielen tritt Ladeluft, in der Längsrichtung von der Vorderseite 504 des Motors 502 zur Rückseite des Motors 502 hin strömend, in einen Ansaugkrümmer ein. Jeder der Zylinder beinhaltet des Weiteren ein Auslassventil, das von der Nockenwelle gesteuert wird, um einen Strom von Verbrennungsgasen (z. B. Abgas) aus dem Zylinder austreten zu lassen. In den Beispielen der 13 bis 14 tritt das Abgas aus dem Zylinder aus, tritt in einen Abgaskrümmer ein, der in dem V (z. B. in einer innenliegenden Ausrichtung) positioniert ist, und strömt dann in der Längsrichtung zu einer Abgasanlage zur Vorderseite 404 des Motors hin. In anderen Ausführungsformen kann der Abgaskrümmer z. B. in einer außenliegenden Ausrichtung sein, in der der Abgaskrümmer außerhalb des V positioniert ist.
In der in den 13 bis 14 gezeigten Ausführungsform ist ein Nachbehandlungssystem 506 vertikal über dem Motor 502 positioniert. Das Nachbehandlungssystem 506 ist oben auf dem Motor 502 positioniert, so dass es in einen Raum passt, der von einer Oberseite eines Abgaskrümmers des Motors 502, einer Deckenanordnung eines Motorraums (nicht gezeigt) und Seitenwänden des Motorraums definiert wird. Wie in 13 abgebildet, ist eine Längsachse des Nachbehandlungssystems 506 parallel zur Längsachse des Motors 502 ausgerichtet. Diese Konfiguration sorgt z. B. für eine erwünschte Nutzung des Raums.
Das Motorsystem 500 beinhaltet des Weiteren einen Niederdruckturbolader 516 und einen Hochdruckturbolader 518, die in der Querrichtung nebeneinander an der Vorderseite 504 des Motors 502 montiert sind. In den in den 13 bis 14 gezeigten Beispielen tritt Abgas aus einer zweiten Zylinderuntergruppe (z. B. der in 13 nicht sichtbare Zylinderreihe) in einen zweiten Abgaskanal 517 ein und nur Abgas aus der zweiten Zylinderuntergruppe wird durch die Hochdruckturbine 520 des Hochdruckturboladers 518 hindurchgeführt. Der zweite Abgaskanal 517 kann z. B. der zweite Kanal 194 sein, der oben mit Bezug auf 1 beschrieben wird. Abgas aus der ersten Zylinderuntergruppe 508 (z. B. der in 9 gezeigten Zylinderreihe) kann um die Hochdruckturbine 520 herum zu einer Stelle abströmseitig der Hochdruckturbine 520 und zuströmseitig einer Niederdruckturbine 522 geleitet werden und/oder zu einem Ansaugkrümmer (wie zum Beispiel über den dritten Kanal 196, der oben mit Bezug auf 1 beschrieben wird) geleitet werden. Von daher vermischt sich Abgas aus der ersten Zylinderuntergruppe 508 mit Abgas aus der zweiten Zylinderuntergruppe (z. B. der in 13 nicht sichtbaren Zylinderreihe) zuströmseitig der Hochdruckturbine 520.
Im Besonderen strömt Abgas aus der ersten Zylinderuntergruppe 508 zu einem ersten Kanal 530. Abgas aus der ersten Zylinderuntergruppe 508 strömt zu einem Abgaskanal 536 abströmseitig der Hochdruckturbine 520. Von daher vermischt sich das Abgas aus der ersten Zylinderuntergruppe 508 nicht mit Abgas aus der zweiten Zylinderuntergruppe zuströmseitig der Hochdruckturbine 520. In einem derartigen Beispiel wird das Abgas aus der ersten Zylinderuntergruppe 508 ohne einen Bypass direkt zur Abströmseite eines Auslasses 538 der Hochdruckturbine 520 geleitet. Aus der Hochdruckturbine 420 austretendes Abgas strömt in der Querrichtung durch den Abgaskanal 536 unter dem ersten Kanal 530 und dem zweiten Kanal 517 hindurch zu einem Einlass 540 der Niederdruckturbine 522.
In dem in den 13 bis 14 gezeigten Beispiel kann die Einhäusung daher verbessert und die Konstruktion vereinfacht werden. Zum Beispiel wird ohne Hochdruckturbinen-Bypass und -Bypassventil und Stromregelventil (z. B. das in den 9 bis 12 gezeigte Ventil 442) die Größe des Systems verkleinert. Des Weiteren kann ohne das Bypassventil und Stromregelventil die Steuerlogik vereinfacht und die Teilezahl verringert werden. Zum Beispiel ist das Abbilden einer Stellung des Bypassventils und/oder Stromregelventil in Bezug auf Motordrehzahl und -last und/oder andere Parameter in einem Kennfeld nicht mehr notwendig. Ölzu- und -rücklaufleitungen für die Ventile werden auch weggelassen, wodurch die Teilezahl und die Steuerlogik des Systems verkleinert wird.
15 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Motorsystems 600 wie das mit Bezug auf 1 beschriebene Motorsystem 100. Die in 15 veranschaulichte perspektivische Ansicht wird ungefähr maßstabgerecht gezeigt. 15 zeigt eine Ansicht des Motorsystems 600, in dem Abgas aus einer ersten Zylinderuntergruppe 608 (z. B. Geberzylinder) nicht zur Zuströmseite einer Hochdruckturbine 620 geleitet wird. 15 zeigt eine Ansicht des Motorsystems 600 mit einem Motor 602 und einer Abgasanlage. In der in 15 veranschaulichten Ansicht ist eine Vorderseite 604 des Motors 602 einem rechten Rand der Seite zugekehrt und es wird eine erste Zylinderuntergruppe 608 gezeigt. Wie abgebildet, ist der Motor 602, wie die Motoren 302, 402 und 502, ein V-Motor mit zwei Zylinderreihen, die in einem Winkel von weniger als 180 Grad zueinander positioniert sind, so dass sie eine V-förmige innenliegende Region haben und entlang einer Längsachse des Motors betrachtet wie ein V aussehen. Die Längsachse des Motors wird in diesem Beispiel von seiner längsten Abmessung definiert. Im Beispiel von 15 wird die Längsrichtung von 691 angezeigt, die senkrechte Richtung wird von 692 angezeigt und die Querrichtung wird von 693 angezeigt. Die in 15 gezeigte Zylinderreihe 608 kann die oben mit Bezug auf 1 beschriebene erste Zylinderuntergruppe 107 (z. B. Geberzylinder) sein.
Jede Zylinderreihe beinhaltet mehrere Zylinder (in 15 z. B. sechs Zylinder). Jeder der mehreren Zylinder beinhaltet ein Einlassventil, das von einer Nockenwelle gesteuert wird, um einen Strom verdichteter Ansaugluft zur Verbrennung in den Zylinder eintreten zu lassen. In den in 15 gezeigten Beispielen tritt Ladeluft, in der Längsrichtung von der Vorderseite 604 des Motors 602 zur Rückseite des Motors 602 hin strömend, in einen Ansaugkrümmer ein. Jeder der Zylinder beinhaltet des Weiteren ein Auslassventil, das von der Nockenwelle gesteuert wird, um einen Strom von Verbrennungsgasen (z. B. Abgas) aus dem Zylinder austreten zu lassen. In den Beispielen von 15 tritt das Abgas aus dem Zylinder aus, tritt in einen Abgaskrümmer ein, der in dem V (z. B. in einer innenliegenden Ausrichtung) positioniert ist, und strömt dann in der Längsrichtung zu einer Abgasanlage zur Vorderseite 604 des Motors hin. In anderen Ausführungsformen kann der Abgaskrümmer z. B. in einer außenliegenden Ausrichtung sein, in der der Abgaskrümmer außerhalb des V positioniert ist.
Das Motorsystem 600 beinhaltet des Weiteren einen Niederdruckturbolader 616 und einen Hochdruckturbolader 618, die in der Querrichtung nebeneinander an der Vorderseite 604 des Motors 602 montiert sind. In den in 15 gezeigten Beispielen, ähnlich den in den 9 bis 12 gezeigten Beispielen, tritt Abgas aus einer zweiten Zylinderuntergruppe (z. B. die in 15 nicht sichtbare Zylinderreihe) in einen zweiten Abgaskanal ein und nur Abgas aus der zweiten Zylinderuntergruppe wird durch die Hochdruckturbine 620 des Hochdruckturboladers 618 hindurchgeführt. Der zweite Abgaskanal kann z. B. der zweite Kanal 194 sein, der oben mit Bezug auf 1 beschrieben wird. Abgas aus der ersten Zylinderuntergruppe 608 (z. B. der in 9 gezeigten Zylinderreihe) kann um die Hochdruckturbine 620 herum zu einer Stelle abströmseitig der Hochdruckturbine 620 und zuströmseitig einer Niederdruckturbine geleitet werden und/oder zu einem Ansaugkrümmer (wie zum Beispiel über den dritten Kanal 196, der oben mit Bezug auf 1 beschrieben wird) geleitet werden. Von daher vermischt sich Abgas aus der ersten Zylinderuntergruppe 608 mit Abgas aus der zweiten Zylinderuntergruppe (z. B. der in 9 nicht sichtbaren Zylinderreihe) zuströmseitig der Hochdruckturbine 620.
Wie oben erläutert, sind die Begriffe „Hochdruck” und „Niederdruck” relativ, das heißt, dass ein „Hoch”-druck ein Druck ist, der höher als ein „Nieder”-druck ist. Umgekehrt ist ein „Nieder”-druck ein Druck, der niedriger als ein „Hoch”-druck ist.
Ein hierin verwendetes Element oder verwendeter Schritt, das/der im Singular vorgetragen wird und dem das Wort „ein” oder „eine” vorangestellt ist, ist so zu verstehen, dass es/er den Plural der genannten Elemente oder Schritte nicht ausschließt, es sei denn, ein derartiger Ausschluss ist ausdrücklich angegeben. Es ist des Weiteren nicht vorgesehen, dass die Bezugnahme auf „eine (einzelne) Ausführungsform” der vorliegenden Erfindung das Vorhandensein zusätzlicher Ausführungsformen, die ebenfalls die vorgetragenen Merkmale beinhalten, ausschließt. Darüber hinaus, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, können Ausführungsformen, die ein Element oder mehrere Elemente mit einer bestimmten Eigenschaft „aufweisen”, „beinhalten” oder „haben”, zusätzliche derartige Elemente beinhalten, die diese Eigenschaft nicht besitzen. Die Begriffe „die Folgendes beinhalten” und „bei der/dem/denen” werden als Äquivalente in einfacher Sprache der Begriffe „umfassend” bzw. „wobei” verwendet. Darüber hinaus werden die Begriffe „erste”, „zweite” und „dritte” usw. lediglich als Bezeichnungen verwendet und es ist nicht vorgesehen, dass sie ihren Objekten numerische Anforderungen oder eine besondere positionsmäßige Reihenfolge auferlegen.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele zur Offenbarung der Erfindung, einschließlich der besten Ausführung, und auch, um einer Durchschnittsfachperson die Ausübung der Erfindung einschließlich der Herstellung und Benutzung jedweder Vorrichtungen oder Systeme und der Durchführung eingebundener Verfahren zu ermöglichen. Der patentfähige Umfang der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele beinhalten, die der Durchschnittsfachperson einfallen werden. Es ist vorgesehen, dass derartige weitere Beispiele in den Umfang der Ansprüche fallen, wenn sie strukturelle Elemente haben, die sich nicht von der wörtlichen Sprache der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden von den wörtlichen Sprachen der Ansprüche beinhalten.

Claims

System: mit einer Hochdruckturbine, einer Niederdruckturbine, einem ersten Kanal zum Leiten von Abgas aus einer ersten Zylinderuntergruppe unter Umgehen der Hochdruckturbine zur Zuströmseite der Niederdruckturbine in einem Abgaskanal eines Motors und einem zweiten Kanal zum Leiten von Abgas aus einer zweiten, anderen Zylinderuntergruppe zur Zuströmseite der Hochdruckturbine auf.
System nach Anspruch 1, das ferner einen dritten Kanal zum Leiten von Abgas aus der ersten Zylinderuntergruppe zu einem Ansaugkanal aufweist.
System nach Anspruch 2, wobei der dritte Kanal zum Leiten des Abgases aus der ersten Zylinderuntergruppe zur Abströmseite eines Hochdruckverdichters im Ansaugkanal positioniert ist, wobei der Hochdruckverdichter über eine Welle mechanisch mit der Hochdruckturbine verbunden ist.
System nach Anspruch 2, das ferner ein erstes Steuerelement, das zum Regeln des Abgasstroms von der ersten Zylinderuntergruppe zum Abgaskanal funktionell ist, und ein zweites Steuerelement, das zum Regeln des Abgasstroms von der ersten Zylinderuntergruppe zum Ansaugkanal funktionell ist, aufweist.
System nach Anspruch 4, das ferner ein Steuersystem aufweist, das zum Variieren von Stellungen des ersten und des zweiten Steuerelements auf Basis einer erwünschten Abgasrückführungsmenge funktionell ist.
System nach Anspruch 5, wobei das Steuersystem ferner konfiguriert ist, um die Stellungen des ersten und des zweiten Steuerelements auf Basis eines im Ansaugkanal beschafften ersten Drucks und eines im dritten Kanal beschafften zweiten Drucks zu varrieren.
System nach Anspruch 1, wobei nur Abgas aus der zweiten Zylinderuntergruppe zur Zuströmseite der Hochdruckturbine geleitet wird.
System: mit einem Motor mit mehreren Zylindern, einer Hochdruckturbine, einer Niederdruckturbine, die abströmseitig der Hochdruckturbine in einem Abgaskanal eines Motors in Strömungsverbindung ist, einem ersten Kanal zum Leiten von Abgas aus einer ersten Untergrupe der mehreren Zylinder unter Umgehen der Hochdruckturbine zur Zuströmseite der Niederdruckturbine, einem zweiten Kanal zum Leiten von Abgas aus einer zweiten, anderen Untergruppe der mehreren Zylinder zur Zuströmseite der Hochdruckturbine, einem dritten Kanal zum Leiten von Abgas aus der ersten Untergruppe der mehreren Zylinder zu einem Ansaugkanal des Motors, einem ersten Steuerelement, das zum Einstellen eines Abgasstroms in dem ersten Kanal funktionell ist, und einem zweiten Steuerelement, das zum Einstellen eines Abgasstroms in dem dritten Kanal funktionell ist.
Verfahren, aufweisend: selektives Leiten von Abgas aus einer ersten Untergruppe von Motorzylindern jeweils zu einem Ansaugkanal und einem Abgaskanal, der abströmseitig einer Hochdruckturbine und zuströmseitig einer Niederdruckturbine ist, Variieren einer zu dem Abgaskanal geleiteten Menge des Abgases und Variieren einer zu dem Ansaugkanal geleiteten Menge des Abgases.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner das Leiten von sämtlichem Abgas aus einer zweiten, anderen Untergruppe von Motorzylindern zur Zuströmseite der Hochdruckturbine aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner das Leiten von sämtlichem Abgas aus der ersten Zylinderuntergruppe jeweils zu dem Abgaskanal und dem Ansaugkanal aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Variieren der Menge des zu dem Abgaskanal geleiteten Abgases das Einstellen eines ersten Steuerelements beinhaltet und wobei das Variieren der Menge des zu dem Ansaugkanal geleiteten Abgases das Einstellen eines zweiten Steuerelements beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner das Beschaffen von ersten Informationen über einen ersten Druck abströmseitig eines Nachkühlers und zuströmseitig eines Abgasrückführungsmischers im Ansaugkanal und Beschaffen von zweiten Informationen über einen zweiten Druck abströmseitig eines Abgasrückführungskühlers und zuströmseitig des Abgasrückführungsmischers in einem Abgasrückführungskanal aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner Variieren der Menge des zum Abgaskanal geleiteten Abgases und Variieren der Menge des zum Ansaugkanal geleiteten Abgases auf der Basis der ersten Informationen und der zweiten Informationen aufweist.
System, aufweisend: eine Hochdruckturbine, eine Niederdruckturbine, ein erstes Steuerelement, das zum Leiten von Abgas von einer ersten Zylinderuntergruppe eines Motors zu einem Ort abströmseitig der Hochdruckturbine und zuströmseitig der Niederdruckturbine in einem Abgaskanal des Motors funktionell ist, und ein zweites Steuerelement, das zum Leiten von Abgas von der ersten Zylinderuntergruppe zu einem Ansaugkanal des Motors funktionell ist.
System nach Anspruch 15, das ferner einen ersten Drucksensor, der abströmseitig eines Nachkühlers und zuströmseitig eines Abgasrückführungsmischers in dem Ansaugkanal angeordnet ist, und einen zweiten Drucksensor, der abströmseitig eines Abgasrückführungskühlers und zuströmseitig des Abgasrückführungsmischers in einem Abgasrückführungskanal angeordnet ist, aufweist.
System nach Anspruch 16, das ferner ein Steuersystem aufweist, das zum Beschaffen eines ersten Drucks von dem ersten Drucksensor und eines zweiten Drucks von dem zweiten Drucksensor und zum Steuern von Stellungen des ersten und des zweiten Steuerelements zum selektiven Leiten von Teilen des Abgases zu dem Ansaugkanal und/oder dem Abgaskanal auf Basis des ersten und des zweiten Drucks konfiguriert ist.
System nach Anspruch 15, wobei die Zylinder der ersten Zylinderuntergruppe Geberzylinder sind.
System nach Anspruch 15, das ferner einen ersten Kanal zum Leiten von Abgas aus der ersten Zylinderuntergruppe unter Umgehen der Hochdruckturbine zur Zuströmseite der Niederdruckturbine in dem Abgaskanal des Motors aufweist.
System nach Anspruch 15, das ferner einen zweiten Kanal zum Leiten von sämtlichem Abgas aus einer zweiten, anderen Zylinderuntergruppe zur Zuströmseite der Hochdruckturbine aufweist.
System nach Anspruch 15, das ferner einen dritten Kanal zum Leiten von Abgas aus der ersten Zylinderuntergruppe zum Ansaugkanal des Motors aufweist.