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Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Wastegate-Steller in einem Turboladersystem in einem Fahrzeug.
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Aufladevorrichtungen, wie zum Beispiel Turbolader und Auflader, können in Kraftmaschinen verwendet werden. Turbolader können die Leistungsabgabe der Kraftmaschine für einen gegebenen Hubraum im Vergleich zu einer selbstansaugenden Kraftmaschine erhöhen.
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Es kann wünschenswert sein, den Strömungsweg zwischen der Turbine im Turbolader und den Brennkammern durch Positionierung der Turbine nahe den Auslasskanälen der Zylinder zu verkleinern. Durch solch eine Positionierung werden Verluste beim Abgasstrom verringert, wodurch eine Erhöhung der Drehzahl der Turbine ermöglicht wird. Die erhöhte Turbinendrehzahl erhöht das durch den Verdichter bereitgestellte Verdichtungsausmaß. Infolgedessen kann die Leistungsabgabe der Kraftmaschine erhöht werden.
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Aufgrund der Nähe der Turbine zu der Brennkammer können die Turbine und die umliegenden Komponenten jedoch erhöhte Temperaturen erfahren. In einigen Kraftmaschinen können der Auslasskrümmer und das Turbinengehäuse abstrahlende Flächentemperaturen von über 900 Grad Celsius aufweisen. Folglich können die Turbine und die umliegenden Komponenten eine Wärmebeeinträchtigung erfahren, wodurch die Langlebigkeit der Komponenten verringert wird. Unter solchen Übertemperaturbedingungen können zum Beispiel Wastegates funktionsuntüchtig werden. Wastegate-Steller können aufgrund der Eigenschaften der darin enthaltenen Ventilsteuerkomponenten, wie zum Beispiel Schaltungen, Elektromagnete usw., besonders anfällig für erhöhte Temperaturen sein.
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Die
US 4 630 445 offenbart einen Turbolader mit einem Wastegate-Ventil zur Einstellung der einer Turbine im Turbolader zugeführten Abgasmenge. Es wird ein Hitzeschild im Wastegate verwendet, um den Ventilschaft im Wastegate vor erhöhten Temperaturbedingungen zu schützen. Die Erfinder haben bei dem in der
US 4 630 445 offenbarten Wastegate-Ventil mehrere Nachteile erkannt. Zum Beispiel kann der Hitzeschild die zum Wastegate übertragene Wärmemenge reduzieren, jedoch das Wastegate nicht aktiv kühlen. Des Weiteren kann Hitze über Wege, die durch den Hitzeschild nicht verhindert werden, zu den Wastegate-Komponenten übertragen werden. Folglich kann das in der
US 4 630 445 offenbarte Wastegate-Ventil bei Kraftmaschinenbetrieb immer noch Übertemperaturbedingungen erfahren.
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Ebenso sind Versuche unternommen worden, den Wastegate-Steller über vom Kraftmaschinenkühlsystem abgeleitetes Kraftmaschinenkühlmittel zu kühlen. Die Verwendung von Kraftmaschinenkühlmittel zum Kühlen des Wastegate-Stellers kann jedoch Armaturen mit hoher Integrität erfordern und erhöht die Wahrscheinlichkeit von Kühlmittellecks durch neue Leckwege. Die Armaturen mit hoher Integrität können auch teuer sein. Somit wird in einem Lösungsansatz ein Turboladersystem bereitgestellt. Das Turboladersystem enthält eine stromabwärts einer Brennkammer positionierte Turbine, eine Turbinen-Bypassleitung, die mit einem Turbineneinlass und einem Turbinenauslass in Strömungsverbindung steht, ein in der Turbinen-Bypassleitung positioniertes Wastegate und einen luftgekühlten Wastegate-Steller, der die Stellung des Wastegate einstellt, wobei der luftgekühlte Wastegate-Steller einen Kühlluftstrom von einer stromaufwärts eines mit der Turbine mechanisch gekoppelten Verdichters positionierten Einlassleitung erhält.
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Auf diese Weise wird für den Wastegate-Steller über Einlassluft Kühlung bereitgestellt, wodurch die Wärmebeanspruchung am Steller reduziert wird. Folglich kann die Langlebigkeit des Wastegate-Stellers erhöht werden, wenn Luftkühlung bereitgestellt wird. Wenn Einlassluft zum Kühlen des Wastegate-Stellers verwendet wird, kann Kühlen des Wastegate-Stellers über Kraftmaschinenkühlmittel, falls gewünscht, vermieden oder reduziert werden. Infolgedessen werden die Kosten und die Komplexität der Kraftmaschine reduziert, und die Wahrscheinlichkeit von Kühlmittellecks und einer potenziellen Kühlsystembeeinträchtigung wird reduziert.
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Die obigen Vorteile und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, alleine betrachtet oder in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, leicht hervor. Es versteht sich, dass die obige Kurzdarstellung dazu vorgesehen ist, in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Sie soll keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstands aufzeigen, dessen Schutzbereich einzig durch die der ausführlichen Beschreibung folgenden Ansprüche definiert wird. Des Weiteren ist der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem anderen Teil dieser Offenbarung angeführten Nachteile lösen. Darüber hinaus sind die obigen Aspekte von den vorliegenden Erfindern erkannt worden, und ihres Wissens noch nicht bekannt.
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1 zeigt ein Fahrzeug mit einer ein Turboladersystem enthaltenden Kraftmaschine;
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2 zeigt ein Fahrzeug mit einer ein Turboladersystem enthaltenden Kraftmaschine;
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3 zeigt eine Detailansicht des in dem in 1 gezeigten Turboladersystem enthaltenen Zweigeinlassleitungseinlasses;
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4 zeigt eine Detailansicht des in dem in 2 gezeigten Turboladersystem enthaltenen Wastegate-Stellers;
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5 zeigt eine Detailansicht des in dem in 1 gezeigten Turboladersystem enthaltenen Wastegate-Stellers; und
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6 zeigt ein Verfahren zum Betrieb eines Turboladersystems, wie zum Beispiel des Turboladersystems von 1 oder 2.
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Es wird hier ein Turboladersystem mit einem luftgekühlten Wastegate-Steller beschrieben. Der Wastegate-Steller wandelt von einem Steuersystem empfangene elektrische Steuersignale in eine mechanische Betätigung um. Die mechanische Betätigung wird von dem Wastegate-Steller zu dem Wastegate-Ventil in der Turbinen-Bypassleitung übertragen. Einlassluft kann zum Wastegate-Steller geleitet werden, um den Steller zu kühlen, und dann zum Einlasssystem zurück geleitet werden. In einem Beispiel kann nicht verdichtete Einlassluft zum Wastegate-Steller geleitet werden, um den Steller zu kühlen, und dann zum Verdichtereinlass zurück geleitet werden. Auf diese Weise kann zum Wastegate-Steller übertragene Abgaswärme in die Kühlluft abgeführt werden. Bei Verwendung einer Ladeluftkühlung stromabwärts des Verdichters, kann weiterhin die erwärmte Einlassluft dann gekühlt werden, bevor sie in die Kraftmaschine eingelassen wird.
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Somit empfängt bei einer Ausführungsform der luftgekühlte Wastegate-Steller Einlassluft vom Einlasssystem, um die Temperatur des Wastegate-Stellers zu reduzieren, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Wastegate-Beeinträchtigung durch erhöhte Temperaturen reduziert wird. In einem Beispiel kann der Wastegate-Steller neben dem Wastegate und der Turbine nahe dem Kraftmaschinenauslass positioniert sein. In anderen Beispielen kann der luftgekühlte Wastegate-Steller im Einlasssystem der Kraftmaschine positioniert sein. Auf diese Weise kann das Einlasssystem einen zweifachen Nutzen haben, der Kraftmaschine Einlassluft zuzuführen sowie den Wastegate-Steller zu kühlen. Deshalb kann, falls gewünscht, das Leiten von Kraftmaschinenkühlmittel zum Wastegate-Steller vermieden oder reduziert werden. Die Komplexität und die Kosten der Kraftmaschine können folglich reduziert werden, während die Langlebigkeit des Wastegate-Stellers erhöht wird.
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Die 1 und 2 zeigen ein erstes und ein zweites Beispiel eines in einer Kraftmaschine eines Fahrzeugs enthaltenen Turboladersystems. Die 3–5 zeigen detaillierte Konfigurationen der in den 1 und 2 gezeigten Turboladersysteme. 6 zeigt ein Verfahren zum Betrieb eines Turboladersystems.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 50, das eine Brennkraftmaschine 52 mit einem Turboladersystem 54 enthält. Das Turboladersystem 54 kann einen Turbolader 56 mit einem mit einer Turbine 60 mechanisch gekoppelten Verdichter 58 enthalten. Eine Welle 62 koppelt in der Darstellung den Verdichter 58 mit der Turbine 60. Auf diese Weise ist der Verdichter 58 mit der Turbine 60 drehgekoppelt. Es versteht sich jedoch, dass der Verdichter über ein anderes oder zusätzliches Gestänge (zum Beispiel ein mechanisches Gestänge) mit der Turbine gekoppelt sein kann. Der Verdichter 58 ist stromaufwärts einer Brennkammer 88 positioniert, und die Turbine 60 ist stromabwärts der Brennkammer positioniert.
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Der Verdichter 58 ist dazu konfiguriert, Einlassluft von einer Einlassleitung 64 zu empfangen. Deshalb ist die Einlassleitung 64 stromaufwärts des Verdichters 58 positioniert. Die Einlassleitung 64 ist in dem gezeigten Beispiel eine nicht aufgeladene Einlassleitung. Somit enthält die Einlassleitung 64 einen Auslass 66, der mit einem in dem Verdichter 58 enthaltenen Verdichtereinlass 68 in Strömungsverbindung (zum Beispiel in direkter Strömungsverbindung) steht. Der Verdichtereinlass 68 wird durch einen Kasten allgemein dargestellt. Die Einlassleitung 64 ist dazu konfiguriert, Umgebungsluft zu empfangen. Pfeil 70 bezeichnet den allgemeinen Einlassluftstrom durch die Einlassleitung 64. Ein Luftfilter 72 ist mit der Einlassleitung 64 gekoppelt (zum Beispiel daran positioniert). Der Luftfilter 72 ist dazu konfiguriert, unerwünschte Partikel aus der die Einlassleitung durchströmenden Luft zu entfernen.
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Eine andere Einlassleitung 74 ist mit der Einlassleitung 64 gekoppelt. Die Einlassleitung 74 ist in dem gezeigten Beispiel eine Zweigeinlassleitung. Somit befindet sich die Einlassleitung 74 in Parallelströmungsverbindung mit der Einlassleitung 64. Der allgemeine Einlassluftstrom durch die Einlassleitung 74 wird durch Pfeil 76 bezeichnet. Die Einlassleitung 74 enthält einen Einlass 78 und einen Auslass 80. Der Einlass 78 und der Auslass 80 münden an einer stromaufwärtigen bzw. stromabwärtigen Stelle in der Einlassleitung 64 in anderen Beispielen ist der Einlass 78 möglicherweise jedoch nicht mit der Einlassleitung 64 gekoppelt, sondern kann stattdessen Umgebungsluft aus der umliegenden Umgebung empfangen. Wenn der Einlass 78 jedoch mit der Einlassleitung 74 gekoppelt ist, empfängt die Leitung gefilterte Einlassluft, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Verunreinigung eines Luftkühler-Wastegate-Stellers 116, der mit der Einlassleitung 74 gekoppelt sein kann, reduziert wird, wie ausführlicher hier besprochen. Darüber hinaus wird durch Koppeln des Einlasses 78 mit der Einlassleitung 74 im Gegensatz zu Empfangen von Umgebungsluft am Einlass 78 verhindert, dass ungefilterte Luft in die Brennkammer 88 eingeleitet wird, wodurch der Brennvorgang beeinträchtigt werden kann. Wenn der Einlass 78 zum Empfang von Umgebungsluft konfiguriert ist, kann in einem Beispiel ein Luftfilter mit dem Einlass 78 gekoppelt sein (zum Beispiel darin positioniert sein). In einigen Beispielen kann die Einlassleitung 74 eine kleinere Querschnittsfläche haben als die Einlassleitung 64, es kommen jedoch auch andere relative Größen in Betracht. In einigen Beispielen kann ein Lüfter 79 mit der Zweigeinlassleitung 74 gekoppelt sein. Der Lüfter 79 kann zur Vergrößerung des Luftstroms durch die Einlassleitung 74 verwendet werden. In anderen Beispielen wird möglicherweise jedoch nur das Druckdifferenzial zwischen dem Einlass und dem Auslass der Einlassleitung 74 verwendet, um Luft dort hindurch zu leiten. Ein Ventil 75 kann mit der Einlassleitung 74 gekoppelt sein. Das Ventil 75 kann dazu konfiguriert sein, die sich durch die Einlassleitung 74 bewegende Luftstrommenge einzustellen. Das Ventil 75 kann Steuersignale von einer Steuerung 150 empfangen, wie über die Signalleitungen 77 gezeigt. Wie gezeigt, ist das Ventil stromaufwärts eines Wastegate-Stellers 116 positioniert. Es kommen jedoch auch andere Ventilstellungen in Betracht, wie zum Beispiel stromabwärts des Wastegate-Stellers 116. In anderen Beispielen ist das Ventil 75 möglicherweise nicht mit der Einlassleitung 74 gekoppelt.
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Der Verdichter 58 enthält einen Verdichterauslass 81, der mit einem Einlass 82 einer Einlassleitung 84 in Strömungsverbindung steht. Der Pfeil 90 bezeichnet die allgemeine Luftstromrichtung durch die Leitung 84. Der Verdichter 58 ist dazu konfiguriert, den Druck der sich durch ihn hindurch bewegenden Einlassluft zu erhöhen. Auf diese Weise kann der Kraftmaschine 52 Aufladung zugeführt werden. Deshalb handelt es sich bei der Einlassleitung 84 in dem gezeigten Beispiel um eine aufgeladene Einlassleitung. Es kommen jedoch auch andere Einlasssystemkonfigurationen in Betracht. Weiterhin enthält die Einlassleitung 84 einen Auslass 86, der mit einer Brennkammer 88 in der Kraftmaschine 52 in Strömungsverbindung steht. In einigen Beispielen kann die Einlassleitung 84 mit einem (nicht gezeigten) Einlasskrümmer in Strömungsverbindung stehen. Der Einlasskrümmer kann dazu konfiguriert sein, der Brennkammer 88 Einlassluft zuzuführen. Ein Einlassventil 170 und ein Auslassventil 172 sind mit der Brennkammer 88 gekoppelt. Es versteht sich, dass die Kraftmaschine 52 mindestens ein Einlassventil und ein Auslassventil pro Brennkammer enthalten kann. Die Einlass- und Auslassventile sind dazu konfiguriert, sich zyklisch zu öffnen, um den Verbrennungsvorgang in der Brennkammer zu ermöglichen. Ein Kolben 91 ist in der Brennkammer 88 positioniert.
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Im Betrieb unterliegt die Brennkammer 88 in der Kraftmaschine 52 in der Regel einem Viertaktprozess: der Prozess umfasst den Ansaughub, den Verdichtungshub, den Arbeitshub und den Auslasshub. In einem Mehrzylindermotor kann der Viertaktprozess in zusätzlichen Brennkammern durchgeführt werden. Während des Ansaughubs schließt sich allgemein das Auslassventil 172 und das Einlassventil 170 öffnet sich. Über einen Einlasskrümmer wird zum Beispiel Luft in die Brennkammer 88 eingeleitet, und der Kolben 91 bewegt sich zum Boden der Brennkammer, um das Volumen in der Brennkammer 88 zu vergrößern. Die Position, in der sich der Kolben 91 nahe dem Boden der Brennkammer und am Ende seines Hubs befindet (zum Beispiel, wenn die Brennkammer 88 ihr größtes Volumen aufweist), wird in der Regel von dem Fachmann als unterer Totpunkt (uT) bezeichnet. Während des Verdichtungshubs sind das Einlassventil 170 und das Auslassventil 172 geschlossen. Der Kolben 91 bewegt sich zum Zylinderkopf, um die Luft in der Brennkammer 88 zu komprimieren. Der Punkt, an dem sich der Kolben 91 an dem Hubende und am nächsten zum Zylinderkopf befindet (zum Beispiel, wenn die Brennkammer 88 ihr kleinstes Volumen aufweist), wird vom Fachmann in der Regel als oberer Totpunkt (oT) bezeichnet. Bei einem im Folgenden als Einspritzung bezeichneten Vorgang wird Kraftstoff in die Brennkammer eingeleitet. Bei einem im Folgenden als Zündung bezeichneten Vorgang wird der eingespritzte Kraftstoff durch bekannte Zündvorrichtungen, wie zum Beispiel eine Zündkerze 174, gezündet, was zur Verbrennung führt. Zusätzlich oder als Alternative kann Kompression zur Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches verwendet werden. Während des Arbeitshubs drücken die expandierenden Gase den Kolben 91 zum uT zurück. Eine Kurbelwelle kann Kolbenbewegung in ein Drehmoment der Drehwelle umwandeln. Schließlich öffnet sich das Auslassventil 172 während des Auslasshubs, um das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch zu einem Auslasskrümmer abzugeben, und der Kolben kehrt zum oT zurück. Es sei darauf hingewiesen, dass Obiges nur als Beispiel beschrieben wird und dass die Zeitpunkte des Öffnens und/oder Schließens des Einlass- und Auslassventils variieren können, um eine positive oder negative Ventilüberlappung, spätes Schließen des Einlassventils oder verschiedene andere Beispiele zu liefern. Darüber hinaus oder als Alternative kann in der Brennkammer 88 Kompressionszündung implementiert werden.
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In dem gezeigten Beispiel sind ein Ladeluftkühler 92 und eine Drosselklappe 94 mit der Einlassleitung 84 gekoppelt. In anderen Beispielen sind der Ladeluftkühler und/oder die Drosselklappe möglicherweise nicht mit der Einlassleitung 84 gekoppelt. Des Weiteren ist die Drosselklappe 94 in dem gezeigten Beispiel stromabwärts des Ladeluftkühlers 92 positioniert. In anderen Beispielen ist die Drosselklappe möglicherweise jedoch stromaufwärts des Ladeluftkühlers positioniert.
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Weiterhin kann eine Auslassleitung 96 mit der Brennkammer 88 in Strömungsverbindung stehen. Somit kann die Auslassleitung 96 bei Motorbetrieb Abgas von der Brennkammer 88 empfangen und enthält einen Einlass 97. Pfeil 98 zeigt den allgemeinen Abgasstrom durch die Auslassleitung 96.
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Die Auslassleitung 96 enthält einen Auslass 100, der mit einem Turbineneinlass 102 der Turbine 60 in Strömungsverbindung steht. Die Turbine 60 kann in einigen Beispielen Turbinenschaufeln enthalten, die dazu konfiguriert sind, Abgas von dem Turbineneinlass 102 zu erhalten.
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Eine Auslassleitung 104 steht mit einem Turbinenauslass 106 in Strömungsverbindung. Insbesondere enthält die Auslassleitung 104 einen Einlass 105, der mit dem Turbinenauslass 106 in Strömungsverbindung steht. Die Auslassleitung 104 ist dazu konfiguriert, Abgas zu der umliegenden Umgebung zu leiten. Pfeil 107 bezeichnet den allgemeinen Abgasstrom durch die Auslassleitung 104.
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Eine Turbinen-Bypassleitung 108 ist in dem Turboladersystem 54 enthalten. Die Turbinen-Bypassleitung 108 enthält einen Bypassleitungseinlass 110, der stromaufwärts der Turbine 60 positioniert ist und in der Auslassleitung 96 mündet, und einen Bypassleitungsauslass 112, der stromabwärts der Turbine 60 positioniert ist und in der Auslassleitung 104 mündet. Deshalb steht die Turbinen-Bypassleitung 108 mit dem Turbineneinlass 102 und dem Turbinenauslass 106 in Strömungsverbindung. Insbesondere kann die Turbinen-Bypassleitung in einigen Beispielen direkt mit dem Turbineneinlass 102 und dem Turbinenauslass 106 gekoppelt sein. Jedoch sind auch andere Turbinen-Bypassleitungskonfigurationen in Betracht gezogen worden. Pfeil 109 zeigt die allgemeine Abgasstromrichtung durch die Turbinen-Bypassleitung 108, wenn ein Wastegate 114 geöffnet ist. Es versteht sich, dass die relativen Größen (zum Beispiel Querschnittsflächen) der Turbinen-Bypassleitung 108 und der Auslassleitungen 96 und 104 auf Grundlage der gewünschten Leistungskennwerte des Turboladers ausgewählt sein können. Das Wastegate 114 ist mit der Turbinen-Bypassleitung 108 gekoppelt. Insbesondere kann das Wastegate 114 in einigen Beispielen in der Turbinen-Bypassleitung 108 positioniert sein. Das Wastegate 114 ist dazu konfiguriert, den Abgasstrom durch die Turbinen-Bypassleitung 108 einzustellen. Auf diese Weise kann die Drehzahl der Turbine geregelt werden. In einigen Beispielen kann das Wastegate eine geöffnete Konfiguration, in der Abgas durch die Turbinen-Bypassleitung 108 strömen kann, und eine geschlossene Konfiguration, in der Abgas im Wesentlichen daran gehindert wird, durch die Turbinen-Bypassleitung zu strömen, haben. Es versteht sich, dass in einigen Beispielen das Wastegate 114 mehrere geöffnete Konfigurationen haben kann, wobei jede Konfiguration den Durchstrom einer anderen Abgasmenge durch die Turbinen-Bypassleitung gestattet. Weiterhin kann das Wastegate 114 in einigen Beispielen bei Konfigurationen, die verschiedene Öffnungsgrade haben, diskret oder kontinuierlich einstellbar sein. Auf diese Weise kann das Wastegate 114 die Drehzahl der Turbine 60 genau einstellen. In einigen Beispielen kann das Wastegate 114 ein Ventil 115 enthalten, das eine Öffnung in der Bypassleitung einstellt.
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Ein luftgekühlter Wastegate-Steller 116 ist in dem gezeigten Beispiel mit dem Wastegate 114 gekoppelt. Der luftgekühlte Wastegate-Steller 116 und das Wastegate 114 können in dem Turboladersystem 54 enthalten sein. In einem Beispiel umfasst der Wastegate-Steller 116 einen elektrisch gesteuerten Elektromagneten oder einen elektronisch gesteuerten pneumatischen Steller. Leitung 118 bezeichnet die Kopplung des luftgekühlten Wastegate-Stellers 116 mit dem Wastegate 114, das das das Wastegate bildende Ventil enthält. Die kopplungsbildende Leitung 118 kann in einem Beispiel ein mechanisches Gestänge enthalten, das die gesteuerte Bewegung des Wastegate-Stellers mit der Bewegung eines Ventils des Wastegate koppelt. Auf diese Weise ist der luftgekühlte Wastegate-Steller 116 dazu konfiguriert, das Wastegate 114 einzustellen. Insbesondere kann der luftgekühlte Wastegate-Steller 116 dazu konfiguriert sein, die die Turbinen-Bypassleitung 108 durchströmende Abgasmenge einzustellen. Auf diese Weise kann die Drehzahl der Turbine 60 eingestellt werden.
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Wie hierin erläutert, kann der luftgekühlte Wastegate-Steller 116 in dem gezeigten Beispiel einen Kühlluftstrom von der Zweigeinlassleitung 74 empfangen und deshalb auch einen Kühlluftstrom von der Einlassleitung 64 empfangen. In dem in 2 gezeigten Beispiel empfängt der luftgekühlte Wastegate-Steller 116 Kühlluftstrom direkt von der Einlassleitung 64. Auf diese Weise kann der luftgekühlte Wastegate-Steller 116 über den Einlassluftstrom gekühlt werden, wodurch die Temperatur des Wastegate-Stellers reduziert wird. Ferner kann er weiter von dem Auslass positioniert sein, wodurch auch von dem Abgas übertragene Abgaswärme reduziert wird.
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In einigen Beispielen kann der luftgekühlte Wastegate-Steller 116 ein pneumatischer Wastegate-Steller sein. In solch einem Beispiel kann der luftgekühlte Wastegate-Steller eine mit einer Feder gekoppelte Membran enthalten. Eine Druckluftleitung kann der Membran einen Ladeluftdruck zuführen. Leitung 120 bezeichnet die Druckluftleitung. Die Druckluftleitung 120 enthält einen Druckluftleitungseinlass 122, der in der Einlassleitung mündet, und einen Druckluftleitungsauslass 124, der in der Membran im Wastegate-Steller mündet. Der Wastegate-Steller kann das Wastegate auf Grundlage des auf die Membran ausgeübten Drucks einstellen. Zum Beispiel kann der Wastegate-Steller die Luftstrommenge durch das Wastegate erhöhen, wenn der Druck gegen die Membran zunimmt, und/oder kann sich das Wastegate öffnen, wenn der Druck gegen die Membran einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt. Es sind jedoch auch andere Steuerverfahren in Betracht gezogen worden. Es versteht sich, dass der Druck auf die Membran proportional zu dem Ladeluftdruck stromabwärts des Verdichters 58 ist. Die Feder und die Membran können über ein Gestänge (zum Beispiel ein mechanisches Gestänge) mit dem Wastegate 114 gekoppelt sein. Auf diese Weise empfängt der pneumatische Wastegate-Steller 116 Ladeluft von einer stromabwärts des Verdichters positionierten Einlassleitung. Wenn der luftgekühlte Wastegate-Steller 116 ein pneumatischer Wastegate-Steller ist, bezeichnet Leitung 118 ein pneumatisches Gestänge zwischen dem Wastegate-Steller und dem Wastegate. In anderen Beispielen ist die pneumatische Leitung möglicherweise jedoch nicht in dem Turboladersystem 54 enthalten. Ferner kann in einigen Beispielen der Wastegate-Steller 116 mechanisch (zum Beispiel über ein mechanisches Gestänge) mit dem Wastegate gekoppelt sein.
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In einigen Beispielen kann der luftgekühlte Wastegate-Steller 116 einen Elektromagneten und/oder einen Motor zur Einstellung des Wastegate enthalten. Deshalb kann der luftgekühlte Wastegate-Steller 116 eine elektronisch angesteuerte Schaltungsanordnung haben. Der Elektromagnet und/oder der Motor können durch eine Steuerung 150 gesteuert werden. Allgemeiner kann der luftgekühlte Wastegate-Steller 116 durch die Steuerung 150 gesteuert werden und deshalb Steuersignale von einer Steuerung empfangen, über Leitung 117 gezeigt. Die Steuerung 150 wird in 1 als ein herkömmlicher Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit (CPU) 152, Eingangs-/Ausgangs-Ports (I/O) 154, einen Nurlesespeicher (ROM) 156, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 158, einen Erhaltungsspeicher (KAM) 160 und einen herkömmlichen Datenbus enthält. Die Steuerung 12 empfängt verschiedene Signale von mit der Kraftmaschine 10 gekoppelten Sensoren. Zum Beispiel kann die Steuerung 12 Signale von einem mit einem Fahrpedal 164 gekoppelten Positionssensor 162 zur Erfassung der durch den Fuß 166 eingestellten Fahrpedalposition empfangen.
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Die Steuerung 150 kann Signale von Sensoren in dem Fahrzeug 50, wie zum Beispiel einem Drucksensor 180, der über eine Signalleitung 181 elektronisch mit der Steuerung gekoppelt ist, einem Drucksensor 182, der über eine Signalleitung 183 elektronisch mit der Steuerung gekoppelt ist, einem Temperatursensor 184, der über eine Signalleitung 185 elektronisch mit der Steuerung gekoppelt ist, empfangen. Wie gezeigt, ist der Drucksensor 180 mit der Einlassleitung 84 gekoppelt, ist der Drucksensor 182 mit der Auslassleitung 96 gekoppelt und ist der Temperatursensor 184 mit der Kraftmaschine 52 gekoppelt. Es sind jedoch auch andere Sensorpositionen in Betracht gezogen worden. Zum Beispiel kann/können ein Temperatursensor und/oder Drucksensor mit der Zweigeinlassleitung 74, dem Wastegate-Steller 116, dem Wastegate 114 und/oder der Turbinen-Bypassleitung 108 gekoppelt sein. Wie zuvor besprochen, kann die Steuerung 150 auch dem Wastegate-Steller 116 über die Signalleitung 117 ein Steuersignal senden. Die Steuerung 150 kann in einem Steuersystem 190 enthalten sein. Die oben genannten Sensoren können in einigen Beispielen auch in dem Steuersystem enthalten sein. Die Einlassleitungen 64, 74 und 84 können in einigen Beispielen in Abhängigkeit von ihrer Einleitungsreihenfolge als eine erste Einlassleitung, eine zweite Einlassleitung, eine dritte Einlassleitung usw. bezeichnet werden. Ebenso können die Auslassleitungen 96 und 104 in Abhängigkeit von ihrer Einleitungsreihenfolge als eine erste Auslassleitung, eine zweite Auslassleitung usw. bezeichnet werden.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Turboladersystems 54. 2 enthält einige der Komponenten in dem in 1 gezeigten Turboladersystem 54, weshalb ähnliche Teile entsprechend bezeichnet werden. Zur Vermeidung von Redundanz werden ähnliche Komponenten unter Bezugnahme auf 2 nicht besprochen. Es versteht sich jedoch, dass die Komponenten im Wesentlichen identisch sein können.
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Die Einlassleitung 64 wird in 2 gezeigt. Jedoch ist die Zweigeinlassleitung in 2 weggelassen. Der luftgekühlte Wastegate-Steller 116 ist bei der in 2 gezeigten Ausführungsform mit der Einlassleitung 64 gekoppelt. Insbesondere kann der luftgekühlte Wastegate-Steller 116 in der Einlassleitung 64 positioniert sein. Auf diese Weise kann die Einlassleitung 64 durchströmende Luft um den Wastegate-Steller herum geleitet werden, um Wärme von dem Steller abzuziehen. Infolgedessen wird die Wahrscheinlichkeit einer thermischen Beeinträchtigung des Wastegate-Stellers reduziert, wodurch die Langlebigkeit des Wastegate-Stellers erhöht wird. Es sind, falls gewünscht, möglicherweise keine zusätzlichen Kühlsysteme mit dem luftgekühlten Wastegate-Steller gekoppelt. In einigen Beispielen können jedoch zusätzliche Kühlsysteme verwendet werden, um den Wastegate-Steller zu kühlen.
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3 zeigt eine Detailansicht des in 1 gezeigten Zweigeinlassleitungsauslasses 80. Ein Teil der Einlassleitung 64 ist auch in 3 gezeigt. Die Einlassleitung 64 enthält ein Gehäuse 320, das eine Grenze eines inneren Strömungskanals 322 definiert. Wie gezeigt, kann eine Saugvorrichtung 300 (zum Beispiel eine Venturi-Pumpe) in dem Zweigeinlassleitungsauslass 80 enthalten sein. Die Saugvorrichtung 300 enthält einen Einlass 302, eine Kehle 304, einen Auslass 306 und einen Unterdruckkanal 308. Der Unterdruckkanal 308 steht mit stromaufwärtigen Abschnitten der Zweigeinlassleitung 74 in Strömungsverbindung. Pfeile 310 zeigen die allgemeine Luftstromrichtung durch die Saugvorrichtung 300 und die Zweigeinlassleitung 74. Pfeile 312 zeigen die allgemeine Luftstromrichtung durch die Einlassleitung. Es versteht sich, dass die Saugvorrichtung 300 den Luftstrom durch die Zweigeinlassleitung 74 verstärkt. Infolgedessen kann eine größere Einlassluftmenge durch den in 1 gezeigten luftgekühlten Wastegate-Steller 116 geleitet werden, wodurch die von dem Steller abgezogene Wärmemenge erhöht wird. Folglich wird die Wahrscheinlichkeit einer thermischen Beeinträchtigung des Wastegate-Stellers weiter reduziert. 4 zeigt eine Detailansicht des in 2 gezeigten luftgekühlten Wastegate-Stellers 116. Die Einlassleitung 64 enthält ein Gehäuse 400, das eine Grenze eines inneren Strömungskanals 402 definiert. Wie gezeigt, ist der luftgekühlte Wastegate-Steller 116 in einem Inneren der Einlassleitung 64 positioniert. Insbesondere ist der luftgekühlte Wastegate-Steller 116 in dem gezeigten Beispiel mit dem Inneren des Gehäuses 400 gekoppelt. Somit umgibt das Gehäuse 400 den luftgekühlten Wastegate-Steller 116 zumindest teilweise. Pfeile 404 bezeichnen die allgemeine Luftstromrichtung durch die Einlassleitung 64. Es versteht sich jedoch, dass das Luftstrommuster eine größere Komplexität hat, die nicht dargestellt wird. Wie gezeigt, wird Einlassluft um den Wastegate-Steller 116 herum geleitet, wodurch der Wastegate-Steller 116 gekühlt wird. Deshalb empfängt der Wastegate-Steller 116 Luftstrom in der Einlassleitung 64. Auf diese Weise wird die Wahrscheinlichkeit einer thermischen Beeinträchtigung des Wastegate-Stellers reduziert.
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5 zeigt ein anderes Beispiel eines luftgekühlten Wastegate-Stellers 116. Der Wastegate-Steller 116, der in 5 gezeigt wird, kann in der in 1 gezeigten Turboladersystemausführungsform enthalten sein. Der luftgekühlte Wastegate-Steller 116 enthält einen Luftkühlungskanal 500. Wie gezeigt, steht der Luftkühlungskanal 500 mit der Zweigeinlassleitung 74 in Reihenströmungsverbindung. In dem gezeigten Beispiel erstreckt sich der Luftkühlungskanal 500 in den luftgekühlten Wastegate-Steller 116. Somit durchquert der Luftkühlungskanal 500 den luftgekühlten Wastegate-Steller 116. Insbesondere überspannt der Luftkühlungskanal eine Länge des luftgekühlten Wastegate-Stellers 116. In einigen Beispielen kann der Luftkühlungskanal einen ersten Abschnitt, der Luft in eine erste Richtung leitet, und einen zweiten Abschnitt, der Luft in eine entgegengesetzte Richtung leitet, enthalten. Es sind jedoch auch andere Luftkühlungskanalkonfigurationen in Betracht gezogen worden. Der Luftkühlungskanal kann zum Beispiel mit einem Gehäuse 502 des luftgekühlten Wastegate-Stellers 116 gekoppelt sein und das Gehäuse durchqueren.
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6 zeigt ein Verfahren 600 zum Betrieb eines Turboladersystems. Das Verfahren 600 kann über die Systeme (zum Beispiel Steuersystem und Turboladersystem) und Komponenten, die oben unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschrieben werden, implementiert werden oder kann über andere geeignete Systeme und Komponenten implementiert werden.
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Bei 602 umfasst das Verfahren Leiten von Einlassluft von einer nicht aufgeladenen Einlassleitung (zum Beispiel der in 1 gezeigten Einlassleitung 64) zu einer Zweigeinlassleitung (zum Beispiel der in 1 gezeigten Zweigeinlassleitung 74), die mit der nicht aufgeladenen Einlassleitung in Parallelströmungsverbindung steht. Als Nächstes umfasst das Verfahren bei 604 Leiten von Einlassluft von der Zweigeinlassleitung in einen Luftkühlungskanal (den in 5 gezeigten Luftkühlungskanal 500), der in einem luftgekühlten Wastegate-Steller (zum Beispiel dem in 5 gezeigten luftgekühlten Wastegate-Steller 116) enthalten ist.
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Bei 606 umfasst das Verfahren Zurückleiten von Einlassluft in die Zweigeinlassleitung von dem Luftkühlungskanal. Als Nächstes umfasst das Verfahren bei 608 Zurückleiten von Einlassluft von der Zweigeinlassleitung in die nicht aufgeladene Einlassleitung. In einigen Beispielen kann die Einlassluft von der Zweigeinlassleitung an einer Stelle, die stromabwärts von dort liegt, von wo die Einlassluft von der nicht aufgeladenen Einlassleitung in die Zweigeinlassleitung geleitet wird, in die nicht aufgeladene Einlassleitung zurück geleitet werden. Ferner kann in einigen Beispielen die die Zweigeinlassleitung durchströmende Luftmenge über ein in der Zweigeinlassleitung positioniertes Ventil auf Grundlage beispielsweise der Temperatur der Kraftmaschine eingestellt werden.
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Es sei darauf hingewiesen, dass in zusätzlichen Ausführungsformen ein Verfahren zum Betrieb der Kraftmaschine Leiten von aufgeladener Einlassluft über einen Körper eines Wastegate-Stellers zum Kühlen des Wastegate-Stellers umfassen kann. Die aufgeladene Luft kann über eine von stromabwärts des Verdichters zu stromaufwärts des Verdichters, zum Beispiel in einer Verdichter-Bypassleitung, führende Zweigleitung zu dem Wastegate-Steller geleitet werden. Die Zweigleitung kann auch von stromaufwärts des Verdichters zu einer anderen Stelle stromaufwärts des Verdichters positioniert sein. Der Wastegate-Steller kann durch ein Steuersystem gesteuert werden und elektrische Betätigungssignale von dem Steuersystem empfangen. Der Wastegate-Steller kann mechanisch mit dem Turbolader-Wastegate gekoppelt sein, um Betrieb des Wastegate während des Kraftmaschinenbetriebs zu steuern.
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In einigen Beispielen kann die zu dem Wastegate-Steller in der Zweigeinlassleitung geleitete Luftmenge über ein in der Zweigeinlassleitung positioniertes Ventil eingestellt werden. Das Ventil kann durch die Steuerung auf Grundlage von Betriebsbedingungen eingestellt werden. Zum Beispiel kann die Abgastemperatur durch die Steuerung geschätzt werden, und das Ventil in der Zweigeinlassleitung kann mit zunehmender Abgastemperatur vergrößert werden, wodurch dem Wastegate-Steller ausreichend Kühlung bereitgestellt wird. Des Weiteren kann der Kraftmaschinenbetrieb auf Grundlage der durch die Zweigeinlassleitung geleiteten Luftstrommenge und auf Grundlage ihrer Temperatur eingestellt werden. Zum Beispiel kann dem Ladeluftkühler proportional zu der Menge und/oder der Temperatur des durch die Zweigeinlassleitung geleiteten Luftstroms zunehmend Kühlmittel bereitgestellt werden. Als anderes Beispiel kann zum Ausgleich des zunehmenden Luftstroms durch die Zweigeinlassleitung der Kompressor-Bypassventilbetrieb umgekehrt proportional dazu eingestellt werden.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuerungs- und Schätzungsroutinen mit verschiedenen Kraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier beschriebenen bestimmten Routinen können eine oder mehrere einer Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie zum Beispiel ereignisgesteuert, interruptgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. Somit können verschiedene dargestellte Handlungen, Betätigungen oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge oder parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwingend nötig, um die Merkmale und Vorteile der beispielhaften Ausführungsformen, die hier beschrieben werden, zu erreichen, sondern ist zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung vorgesehen. Eine oder mehrere der dargestellten Handlungen oder Funktionen können in Abhängigkeit von der verwendeten bestimmten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Des Weiteren können die beschriebenen Handlungen einen in das computerlesbare Speichermedium im Verbrennungsmotorsteuersystem zu programmierenden Code graphisch darstellen.
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Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen rein beispielhaft sind und dass diese bestimmten Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne betrachtet werden sollen, weil zahlreiche Variationen möglich sind. Die obige Technologie kann zum Beispiel auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, Boxer-4- und andere Kraftmaschinenarten angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt somit alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart sind, ein.
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Die folgenden Ansprüche weisen speziell auf bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen hin, die als neu und nicht offensichtlich betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf "ein" Element oder "ein erstes" Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sollten als den Einschluss von einem oder mehreren solchen Elementen umfassend verstanden werden, wobei sie zwei oder mehr solche Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage von neuen Ansprüchen in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden, ob ihr Schutzbereich weiter, enger, gleich oder anders in Bezug auf die ursprünglichen Ansprüche ist, auch als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4630445 [0005, 0005, 0005]
