WO2011045272A1 - Verbrennungsmotor mit aufladeeinrichtung sowie verfahren zum betreiben eines verbrennungsmotors - Google Patents

Verbrennungsmotor mit aufladeeinrichtung sowie verfahren zum betreiben eines verbrennungsmotors Download PDF

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WO2011045272A1
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exhaust gas
compressor
air
internal combustion
combustion engine
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Jochen Laubender
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to internal combustion engines with charging devices, in particular exhaust gas turbochargers, and to methods for operating such internal combustion engines.
  • a wastegate may be provided on the turbine side in the exhaust line of the charging device.
  • the wastegate essentially constitutes a valve in an exhaust gas line bypassing the turbine so that, depending on the position of the valve, a portion of the exhaust gas used to drive the supercharger is passed around the turbine, thereby reducing the charging capacity.
  • a charging device with a variable turbine geometry may also be provided, the efficiency of the charging device and thus the charging power being adjusted depending on the position of turbine wheel blades.
  • the boost pressure in the air path at the compressor outlet must be reduced very rapidly in order to prevent destruction in the air system, in particular in the intake manifold, due to excessive overpressure or the compressor of the supercharger before a state of To save compressor pumping.
  • a so-called diverter valve is usually used, which is inserted in a connecting the output side and the input side of the compressor of the charging device return air line.
  • the recirculating air valve When opened, the recirculating air valve ensures that pressure is equalized between the outlet side of the compressor and the inlet side of the compressor.
  • the diverter valve was pneumatically designed to be either opened or closed depending on a pressure difference between the intake manifold pressure and the ambient pressure, and was used primarily to prevent compressor pumping.
  • Electromagnetically controlled diverter valves are used in current engine systems which can also be integrated into the compressor housing to save costs associated with tubing and the like.
  • the function of the electromagnetically controlled diverter valve is adapted to the function of the pneumatically controlled diverter valve, i. it is only an opening and closing depending on a intake manifold pressure provided.
  • a charging device for an air supply system of an internal combustion engine comprises:
  • a compressor for drawing in air and supplying air under a boost pressure
  • a drive element for driving the compressor a diverting duct disposed between an inlet side and an outlet side of the compressor;
  • a diverter valve disposed in the diverter duct
  • diverter valve is adjustably configured to vary a flow of air from the outlet side to the inlet side of the compressor in a plurality of stages or continuously.
  • An idea of the present invention is that in the charging device a more than two stages, i. also in intermediate stages to provide adjustable or continuously adjustable diverter diverter valve, which makes it possible to control the operating point of the compressor of the charging device targeted.
  • an improved charge pressure control in dynamic or stationary operation is possible, in particular a faster charge pressure build-up during load interruptions, as they occur, for example, during switching operations, and when re-inserting after the overrun operation can be achieved.
  • an optimized overboost function can be realized in which higher charge pressures, e.g. for performing overtaking operations of a motor vehicle driven motor vehicle. This is possible, for example, by the rotational speed of the charging device increases while simultaneously further opened diverter valve, and then reduced to build up an increased boost pressure of the passage of the diverter valve.
  • the possibility of setting the operating point of the charging device more precisely, in conjunction with a throttle unit in front of intake valves of the internal combustion engine, can reduce or optimize the charge exchange work so that the fuel consumption of the engine system can be lower.
  • the drive element of the charging device may comprise an exhaust gas turbine.
  • the exhaust gas turbine can be coupled to the compressor in order to convert an exhaust gas energy converted in the exhaust gas turbine into a compressor power, wherein the exhaust gas energy converted in the exhaust gas turbine can be adjusted.
  • the exhaust gas turbine can be provided with a variably adjustable Wastegate valve in an exhaust gas bypass line and / or a variable Have turbine geometry to adjust the converted exhaust gas energy ie the efficiency of the charging device.
  • an engine system is provided with an internal combustion engine to which air is supplied via an air supply system and the above charging means, wherein in the air supply system, a variable boost pressure is provided in a multi-stage or continuously depending on a setting of the diverter valve.
  • the drive element may comprise an exhaust gas turbine, which is coupled to the compressor to convert an exhaust gas energy converted in the exhaust gas turbine into a compressor power, wherein the exhaust gas energy converted in the exhaust gas turbine is adjustable.
  • the exhaust gas turbine may be provided with a variable wastegate valve in an exhaust bypass line and / or may have a variable turbine geometry to adjust the converted exhaust gas energy.
  • a control unit may be provided, wherein the control unit is designed to control the diverter valve in a reduction of the amount of air supplied to the internal combustion engine, in order to increase the amount of air directed from the outlet side of the compressor to the inlet side. Furthermore, the control unit is designed, in reducing the amount of air supplied to the internal combustion engine to adjust the exhaust gas energy converted in the exhaust gas turbine so that the delivery rate of the compressor remains constant or increased.
  • an exhaust gas recirculation line may be provided to direct combustion exhaust gas from the internal combustion engine into the air supply system such that the combustion exhaust gas is supplied to the internal combustion engine with an air-fuel mixture, the control unit being configured to increase the proportion of combustion exhaust gas supplied adjust the setting of the reacted in the exhaust gas exhaust gas energy.
  • a method for operating an engine system with an internal combustion engine which is supplied with air via a charging unit. direction for an air supply system of an internal combustion engine is supplied, wherein the charging device comprises:
  • a compressor for drawing in air and supplying air under a boost pressure
  • a diverting duct disposed between an inlet side and an outlet side of the compressor
  • a diverter valve disposed in the diverter duct and adjustably configured to vary an air flow from the outlet side to the inlet side of the compressor in a plurality of stages or continuously, the diverter valve being driven such that upon a reduction in the amount of air supplied to the engine is increased from the outlet side of the compressor to the inlet side directed amount of air and that with an increase in the amount of air supplied to the internal combustion engine, the amount of air fed from the outlet side of the compressor to the inlet side is reduced.
  • the exhaust gas energy converted in the exhaust gas turbine can be adjusted so that the delivery rate of the compressor remains constant or increased.
  • An exhaust gas recirculation line may be provided to direct combustion exhaust gas from the internal combustion engine into the air supply system so that the combustion exhaust gas is supplied to the internal combustion engine with an air-fuel mixture, the proportion of the supplied combustion exhaust gas being dependent on the adjustment of exhaust gas energy converted in the exhaust gas turbine is set.
  • the amount of air supplied to the engine can be adjusted only by varying the air flow from the exhaust side to the inlet side of the compressor.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an engine system with a charging device
  • Fig. 2 is a schematic representation of another engine system with a charging device and with an exhaust gas recirculation.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an engine system 1 is shown with an internal combustion engine 2, the air via an air supply system 3 is supplied. Combustion exhaust gases are discharged from the engine 2 via an exhaust section 4.
  • the injection of fuel into a Saugrohrabchanging 5 of the air supply system by means of an injection valve 6.
  • the Saugrohrabites 5 is provided in this embodiment between a throttle device 7 in the air supply system and cylinder inlets (not shown) of the internal combustion engine 2.
  • the injection valve 6 is arranged in the vicinity of the intake valves of the cylinders of the internal combustion engine 2.
  • direct fuel injection into the cylinders of the internal combustion engine 2 may also be provided.
  • the throttle device 7 comprises an actuating element in the air supply system 3 with a flap or the like, wherein a flow resistance for the air supplied to the intake pipe is adjustable by the position or inclination of the flap.
  • the engine system 1 comprises a charging device 8 in the form of an exhaust gas turbocharger, in which an exhaust gas turbine 9 is arranged in the exhaust gas section 4 so that exhaust gas flowing through the exhaust gas turbine 9 drives a compressor 10 of the charging device 8 coupled to the exhaust gas turbine 9.
  • the compressor 10 is located in the air supply section 3 and serves to suck in air from the environment and to provide under a boost pressure in a charging section 1 1 of the air supply system upstream of the throttle device 7.
  • the pumping power of the charging device 8 depends essentially on the exhaust gas energy of the exhaust gas flowing through the exhaust gas turbine 9, which is determined by a rotational speed of the compressor 10.
  • the amount of exhaust gas flowing through the exhaust gas turbine 9 can be adjusted via a wastegate valve 12, which is arranged in a short-circuit line between the input side of the turbine 9 and the output side of the turbine 9.
  • the position of the gategate valve 12 is variable and determines the amount of exhaust gas flowing through the turbine 9. The further the wastegate valve 12 is open, the more exhaust gas of the exhaust gas flow passes the turbine 9 and the less power is available for the compressor 10 coupled to the exhaust gas turbine 9.
  • the adjustment possibilities via the wastegate valve 12 are limited, and it is not possible, in particular with rapid load changes, to change the operating point of the charging device 8, i. In particular, the speed of the compressor 10 to quickly adapt to the required air volume or to the required boost pressure.
  • the exhaust gas turbine 9 may also be provided with a variable turbine geometry in order to adjust the efficiency of the charging device.
  • a diverter valve 13 is provided in a thrust air line 14, which connects the output side of the compressor 10 with the input side of the compressor 10.
  • a diverter valve 13 When the diverter valve 13 is open, a part of the air located in the charging section 11 of the air supply system 3 (under boost pressure) can thus reach the input side of the compressor 10 again via the diverting air line 14.
  • a control unit 15 which controls the throttle valve 7 for adjusting the amount of air flowing into the engine 2, the injection valve 6 for adjusting the amount of fuel supplied, the wastegate valve 12 for adjusting the compressor power of the charging device 8 and the diverter valve 13.
  • the diverter valve 13 is provided to be variably adjustable, that is, to be able to assume intermediate states between a fully opened and a fully closed state, so that the air mass flow flowing from the output side of the compressor 10 to the input side can be set by setting a variable Flow resistance in the thrust air line 14 is adjustable.
  • the compressor 10 of the supercharger 8 is often operated near the surge line to achieve the highest possible engine torque.
  • the throttle device 7 is fully opened, so that the amount of air supplied into the engine 2 corresponds to the amount of air that can be delivered by the compressor 10.
  • an exhaust gas turbine having a variable turbine geometry may also be provided so that different delivery rates (operating points) of the charging device 8 can be set by adjusting the turbine geometry.
  • the control unit 15 controls the engine system 1 such that in stationary operating conditions with partially opened throttle device 7 at partial load or fully opened throttle device 7 in the air supply system 3, the diverter valve 13 is controlled in time or with respect to a crankshaft angle such that a forced recirculation of a partial air mass flow from the output side of the compressor 10 to the input side of the compressor 10 is caused or increased or prevented or reduced. This is done so that the compressor 10 operates at a sufficient distance from the surge line, ie, from an operating condition in which compressor pumping may occur.
  • the wastegate valve 12 is closed or opened according to a timing or crankshaft angle, so that a necessary compressor pressure ratio (turbine ratio) and a required air mass flow through the compressor 10 of the turbine for the engine 2 are maintained.
  • a variable geometry of the turbine 9 can be set in order to set the compressor pressure ratio (turbine ratio) and the required air mass flow generated by the compressor.
  • the setting of the wastegate valve 12 can be carried out so that the exhaust gas back pressure is only increased to the extent that it does not result in an increased charge exchange work in the internal combustion engine 2.
  • An increased charge exchange work in the internal combustion engine 2 would undesirably increase the specific consumption of fuel in the internal combustion engine 2.
  • the wastegate valve 12 can only be opened to a certain extent, in which a maximum proportion of the exhaust gas is passed around the exhaust gas turbine 9.
  • the control unit 15 thus controls the diverter valve 13 and the wastegate valve 12 and the variable turbine geometry so that sets a minimum charge exchange work and an optimal compressor / turbine pressure ratio or an optimal compressor / turbine mass flow.
  • FIG. 2 another embodiment of an engine system is shown.
  • the engine system of Fig. 2 differs from the engine system of Fig. 1 in that an exhaust gas recirculation line 16 is provided, in which an exhaust gas recirculation valve 17 is located.
  • the exhaust gas recirculation line 16 allows a part of the combustion exhaust gas discharged from the engine 2 to be returned to the air supply system 3 so as to add inert gas to the air-fuel mixture. So a desired combustion behavior can be achieved.
  • the exhaust gas recirculation rate ie the ratio of the combustion exhaust gas reaching the cylinders to the amount of the air-fuel mixture, depends on the amount of combustion exhaust gas entering the air supply system 3, the adjustment of the wastegate valve 12 or through the Setting the variable turbine geometry, a higher exhaust gas pressure between the exhaust gas turbine 9 and the engine 2 in the exhaust section 4 can be adjusted so that a greater pressure gradient and thus an increased exhaust gas recirculation rate can be achieved. This can have a positive effect on the emission behavior of the internal combustion engine 2. Accordingly, in an engine system in which the exhaust gas recirculation is to be improved, the recirculation valve 13 can be controlled so that the supplied air amount can be adjusted by adjusting the recirculation valve 13 and adjusting the position of the throttle device 7.
  • the exhaust gas recirculated through the exhaust gas recirculation line 16 can be cooled by means of an exhaust gas cooler 18 so as to increase the exhaust gas amount at the same pressure.
  • the exhaust gas to be recirculated may also be taken downstream of a diesel particulate filter disposed in the exhaust gas section downstream of the supercharger 8 and supplied to the intake manifold. This arrangement is called low-pressure exhaust gas recirculation.
  • the diverter valve 13 and the wastegate valve 12 so temporally or with respect to a crankshaft angle are controlled so that a forced recirculation of a partial mass flow is adjusted from the output side of the compressor 10 to the input side to maintain the speed of the supercharger 8 and thus the speed of the compressor 10 as long as possible.
  • the capacity of the compressor 10 can be maintained for a while after the load drop.
  • a desired charging pressure in the charging section 11 of the air supply system 3 or a desired value of an air charge in the cylinders of the internal combustion engine 2 can thus be achieved significantly faster. be extended or exceeded as desired for a short time to realize an overboost function.
  • Such functionality can have a positive effect on the response of the internal combustion engine 2 and the ride comfort. In this case, it is achieved by a very extensive opening of the diverter valve 13 while maintaining the amount of air supplied to the internal combustion engine 2 that the supercharger 8 rotates at a very high speed and thus the compressor 10 promotes a high amount of air.
  • part of the kinetic energy of the charging device 8 can be used to quickly build up a boost pressure in the charging section 11, by appropriately closing the diverter valve 13 (and simultaneously closing the wastegate valve 12) that the internal combustion engine 2 can quickly be provided a high amount of air available.
  • control unit 15 can realize a function in which the recirculation valve 13 is controlled so that in a rapid change of the position of the throttle valve 7, e.g. To quickly reduce or increase the air supply to the engine 2, a corresponding control of the diverter valve 13 can be performed to compensate for the rapid adjustment movement of the throttle valve 7. This may serve to avoid excessive pressure spikes in the air supply system 3.
  • a rapid closing of the throttle valve 7 can be collected in the loading section 1 1 by a corresponding complete or partial opening or increasing the opening cross-section of the diverter valve 13, a rapid pressure increase.
  • the axial load of the rotor group with the compressor wheel of the compressor 9, the connecting shaft and the turbine wheel of the exhaust gas turbine 9 can be avoided and the service life of the exhaust gas turbocharger can be increased.
  • an engine system may be provided in which a throttle valve 7 is omitted when a variable valve timing on the intake and on the intake and exhaust side of the internal combustion engine 2 is present.
  • the control unit 15 can then set by adjusting the diverter valve 13, the amount of air which is supplied via the air supply system 3 to the internal combustion engine 2.
  • a fine adjustment by the variably adjustable intake valves can be made in order to produce a possible derenched engine operation with the lowest possible charge exchange work.
  • the throttle device 7 may also be arranged upstream of the compressor 10. Thereby, a negative pressure is generated between the throttle device 7 and the compressor 10, whereby the compressor 10 operates at a higher volume flow and thus higher efficiency.
  • the throttle device 7 is arranged so that the diverting air passage 14 opens into the portion of the air supply system 3 which is located between the throttle device 7 and the input side of the compressor 10.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Aufladeeinrichtung (8) für ein Luftzuführungssystem (3) eines Verbrennungsmotors (2), umfassend: - einen Verdichter (10) zum Ansaugen von Luft und zum Bereitstellen von Luft unter einem Ladedruck; - ein Antriebselement (9) zum Antreiben des Verdichters (10); - eine Schubumluftleitung (14), die zwischen einer Einlassseite und einer Auslassseite des Verdichters (10) angeordnet ist; ein Schubumluftventil (13), das in der Schubumluftleitung (14) angeordnet ist, wobei das Schubumluftventil (13) einstellbar ausgebildet ist, um einen Luftstrom von der Auslassseite zu der Einlassseite des Verdichters (10) in mehr als zwei Stufen oder kontinuierlich zu variieren. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Motorsystem (1) mit einem Verbrennungsmotor (2), dem Luft über ein Luftzuführungssystem (3) zugeführt wird, und mit einer Aufladeeinrichtung (8) nach Anspruch 1, wobei in dem Luftzuführungssystem (3) abhängig von einer Einstellung des Schubumluftventils (13) ein Ladedruck in mehr als zwei Stufen oder variabel bereitstellbar ist.

Description

Beschreibung
Titel
Verbrennungsmotor mit Aufladeeinrichtung sowie Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren mit Aufladeeinrichtungen, insbesondere Abgasturboladern, sowie Verfahren zum Betreiben derartiger Verbrennungsmotoren.
Stand der Technik
Verbrennungsmotoren mit durch den Abgasstrom angetriebenen Aufladeeinrichtungen zum Bereitstellen eines Ladedrucks in einem Luftsystem, wie beispielsweise Abgasturboladern, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Zur Steuerung des Ladedrucks kann auf der Turbinenseite im Abgasstrang der Aufladeeinrichtung ein Wastegate vorgesehen sein. Das Wastegate stellt im Wesentlichen ein Ventil in einer die Turbine umgehenden Abgasleitung dar, so dass je nach Stellung des Ventils ein Teil des zum Antrieb der Aufladeeinrichtung verwendeten Abgases um die Turbine herumgeleitet wird, wodurch die Ladeleistung reduziert wird. Alternativ kann auch eine Aufladeeinrichtung mit einer variablen Turbinengeometrie vorgesehen sein, wobei je nach Stellung von Turbinenradschaufeln der Wirkungsgrad der Aufladeeinrichtung und somit die Ladeleistung eingestellt wird.
Bei schnellen Lastwechseln oder im Schubbetrieb kann es im Dynamikpfad vorkommen, dass der Ladedruck im Luftpfad am Verdichterausgang sehr schnell abgebaut werden muss, um Zerstörungen im Luftsystem, insbesondere im Saugrohr, durch zu hohen Überdruck zu verhindern bzw. den Verdichter der Aufladeeinrichtung vor einem Zustand des Verdichterpumpens zu bewahren. Durch eine ausschließliche Ansteue- rung des Wastegates ist jedoch der schnelle Abbau des Ladedrucks nicht erreichbar. Daher wird üblicherweise ein so genanntes Schubumluftventil eingesetzt, welches in einer die Ausgangsseite und die Eingangsseite des Verdichters der Aufladeeinrichtung verbindende Schubumluftleitung eingesetzt ist.
Im geöffneten Zustand sorgt das Schubumluftventil dafür, dass ein Druckausgleich zwischen der Auslassseite des Verdichters zur Einlassseite des Verdichters erfolgt. In der Vergangenheit wurde das Schubumluftventil pneumatisch ausgeführt, so dass es abhängig von einer Druckdifferenz zwischen dem Saugrohrdruck und dem Umgebungsdruck entweder geöffnet oder geschlossen wurde, und diente dazu, vor allem ein Verdichterpumpen zu verhindern. In gegenwärtigen Motorsystemen werden elektromagnetisch gesteuerte Schubumluftventile eingesetzt, die zudem in das Verdichtergehäuse integriert werden können, um Kosten durch Verschlauchungen und dgl. einzusparen. Die Funktion des elektromagnetisch gesteuerten Schubumluftventils ist dabei an die Funktion des pneumatisch angesteuerten Schubumluftventils angepasst, d.h. es ist lediglich ein Öffnen und Schließen abhängig von einem Saugrohrdruck vorgesehen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Aufladeeinrichtung sowie ein Motorsystem zur Verfügung zu stellen, bei denen der Betriebspunkt des Verdichters gezielt eingestellt werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch die Aufladeeinrichtung gemäß Anspruch 1 , das Motorsystem sowie das Verfahren zum Betreiben des Motorsystems gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Aufladeeinrichtung für ein Luftzuführungssystem eines Verbrennungsmotors vorgesehen. Die Aufladeeinrichtung umfasst:
einen Verdichter zum Ansaugen von Luft und zum Bereitstellen von Luft unter einem Ladedruck;
ein Antriebselement zum Antreiben des Verdichters; eine Schubumluftleitung, die zwischen einer Einlassseite und einer Auslassseite des Verdichters angeordnet ist;
ein Schubumluftventil, das in der Schubumluftleitung angeordnet ist,
wobei das Schubumluftventil einstellbar ausgebildet ist, um einen Luftstrom von der Auslassseite zu der Einlassseite des Verdichters in mehreren Stufen oder kontinuierlich zu variieren.
Eine Idee der vorliegenden Erfindung besteht darin, in der Aufladeeinrichtung ein in mehr als zwei Stufen, d.h. auch in Zwischenstufen, verstellbares bzw. kontinuierlich verstellbares Schubumluftventil vorzusehen, das es ermöglicht, den Betriebspunkt des Verdichters der Aufladeeinrichtung gezielt steuern zu können. Dadurch wird eine verbesserte Ladedruckregelung im dynamischen oder stationären Betrieb möglich, insbesondere kann ein schnellerer Ladedruckaufbau bei Lastunterbrechungen, wie sie beispielsweise bei Schaltvorgängen auftreten, und beim Wiedereinsetzen nach dem Schubbetrieb erreicht werden.
Es kann ferner eine optimierte Overboost-Funktion realisiert werden, bei der man kurzzeitig höhere Ladedrücke, z.B. für das Durchführen von Überholvorgängen eines mit dem Motorsystem angetriebenen Kraftfahrzeugs erreichen kann. Dies ist beispielsweise möglich, indem die Drehzahl der Aufladeeinrichtung bei gleichzeitig weiter geöffnetem Schubumluftventil erhöht, und anschließend zum Aufbau eines erhöhten Ladedrucks der Durchläse des Schubumluftventils reduziert wird.
Durch die Möglichkeit, den Betriebspunkt der Aufladeeinrichtung präziser einzustellen, kann in Verbindung mit einer Drosseleinheit vor Einlassventilen des Verbrennungsmotors die Ladungswechselarbeit reduziert bzw. optimiert werden, so dass der Kraftstoffverbrauch des Motorsystems geringer sein kann.
Weiterhin kann das Antriebselement der Aufladeeinrichtung eine Abgasturbine umfassen. Insbesondere kann die Abgasturbine mit dem Verdichter gekoppelt sein, um eine in der Abgasturbine umgesetzte Abgasenergie in eine Verdichterleistung umzusetzen, wobei die in der Abgasturbine umgesetzte Abgasenergie einstellbar ist. Die Abgasturbine kann mit einem variabel verstellbaren Wastega- te-Ventil in einer Abgasumgehungsleitung versehen sein und/oder eine variable Turbinengeometrie aufweisen, um die umgesetzte Abgasenergie d.h. den Wirkungsgrad der Aufladeeinrichtung einzustellen.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Motorsystem mit einem Verbrennungsmotor, dem Luft über ein Luftzuführungssystem zugeführt wird, und mit der obigen Aufladeeinrichtung vorgesehen, wobei in dem Luftzuführungssystem abhängig von einer Einstellung des Schubumluftventils ein variabler Ladedruck mehrstufig oder kontinuierlich bereitstellbar ist.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Antriebselement eine Abgasturbine umfassen, die mit dem Verdichter gekoppelt ist, um eine in der Abgasturbine umgesetzte Abgasenergie in eine Verdichterleistung umzusetzen, wobei die in der Abgasturbine umgesetzte Abgasenergie einstellbar ist.
Weiterhin kann die Abgasturbine mit einem variablen Wastegate-Ventil in einer Abgasumgehungsleitung versehen sein und/oder eine variable Turbinengeometrie aufweisen, um die umgesetzte Abgasenergie einzustellen.
Es kann eine Steuereinheit vorgesehen sein, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, bei einer Reduzierung der in den Verbrennungsmotor zugeführten Luftmenge das Schubumluftventil anzusteuern, um die von der Auslassseite des Verdichters auf die Einlassseite geleitete Luftmenge zu erhöhen. Weiterhin kann die Steuereinheit ausgebildet ist, bei der Reduzierung der in den Verbrennungsmotor zugeführten Luftmenge die in der Abgasturbine umgesetzte Abgasenergie so einzustellen, dass die Fördermenge des Verdichters konstant bleibt oder erhöht wird.
Gemäß einer Ausführungsform kann eine Abgasrückführungsleitung vorgesehen sein, um Verbrennungsabgas aus dem Verbrennungsmotor in das Luftzuführungssystem zu leiten, so dass das Verbrennungsabgas mit einem Luft- Kraftstoff-Gemisch dem Verbrennungsmotor zugeführt wird, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, um den Anteil des zugeführten Verbrennungsabgases abhängig von der Einstellung der in der Abgasturbine umgesetzten Abgasenergie einzustellen.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems mit einem Verbrennungsmotor vorgesehen, dem Luft über eine Aufladeein- richtung für ein Luftzuführungssystem eines Verbrennungsmotors zugeführt wird, wobei die Aufladeeinrichtung umfasst:
einen Verdichter zum Ansaugen von Luft und zum Bereitstellen von Luft unter einem Ladedruck;
ein Antriebselement zum Antreiben des Verdichters;
eine Schubumluftleitung, die zwischen einer Einlassseite und einer Auslassseite des Verdichters angeordnet ist;
ein Schubumluftventil, das in der Schubumluftleitung angeordnet ist und einstellbar ausgebildet ist, um einen Luftstrom von der Auslassseite zu der Einlassseite des Verdichters in mehreren Stufen oder kontinuierlich zu variieren, wobei das Schubumluftventil angesteuert wird, so dass bei einer Reduzierung der dem Verbrennungsmotor zugeführten Luftmenge die von der Auslassseite des Verdichters auf die Einlassseite geleitete Luftmenge erhöht wird und dass bei einer Erhöhung der dem Verbrennungsmotor zugeführten Luftmenge die von der Auslassseite des Verdichters auf die Einlassseite geleitete Luftmenge verringert wird.
Weiterhin kann bei der Reduzierung der dem Verbrennungsmotor zugeführten Luftmenge die in der Abgasturbine umgesetzte Abgasenergie so eingestellt werden, dass die Fördermenge des Verdichters konstant bleibt oder erhöht wird.
Es kann eine Abgasrückführungsleitung vorgesehen sein, um Verbrennungsabgas aus dem Verbrennungsmotor in das Luftzuführungssystem zu leiten, so dass das Verbrennungsabgas mit einem Luft-Kraftstoff-Gemisch dem Verbrennungsmotor zugeführt wird, wobei der Anteil des zugeführten Verbrennungsabgases abhängig von der Einstellung der in der Abgasturbine umgesetzten Abgasenergie eingestellt wird.
Weiterhin kann die dem Verbrennungsmotor zugeführte Luftmenge nur durch Variieren des Luftstroms von der Auslassseite zu der Einlassseite des Verdichters eingestellt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist die Verwendung der obigen Aufladeeinrichtung in einem Motorsystem mit einem Verbrennungsmotor vorgesehen. Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Motorsystems mit einer Aufladeeinrichtung; und
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines weiteren Motorsystems mit einer Aufladeeinrichtung und mit einer Abgasrückführung.
Beschreibung von Ausführungsformen
In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Motorsystems 1 gezeigt mit einem Verbrennungsmotor 2, dem Luft über ein Luftzuführungssystem 3 zugeführt wird. Verbrennungsabgase werden von dem Verbrennungsmotor 2 über einen Abgasabschnitt 4 abgeführt. Im gezeigten Motorsystem 1 erfolgt die Einspritzung von Kraftstoff in einen Saugrohrabschnitt 5 des Luftzuführungssystems mithilfe eines Einspritzventils 6. Der Saugrohrabschnitt 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel zwischen einer Drosselvorrichtung 7 im Luftzuführungssystem und Zylindereinlässen (nicht gezeigt) des Verbrennungsmotors 2 vorgesehen. Das Einspritzventil 6 ist dabei in der Nähe der Einlassventile der Zylinder des Verbrennungsmotors 2 angeordnet. Bei einer alternativen Ausführungsform kann auch eine Kraftstoffdirekteinspritzung in die Zylinder des Verbrennungsmotors 2 vorgesehen werden.
Die Drosselvorrichtung 7 umfasst ein Stellelement in dem Luftzuführungssystem 3 mit einer Klappe oder dergleichen, wobei durch die Stellung bzw. Neigung der Klappe ein Strömungswiderstand für die dem Saugrohr zugeführte Luft einstellbar ist.
Das Motorsystem 1 umfasst eine Aufladeeinrichtung 8 in Form eines Abgasturboladers, bei der eine Abgasturbine 9 im Abgasabschnitt 4 so angeordnet ist, dass Abgas, das durch die Abgasturbine 9 strömt, einen mit der Abgasturbine 9 gekoppelten Verdichter 10 der Aufladeeinrichtung 8 antreibt. Der Verdichter 10 befindet sich im Luftzuführungsabschnitt 3 und dient dazu, Luft aus der Umgebung anzusaugen und unter einem Ladedruck in einem Ladeabschnitt 1 1 des Luftzuführungssystems stromaufwärts der Drosselvorrichtung 7 bereitzustellen. Die Pumpleistung der Aufladeeinrichtung 8 hängt im Wesentlichen von der Abgasenergie des durch die Abgasturbine 9 strömenden Abgases ab, die durch eine Drehzahl des Verdichters 10 bestimmt wird.
Die durch die Abgasturbine 9 strömende Abgasmenge kann über ein Wastegate-Ventil 12 eingestellt werden, das in einer Kurzschlussleitung zwischen der Eingangsseite der Turbine 9 und der Ausgangsseite der Turbine 9 angeordnet ist. Die Stellung des Wa- stegate-Ventils 12 ist variabel und bestimmt die Menge an Abgas, die durch die Turbine 9 strömt. Je weiter das Wastegate-Ventil 12 geöffnet ist, desto mehr Abgas des Abgasstroms gelangt an der Turbine 9 vorbei und desto weniger Leistung steht für den mit der Abgasturbine 9 gekoppelten Verdichter 10 zur Verfügung. Die Einstellungsmöglichkeiten über das Wastegate-Ventil 12 sind jedoch begrenzt, und insbesondere bei schnellen Laständerungen ist es nicht möglich, den Arbeitspunkt der Aufladeeinrichtung 8, d.h. insbesondere die Drehzahl des Verdichters 10, schnell an die geforderte Luftmenge bzw. an den geforderten Ladedruck anzupassen. Alternative zu dem Wastegate-Ventil 12 kann die Abgasturbine 9 auch mit einer variablen Turbinengeometrie versehen sein, um den Wirkungsgrad der Aufladeeinrichtung einzustellen.
Dazu ist ein Schubumluftventil 13 in einer Schubumluftleitung 14 vorgesehen, die die Ausgangsseite des Verdichters 10 mit der Eingangsseite des Verdichters 10 verbindet. Bei geöffnetem Schubumluftventil 13 kann somit ein Teil der sich in dem Ladeabschnitt 1 1 des Luftzuführungssystems 3 befindlichen Luft (unter Ladedruck) über die Schubumluftleitung 14 wieder auf die Eingangsseite des Verdichters 10 gelangen.
Es ist weiterhin eine Steuereinheit 15 vorgesehen, die die Drosselklappe 7 zum Einstellen der in den Verbrennungsmotor 2 strömenden Luftmenge, das Einspritzventil 6 zum Einstellen der zugeführten Kraftstoff menge, das Wastegate-Ventil 12 zum Einstellen der Verdichterleistung der Aufladeeinrichtung 8 sowie das Schubumluftventil 13 steuert.
Das Schubumluftventil 13 ist so vorgesehen, dass es variabel einstellbar ist, d.h. dass es zwischen einem vollständig geöffneten und einem vollständig geschlossenen Zustand weitere Zwischenzustände einnehmen kann, so dass der Luftmassenstrom, der von der Ausgangsseite des Verdichters 10 zur Eingangsseite strömt, durch Vorgeben eines variablen Strömungswiderstandes in der Schubumluftleitung 14 einstellbar ist. In stationären und dynamischen Motorbetriebszuständen unter Volllast oder bei kleinen Luftmassenströmen und mittleren Druckverhältnissen im Luftzuführungssystem wird der Verdichter 10 der Aufladeeinrichtung 8 häufig nahe der Pumpgrenze betrieben, um ein größtmögliches Motormoment zu erzielen. In diesem Fall ist die Drosselvorrichtung 7 vollständig geöffnet, so dass die in den Verbrennungsmotor 2 zugeführte Luftmenge der Luftmenge entspricht, die von dem Verdichter 10 gefördert werden kann. Es kann nun vorgesehen werden, das Schubumluftventil 13 in einer Zwischenstellung einzustellen, d.h. in einer Stellung zwischen dem vollständig geöffneten und dem vollständig geschlossenen Zustand, um so zu erreichen, dass ein Teil der durch den Verdichter 10 geförderten Luftmenge rezirkuliert und von der Ausgangsseite des Verdichters 10 auf die Eingangsseite des Verdichters 10 gelangt. Somit wird der Verdichter 10 so betrieben, dass er ein größeres Luftvolumen fördert als dies bei geschlossenem Schubumluftventil 13 der Fall wäre. Dies hat zur Folge, dass sich der Betriebspunkt des Verdichters 10 bei konstantem Druckverhältnis im Verdichterkennfeld von der Pumpgrenze weg zu höheren Volumenströmen verschiebt und dadurch der Verdichterwirkungsgrad ansteigt. Die höhere Fördermenge des Verdichters 10 wird über ein entsprechendes Ansteuern des Wastegate-Ventils 12 erreicht, indem ein geringerer Abgasmassenstrom um die Abgasturbine 9 herumgeführt wird, so dass ein höherer Abgasmassenstrom durch die Abgasturbine 9 gelangt.
Anstelle eines Wastegate-Ventils 12 kann alternativ oder zusätzlich auch eine Abgasturbine mit variabler Turbinengeometrie vorgesehen werden, so dass durch Einstellen der Turbinengeometrie verschiedene Förderleistungen (Betriebspunkte) der Aufladeeinrichtung 8 eingestellt werden können.
Durch das Vorsehen eines variabel einstellbaren Schubumluftventils 13 ist es somit möglich, bei gleicher zugeführter Luftmenge in den Verbrennungsmotor 2 den Betriebspunkt der Aufladeeinrichtung 8 an einen gewünschten Betriebspunkt anzupassen. Insbesondere kann erreicht werden, dass der Betriebspunkt der Aufladeeinrichtung 8 eingestellt wird, so dass ein Verdichterpumpen bei Volllast vermieden wird.
Die Steuereinheit 15 steuert das Motorsystem 1 so, dass bei stationären Betriebszu- ständen mit teilweise geöffneter Drosselvorrichtung 7 bei Teillast oder vollständig geöffneter Drosselvorrichtung 7 im Luftzuführungssystem 3 das Schubumluftventil 13 zeitlich oder bezogen auf einen Kurbelwellenwinkel derart angesteuert wird, dass eine erzwungene Rezirkulation eines Teilluftmassenstroms von der Ausgangsseite des Verdichters 10 zur Eingangsseite des Verdichters 10 hervorgerufen bzw. erhöht oder verhindert bzw. reduziert wird. Dies wird so vorgenommen, dass der Verdichter 10 mit ausreichendem Abstand von der Pumpgrenze, d.h. von einem Betriebszustand arbeitet, bei dem ein Verdichterpumpen auftreten kann. Gleichzeitig wird in diesem Fall das Wastegate-Ventil 12 gemäß einem zeitlichen Verlauf oder bezogen auf einen Kurbelwellenwinkel geschlossen oder geöffnet, so dass ein notwendiges Verdichterdruckverhältnis (Turbinenverhältnis) und ein geforderter Luftmassenstrom durch den Verdichter 10 der Turbine für den Verbrennungsmotor 2 aufrechterhalten wird. Anstelle des Was- tegate-Ventils 12 kann wie oben angegeben auch eine variable Geometrie der Turbine 9 eingestellt werden, um das Verdichterdruckverhältnis (Turbinenverhältnis) und den geforderten, von dem Verdichter erzeugten Luftmassenstrom einzustellen.
Das Einstellen des Wastegate-Ventils 12 kann so durchgeführt werden, dass der Abgasgegendruck nur soweit erhöht wird, dass daraus keine daraus eine erhöhte Ladungswechselarbeit im Verbrennungsmotor 2 entsteht. Durch eine erhöhte Ladungswechselarbeit im Verbrennungsmotor 2 würde nämlich in unerwünschter Weise der spezifische Verbrauch von Kraftstoff in dem Verbrennungsmotor 2 ansteigen. Es wird jedoch durch die entsprechende Einstellung des Wastegate-Ventils 12 sichergestellt, dass ein ausreichend großes Druckgefälle über der Abgasturbine 9 zum Bereitstellen der notwendigen Turbinenleistung erzeugt wird. Aus diesem Grunde kann das Wastegate-Ventil 12 nur bis zu einem bestimmten Maß geöffnet werden, bei dem ein maximaler Anteil des Abgases um die Abgasturbine 9 herumgeleitet wird.
Die Steuereinheit 15 steuert also das Schubumluftventil 13 und das Wastegate-Ventil 12 bzw. die variable Turbinengeometrie so an, dass sich eine minimale Ladungswechselarbeit und ein optimales Verdichter-/Turbinendruckverhältnis bzw. ein optimaler Verdichter-/Turbinenmassenstrom einstellt.
In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform eines Motorsystems dargestellt. Das Motorsystem der Fig. 2 unterscheidet sich von dem Motorsystem der Fig. 1 dadurch, dass eine Abgasrückführungsleitung 16 vorgesehen ist, in der sich ein Abgasrückführungsventil 17 befindet. Die Abgasrückführungsleitung 16 ermöglicht es, einen Teil des vom Verbrennungsmotor 2 ausgestoßenen Verbrennungsabgases wieder in das Luftzuführungssystem 3 zu leiten, um so Inertgas dem Luft-Kraftstoff-Gemisch hinzuzufügen. So kann ein gewünschtes Verbrennungsverhalten erreicht werden. Da die Abgasrückführungsrate, d.h. das Verhältnis des in die Zylinder gelangenden Verbrennungsabgases zu der Menge des Luft-Kraftstoff-Gemisches, von der Menge an Verbrennungsabgas abhängt, die in das Luftzuführungssystem 3 gelangt, kann über die Einstellung des Wastegate-Ventils 12 bzw. durch die Einstellung der variablen Turbinengeometrie ein höherer Abgasdruck zwischen der Abgasturbine 9 und dem Verbrennungsmotor 2 im Abgasabschnitt 4 eingestellt werden, so dass ein größeres Druckgefälle und damit eine erhöhte Abgasrückführungsrate erreicht werden kann. Dies kann sich positiv auf das Emissionsverhalten des Verbrennungsmotors 2 auswirken. Bei einem Motorsystem, bei dem die Abgasrückführung verbessert werden soll, kann das Schubumluftventil 13 dementsprechend so angesteuert werden, dass die zugeführte Luftmenge durch Einstellen des Schubumluftventils 13 und durch Einstellen der Stellung der Drosselvorrichtung 7 eingestellt werden kann.
Das durch die Abgasrückführungsleitung 16 zurückgeführte Abgas kann mithilfe eines Abgaskühlers 18 gekühlt werden, um so die Abgasmenge bei gleichem Druck zu erhöhen.
Alternativ kann das zurückzuführende Abgas auch stromabwärts eines in dem Abgasabschnitt stromabwärts des Aufladeeinrichtung 8 angeordneten Dieselpartikelfilter entnommen und dem Saugrohr zugeführt werden. Diese Anordnung wird Niederdruck- Abgasrückführung genannt.
Bei dynamischen Betriebszuständen wie beispielsweise Schaltvorgängen, Lastunterbrechungen oder auch dem Wiedereinsetzen nach dem Schubbetrieb mit Teillast oder Volllast (teilweise oder vollständig geöffnete Drosselvorrichtung) können das Schubumluftventil 13 und das Wastegate-Ventil 12 (bzw. die variable Turbinengeometrie) derart zeitlich oder bezogen auf einen Kurbelwellenwinkel angesteuert werden, dass eine erzwungene Rezirkulation eines Teilmassenstroms von der Ausgangsseite des Verdichters 10 zur Eingangsseite eingestellt wird, um die Drehzahl der Aufladeeinrichtung 8 und damit die Drehzahl des Verdichters 10 möglichst lange aufrechtzuerhalten. Dadurch kann die Förderleistung des Verdichters 10 eine Zeit lang nach dem Lastabfall aufrechterhalten werden. Bei einer nachfolgenden Lastanforderung kann so ein erwünschter Ladedruck im Ladeabschnitt 1 1 des Luftzuführungssystems 3 bzw. ein Sollwert einer Luftfüllung in den Zylindern des Verbrennungsmotors 2 deutlich schneller er- reicht werden bzw. je nach Wunsch kurzzeitig auch überschritten werden, um eine Overboost-Funktion zu realisieren. Eine solche Funktionalität kann sich positiv auf das Ansprechverhalten des Verbrennungsmotors 2 und den Fahrkomfort auswirken. In diesem Fall wird durch ein sehr weitgehendes Öffnen des Schubumluftventils 13 bei gleichbleibend dem Verbrennungsmotor 2 zugeführter Luftmenge erreicht, dass die Aufladeeinrichtung 8 mit sehr hoher Drehzahl dreht und somit der Verdichter 10 eine hohe Luftmenge fördert. Kommt es nun nach einem Lastabfall zu einer erneuten Lastanforderung, kann ein Teil der kinetischen Energie der Aufladeeinrichtung 8 durch entsprechendes Schließen des Schubumluftventils 13 (und zeitgleiches Schließen des Wastegate-Ventils 12) dazu verwendet werden, schnell einen Ladedruck im Ladeabschnitt 1 1 aufzubauen, so dass dem Verbrennungsmotor 2 schnell eine hohe Luftmenge zur Verfügung gestellt werden kann.
Weiterhin kann die Steuereinheit 15 eine Funktion realisieren, bei der das Schubumluftventil 13 so angesteuert wird, dass bei einer schnellen Änderung der Stellung der Drosselklappe 7, z.B. um die Luftzufuhr in den Verbrennungsmotor 2 schnell zu senken bzw. zu erhöhen, auch eine entsprechende Ansteuerung des Schubumluftventils 13 zum Ausgleich der schnellen Stellbewegung der Drosselklappe 7 durchgeführt werden kann. Dies kann dazu dienen, übermäßige Druckspitzen im Luftzuführungssystem 3 zu vermeiden. Insbesondere bei einem schnellen Schließen der Drosselklappe 7 kann durch ein entsprechendes vollständiges oder teilweises Öffnen bzw. Vergrößern des Öffnungsquerschnittes des Schubumluftventils 13 eine schnelle Druckerhöhung im Ladeabschnitt 1 1 aufgefangen werden. Dadurch kann die axiale Belastung der Läufergruppe mit dem Verdichterrad des Verdichters 9, der Verbindungswelle und dem Turbinenrad der Abgasturbine 9 vermieden und die Lebensdauer des Abgasturboladers erhöht werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann ein Motorsystem vorgesehen werden, bei dem auf eine Drosselklappe 7 verzichtet wird, wenn eine variable Ventilsteuerung auf der Einlass- bzw. auf der Einlass- und Auslassseite des Verbrennungsmotors 2 vorliegt. Die Steuereinheit 15 kann dann durch Einstellung des Schubumluftventils 13 die Luftmenge, die über das Luftzuführungssystem 3 dem Verbrennungsmotor 2 zugeführt wird, einstellen. Zusätzlich kann eine Feineinstellung durch die variabel einstellbaren Einlassventile (nicht gezeigt) vorgenommen werden, um einen möglichst entdrosselten Motorbetrieb mit kleinstmöglicher ladungswechselarbeit zu erzeugen. Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Drosselvorrichtung 7 auch stromaufwärts des Verdichters 10 angeordnet sein. Dadurch wird zwischen der Drosselvorrichtung 7 und dem Verdichter 10 ein Unterdruck erzeugt, wodurch der Verdichter 10 bei einem höheren Volumenstrom und damit höherem Wirkungsgrad arbeitet. Insbesondere ist die Drosselvorrichtung 7 so angeordnet, dass die Schubumluftleitung 14 in den Abschnitt des Luftzuführungssystems 3 mündet, der zwischen der Drosselvorrichtung 7 und der Eingangsseite des Verdichters 10 liegt.

Claims

Ansprüche
1 . Aufladeeinrichtung (8) für ein Luftzuführungssystem (3) eines Verbrennungsmotors (2), umfassend:
einen Verdichter (10) zum Ansaugen von Luft und zum Bereitstellen von Luft unter einem Ladedruck;
ein Antriebselement (9) zum Antreiben des Verdichters (10);
eine Schubumluftleitung (14), die zwischen einer Einlassseite und einer Auslassseite des Verdichters (10) angeordnet ist;
ein Schubumluftventil (13), das in der Schubumluftleitung (14) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Schubumluftventil (13) einstellbar ausgebildet ist, um einen Luftstrom von der Auslassseite zu der Einlassseite des Verdichters (10) in mehr als zwei Stufen oder kontinuierlich zu variieren.
2. Aufladeeinrichtung (8) nach Anspruch 1 , wobei das Antriebselement (9) eine Abgasturbine umfasst.
3. Aufladeeinrichtung (8) nach Anspruch 2, wobei die Abgasturbine (9) mit dem Verdichter (10) gekoppelt ist, um eine in der Abgasturbine (9) umgesetzte Abgasenergie in eine Verdichterleistung umzusetzen, wobei die in der Abgasturbine (9) umgesetzte Abgasenergie einstellbar ist.
4. Aufladeeinrichtung (8) nach Anspruch 3, wobei die Abgasturbine (9) mit einem variablen Wastegate-Ventil (12) in einer Abgasumgehungsleitung versehen ist und/oder eine variable Turbinengeometrie aufweist, um die umgesetzte Abgasenergie einzustellen.
5. Motorsystem (1 ) mit einem Verbrennungsmotor (2), dem Luft über ein Luftzuführungssystem (3) zugeführt wird, und mit einer Aufladeeinrichtung (8) nach Ansprüche 1 , wobei in dem Luftzuführungssystem (3) abhängig von einer Einstellung des Schubumluftventils (13) ein Ladedruck in mehr als zwei Stufen oder variabel bereitstellbar ist.
6. Motorsystem (1 ) nach Anspruch 5, wobei das Antriebselement (9) eine Ab- gasturbine umfasst, die mit dem Verdichter (10) gekoppelt ist, um eine in der Abgasturbine umgesetzte Abgasenergie in eine Verdichterleistung umzusetzen, wobei die in der Abgasturbine umgesetzte Abgasenergie einstellbar ist.
7. Motorsystem nach Anspruch 6, wobei die Abgasturbine mit einem variablen Wastegate-Ventil (12) in einer Abgasumgehungsleitung versehen ist und/oder eine variable Turbinengeometrie aufweist, um die umgesetzte Abgasenergie einzustellen.
8. Motorsystem (1 ) nach einem der Ansprüche 6 und 7 mit einer Steuereinheit (15), wobei die Steuereinheit (15) ausgebildet ist, bei einer Reduzierung der in den Verbrennungsmotor (2) zugeführten Luftmenge das Schubumluftventil (13) anzusteuern, um die von der Auslassseite des Verdichters (10) auf die Einlassseite geleitete Luftmenge zu erhöhen.
9. Motorsystem (1 ) nach Anspruch 8, wobei die Steuereinheit (15) ausgebildet ist, bei der Reduzierung der in den Verbrennungsmotor (2) zugeführten Luftmenge die in der Abgasturbine (9) umgesetzte Abgasenergie so einzustellen, dass die Fördermenge des Verdichters (10) konstant bleibt oder erhöht wird.
10. Motorsystem (1 ) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei eine Abgasrückführungsleitung (16) vorgesehen ist, um Verbrennungsabgas aus dem Verbrennungsmotor (2) in das Luftzuführungssystem (3) zu leiten, so dass das Verbrennungsabgas mit einem Luft-Kraftstoff-Gemisch dem Verbrennungsmotor (2) zugeführt wird, wobei die Steuereinheit (15) ausgebildet ist, um den Anteil des zugeführten Verbrennungsabgases abhängig von der Einstellung der in der Abgasturbine (9) umgesetzten Abgasenergie einzustellen.
1 1 . Motorsystem (1 ) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die Steuereinheit (15) ausgebildet ist, um die dem Verbrennungsmotor (2) zugeführte Luftmenge nur durch Variieren des Luftstroms von der Auslassseite zu der Einlassseite des Verdichters (10) einzustellen.
12. Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems (1 ) mit einem Verbrennungsmotor (2), dem Luft über eine Aufladeeinrichtung (8) für ein Luftzuführungssystem (3) eines Verbrennungsmotors (2) zugeführt wird, wobei die Aufladeeinrichtung (8) umfasst:
einen Verdichter (10) zum Ansaugen von Luft und zum Bereitstellen von Luft unter einem Ladedruck;
ein Antriebselement (9) zum Antreiben des Verdichters (10);
eine Schubumluftleitung (14), die zwischen einer Einlassseite und einer Auslassseite des Verdichters (10) angeordnet ist;
ein Schubumluftventil (13), das in der Schubumluftleitung (14) angeordnet ist und einstellbar ausgebildet ist, um einen Luftstrom von der Auslassseite zu der Einlassseite des Verdichters (10) in mehr als zwei Stufen oder kontinuierlich zu variieren,
wobei das Schubumluftventil (13) angesteuert wird, so dass bei einer Reduzierung der in den Verbrennungsmotor (2) zugeführten Luftmenge die von der Auslassseite des Verdichters (10) auf die Einlassseite geleitete Luftmenge erhöht wird und dass bei einer Erhöhung der in den Verbrennungsmotor (2) zugeführten Luftmenge die von der Auslassseite des Verdichters (10) auf die Einlassseite geleitete Luftmenge verringert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei bei der Reduzierung der dem Verbrennungsmotor (2) zugeführten Luftmenge die in der Abgasturbine (9) umgesetzte Abgasenergie so eingestellt wird, dass die Fördermenge des Verdichters (10) konstant bleibt oder erhöht wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei eine Abgasrückführungsleitung (16) vorgesehen ist, um Verbrennungsabgas aus dem Verbrennungsmotor (2) in das Luftzuführungssystem (3) zu leiten, so dass das Verbrennungsabgas mit einem Luft-Kraftstoff-Gemisch dem Verbrennungsmotor (2) zugeführt wird, wobei der Anteil des zugeführten Verbrennungsabgases abhängig von der Einstellung der in der Abgasturbine (9) umgesetzten Abgasenergie eingestellt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die dem Verbrennungsmotor (2) zugeführte Luftmenge nur durch Variieren des Luftstroms von der Auslassseite zu der Einlassseite des Verdichters (10) eingestellt wird.
16. Verwendung einer Aufladeeinrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in einem Motorsystem (1 ) mit einem Verbrennungsmotor (2).
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