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DE102011055299B4 - Auf Turbolader basierendes Motorsystem und Kraftstoffverhältnis-Verbesserungs-Verfahren davon - Google Patents

Auf Turbolader basierendes Motorsystem und Kraftstoffverhältnis-Verbesserungs-Verfahren davon

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Publication number
DE102011055299B4
DE102011055299B4 DE102011055299.5A DE102011055299A DE102011055299B4 DE 102011055299 B4 DE102011055299 B4 DE 102011055299B4 DE 102011055299 A DE102011055299 A DE 102011055299A DE 102011055299 B4 DE102011055299 B4 DE 102011055299B4
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egr
valve
outside air
turbocharger
flow
Prior art date
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DongHee Han
Dongho Chu
Yoonjoo Kim
Jongil PARK
Hongjip Kim
Seungkook Han
Hyuk Im
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Hyundai Motor Co
Original Assignee
Hyundai Motor Co
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Publication date
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Abstract

Ein Turbolader-basiertes Motorsystem, aufweisend:
ein Einlass-System (4), welches einen Luftreiniger oder Luftfilter (5a) aufweist und Außenluft in einen Motor (1), zuführt;
ein Abgas-System (7), welches zumindest einen oder mehrere Filter (9a, 9b) aufweist und von dem Motor (1) ausgestoßenes Abgas nach außen ausstößt;
einen Turbolader (10), welcher mit/von dem Abgas betrieben wird und die in den Luftreiniger (5a) zugeführte Außenluft verdichtet;
einen Kompressor oder Vorverdichter (20, 200), der einen weiteren Strom von Außenluft formt, der von einem Außenluft-Strömungsabschnitt des Einlass-Systems (4) abzweigt;
ein Abgasrückführungs(EGR)-System, welches eine EGR-Leitung (31) aufweist, welche das Abgas-System (7) mit einem Verdichter (11) des Turboladers (10) verbindet, um den Abgas-Strom, welcher von dem Abgas-System (7) abzweigt, zu dem Turbolader (10) zu leiten; und
eine Ventil-Einheit, welche ein Mischverhältnis des Abgases und des externen Gases, welches durch den Turbolader (10) verdichtet wird, ändert durch Änderung des Stroms von Außenluft, des weiteren Stroms von Außenluft und des Abgas-Stroms an einem vorderen Ende des Verdichters in dem Turbolader (10) mittels einer Steuerung einer Motor-Steuereinheit (ECU) (60),
wobei die Ventil-Einheit aufweist:
ein EGR-Ventil (33), welches dem Abgas, welches von einer Abgas-Leitung (8) abzweigt, die mit dem Turbolader (10) in Fluidverbindung steht, selektiv ermöglicht, zu der EGR-Leitung (31) zu strömen;
ein Bypass-Ventil (50), welches der Außenluft, welche durch eine Einlass-Leitung (5) des Einlass-Systems (4) eingeführt wird, ermöglicht, zu der EGR-Leitung (31) zu strömen, wobei der Luftreiniger (5a) mit der Einlass-Leitung (5) in Fluidverbindung ist; und
ein Kanal-Steuer-Ventil (40), welches dem weiteren Strom von Außenluft, welche durch den Vorverdichter (20, 200) angesaugt wird, ermöglicht, zu der EGR-Leitung (31) zu strömen,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Vorverdichter (20, 200) den von dem Strom der Außenluft abgezweigten weiteren Strom von Außenluft derart formt, dass dieser an oder hinter dem Luftreiniger (5a) des Einlass-Systems (4) geformt und/oder abgezweigt ist, und den weiteren Strom von Außenluft mittels einer Einlass-Verbindungs-Leitung, welche von dem Vorverdichter (20, 200) abzweigt, mit der EGR-Leitung (31) der EGR verbindet.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Turbolader-basiertes Motorsystem, und insbesondere ein Turbolader-basiertes Motorsystem, welches einen Synergieeffekt von einer Mehrzahl von separaten Vorrichtungen zum Verbessern der Motorleistung optimiert, ohne das Layout bzw. die Anordnung oder den Aufbau eines Motorraums zu beeinträchtigen, durch Kombinieren der Funktionen der Vorrichtungen, sowie ein Verfahren zum Verbessern der Kraftstoffeffizienz unter Verwendung des Turbolader-basierten Motorsystems.
  • Beschreibung verwandter Technik
  • Üblicherweise sind Fahrzeuge mit verschiedenen Vorrichtungen zum Verbessern der Motorleistung und der Kraftstoffeffizienz ausgestattet.
  • Ein Turbolader, der eine typische Vorrichtung ist, trägt dazu bei, die Leistung und Kraftstoffeffizienz von einem Motor zu verbessern durch Verdichten der Einlassluft bzw. Ansaugluft, welche in den Motor zugeführt/eingespeist wird, unter Verwendung des Abgases.
  • Jedoch ist es schwierig, nur mit dem Turbolader einer Anforderung des Einsparens von Kraftstoff und Verbesserns der Kraftstoffeffizienz in geeigneter Weise nachzukommen, welche zugenommen hat mit dem Anstieg von Problemen, wie zum Beispiel hohen globalen Ölpreisen, und der Verbesserung der Kraftstoffeffizienz und einer umweltfreundlichen Technologie gemäß einer Vielzahl von Regulierungen zu genügen.
  • Zum Beispiel kann ein Vorverdichter oder Kompressor, welcher mit dem Turbolader verwendet wird, in Betracht gezogen werden. Ein riemengetriebener mechanischer Kompressor, ein typischer Kompressor, ist zusammengesetzt aus einem Bypass-Steuer-Ventil und einer Magnet-Kupplung.
  • Wenn ein Motorsystem aus einem Turbolader und einem Kompressor/Lader bzw. Superlader zusammengesetzt ist, ist das Bypass-Steuer-Ventil geschlossen und die Magnet-Kupplung ist im Eingriff, so dass der Kompressor und der Turbolader verbunden sind, und der Turbolader und der Kompressor werden simultan betrieben, um Luft in Reihe bzw. hintereinander in einem niedrige-Geschwindigkeit bzw. Drehzahl-Turboloch-Bereich einzusaugen, während in einem normalen Fahrzustand die Magnet-Kupplung außer Eingriff ist und das Bypass-Steuer-Ventil geöffnet ist, so dass die Luft nicht durch den Kompressor angesaugt wird.
  • In dem oben beschriebenen Motorsystem, welches aus dem Turbolader und dem Kompressor zusammengesetzt ist, ist es möglich, die Reaktionsgeschwindigkeit bzw. das Ansprechverhalten und das niedrige Drehmoment eines Funkenzündungsmotors, welcher mit einem Turbolader ausgestattet ist, zu verbessern durch Variieren des Betriebszustands von dem Kompressor gemäß den Fahrzuständen.
  • Wie jedoch oben beschrieben, benötigt der riemengetriebene mechanische Kompressor, welcher ein typischer Kompressor ist, ein Ventil und eine Kupplung, sodass das Motorsystem zwangsläufig kompliziert ist.
  • Eine weitere typische Vorrichtung, welche die Motorleistung zusammen mit einem Turbolader verbessert, ist ein EGR-System (EGR = Exhaust Gas Recirculation = Abgas-Rückführung).
  • Die EGR trägt zu einer Verbesserung der Motorleistung bei durch Betreiben des Turboladers mit dem Abgas, welches von dem Motor nach außen ausgestoßen wird, derart, dass die Einlassluft, welche in den Motor zugeführt wird, verdichtet wird und ein Teil von dem Abgas zurück in den Motor geführt wird.
  • Üblicherweise kann bei der EGR zwischen einer HP-EGR (Hochdruck-EGR), bei der das Abgas (bzw. das EGR-Gas) vor dem Turbolader entnommen wird, und einer LP-EGR (Niedrigdruck-EGR) unterschieden werden, bei der das Abgas hinter dem Turbolader entnommen wird.
  • Die LP-EGR hat den Vorteil, dass sie - anders als die HP-EGR - ermöglicht, relativ sauberes Abgas zu verwenden, wobei Schadstoffe durch einen TWC (Three Way Catalytic Converter = Dreiwege-kathalytischer-Konverter/Umwandler) oder einen DPF (Dieselpartikelfilter) gefiltert werden, bei niedrigem Druck/niedriger Temperatur, durch Leiten von einem Teil des Abgases, welches durch den TWC oder den DPF geströmt ist, nachdem es aus dem Abgaskrümmer ausgetreten und durch den Turbolader geströmt ist, zu dem vorderen Ende eines Verdichters von dem Turbolader, sodass das Abgas mit der Einlassluft in den Einlasskrümmer strömt.
  • Wie oben beschrieben wurde, gibt es einen Turbolader, einen Kompressor bzw. Superlader und eine EGR (insbesondere eine LP-EGR) als Vorrichtungen, welche die Motorleistung in einem Motorsystem beträchtlich erhöhen, und ein Motorsystem, welches mit einer geeigneten Kombination der Vorrichtungen (Turbolader + Kompressor bzw. Vorverdichter + LP-EGR) ausgestattet ist, kann hinsichtlich seiner Leistung erheblich verbessert werden.
  • Daher ist es möglich, zu einer Optimierung des Motorsystems beizutragen, wenn die Vorteile der Vorrichtung maximiert werden, durch Verwenden aller von dem Turbolader, dem Kompressor und der LP-EGR in dem Motorsystem.
  • Jedoch ist es schwierig, eine optimale Steuerung zu erreichen, welche den Synergieeffekt der Vorrichtungen erhöhen kann, wenn der Betrieb unter Verwendung des Turboladers, des Kompressors und der LP-EGR implementiert wird, welche individuelle Betriebsmerkmale aufweisen, und die Konfiguration von dem Motorsystem, welches mit dem Superlader bzw. Kompressor und der LP-EGR ausgestattet ist, welche komplizierte Konfigurationen haben, wird zwangsläufig kompliziert.
  • Das komplizierte Motorsystem schränkt das Layout bzw. den Aufbau eines Motorraums erheblich ein, sodass es zwangsläufig sehr schwierig ist, simultan einen Turbolader, einen Kompressor bzw. Superlader und eine LP-EGR zu verwenden.
  • Die in diesem Hintergrund-der-Erfindung-Abschnitt offenbarte Information dient lediglich dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und sollte nicht als eine Würdigung oder irgendeine Form von Vorschlag verstanden werden, dass diese Information den Stand der Technik bildet, der Fachleuten bereits bekannt ist.
  • Die JP 2005- 220 822 A offenbart ein Turbolader-basiertes Motorsystem, aufweisend: ein Einlass-System, welches einen Luftreiniger oder Luftfilter aufweist und Außenluft in einen Motor, insbesondere Verbrennungsmotor, zuführt; ein Abgas-System, welches von dem Motor ausgestoßenes Abgas nach außen ausstößt; einen Turbolader, welcher mit/von dem Abgas betrieben wird und die in den Luftreiniger zugeführte Außenluft verdichtet; einen Kompressor oder Vorverdichter, der einen weiteren Strom von Außenluft formt, der von einem Außenluft-Strömungsabschnitt des Einlass-Systems abzweigt; ein Abgasrückführungs(EGR)-System, welches eine EGR-Leitung aufweist, welche das Abgas-System mit einem Verdichter des Turboladers verbindet, um den Abgas-Strom, welcher von dem Abgas-System abzweigt, zu dem Turbolader zu leiten; und eine Ventil-Einheit, welche ein Mischverhältnis des Abgases und des externen Gases, welches durch den Turbolader verdichtet wird, ändert durch Änderung des Stroms von Außenluft und des Abgas-Stroms an einem vorderen Ende des Verdichters in dem Turbolader mittels einer Steuerung einer Motor-Steuereinheit (ECU).
  • Die JP 2006- 29 273 A offenbart ein Turbolader-basiertes Motorsystem, aufweisend: ein Einlass-System, welches einen Luftreiniger oder Luftfilter aufweist und Außenluft in einen Motor, insbesondere Verbrennungsmotor, zuführt; ein Abgas-System, welches zumindest einen oder mehrere Filter aufweist und von dem Motor ausgestoßenes Abgas nach außen ausstößt; einen Turbolader, welcher mit/von dem Abgas betrieben wird und die in den Luftreiniger zugeführte Außenluft verdichtet; einen Kompressor oder Vorverdichter, der einen weiteren Strom von Außenluft formt, der von einem Außenluft-Strömungsabschnitt des Einlass-Systems abzweigt; ein Abgasrückführungs(EGR)-System, welches eine EGR-Leitung aufweist, welche das Abgas-System mit einem Verdichter des Turboladers verbindet, um den Abgas-Strom, welcher von dem Abgas-System abzweigt, zu dem Turbolader zu leiten; und eine Ventil-Einheit, welche ein Mischverhältnis des Abgases und des externen Gases, welches durch den Turbolader verdichtet wird, ändert durch Änderung des Stroms von Außenluft, des weiteren Stroms von Außenluft und des Abgas-Stroms an einem vorderen Ende des Verdichters in dem Turbolader mittels einer Steuerung einer Motor-Steuereinheit (ECU), wobei die Ventil-Einheit aufweist: ein EGR-Ventil, welches dem Abgas, welches von einer Abgas-Leitung abzweigt, die mit dem Turbolader in Fluidverbindung steht, selektiv ermöglicht, zu der EGR-Leitung zu strömen; ein Bypass-Ventil, welches der Außenluft, welche durch eine Einlass-Leitung des Einlass-Systems eingeführt wird, ermöglicht, zu der EGR-Leitung zu strömen, wobei der Luftreiniger mit der Einlass-Leitung in Fluidverbindung ist.
  • Weitere Gestaltungen eines Turbolader-basierten Motorsystems sind offenbart in der DE 10 2004 061 613 A1 , der DE 10 2006 038 706 A1 und der DE 10 2010 008 012 A1 .
  • Aus der DE 60 2004 004 947 T2 ist ein Turbolade-basiertes Motorsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.
  • KURZE ZUSAMMENFASSUNG
  • Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung sind darauf gerichtet, ein Turbolader-basiertes Motorsystem bereitzustellen, welches ein klein dimensioniertes bzw. verkleinertes Motorsystem implementieren kann, das die Verschlechterung von dem Layout oder Aufbau eines Motorraums aufgrund der komplizierten Komponenten in einem Kompressor und einer LP-EGR (Niedrigdruck-EGR) vermeidet, welches den Synergieeffekt der Vorrichtungen erhöhen kann, wenn das System betrieben wird, durch Aufrechterhalten der Funktionen und Implementieren einer optimalen Steuerung bzw. Regelung, und welches insbesondere wesentlich dazu beitragen kann, die Kraftstoffeffizienz für einen niedrige-Geschwindigkeit bzw. Drehzahl/hohe-Last-Bereich zu verbessern, sowie ein Verfahren zum Verbessern der Kraftstoffeffizienz unter Verwendung des Turbolader-basierten Motorsystems.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Turbolader-basiertes Motorsystem bereitgestellt, aufweisend: ein Einlass-System, welches einen Luftreiniger oder Luftfilter aufweist und Außenluft in einen Motor, insbesondere Verbrennungsmotor, zuführt, ein Abgas-System, welches zumindest einen oder mehrere Filter aufweist und ein Abgas, welches von dem Motor ausgestoßen wurde, nach außen ausstößt, einen Turbolader, welcher mit dem Abgas betrieben wird und die Außenluft, welche in den Luftreiniger eingespeist wurde, verdichtet, einen Kompressor oder Vorverdichter bzw. Superlader, der einen weiteren Strom von Außenluft formt, welcher von einem Außenluft-Strömungsabschnitt des Einlass-Systems abzweigt, ein EGR (Abgasrückführungs)-System, welches eine EGR-Leitung aufweist, welche das Abgas-System mit einem Verdichter des Turboladers verbindet, um den Abgas-Strom, welcher von dem Abgas-System abzweigt, zu dem Turbolader zu leiten, sowie eine Ventil-Einheit, welche ein Mischverhältnis von dem Abgas und dem externen Gas, welches durch den Turbolader verdichtet wird, verändert durch Ändern bzw. Variieren des Außenluft-Stroms, des weiteren Stroms von Außenluft und des Stroms von Abgas an dem vorderen Ende von dem Verdichter in dem Turbolader mittels einer Steuerung einer Motorsteuereinheit (ECU). Die Ventil-Einheit umfasst: ein EGR-Ventil, welches dem Abgas, welches von einer Abgasleitung abzweigt, welche mit dem Turbolader in Fluidverbindung steht, selektiv ermöglicht, zu der EGR-Leitung zu strömen, ein Bypass-Ventil, welches der Außenluft, welche durch eine Einlass-Leitung von dem Einlass-System eingeführt wird, selektiv ermöglicht, zu der EGR-Leitung zu strömen, wobei der Luftreiniger mit der Einlass-Leitung in Fluidverbindung ist, sowie ein Kanal-Steuer-Ventil, welches dem weiteren Strom von Außenluft, welcher durch den Vorverdichter strömt/gesaugt wird, selektiv ermöglicht, zu der EGR-Leitung zu strömen, wobei der Vorverdichter den weiteren Strom von Außenluft, welcher von dem Strom der Außenluft abzweigt, formt, so dass dieser von oder hinter dem Luftreiniger des Einlass-Systems abzweigt, insb. an einem hinteren Ende von dem Luftreiniger geformt oder ausgeleitet ist, und mittels einer Einlass-Verbindungs-Leitung, welche von dem Superlader abzweigt bzw. sich ausgehend von diesem erstreckt, mit der EGR-Leitung der EGR verbindet.
  • Z.B. kann der Vorverdichter oder Superlader den weiteren Strom von Außenluft, welcher von dem Strom der Außenluft abzweigt, formen, so dass dieser von oder hinter dem Luftreiniger des Einlass-Systems abzweigt, insb. an einem hinteren Ende von dem Luftreiniger geformt oder ausgeleitet ist, und den weiteren Strom von Außenluft direkt zu der EGR-Leitung von der EGR leiten.
  • Z.B. kann der Vorverdichter ein elektrischer bzw. elektrisch betriebener Vorverdichter sein.
  • Z.B. kann der Vorverdichter ein mechanischer Vorverdichter sein, welcher Leistung von dem Motor/ Verbrennungsmotor verwendet.
  • Z.B. kann die EGR eine LP-EGR (Niedrigdruck-EGR) sein, wobei die EGR-Leitung von einem hinteren Ende des Filters von dem Abgas-System (also an/von oder hinter dem Filter) abzweigt und ferner einen Notfallfilter aufweist.
  • Z.B. können das EGR-Ventil und das Kanal-Steuer-Ventil integral geöffnet/geschlossen werden, insbesondere in entgegen gesetzter Richtung bzw. in entgegen gesetzter Art und Weise (insb. gleichzeitig bzw. gemeinsam), und das Bypass-Ventil kann unabhängig davon geöffnet/geschlossen werden, wobei das EGR-Ventil und das Kanal-Steuer-Ventil zum Beispiel (gemeinsam) über eine Ventil-Betätigungs-Einheit, welche von der ECU gesteuert werden kann, betrieben werden können.
  • Z.B. kann die Ventil-Betätigungs-Einheit einen Aktuator oder Auslöser oder ein Betätigungselement aufweisen, das den Öffnungsbetrag von einem von dem EGR-Ventil und dem Kanal-Steuer-Ventil unmittelbar bzw. direkt ändert, sowie ein Ventil-Verbindungselement, welches das EGR-Ventil und das Kanal-Steuer-Ventil verbindet, sodass das andere Ventil geschlossen ist/wird, wenn das eine von den Ventilen geöffnet ist/wird.
  • Z.B. kann die Ventil-Betätigungs-Einheit ein Ventil-Verbindungselement aufweisen, welches das EGR-Ventil mit dem Kanal-Steuer-Ventil verbindet, sodass das andere Ventil geschlossen ist/wird, wenn eines von den Ventilen geöffnet ist/wird, sowie einen Aktuator oder ein Betätigungselement, welches das Ventil-Verbindungselement direkt bzw. unmittelbar betätigt.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Verbessern der Kraftstoffeffizienz durch Verwenden eines erfindungsgemäßen Turbolader-basierten Motorsystems bereitgestellt, aufweisend: a) Detektieren von Fahrzeuginformationen gemäß einem Betrieb eines Motors, insbesondere Verbrennungsmotors, b) Bestimmen eines Motorbetriebsbereichs anhand der erhaltenen Fahrzeuginformationen, wobei die Motorbetriebsbereiche in einen Turboloch-und-niedriges-Drehmoment-Bereich, einen mittlere-Last-Bereich und einen mittlere/hohe-Last-Bereich unterteilt werden, c) Betätigen eines Kanal-Steuer-Ventils, um ausschließlich Außenluft zuzuführen, welche durch einen Vorverdichter, in den Motor strömt, welcher in dem Turboloch-und-niedriges-Drehmoment-Bereich tätig ist, Betätigen des Steuer-Ventils und Steuern eines Abgas-Führung-Ventils, um eine Gasmischung aus Außenluft, welche durch ein Einlass-System strömt, mit/und einer von Außenluft, welche durch den Vorverdichter strömt, und Abgas, welches durch eine EGR-Leitung strömt, in den Motor zuzuführen,, welcher in dem mittlere-Last-Bereich tätig ist, und Betätigen eines Bypass-Ventils in einem Einlass-System und Steuern des Abgasrückführungs(EGR)-Ventils, um eine Gasmischung aus dem Abgas, welches durch die EGR-Leitung strömt, mit/und der Außenluft, welche durch das Einlass-System strömt, in den Motor zuzuführen, und Betätigen des Kanal-Steuer-Ventils, um die Außenluft nicht durch den Vorverdichter zuzuführen bzw. einzuführen, welcher in dem mittlere/hohe-Last-Bereich tätig ist, und d) Zurückkehren zu dem Schritt a) nach dem Schritt c).
  • Z.B. kann in dem Turboloch-und-niedriges-Drehmoment-Bereich der Vorverdichter das Kanal-Steuer-Ventil an der Verbindungsstelle der EGR-Leitung vollständig öffnen, um die gesamte Außenluft, welche von dem Einlass-System angesaugt wurde, durchströmen zu lassen, wobei der Vorverdichter das Bypass-Ventil an der Verbindungsstelle der EGR-Leitung, wo das Einlass-System verbunden sein kann, vollständig schließt, und wobei der Vorverdichter das EGR-Ventil in der EGR-Leitung vollständig schließt.
  • Z.B. kann in dem mittlere-Last-Bereich das Bypass-Ventil an der Verbindungsstelle der EGR-Leitung, wo das Einlass-System verbunden sein kann, vollständig geöffnet sein/werden, wobei ein EGR-Ventil, welches in der EGR-Leitung angeordnet ist, vollständig geöffnet werden/sein kann oder in der entgegen gesetzten Art betätigt werden kann, wenn das Kanal-Steuer-Ventil an der Verbindungsstelle der EGR-Leitung, wo der Vorverdichter verbunden sein kann, vollständig geschlossen wird, wobei, wenn das Kanal-Steuer-Ventil oder das EGR-Ventil vollständig geöffnet ist, das Kanal-Steuer-Ventil oder das EGR-Ventil allmählich bzw. schrittweise wieder vollständig geschlossen wird.
  • Z.B. kann in dem mittlere/hohe-Last-Bereich das EGR-Ventil, welches in der EGR-Leitung angeordnet ist, vollständig geöffnet sein/werden, wobei ein Kanal-Steuer-Ventil an der Verbindungsstelle der EGR-Leitung, wo der Vorverdichter verbunden sein kann, vollständig geschlossen sein/werden kann, und wobei das Bypass-Ventil an der Verbindungsstelle von der EGR-Leitung, wo das Einlass-System verbunden ist, welches vollständig geschlossen war, allmählich oder schrittweise vollständig geöffnet werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, dass ein klein dimensioniertes oder verkleinertes Motorsystem implementiert wird, welches eine Verschlechterung des Layouts oder Aufbaus eines Motorraums aufgrund der Komponenten in einem Vorverdichter und einer LP-EGR vermeidet.
  • Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, dass verschiedene Fahrmodi implementiert werden durch Aufweisen eines Turboladers, eines Vorverdichters und einer LP-EGR, und anhand der verschiedenen Fahrmodi wird eine optimale Steuerung/Regelung implementiert.
  • Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, dass die Verfügbarkeit für einen niedrige-Geschwindigkeit bzw. Drehzahl/hohe-Last-Bereich verbessert ist durch Reduzieren eines Turbolochs, wobei der Vorverdichter/Lader mit dem Turbolader betrieben wird, und dass die Kraftstoffeffizienz signifikant verbessert ist, mit einem Synergieeffekt des Turboladers, des Vorverdichters und der LP-EGR, durch Reduzieren des Kraftstoffverbrauchs in dem niedrige-Drehzahl/hohe-Last-Bereich, wobei die LP-EGR mit dem Vorverdichter betrieben wird.
  • Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben andere Merkmale und Vorteile, welche ersichtlich sind aus oder im Detail dargelegt sind in der angehängten Zeichnung, welche hierin mit aufgenommen ist, und der folgenden detaillierten Beschreibung, welche zusammen dazu dienen, bestimmte Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu erläutern.
  • KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ZEICHNUNG
    • 1 ist eine Ansicht, welche die Konfiguration von einem Turbolader-basierten Motorsystem gemäß verschiedenen als Beispiel dienenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 1 ist eine Ansicht, welche die Konfiguration von einem Turbolader-basierten Motorsystem gemäß verschiedenen als Beispiel dienenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • Die 3 bis 5 sind Ansichten, welche verschiedene modifizierte Beispiele einer Ventil-Betätigungs-Einheit in dem Turbolader-basierten Motorsystem gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
    • 6 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Verbessern der Kraftstoffeffizienz unter Verwendung des Turbolader-basierten Motorsystems gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • Die 7A bis 7C sind Betriebsansichten eines Turbolader-basierten Motorsystems gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Es sollte verständlich sein, dass die angehängte Zeichnung nicht notwendigerweise maßstabsgetreu ist, sondern eine etwas vereinfachte Wiedergabe von verschiedenen Merkmalen darstellt, welche illustrativ sind für die wesentlichen Prinzipien der Erfindung. Die spezifischen Design-Merkmale der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin offenbart ist, umfassend zum Beispiel spezifische Dimensionen, Orientierungen, Anordnungen und Formen, werden im Detail durch die im Besonderen beabsichtigte Anwendung und Verwendungsumgebung bestimmt.
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Im Folgenden wird im Detail Bezug genommen auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, von der Beispiele in der angehängten Zeichnung dargestellt und unten beschrieben sind. Während die Erfindung in Verbindung mit als Beispiel dienenden Ausführungsformen beschrieben wird, sollte es verständlich sein, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu dienen soll, die Erfindung auf diese beispielhaften Ausführungsformen einzuschränken. Vielmehr soll die Erfindung nicht nur die als Beispiel dienenden Ausführungsformen abdecken, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, welche in dem Geist und Umfang der Erfindung, wie er durch die angehängten Ansprüchen definiert wird, enthalten sein können.
  • Im Folgenden werden als Beispiel dienende Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezugnahme auf die angehängte Zeichnung beschrieben, und die als Beispiel dienenden Ausführungsformen können auf verschiedene Weise von einem Fachmann erreicht werden, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die als Beispiel dienenden Ausführungsformen beschränkt.
  • Mit Bezug auf 1 weist ein Motorsystem auf: einen Motor bzw. Verbrennungsmotor 1, der eine Leistungsquelle darstellt, ein Einlass-System oder Ansaug-System 4, welches Außenluft in den Motor 1 einführt, ein Abgas-System 7, welches ein Abgas von dem Motor 1 an die Außenseite ausstößt, einen Turbolader 10, welcher die Außenluft, welche in den Motor 1 eingeführt wird, mittels des Abgases verdichtet, einen Vorverdichter oder Kompressor 20, welcher weitere Außenluft, welche von dem Einlass-System 4 abzweigt, einführt, um die Reaktionsgeschwindigkeit und das niedrige Drehmoment von einem Funkenzündungsmotor in einem niedrige-Geschwindigkeit bzw. Drehzahl-Turboloch-Bereich zu verbessern, eine LP-EGR 30, welche ein relativ sauberes Abgas einführt, wobei Schadstoffe durch einen Filter (DPF) gefiltert werden, bei niedrigem Druck/niedriger Temperatur, eine Ventil-Einheit, welche den Strom der Außenluft, welche in das Einlasssystem 4 eingeführt wird/wurde, den Strom des Abgases, welches in die LP-EGR 30 eingeführt wird/wurde, und den Strom der weiteren Außenluft, welche in den Vorverdichter 20 eingeführt wird/wurde, steuert/regelt, und eine ECU 60, welche den Öffnungsbetrag des Motors 1, des Vorverdichters 20 und der Ventil-Einheit steuert/regelt bzw. den Öffnungsbetrag der Ventil-Einheit sowie den Motor 1 und den Vorverdichter 20 steuert/regelt.
  • Das Einlass-System 4 weist eine Einlass-Leitung 5 mit einem Luftreiniger bzw. Luftfilter 5a, der Schadstoffe von der Außenluft filtert, ein Einlass-Rohr 6, das den Strom der Außenluft, welche von dem Turbolader 10 in der Einlass-Leitung 5 verdichtet wurde, formt/leitet und das einen Drosselkörper hat, welcher die Strömungsrate der Außenluft steuert, welche in den Motor 1 eingeführt wird, sowie einen Einlass-Krümmer 2 auf, welcher direkt mit dem Motor 1 verbunden ist.
  • Das Einlass-Rohr 6 ist mit einem Hocheffizienz-Zwischenkühler bzw. Ladeluftkühler 34 ausgestattet, der die Temperatur von der Gasmischung, welche aufgrund des Turboladers 10 verdichtet wurde, reduziert.
  • Das Abgas-System 7 weist eine Abgas-Leitung 8, welche sich von dem Abgas-Krümmer bzw. Abgas-Sammler 3, der direkt mit dem Motor 1 verbunden ist, aus erstreckt, sowie zumindest einen oder mehrere Filter 9a und 9b auf, welche in der Abgas-Leitung 8 angeordnet sind, um Schadstoffe von dem Abgas zu filtern.
  • In dem Turbolader 10 ist eine Turbine mit der Abgas-Leitung 8 verbunden, durch welche das Abgas strömt, wobei ein Kompressor bzw. Verdichter mit dem Einlass-Rohr 6 verbunden ist, durch welches die Außenluft eingeführt wird, mit einer EGR-Leitung 31, durch welche das Abgas eingeführt wird.
  • Der Vorverdichter bzw. Kompressor 20 ist ein elektrischer Kompressor mit einem Motor (insb. Elektromotor), welcher von der ECU 60 gesteuert wird, und ist in einer Einlass-Abzweigungs-Leitung 20a angeordnet, welche von dem Einlass-System 4 zu der LP-EGR 30 abzweigt.
  • Die Einlass-Abzweigungs-Leitung 20a zweigt von dem Auslass des Luftreinigers 5a des Einlass-Systems 4 oder von der Einlass-Leitung 5 hinter dem Luftreiniger 5a ab und ist mit der EGR-Leitung 31 der LP-EGR 30 verbunden, welche mit dem Verdichter 11 des Turboladers 10 verbunden ist.
  • Die LP-EGR 30 weist eine EGR-Leitung 31, welche mit dem Verdichter 11 des Turboladers 10 verbunden ist, um das Abgas einzuführen, eine EGR-Abzweigungs-Leitung 32, welche von der Abgasleitung abzweigt und dem Abgas ermöglicht, zu der EGR-Leitung 31 zu strömen, sowie ein EGR-Ventil 33 auf, welches an der Verbindungsstelle der EGR-Abzweigungs-Leitung 32 und der EGR-Leitung 31 angeordnet ist und von der ECU 60 gesteuert wird.
  • Die EGR-Abzweigungs-Leitung 32 zweigt von der Abgas-Leitung 8 an dem hinteren Ende von (oder hinter dem) zumindest einem von dem Paar von Filtern 9a und 9b des Abgas-Systems 7 ab.
  • Ein Notfallfilter, welcher das Abgas reinigt, kann ferner in der EGR-Abzweigungs-Leitung 32 angeordnet sein.
  • Die Ventil-Einheit weist ein EGR-Ventil 33, welches es dem Abgas, welches von der Abgas-Leitung abzweigt, ermöglicht, zu der EGR-Leitung 31 zu strömen, ein Kanal-Steuer-Ventil 40, welches der Außenluft, welche durch den Vorverdichter 20 eingeführt wird, ermöglicht, zu der EGR-Leitung 31 zu strömen, sowie ein Bypass-Ventil 50 auf, welches der Außenluft, welche durch die Einlass-Leitung 5 eingeführt wird, ermöglicht, zu der EGR-Leitung 31 zu strömen.
  • Das EGR-Ventil 33, das Kanal-Steuer-Ventil 40 und das Bypass-Ventil 50 verändern oder variieren die jeweilige Strömungsrate durch eine Öffnungsbetrag-Steuerung/Regelung der ECU 60.
  • Das EGR-Ventil 33 ist an der Verbindungsstelle der EGR-Abzweigungs-Leitung 32 und der EGR-Leitung 31 angeordnet, das Kanal-Steuer-Ventil 40 ist an der Verbindungsstelle der Einlass-Abzweigungs-Leitung 20a und der EGR-Leitung 31 angeordnet, und das Bypass-Ventil 50 ist an der Verbindungsstelle der Einlass-Leitung 5 und der EGR-Leitung 31 angeordnet.
  • In der als Beispiel dienenden Ausführungsform sind das Kanal-Steuer-Ventil 40 und das Bypass-Ventil 50 mit Bezug auf den Turbolader 10 an dem hinteren Ende des (oder hinter dem) EGR-Ventils angeordnet, welches dem Turbolader 10 am nächsten ist.
  • 2 ist eine Ansicht, welche die Konfiguration von einem Turbolader-basierten Motorsystem gemäß einer zweiten als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, welches einen mechanischen Vorverdichter bzw. Kompressor aufweist, der eine Kupplung und einen Riemen verwendet.
  • Wie in der Figur gezeigt ist, weist das Motorsystem auf: ein Einlasssystem 4, welches Außenluft in den Motor 1 einführt, ein Abgas-System 7, welches ein Abgas von dem Motor 1 zu der Außenseite ausstößt, einen Turbolader 10, welcher mit dem Abgas betrieben wird und die Außenluft, welche in den Motor 1 eingeführt wird, verdichtet, sowie eine LP-EGR 30, welche ein relativ sauberes Abgas einführt, wobei Schadstoffe durch einen Filter (DPF) gefiltert werden, bei niedrigem Druck/niedriger Temperatur. Jedoch ist das Layout bzw. der Aufbau des Motorraums, anders als bei dem elektrischen Vorverdichter 20, für die Merkmale des mechanischen Vorverdichters 200, der Leistung von dem Motor 1 verwendet, notwendigerweise bzw. zwangsläufig verändert.
  • D.h., der mechanische Vorverdichter 200 ist nahe oder benachbart zu dem Motor 1 angeordnet, da eine Magnet-Kupplung 201 und ein Leistungs-Übertragungs-Riemen 202 an dem vorderen Abschnitt bzw. Frontabschnitt von dem Motor 1 angeordnet sind.
  • Daher weist der mechanische Vorverdichter 200 ferner eine Einlass-Verbindungs-Leitung 200b auf, welche die Einlass-Außenluft zu der EGR-Leitung 31 leitet, neben einer Einlass-Abzweigungs-Leitung 200a, durch welche die Außenluft einströmt.
  • Die Einlass-Abzweigungs-Leitung 200a zweigt von dem Auslass eines Luftreinigers oder Luftfilters 5a des Einlass-Systems 4 oder von einer Einlass-Leitung 5 hinter dem Luftreiniger 5a ab und ist über den Motor 1 hinweg bzw. quer über den Motor 1 verlaufend mit dem mechanischen Vorverdichter 200 verbunden, und eine Einlass-Verbindungs-Leitung 200b ist von dem mechanischen Vorverdichter 200 aus über den Motor 1 hinweg bzw. quer über den Motor 1 mit der EGR-Leitung 31 verbunden.
  • Folglich ist in dem Einlass-System 4 die Einlass-Leitung 5, welche Außenluft einführt, direkt mit der EGR-Leitung, welche das Abgas einführt, verbunden.
  • Die Ventil-Einheit ist aus einem EGR-Ventil 33, einem Kanal-Steuer-Ventil 40 und einem Bypass-Ventil 50 zusammengesetzt, genauso wie bei dem elektrischen Vorverdichter 20.
  • Das EGR-Ventil 33 ist an der Verbindungsstelle von der EGR-Abzweigungs-Leitung 32 und der EGR-Leitung 31 angeordnet, das Kanal-Steuer-Ventil 40 ist an der Verbindungsstelle von der Einlass-Verbindungs-Leitung 200b und der EGR-Leitung 31 angeordnet, und das Bypass-Ventil 50 ist an der Verbindungsstelle von der Einlass-Leitung 5 und der EGR-Leitung 31 angeordnet.
  • Die ECU 60 steuert den Öffnungsbetrag des Motors 1, des mechanischen Vorverdichters 200 und der Ventil-Einheit.
  • Die 3 bis 5 zeigen verschiedene modifizierte Beispiele der Ventil-Betätigungs-Einheit in der ersten als Beispiel dienenden Ausführungsform und der zweiten als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Ventil-Betätigungs-Einheit in einer Art und Weise betätigt oder betrieben wird, um eine geeignete/zweckmäßige und verbesserte Steuerung zu erhalten, durch integrales Betätigen des EGR-Ventils 33 und des Kanal-Steuer-Ventils 40.
  • Die Ventil-Betätigungs-Einheit bewegt bzw. betätigt das EGR-Ventil 33 und das Kanal-Steuer-Ventil 40 in entgegen gesetzter Art und Weise, und zum Beispiel schließt das Kanal-Steuer-Ventil 40, wenn das EGR-Ventil 33 geöffnet wird, entsprechend der Bewegung.
  • Die in 3 gezeigte Ventil-Betätigungs-Einheit weist eine Ventil-Steuervorrichtung 70 auf, welche das EGR-Ventil 33 und das Kanal-Steuer-Ventil 40 integral bewegt/betätigt, sowie eine ECU 60, welche die Ventil-Steuervorrichtung 70 steuert.
  • Die Ventil-Steuervorrichtung 70 weist einen Aktuator oder ein Betätigungselement 71 auf, welches mit einer Lasche oder Klappe oder einem Plättchen von dem EGR-Ventil 33 gekuppelt bzw. verbunden ist und den Öffnungsbetrag des EGR-Ventils 33 infolge einer Steuerung bzw. unter Kontrolle der ECU 60 verändert, sowie ein Ventil-Verbindungselement 72, welches sich von der Lasche des EGR-Ventils 33 aus erstreckt und mit einer Lasche des Kanal-Steuer-Ventils 40 verbunden ist.
  • Die beiden Enden des Ventil-Verbindungselements 72 sind vorzugsweise gelenkig ausgebildet bzw. mit einem Gelenk versehen, insb. über ein jeweiliges Gelenk mit der jeweiligen Ventillasche verbunden.
  • Der Post/Nach-Betriebs-Zustand aus 3 zeigt den Fall, wenn das EGR-Ventil 33 vollständig geöffnet ist und das Kanal-Steuer-Ventil 40 vollständig geschlossen ist.
  • Das Betätigungselement 71, welches von der ECU 60 betätigt wird, ändert den Öffnungsbetrag des EGR-Ventils 33 unmittelbar bzw. direkt, und die Bewegung des EGR-Ventils 33 wird mittels des Ventil-Verbindungselements 72 auf das Kanal-Steuer-Ventil 40 übertragen, sodass der Öffnungsbetrag des Kanal-Steuer-Ventils 40 entsprechend geändert werden kann bzw. wird.
  • 4 zeigt ein modifiziertes Beispiel der Ventil-Betätigungs-Einheit, in dem ein Aktuator oder Betätigungselement 71a, das von einer ECU 60 gesteuert wird, direkt/unmittelbar mit einem Kanal-Steuer-Ventil 40 verbunden ist und ein EGR-Ventil 33 mit einem Ventil-Verbindungselement 72a verbunden ist.
  • In diesem Fall ändert der Aktuator 71a, der von der ECU 60 betätigt wird, den Öffnungsbetrag des Kanal-Steuer-Ventils 40 unmittelbar/direkt, und die Bewegung des Kanal-Steuer-Ventils 40 wird über das Ventil-Verbindungselement 72a auf das EGR-Ventil 33 übertragen, sodass der Öffnungsbetrag von dem EGR-Ventil 33 entsprechend geändert werden kann bzw. wird.
  • Der Post/Nach-Betriebszustand aus 4 zeigt den Fall, wenn das Kanal-Steuer-Ventil 40 vollständig geschlossen ist und das EGR-Ventil 33 vollständig geöffnet ist.
  • 5A zeigt ein weiteres modifiziertes Beispiel der Ventil-Betätigungs-Einheit, in dem ein EGR-Ventil 33 und ein Kanal-Steuer-Ventil 40 mit einem jeweiligen Ende von einem Ventil-Verbindungselement 72b (z.B. ein Stab oder eine Stange) verbunden sind, wobei ein Aktuator oder Betätigungselement 71b, welches von einer ECU 60 gesteuert wird, mit einem (Dreh/Schwenk-)Verbindungselement 73b verbunden ist, welches gelenkig mit dem mittleren Abschnitt des Ventil-Verbindungselements 72b gekuppelt bzw. verbunden ist.
  • Bei dieser Konfiguration sind der Aktuator 71a und das Ventil-Verbindungselement 72b vorzugsweise gelenkig ausgebildet.
  • In diesem Fall ändert der Aktuator 71a, welcher von der ECU 60 betrieben wird, simultan den Öffnungsbetrag des EGR-Ventils 33 und des Kanal-Steuer-Ventils 40 durch Ziehen oder Drücken des Drehverbindungselements 73b, welches gelenkig mit dem Ventil-Verbindungselement 72b verbunden ist.
  • Der Post/Nach-Betriebszustand aus 5 zeigt den Fall, wenn das EGR-Ventil 33 vollständig geöffnet ist und das Kanal-Steuer-Ventil 40 vollständig geschlossen ist.
  • 6 zeigt eine Logik zum Verbessern der Kraftstoffeffizienz, welche das Turbolader-basierte Motorsystem gemäß der ersten exemplarischen Ausführungsform oder der zweiten exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet.
  • Wenn der Motor betrieben wird (Schritt S10), werden der ECU 60 von verschiedenen Sensoren Fahrzeuginformationen gemäß dem Betrieb des Motors zugeführt.
  • Der Schritt S20 ist ein Prozess des Bestimmens des momentanen Motor-Betriebs-Bereichs von dem Fahrzeug anhand der Fahrzeuginformationen. In der als Beispiel dienenden Ausführungsform ist der Betriebs-Bereich in zumindest drei Teile unterteilt, so dass es möglich ist, die Verfügbarkeit in dem niedrige-Geschwindigkeit bzw. Drehzahl/hohe-Last-Bereich zu verbessern durch unterschiedliche Steuerung/Betätigung des EGR-Ventils 33, des Kanal-Steuer-Ventils 40 und des Bypass-Ventils 50 für die BetriebsBereiche, sodass ein Turboloch durch die Vorverdichter 20 und 200 reduziert wird, wobei das Verhältnis der Verbesserung der Kraftstoffeffizienz in dem niedrige-Drehzahl/hohe-Last-Bereich stark erhöht wird, mit einer LP-EGR 30, welche mit dem Vorverdichter 20 betrieben wird.
  • Die drei unterteilten Betriebsbereiche sind ein Turboloch-und-niedriges-Drehmoment-Bereich, ein mittlere-Last-Bereich und ein mittlere/hohe-Last-Bereich.
  • Der Schritt S30 ist ein Steuerprozess für den Turboloch-und-niedriges-Drehmoment-Bereich, in dem der Vorverdichter 20 bzw. 200 betrieben wird (Schritt S31) und in dem das EGR-Ventil 33, das Kanal-Steuer-Ventil 40 und das Bypass-Ventil 50 optimal gesteuert werden, wie in den Schritten S321 bis S323 von dem Schritt S32 gezeigt.
  • 7A zeigt, dass/wie das Motorsystem in dem Turboloch-und-niedriges-Drehmoment-Bereich gesteuert wird, was in dem Schritt S30 implementiert ist.
  • Wie in der Figur gezeigt ist, steuert die ECU 60 in dem Motorsystem das EGR-Ventil 33 und das Kanal-Steuer-Ventil 40 nicht separat, sondern steuert das EGR-Ventil 33 und das Kanal-Steuer-Ventil 40 integral (insb. gleichzeitig bzw. gemeinsam, insb. komplementär zueinander) unter Verwendung der Ventil-Betätigungs-Einheit 70, 70a bzw. 70b.
  • In der als Beispiel dienenden Ausführungsform ist es möglich, dass die ECU 60 das Kanal-Steuer-Ventil 40 direkt/unmittelbar steuert, um dieses vollständig zu öffnen, entgegen der Art und Weise, wenn das EGR-Ventil 33 direkt/unmittelbar gesteuert wird, um es vollständig zu schließen, oder dass das Ventil-Verbindungselement 72, 72a bzw. 72b, mit dem das EGR-Ventil 33 und das Kanal-Steuer-Ventil 40 verbunden sind, von dem Aktuator 71, 71a bzw. 71b betrieben wird.
  • Wenn das Motorsystem in dem Turboloch-und-niedriges-Drehmoment-Bereich gesteuert wird, wie in dem Schritt S30, saugt der Vorverdichter 20 bzw. 200 die Außenluft von der Außenluft-Leitung 5 des Einlass-Systems 4 an und leitet sie zu der EGR-Leitung 31 der LP-EGR 30.
  • In diesem Zustand ist das Bypass-Ventil 50 vollständig geschlossen, und die Außenluft wird nicht durch das Einlass-System 4 eingeführt, siehe Schritt S321, und das EGR-Ventil 33 ist ebenfalls vollständig geschlossen und das Abgas wird nicht durch die LP-EGR 30 eingeführt, wie in Schritt S322 gezeigt, wohingegen das Kanal-Steuer-Ventil 40 vollständig geöffnet ist, wie in Schritt S323 gezeigt, sodass lediglich Außenluft, welche von dem Vorverdichter 20 bzw. 200 eingeführt wird, dem Turbolader 10 zugeführt wird.
  • Der Schritt S40 ist ein Steuerprozess für den mittlere-Last-Bereich, in dem der Vorverdichter 20 bzw. 200 betrieben wird, wie in dem Schritt S421 gezeigt, und in dem das EGR-Ventil 33, das Kanal-Steuer-Ventil 40 und das Bypass-Ventil 50 optimal gesteuert werden, wie in den Schritten S321 bis S323 von dem Schritt S32 gezeigt.
  • 7B zeigt, dass/wie das Motorsystem in dem mittlere-Last-Bereich gesteuert wird, was in dem Schritt S40 implementiert wird/ist.
  • Wie in der Figur gezeigt ist, sind in der EGR-Leitung 31, welche mit dem Turbolader 10 verbunden ist, der Strom von Außenluft durch das Einlass-System 4, ein weiterer Strom von Außenluft durch den Betrieb des Vorverdichters 20 bzw. 200 sowie der Strom von Abgas durch die LP-EGR 30 geformt.
  • In diesem Zustand ist das Bypass-Ventil 50 vollständig geöffnet und die Außenluft wird durch das Einlass-System 4 auf dem höchsten Niveau bzw. in höchstem Maße eingeführt, wie in Schritt S421 gezeigt, wobei das EGR-Ventil 33 und das Kanal-Steuer-Ventil 40 in der entgegen gesetzten Art und Weise betrieben werden, wie in dem Schritt S422 gezeigt, so dass der Strom von Außenluft durch den Vorverdichter 20 bzw. 200 nicht eingeführt wird oder in der entgegen gesetzten Art und Weise realisiert/implementiert wird, wenn die Strömungsrate von Abgas ansteigt.
  • D.h., wenn das EGR-Ventil 33 vollständig geschlossen ist, wird das Kanal-Steuer-Ventil 40, welches vollständig geöffnet war/wurde, vollständig geschlossen, oder wenn das Kanal-Steuer-Ventil 40 vollständig geschlossen ist, wird das EGR-Ventil 33, welches vollständig geöffnet war/wurde, vollständig geschlossen.
  • Daher ist die Strömungsrate der Außenluft, welche durch das Einlass-System 4 strömt, konstant, wohingegen die Strömungsrate des Abgases, welches durch das EGR-Ventil 33 strömt, und die Strömungsrate von Außenluft, welche durch das Kanal-Steuer-Ventil 40 strömt, variabel gesteuert werden.
  • Der Schritt S50 ist ein Steuerprozess für den mittlere/hohe-Last-Bereich, in dem der Vorverdichter 20 bzw. 200 nicht betrieben wird, wie in dem Schritt S51 gezeigt, und in dem das EGR-Ventil 33, das Kanal-Steuer-Ventil 40 und das Bypass-Ventil 50 optimal gesteuert werden, wie in den Schritten S521 bis S523 von dem Schritt S52 gezeigt.
  • 7C zeigt, dass/wie das Motorsystem in dem mittlere/hohe-Last-Bereich gesteuert wird, was in dem Schritt S50 implementiert wird/ist.
  • Wie in der Figur gezeigt, sind in der EGR-Leitung 31, welche mit dem Turbolader 10 verbunden ist, der Strom von dem externen Gas, welches durch die LP-EGR 30 strömt, und der Strom der Außenluft, welche durch das Einlass-System 4 strömt, geformt, wobei der Vorverdichter 20 bzw. 200 nicht betrieben wird, so dass der Strom von Außenluft aufgrund des Betriebs des Vorverdichters 20 bzw. 200 nicht geformt ist.
  • In diesem Zustand ist das EGR-Ventil 33 vollständig geöffnet und das Abgas wird mit dem maximalen Niveau bzw. dem größten Ausmaß durch die LP-EGR 30 eingeführt, wie in dem Schritt S521 gezeigt, wobei das Kanal-Steuer-Ventil 40 vollständig geschlossen ist und das Bypass-Ventil 50, welches vollständig geschlossen war/wurde, vollständig geöffnet wird, sodass die Strömungsrate von der Außenluft, welche durch das Einlass-System 4 strömt, variabel gesteuert wird, wie in dem Schritt S522 gezeigt.
  • Wie oben beschrieben wurde, weist das Motorsystem gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen elektrischen oder mechanischen Lader/Vorverdichter 20 bzw. 200 sowie eine LP-EGR 30 auf, zusätzlich zu einem Turbolader 10, insb. Abgasturbolader, und das EGR-Ventil 33, das Kanal-Steuer-Ventil 40 und das Bypass-Ventil 50, welche die Strömungsrate der Außenluft und des Abgases steuern, werden (zumindest teilweise) integral betätigt, sodass es möglich ist, eine Verschlechterung des Layouts bzw. des Aufbaus des Motorraums zu vermeiden und ein klein dimensioniertes oder verkleinertes Motorsystem zu erreichen.
  • In dem Motorsystem gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, da das EGR-Ventil 33, das Kanal-Steuer-Ventil 40 und das Bypass-Ventil 50, welche die Strömungsrate der Außenluft und des Abgases steuern, für jeden von dem Turboloch-und-niedriges-Drehmoment-Bereich, dem mittlere-Last-Bereich und dem mittlere/hohe-Last-Bereich optimal gesteuert werden, wird/ist das Turboloch durch den Vorverdichter 20 bzw. 200 reduziert, so dass es möglich ist, das Verhältnis der Kraftstoffeffizienzverbesserung in dem niedrige-Geschwindigkeit bzw. Drehzahl/hohe-Last-Bereich wesentlich zu erhöhen, unter Verwendung einer LP-EGR 30, welche mit dem Vorverdichter 20 betrieben wird, zusätzlich zu einer Verbesserung der Verfügbarkeit für den niedrige-Drehzahl/hohe-Last-Bereich.
  • Die vorhergehende Beschreibung von spezifischen exemplarischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurde präsentiert zum Zwecke der Illustration und Beschreibung. Sie soll nicht erschöpfend sein oder dazu dienen, die Erfindung auf die offenbarten präzisen Formen zu beschränken, und selbstverständlich sind viele Modifikationen und Variationen im Lichte der obigen Lehre möglich. Die exemplarischen Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu beschreiben, um hierdurch Fachleuten zu ermöglichen, verschiedene als Beispiel dienende Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowie verschiedene Alternativen und Modifikationen davon herzustellen und anzuwenden. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung anhand der Ansprüche definiert wird, welche hieran angehängt sind, sowie deren Äquivalente.

Claims (14)

  1. Ein Turbolader-basiertes Motorsystem, aufweisend: ein Einlass-System (4), welches einen Luftreiniger oder Luftfilter (5a) aufweist und Außenluft in einen Motor (1), zuführt; ein Abgas-System (7), welches zumindest einen oder mehrere Filter (9a, 9b) aufweist und von dem Motor (1) ausgestoßenes Abgas nach außen ausstößt; einen Turbolader (10), welcher mit/von dem Abgas betrieben wird und die in den Luftreiniger (5a) zugeführte Außenluft verdichtet; einen Kompressor oder Vorverdichter (20, 200), der einen weiteren Strom von Außenluft formt, der von einem Außenluft-Strömungsabschnitt des Einlass-Systems (4) abzweigt; ein Abgasrückführungs(EGR)-System, welches eine EGR-Leitung (31) aufweist, welche das Abgas-System (7) mit einem Verdichter (11) des Turboladers (10) verbindet, um den Abgas-Strom, welcher von dem Abgas-System (7) abzweigt, zu dem Turbolader (10) zu leiten; und eine Ventil-Einheit, welche ein Mischverhältnis des Abgases und des externen Gases, welches durch den Turbolader (10) verdichtet wird, ändert durch Änderung des Stroms von Außenluft, des weiteren Stroms von Außenluft und des Abgas-Stroms an einem vorderen Ende des Verdichters in dem Turbolader (10) mittels einer Steuerung einer Motor-Steuereinheit (ECU) (60), wobei die Ventil-Einheit aufweist: ein EGR-Ventil (33), welches dem Abgas, welches von einer Abgas-Leitung (8) abzweigt, die mit dem Turbolader (10) in Fluidverbindung steht, selektiv ermöglicht, zu der EGR-Leitung (31) zu strömen; ein Bypass-Ventil (50), welches der Außenluft, welche durch eine Einlass-Leitung (5) des Einlass-Systems (4) eingeführt wird, ermöglicht, zu der EGR-Leitung (31) zu strömen, wobei der Luftreiniger (5a) mit der Einlass-Leitung (5) in Fluidverbindung ist; und ein Kanal-Steuer-Ventil (40), welches dem weiteren Strom von Außenluft, welche durch den Vorverdichter (20, 200) angesaugt wird, ermöglicht, zu der EGR-Leitung (31) zu strömen, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorverdichter (20, 200) den von dem Strom der Außenluft abgezweigten weiteren Strom von Außenluft derart formt, dass dieser an oder hinter dem Luftreiniger (5a) des Einlass-Systems (4) geformt und/oder abgezweigt ist, und den weiteren Strom von Außenluft mittels einer Einlass-Verbindungs-Leitung, welche von dem Vorverdichter (20, 200) abzweigt, mit der EGR-Leitung (31) der EGR verbindet.
  2. Das Turbolader-basierte Motorsystem wie in Anspruch 1 definiert, wobei der Vorverdichter (20, 200) den von dem Strom der Außenluft abgezweigten weiteren Strom von Außenluft derart formt, dass dieser an oder hinter dem Luftreiniger (5a) des Einlass-Systems (4) geformt ist und/oder abzweigt, und den weiteren Strom von Außenluft direkt zu der EGR-Leitung (31) der EGR leitet.
  3. Das Turbolader-basierte Motorsystem wie in Anspruch 1 oder 2 definiert, wobei der Vorverdichter (20) ein elektrischer Vorverdichter ist.
  4. Das Turbolader-basierte Motorsystem wie in Anspruch 1 definiert, wobei der Vorverdichter (200) ein mechanischer Vorverdichter ist, der Leistung von dem Motor (1) verwendet.
  5. Das Turbolader-basierte Motorsystem wie in einem der vorangehenden Ansprüche definiert, wobei die EGR eine LP(Niedrigdruck)-EGR (30) ist, und wobei die EGR-Leitung (31) von einem hinteren Ende des Filters (9a) von dem Abgas-System (7) abzweigt und ferner einen Notfallfilter aufweist.
  6. Das Turbolader-basierte Motorsystem wie in einem der vorangehenden Ansprüche definiert, wobei das EGR-Ventil (33) und das Kanal-Steuer-Ventil (40) in entgegengesetzter Art und Weise integral geöffnet/geschlossen werden, und wobei das Bypass-Ventil (50) unabhängig geöffnet/geschlossen wird.
  7. Das Turbolader-basierte Motorsystem wie in Anspruch 6 definiert, wobei das EGR-Ventil (33) und das Kanal-Steuer-Ventil (40) mittels einer Ventil-Betätigungs-Einheit betätigt werden, welche von der ECU (60) gesteuert wird.
  8. Das Turbolader-basierte Motorsystem wie in Anspruch 7 definiert, wobei die Ventil-Betätigungs-Einheit aufweist: ein Betätigungselement (71, 71a, 71b), welches den Öffnungsbetrag von einem von dem EGR-Ventil (33) und dem Kanal-Steuer-Ventil (40) direkt und/oder unmittelbar ändert; und ein Ventil-Verbindungselement (72, 72a, 72b), welches das EGR-Ventil (33) mit dem Kanal-Steuer-Ventil (40) verbindet, so dass das andere Ventil geschlossen ist/wird, wenn das eine von den Ventilen geöffnet ist/wird.
  9. Das Turbolader-basierte Motorsystem wie in Anspruch 7 definiert, wobei die Ventil-Betätigungs-Einheit aufweist: ein Ventil-Verbindungselement (72, 72a, 72b), welches das EGR-Ventil (33) mit dem Kanal-Steuer-Ventil (40) verbindet, so dass das andere Ventil geschlossen ist/wird, wenn das eine von den Ventilen geöffnet ist/wird; und ein Betätigungselement (71, 71a, 71b), welches das Ventil-Verbindungselement (72, 72a, 72b) direkt und/oder unmittelbar betätigt.
  10. Ein Verfahren zum Verbessern der Kraftstoffeffizienz durch Verwenden eines Turbolader-basierten Motorsystems wie in einem der vorangehenden Ansprüche definiert, aufweisend: a) Detektieren von Fahrzeuginformationen gemäß einem Betrieb des Motors (1); b) Bestimmen eines Motor-Betriebs-Bereichs anhand der erhaltenen Fahrzeuginformationen (S20), wobei die Motor-Betriebs-Bereiche in einen Turboloch-und-niedriges-Drehmoment-Bereich (S30), einen mittlere-Last-Bereich (S40) und einen mittlere/hohe-Last-Bereich (S50) unterteilt werden; c) Betätigen des Kanal-Steuer-Ventils (40), um lediglich die Außenluft zuzuführen, welche durch den Vorverdichter (20, 200) in den Motor (1) strömt, welcher in dem Turboloch-und-niedriges-Drehmoment-Bereich (S30) tätig ist (S31, S32, S321, S322, S323), Betätigen des Kanal-Steuer-Ventils (40), um eine Gasmischung aus der Außenluft, welche durch das Einlass-System (4) strömt, und/mit einer von der Außenluft, welche durch den Vorverdichter (20, 200) strömt, und dem Abgas, welches durch die EGR-Leitung (31) strömt, in den Motor (1) zuzuführen, welcher in dem mittlere-Last-Bereich (S40) tätig ist (S41, S42, S421, S422), und Betätigen des Bypass-Ventils (50) in dem Einlass-System (4) und Steuern des EGR-Ventils (33), um eine Gasmischung aus dem Abgas, welches durch die EGR-Leitung (31) strömt, und der Außenluft, welche durch das Einlass-System (4) strömt, in den Motor (1) zuzuführen, und Betätigen des Kanal-Steuer-Ventils (40), um die Außenluft durch den Vorverdichter (20, 200) nicht einzuführen in den Motor (1), welcher in dem mittlere/hohe-Last-Bereich (S40, S50) tätig ist (S51, S52, S521, S522, S523); und d) Zurückkehren zu dem Schritt von a) nach dem Schritt von c).
  11. Das Verfahren wie in Anspruch 10 definiert, wobei der Vorverdichter (20, 200) in dem Turboloch-und-niedriges-Drehmoment-Bereich (S30) das Kanal-Steuer-Ventil (40) an der Verbindungsstelle der EGR-Leitung (31) vollständig öffnet, um der gesamten Außenluft, welche von dem Einlass-System (4) angesaugt wird, ein Durchströmen zu ermöglichen, und wobei der Vorverdichter (20, 200) das Bypass-Ventil (50) an der Verbindungsstelle der EGR-Leitung (31), wo das Einlass-System (4) verbunden ist, sowie das EGR-Ventil (33) in der EGR-Leitung (31) vollständig schließt (S32, S321, S322, S323).
  12. Das Verfahren wie in Anspruch 10 definiert, wobei in dem mittlere-Last-Bereich (S40) das Bypass-Ventil (50) an der Verbindungsstelle der EGR-Leitung (31), wo das Einlass-System (4) verbunden ist, vollständig geöffnet wird/ist, und wobei das EGR-Ventil (33), welches in der EGR-Leitung (31) angeordnet ist, vollständig geöffnet oder in der entgegengesetzten Art und Weise betrieben wird, wenn das Kanal-Steuer-Ventil (40) an der Verbindungsstelle der EGR-Leitung (31), wo der Vorverdichter (20, 200) verbunden ist, vollständig geschlossen wird (S42, S421, S422).
  13. Das Verfahren wie in Anspruch 12 definiert, wobei, wenn das Kanal-Steuer-Ventil (40) oder das EGR-Ventil (33) vollständig geöffnet ist, das Kanal-Steuer-Ventil (40) oder das EGR-Ventil (33) allmählich und/oder schrittweise wieder vollständig geschlossen wird.
  14. Das Verfahren wie in Anspruch 10 definiert, wobei in dem mittlere/hohe-Last-Bereich (S40, S50) das EGR-Ventil (33), welches in der EGR-Leitung (31) angeordnet ist, vollständig geöffnet wird/ist, wobei das Kanal-Steuer-Ventil (40) an der Verbindungsstelle der EGR-Leitung (31), wo der Vorverdichter (20, 200) verbunden ist, vollständig geschlossen wird/ist, und wobei das Bypass-Ventil (50) an der Verbindungsstelle von der EGR-Leitung (31), wo das Einlass-System (4) verbunden ist, welches vollständig geschlossen war/wurde, allmählich und/oder schrittweise vollständig geöffnet wird (S52, S521, S522, S523).
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