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Gasmotor mit zweistufiger Aufladung

IP.com Disclosure Number: IPCOM000239612D
Publication Date: 2014-Nov-19
Document File: 5 page(s) / 796K

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US2004134193: PATENT

Abstract

Gleichzeitiges Betreiben des Abgaswastegates über der Hochdruckturbine mit der VTG bei der Niederdruckturbine.

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Regelung eines Gasmotors mit 2-stufiger Aufladung

Ohne Variabilität bei den Motorventilsteuerzeiten werden die heutigen Gasmotoren mit 2-stufiger Aufladung mit Regelorganen wie Umblasebypass über den beiden Verdichterstufen  zur Anpassung des Verbrennungsluftverhätnisses LambdaV geregelt

 

Fig. 1: Regelung durch Umblasebypass über den beiden Hochdruck- bzw. Niederdruckverdichterstufen

Alternativ kann die Regelung zur Anpassung des Verbrennungsluftverhätnisses LambdaV über ein Abgaswastegate über den beiden Turbinenstufen erfolgen.

 

Fig. 2: Regelung durch Abgaswastegate über den beiden Hochdruck- bzw. Niederdruckturbinenstufen

Mit den oben erwähnten Regelvorgängen wird jedoch der Aufladewirkungsgrad verkleinert.

 

Fig. 3a: Regelung durch Abgaswastegate über der Hochdruckturbine

Mit lediglich einem Abgaswastegate über der Hochdruckturbine (s. Fig. 3a) oder mit der Einführung der variablen Turbinengeometrie (VTG) bei der Niederdruckturbine (s. Fig. 4a) könnten die Aufladewirkungsgradsverluste beim Auslegungsbetriebspunk beispielweise für die ISO-Bedingungen minimiert werden.

 

Fig. 4a: Regelung durch VTG bei der Niederdruckturbine

Allerdings ergeben sich für die einzelnen Regelvorgänge 1) und 2)wiederum gewisse Nachteile:

1) Regelvorgang nur mit dem Abgaswastegate über der Hochdruckturbine:

·           Ein grosses Abgaswastegate mit einem hohen Durchsatz von 15 bis 20 % des gesamten Abgasmassenstroms muss ausgelegt werden.

·           Sobald der Motor ausserhalb von den ISO-Bedingungen betrieben wird, wie z.B. bei erhöhten Ansaugtemperaturen, ändern sich die Verdichterbetriebspunkte erheblich. Dabei verschiebt sich der Betriebspunkt vom Niederdruckverdichter in ein Gebiet mit schlechtem Wirkungsgrad (s. Fig. 3b)

Fig. 3b: Verschiebung des HD- bzw. und ND-Verdichterbetriebspunkts bei Erhöhung der Ansaugtemperatur mit Regelung durch Wastegate über der Hochdruckturbine

2) Regelvorgang nur mit der VTG bei der Niederdruckturbine:

·           Der VTG-Verstellbereich sollte mit einer möglichen Variabilität von ca. 25 % der geometrischen Turbinenfläsche sehr gross sein.

·           Sobald der Motor weg von den ISO-Bedigungen betrieben wird, wie z.B. bei erhöhten Ansaugtemperaturen, verschieben sich die Verdichterbetriebspunkte erheblich. Dadurch muss bei der Auslegung des Betriebspunkts...