DE102016122045B4

DE102016122045B4 - WASTEGATE- und MOTOR-ANORDNUNG sowie Verfahren zum Betreiben eines Motors

Info

Publication number: DE102016122045B4
Application number: DE102016122045.0A
Authority: DE
Inventors: Nikhil B. Patil; Ligong Yang
Original assignee: Cummins Inc
Current assignee: Cummins Inc
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2016-11-16
Publication date: 2022-09-29
Anticipated expiration: 2036-11-17
Also published as: US20170152794A1; US10539067B2; GB2587170B; GB2545988B; GB202019904D0; GB2545988A; GB201619515D0; GB2587170A; DE102016122045A1

Abstract

Wastegate-Anordnung (6), welche dazu eingerichtet ist, mit einem Turbolader (8), der einen Kompressor (10) und eine Turbine (12) aufweist, fluidisch gekoppelt zu werden, umfassend:
eine Wastegate-Leitung, die konfiguriert ist, um Abgas in Reaktion auf eine Drehzahl von mindestens einem aus dem Kompressor (10) und der Turbine (12) aufzunehmen, wobei die Wastegate-Leitung einen ersten Abschnitt (26), der einen ersten Innendurchmesser (D₁) aufweist, und einen zweiten Abschnitt (28), der eine innere Oberfläche und einen zweiten Innendurchmesser (D₂), welcher die innere Oberfläche definiert, aufweist, und wobei der zweite Abschnitt (28) fluidmäßig mit dem ersten Abschnitt (26) gekoppelt ist, umfasst und der erste Innendurchmesser (D₁) verschieden von dem zweiten Innendurchmesser (D₂) ist, wobei der erste Innendurchmesser (D₁) zwischen 40 % und 75 % des zweiten Innendurchmessers (D₂) beträgt; und
ein Wastegate-Ventil (24), das betriebsmäßig mit der Wastegate-Leitung gekoppelt und konfiguriert ist, um sich zwischen einer geöffneten Position, welche eine Strömung des Abgases ermöglicht, und einer geschlossenen Position, welche die Strömung des Abgases hemmt, zu bewegen, und wobei der erste Innendurchmesser (D₁) konisch zu dem zweiten Innendurchmesser (D₂) hin verläuft.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Wastegate-Anordnung (auch als Ladedruckregelventil-Anordnung oder Bypass-Anordnung bezeichnet) für einen Motor und insbesondere eine externe Wastegate-Anordnung, die konfiguriert ist, um einen Druckabfall über einen stromaufwärtigen oder stromabwärtigen Abschnitt der Wastegate-Anordnung zu verteilen.
HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
EP 3 279 444 A1 und US 6 976 359 B2 beschreiben jeweils ein Motorsystem mit einer Wastegate-Anordnung.
Ein Motorsystem kann insbesondere für einen Motor mit hoher PS-Leistung einen Turbolader umfassen, der eine Turbine und einen Kompressor umfasst. Außerdem kann das Motorsystem eine Wastegate-Anordnung umfassen, welche Abgase des Motors weg von dem Turbolader leitet. Ein Umleiten von Abgasen weg von dem Turbolader kann die Turbinendrehzahl steuern und daher die Drehzahl des Kompressors steuern. In einigen Motorsystemen kann eine interne Wastegate-Anordnung bereitgestellt werden, wobei jedoch alternative Ausführungsformen von Motorsystemen externe Wastegate-Anordnungen umfassen.
Die Abgase, die in die Wastegate-Anordnung eines Motorsystems eintreten, stehen unter Hochdruck. Wenn die unter hohem Druck stehenden Abgase in die Wastegate-Anordnung strömen, kommen die Gase mit Abschnitten eines Wastegate-Ventils der Wastegate-Anordnung in Kontakt. Die hohe Druckdifferenz über das Wastegate-Ventil kann bewirken, dass sich die Strömung über Schallniveau hinaus beschleunigt, was zu der Bildung von einer Stoßwelle oder Stoßwellen innerhalb der Wastegate-Anordnung führen kann. Stoßwellen verursachen große Druckschwankungen, die zu strukturellen Beschädigungen von Abschnitten der Wastegate-Anordnung führen können. Daher liegt eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe in der Bereitstellung einer Wastegate-Anordnung, welche die Wahrscheinlichkeit einer Stoßwellenbildung darin minimiert.
KURZFASSUNG DER OFFENBARUNG
Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Wastegate-Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Motoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Wastegate-Anordnung eine Wastegate-Leitung, die konfiguriert ist, um Abgas zu empfangen. Die Wastegate-Leitung umfasst einen ersten Abschnitt, der einen ersten Innendurchmesser aufweist, und einen zweiten Abschnitt, der einen zweiten Innendurchmesser aufweist und fluidmäßig mit dem stromaufwärtigen Abschnitt gekoppelt ist. Der erste Innendurchmesser ist geringer als der zweite Innendurchmesser. Außerdem umfasst die Wastegate-Anordnung ein Wastegate-Ventil, das betriebsmäßig mit der Wastegate-Leitung gekoppelt und konfiguriert ist, um sich zwischen einer geöffneten Position, um eine Strömung des Abgases zu erlauben, und einer geschlossene Position, um die Strömung des Abgases zu hemmen oder zu verhindern, zu bewegen.
Erfindungsgemäß ist der erste Durchmesser gleich 40-75 % des zweiten Durchmessers.
In einem anderen Aspekt der Wastegate-Anordnung ist der erste Durchmesser gleich 20-35 mm und der zweite Durchmesser gleich 40-50 mm.
In einem anderen Aspekt der Wastegate-Anordnung ist das Wastegate-Ventil in dem zweiten Abschnitt der Wastegate-Leitung positioniert.
In einem anderen Aspekt der Wastegate-Anordnung ist ein Durchmesser des Wastegate-Ventils größer als der erste Durchmesser.
In einem weiteren Aspekt der Wastegate-Anordnung ist der Durchmesser des Wastegate-Ventils gleich 40-50 mm und der erste Durchmesser gleich 20-35 mm.
In einem anderen Aspekt der Wastegate-Anordnung ist ein Druckabfall des Abgases über den zweiten Abschnitt konstant.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Motoranordnung einen Motor, einen Abgaskrümmer, der fluidmäßig mit dem Motor gekoppelt ist, und eine Wastegate-Anordnung, die fluidmäßig mit dem Abgaskrümmer gekoppelt und konfiguriert ist, um wenigstens einen Anteil des Abgases von dem Abgaskrümmer zu empfangen. Die Wastegate-Anordnung umfasst ein Wastegate-Ventil, einen ersten Abschnitt des Wastegate-Ventils und einen zweiten Abschnitt des Wastegate-Ventils. Der erste Abschnitt weist einen kleineren Durchmesser als der zweite Abschnitt auf.
In einem Aspekt der Motoranordnung ist der Durchmesser des ersten Abschnitts gleich 40-75 % eines Durchmessers des zweiten Abschnitts.
In einem anderen Aspekt der Motoranordnung ist der Durchmesser des ersten Abschnitts gleich 20-35 mm und der Durchmesser des zweiten Abschnitts gleich 40-50 mm.
In einem Aspekt der Motoranordnung umfasst die Motoranordnung ferner einen Abgaskollektor, wobei der erste Abschnitt fluidmäßig mit dem Abgaskrümmer und der zweite Abschnitt fluidmäßig mit dem Abgaskollektor gekoppelt ist.
In einem weiteren Aspekt der Motoranordnung umfasst die Motoranordnung ferner einen Turbolader, der fluidmäßig mit dem Abgaskrümmer und dem Abgaskollektor gekoppelt ist, und der Turbolader ist außerhalb der Wastegate-Anordnung.
In einem anderen Aspekt umfasst die Motoranordnung ferner eine Nachbehandlungsanordnung, die fluidmäßig mit dem Abgaskollektor gekoppelt ist.
In einem anderen Aspekt der Motoranordnung umfasst die Wastegate-Anordnung einen Ventilaktuator, der betriebsmäßig mit dem Wastegate-Ventil gekoppelt ist, wobei der Ventilaktuator konfiguriert ist, um das Wastegate-Ventil zwischen einer geöffneten Position, die eine Strömung des Abgases durch den zweiten Abschnitt erlaubt, und einer geschlossenen Position, welche die Strömung des Abgases durch den zweiten Abschnitt hemmt, zu bewegen.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Verfahren ein Betreiben eines Motors, ein Leiten von Abgas von dem Motor zu einer Wastegate-Anordnung, ein Weiterleiten des Abgases durch eine erste Leitung der Wastegate-Anordnung, ein Öffnen eines Wastegate-Ventils stromabwärts der ersten Leitung und ein Leiten des Abgases durch eine zweite Leitung der Wastegate-Anordnung, die einen größeren Durchmesser als ein Durchmesser der ersten Leitung aufweist, als Antwort auf das Öffnen des Wastegate-Ventils.
In einem Aspekt umfasst das Verfahren ferner ein homogenes Verteilen eines Drucks in der zweiten Leitung über eine Länge und den Durchmesser der zweiten Leitung.
In einem anderen Aspekt umfasst das Verfahren ferner ein Leiten des Abgases von der zweiten Leitung zu einem Abgaskollektor.
In einem weiteren Aspekt umfasst das Verfahren ferner ein Leiten des Abgases von dem Abgaskollektor zu einer Nachbehandlungsanordnung.
In einem anderen Aspekt umfasst das Verfahren ferner ein Leiten wenigstens eines Anteils des Abgases von dem Motor zu einem Turbolader.
In einem weiteren Aspekt umfasst das Verfahren ferner ein Verringern eines Drucks des Abgases als Antwort auf das Leiten des Abgases durch die zweite Leitung.
Vorteile und Merkmale der Ausführungsformen dieser Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen bei Betrachtung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlicher.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht einer Motoranordnung der vorliegenden Offenbarung, die einen Motor, einen Abgaskollektor und eine Wastegate-Anordnung umfasst;
2 ist eine perspektivische Ansicht des Abgaskollektors und der Wastegate-Anordnung von 1;
3 ist eine Querschnittsansicht der Wastegate-Anordnung von 2, die entlang der Linie 3-3 von 2 genommen ist;
4 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts der Wastegate-Anordnung von 3; und
5 ist eine Querschnittsansicht einer Wastegate-Anordnung des Standes der Technik.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Unter Bezugnahme auf 1 und 2 umfasst eine Motoranordnung 2 einen Verbrennungsmotor 4, eine Wastegate-Anordnung 6, einen Turbolader 8, der einen Kompressor 10 und eine Turbine 12 aufweist, einen Abgaskollektor 14, eine Nachbehandlungsanordnung 16 und ein Luftfilter 22. Der Motor 4 umfasst eine Mehrzahl von Zylindern (nicht gezeigt), die fluidmäßig mit einem Einlasskrümmer 18 und einem Abgaskrümmer 20 gekoppelt sind. Der Abgaskrümmer 20 ist fluidmäßig mit der Turbine 12 des Turboladers 8 und der Wastegate-Anordnung 6 gekoppelt. Veranschaulichenderweise ist die Wastegate-Anordnung 6 außerhalb des Motors 4 und umfasst ein Wastegate-Ventil 24, einen ersten oder stromaufwärtigen Abschnitt bzw. Leitung 26, die stromaufwärts von dem Wastegate-Ventil 24 ist und fluidmäßig mit dem Abgaskrümmer 20 gekoppelt ist, einen zweiten oder stromabwärtigen Abschnitt bzw. Leitung 28, die stromabwärts von dem Wastegate-Ventils 24 ist und fluidmäßig mit dem Abgaskollektor 14 gekoppelt ist, und einen Wastegate-Ventilaktuator 30 (2), um den Betrieb des Wastegate-Ventils 24 zu steuern.
Außerdem umfasst, wie in 1 und 2 gezeigt, der Abgaskollektor 14 wenigstens drei Öffnungen zum fluidmäßigen Koppeln mit dem Turbolader 8, der Nachbehandlungsanordnung 16 und der Wastegate-Anordnung 6. Insbesondere umfasst der Abgaskollektor 14 wenigstens eine erste Öffnung 32 zum fluidmäßigen Koppeln mit dem Turbolader 8, eine zweite Öffnung 34 zum fluidmäßigen Koppeln mit der Nachbehandlungsanordnung 16 und eine dritte Öffnung 36 zum fluidmäßigen Koppeln mit der Wastegate-Anordnung 6 (2).
Wie in 1 gezeigt, strömt während des Betriebs der Motoranordnung 2 Luft vom Luftfilter 22 zu dem Einlasskrümmer 18 durch den Kompressor 10 des Turboladers 8. Die Luft innerhalb des Einlasskrümmers 18 strömt in die Zylinder des Motors 4 und vermischt sich mit einem Kraftstoff während eines Verbrennungszyklus jedes Zylinders. Nachdem die Verbrennung in den Zylindern stattfindet, werden die Abgase innerhalb der Zylinder des Motors 4 in den Abgaskrümmer 20 geleitet. Die Abgase werden dann zu dem Abgaskollektor 14 durch den Kompressor 12 des Turboladers 8 und/oder zu der Wastegate-Anordnung 6 abhängig von den Betriebsbedingungen und der Anwendung der Motoranordnung 2 geleitet. Beispielsweise können die Abgase die Wastegate-Anordnung 6 umgehen und in den Abgaskollektor 14 durch den Kompressor 12 des Turboladers 8 strömen. Unter bestimmten Betriebsbedingungen kann jedoch, wenn es beispielsweise notwendig ist, die Drehzahl des Kompressors 10 und der Turbine 12 des Turboladers 8 zu regeln, wenigstens ein Anteil der Abgase den Turbolader 8 umgehen und in die Wastegate-Anordnung 6 strömen.
Wenn die Abgase an der Wastegate-Anordnung 6 sind, strömen sie zuerst in den ersten Abschnitt 26 der Wastegate-Anordnung 6, die stromaufwärts des Wastegate-Ventils 24 ist. Die Abgase strömen dann durch das Wastegate-Ventil 24 und in den zweiten Abschnitt 28 der Wastegate-Anordnung 6, bevor sie zu dem Abgaskollektor 14 geleitet werden. Die Abgase innerhalb des Abgaskollektors 14 werden dann in Richtung der Nachbehandlungsanordnung 16 oder alternativ eines Schalldämpfers (nicht gezeigt) der Motoranordnung 2 geleitet.
Unter Bezugnahme auf 2-4 ist der erste Abschnitt 26 der Wastegate-Anordnung 6 fluidmäßig mit dem zweiten Abschnitt 28 durch einen konisch zulaufenden Abschnitt 38 gekoppelt. In einer Ausführungsform ist der erste Abschnitt 26 einstückig mit dem zweiten Abschnitt 28 ausgebildet, so dass die ersten und zweiten Abschnitten 26, 28 und der konisch zulaufenden Abschnitt 38 eine einzige Wastegate-Leitung definieren, welche das Wastegate-Ventil 24 umfasst. Alternativ können der erste Abschnitt 26, der zweite Abschnitt 28 und der konisch zulaufenden Abschnitt 38 jeweils eine separate Komponente definieren, welche, wenn zusammen gekoppelt, eine Wastegate-Leitung bilden.
Wie in 3 gezeigt, weist der erste Abschnitt 26 einen ersten Innendurchmesser D1 und der zweite Abschnitt 28 einen zweiten Innendurchmesser D2 auf, welcher größer als der erste Innendurchmesser D1 ist. In einer Ausführungsform ist der erste Innendurchmesser D1 gleich 40-75 % des zweiten Innendurchmessers D2. Beispielsweise kann der erste Innendurchmesser D1 gleich 20-35 mm und insbesondere gleich 27-28 mm sein. Außerdem kann der zweite Innendurchmesser D2 gleich 40-50 mm und insbesondere gleich 44-45 mm sein. Als solches strömen die Abgase von dem Abgaskrümmer 20 durch einen eingeschränkten Strömungsweg vor dem Erreichen des Wastegate-Ventils 24 im zweiten Abschnitt 28. Durch Verringern des ersten Innendurchmessers D1 stromaufwärts des Wastegate-Ventils 24 kann sich das Wastegate-Ventil 24 weiter öffnen, um eine vorbestimmte Strömungsrate der Abgase in den zweiten Abschnitt 28 zu ermöglichen, wie hier ferner offenbart.
Wie in 3 gezeigt, ist das Wastegate-Ventil 24 innerhalb des zweiten Abschnitts 28 positioniert. Veranschaulichenderweise definiert das Wastegate-Ventil 24 eine Absperrklappe, obwohl das Wastegate-Ventil 24 eine beliebige Art von Ventil sein kann. Das Wastegate-Ventil 24 ist betriebsmäßig mit dem Wastegate-Ventilaktuator 30 gekoppelt, welcher das Wastegate-Ventil 24 zwischen einer geschlossenen Position, in welcher das Wastegate-Ventil 24 die innere Oberfläche des zweiten Abschnitts 28 kontaktiert, um die Strömung von Abgasen durch den zweiten Abschnitt 28 zu blockieren oder zu hemmen, und einer vollständig geöffneten Position, in welcher sich das Wastegate-Ventil 24 parallel zu einen Strömungsweg F (4 und 5) des Abgases durch den zweiten Abschnitt 28 erstreckt, bewegt. Das Wastegate-Ventil 24 kann in einer beliebigen Position zwischen der geschlossenen Position (z.B. erstreckt sich das Wastegate-Ventil 24 senkrecht zu dem Strömungsweg F) und der geöffneten Position (z.B. erstreckt sich das Wastegate-Ventil 24 parallel zu dem Strömungsweg F) zurückgehalten werden. Wie in 3 gezeigt, ist das Wastegate-Ventil 24 in einer teilweisen geöffneten Position, in welcher das Wastegate-Ventil 24 weniger als 90° relativ zu dem Strömungsweg F des Abgases abgewinkelt ist, jedoch ebenfalls von der inneren Oberfläche des zweiten Abschnitts 28 beabstandet ist, um eine Strömung von Abgases zu ermöglichen. Das Wastegate-Ventil 24 weist einen Durchmesser bzw. eine Länge L auf, welche gleich oder größer als der zweite Innendurchmesser D2 sein kann, so dass das Wastegate-Ventil 24 konfiguriert ist, um die innere Oberfläche des zweiten Abschnitts 28 zu kontaktieren, wenn es in der geschlossenen Position ist, um den Strömungsweg F des Abgases durch den zweiten Abschnitt 28 zu hemmen. Wenn Abgase beispielsweise zu dem Turbolader 8 und nicht zu der Wastegate-Anordnung 6 geleitet werden, kann das Wastegate-Ventil 24 in der geschlossenen Position sein, um die Strömung von Abgasen dahindurch zu verhindern. In einer Ausführungsform kann die Länge L des Wastegate-Ventils 24 ungefähr 40-50 mm und insbesondere 45 mm sein. Als solches kann die Länge L des Wastegate-Ventils 24 ungefähr die gleiche wie diejenige des zweite Innendurchmesser D2 des zweiten Abschnitts 28 sein, wobei sie jedoch größer als der erste Innendurchmesser D1 des ersten Abschnitts 26 ist.
Wenn die Abgase den Turbolader 8 umgehen, um beispielsweise die Drehzahl des Kompressors 10 und der Turbine 12 zu regeln, strömen die Abgase in den ersten Abschnitt 26 der Wastegate-Anordnung 6 von dem Abgaskrümmer 20. Die in den ersten Abschnitt 26 strömenden Abgase stehen unter Hochdruck, so dass der Druck der in den ersten Abschnitt 26 strömenden Abgase gleich 3-4 bar sein kann. Die Strömung F der Abgase innerhalb des ersten Abschnitts 26 ist jedoch aufgrund des verringerten ersten Innendurchmessers D1 des ersten Abschnitts 26 eingeschränkt. Als solches öffnet sich das Wastegate-Ventil 24 weiter, um die Strömung der Abgase in den zweiten Abschnitt 28 zu erhöhen und eine vorbestimmte Strömungsrate durch die Wastegate-Anordnung 6 für gegebene Parameter und Betriebsbedingungen der Motoranordnung 2 aufrechtzuerhalten. Beispielsweise öffnet sich, wie in 4 gezeigt, das Wastegate-Ventil 24 um einen Winkel α, welcher gleich 60-80° relativ zu einer radialen Linie R sein kann, die sich radial innerhalb des zweiten Abschnitts 28 erstreckt. In einer Ausführungsform kann der Winkel α gleich 70° relativ zu einer radialen Linie R sein.
Wenn umgekehrt, wie in 5 gezeigt, eine Wastegate-Anordnung des Standes der Technik 106 eine Wastegate-Leitung 150 mit einem einzigen Durchmesser umfasst, die sich von einem stromaufwärtigen Abschnitt 126 zu einem stromabwärtigen Abschnitt 128 erstreckt, dann öffnet sich das Wastegate-Ventil 124 weniger als das Wastegate-Ventil 24 von 4. Beispielsweise kann sich das Wastegate-Ventil 124 lediglich um einen Winkel β öffnen, welcher ungefähr 55-59° relativ zu der radialen Linie R der Wastegate-Leitung 150 sein kann. Als solches öffnet sich das Wastegate-Ventil 24 von 4 weiter, wenn der erste Abschnitt 26 einen geringeren Durchmesser als das Wastegate-Ventil 124 von 5 aufweist, das eine Leitung mit einem einzigen Durchmesser 150 aufweist. Weil sich das Wastegate-Ventil 24 von 4 weiter als das Wastegate-Ventil 124 von 5 öffnet, nimmt die Einschränkung in der Strömung F der Abgase durch das Wastegate-Ventil 24 relativ zu dem Wastegate-Ventil 124 ab.
Indem die Abgase durch das Wastegate-Ventil 24 strömen, verringert sich der Druck der Abgase auf ungefähr 0,5-1,0 bar im zweiten Abschnitt 28. Der Druckabfall in den Abgasen ist über die Länge L des Wastegate-Ventils 24, des zweiten Innendurchmessers D2 des zweiten Abschnitts 28 und der Länge des zweiten Abschnitts 28 stromabwärts des Wastegate-Ventils 24 ungefähr gleichmäßig verteilt. Durch gleichmäßiges oder homogenes Verteilen des Druckabfalls der Abgase innerhalb des zweiten Abschnitts 28 wird das Risiko von Stoßwellenbildung aufgrund der Überschallströmung der Abgase durch die Wastegate-Anordnung 6 vermindert. Als solches erfordert der eingeschränkte erste Innendurchmesser D1 stromaufwärts des Wastegate-Ventils 24, dass sich das Wastegate-Ventil 24 um einen Winkel α weiter öffnet, um die Strömungsrate durch die Wastegate-Anordnung 6 aufzunehmen. Das erhöhte Öffnen des Wastegate-Ventils 24 verteilt den Druckabfall der Abgase über das Wastegate-Ventil 24 gleichmäßig, wobei das Risiko einer Stoßwellenbildung innerhalb der Wastegate-Anordnung 6 sinkt, die durch Kontakt der Überschallströmung der Abgase mit dem Wastegate-Ventil 24 und der inneren Oberfläche des zweiten Abschnitts 28 verursacht werden kann.
In einer Ausführungsform wird das verringerte Risiko einer Stoßwellenbildung durch eine verringerte Machzahl, verringerte Temperatur und verringerte turbulente kinetische Energie der Abgase im zweiten Abschnitt 28 der Wastegate-Anordnung 6 belegt. Beispielsweise kann die Machzahl der Abgase innerhalb des zweiten Abschnitts 28 von 4 weniger als 1,12 sein, beispielsweise 0,0-1,0, wohingegen die Machzahl der Abgase innerhalb des stromabwärtigen Abschnitts 128 von 5 größer als 2,50 sein kann, wodurch angegeben wird, dass es eine verringerte Wahrscheinlichkeit von Stoßwellenbildung mit der Konfiguration der Wastegate-Anordnung 6 von 4 im Vergleich zu der Konfiguration der Wastegate-Anordnung 106 von 5 gibt. Außerdem kann in einer Ausführungsform die statische Temperatur der Abgase innerhalb des zweiten Abschnitts 28 von 4 weniger als 600 K, beispielsweise 350-580 K sein, wohingegen die statische Temperatur der Abgase innerhalb des stromabwärtigen Abschnitts 128 von 5 größer als 840 K sein kann, wodurch angegeben wird, dass es eine verringerte Wahrscheinlichkeit von Stoßwellenbildung mit der Konfiguration der Wastegate-Anordnung 6 von 4 im Vergleich zu der Konfiguration der Wastegate-Anordnung 106 von 5 gibt. In einer Ausführungsform kann die turbulente kinetische Energie der Abgase innerhalb des zweiten Abschnitts 28 von 4 auch weniger als 30,000 m2/s2, beispielsweise 0-28,000 m2/s2 sein, wohingegen die turbulente kinetische Energie der Abgase innerhalb des stromabwärtigen Abschnitts 128 von 5 größer als 40,000 m2/s2 sein kann, wodurch angegeben wird, dass es eine verringerte Wahrscheinlichkeit von Stoßwellenbildung mit der Konfiguration der Wastegate-Anordnung 6 von 4 im Vergleich zu der Konfiguration der Wastegate-Anordnung 106 von 5 gibt.
Während die Ausführungsform von 1-4 offenbart, dass der erste Abschnitt 26 einen verminderten Durchmesser relativ zu dem zweiten Abschnitt 28 aufweist, kann in einer alternativen Ausführungsform der zweite Abschnitt 28 einen verminderten Durchmesser relativ zu dem ersten Abschnitt 26 aufweisen. Als solches kann der Strömungsweg F für die Abgase innerhalb des zweiten Abschnitts 28 und nicht des ersten Abschnitts 26 eingeschränkt sein, wobei jedoch die eingeschränkte Strömung im zweiten Abschnitt 28 immer noch die Wahrscheinlichkeit der Stoßwellenbildung innerhalb der Wastegate-Anordnung 6 verringern würde.
Bezugszeichenliste

2: Motoranordnung
4: Verbrennungsmotor
6: Wastegate-Anordnung
8: Turbolader
10: Kompressor
12: Turbine
14: Abgaskollektor
16: Nachbehandlungsanordnung
18: Einlasskrümmer
20: Abgaskrümmer
22: Luftfilter
24: Wastegate-Ventil
26: erster oder stromaufwärtiger Abschnitt bzw. Leitung
28: zweiter oder stromabwärtiger Abschnitt bzw. Leitung
30: Wastegate-Ventilaktuator
32: erste Öffnung
34: zweite Öffnung
36: dritte Öffnung
106: Wastegate-Anordnung des Standes der Technik
124: Wastegate-Ventil der Wastegate-Anordnung 106
126: stromaufwärtiger Abschnitt
128: stromabwärtiger Abschnitt
150: Wastegate-Leitung der Wastegate-Anordnung 106
α: Winkel, um den sich das Wastegate-Ventil 24 öffnet
β: Winkel, um den sich das Wastegate-Ventil 124 öffnet
D1: erster Innendurchmesser des ersten Abschnitts 26
D2: zweiter Innendurchmesser des zweiten Abschnitts 28
F: Strömungsweg
L: Länge des Wastegate-Ventils 24
R: radiale Linie

Claims

Wastegate-Anordnung (6), welche dazu eingerichtet ist, mit einem Turbolader (8), der einen Kompressor (10) und eine Turbine (12) aufweist, fluidisch gekoppelt zu werden, umfassend: eine Wastegate-Leitung, die konfiguriert ist, um Abgas in Reaktion auf eine Drehzahl von mindestens einem aus dem Kompressor (10) und der Turbine (12) aufzunehmen, wobei die Wastegate-Leitung einen ersten Abschnitt (26), der einen ersten Innendurchmesser (D₁) aufweist, und einen zweiten Abschnitt (28), der eine innere Oberfläche und einen zweiten Innendurchmesser (D₂), welcher die innere Oberfläche definiert, aufweist, und wobei der zweite Abschnitt (28) fluidmäßig mit dem ersten Abschnitt (26) gekoppelt ist, umfasst und der erste Innendurchmesser (D₁) verschieden von dem zweiten Innendurchmesser (D₂) ist, wobei der erste Innendurchmesser (D₁) zwischen 40 % und 75 % des zweiten Innendurchmessers (D₂) beträgt; und ein Wastegate-Ventil (24), das betriebsmäßig mit der Wastegate-Leitung gekoppelt und konfiguriert ist, um sich zwischen einer geöffneten Position, welche eine Strömung des Abgases ermöglicht, und einer geschlossenen Position, welche die Strömung des Abgases hemmt, zu bewegen, und wobei der erste Innendurchmesser (D₁) konisch zu dem zweiten Innendurchmesser (D₂) hin verläuft.
Wastegate-Anordnung gemäß Anspruch 1, wobei der erste Innendurchmesser (D₁) zwischen 20 mm und 35 mm und der zweite Innendurchmesser (D₂) zwischen 40 mm und 50 mm beträgt.
Wastegate-Anordnung (6) gemäß Anspruch 1, wobei ein Durchmesser des Wastegate-Ventils (24) größer als der erste Innendurchmesser (D₁) ist.
Wastegate-Anordnung (6) gemäß Anspruch 3, wobei der Durchmesser des Wastegate-Ventils (24) zwischen 40 mm und 50 mm und der erste Durchmesser zwischen 20 mm und 35 mm beträgt.
Wastegate-Anordnung gemäß Anspruch 1, wobei der Druckabfall des Abgases konstant über den zweiten Abschnitt (28) ist.
Motoranordnung, umfassend: einen Motor (4); einen Abgaskrümmer (20), der fluidmäßig mit dem Motor (4) gekoppelt ist; und eine Wastegate-Anordnung (6), die fluidmäßig mit dem Abgaskrümmer (20) und mit einem Turbolader (8), welcher einen Kompressor (10) und eine Turbine (12) aufweist, gekoppelt ist, und wobei die Wastegate-Anordnung (6) dazu konfiguriert ist, wenigstens einen Teil des Abgases von dem Abgaskrümmer (20) in Reaktion auf eine Drehzahl von mindestens einem aus dem Kompressor (10) und der Turbine (12) des Turboladers (8) aufzunehmen, wobei die Wastegate-Anordnung (6) ein Wastegate-Ventil (24) und eine Wastegate-Leitung aufweist, die einen ersten Leitungsabschnitt (26) und einen zweiten Leitungsabschnitt (28) umfasst, und wobei der erste Leitungsabschnitt (26) einen Durchmesser (D₁) hat, der verschieden von einem Durchmesser (D₂) des zweiten Leitungsabschnitts (28) ist, wobei der Durchmesser (D₂) des zweiten Leitungsabschnitts (28) einen Maximaldurchmesser der Wastegate-Leitung definiert, und die Länge (L) des Wastegate-Ventils (24) mindestens gleich groß wie der Durchmesser (D₂) des zweiten Abschnitts (28) ist.
Motoranordnung gemäß Anspruch 6, wobei der Durchmesser (D₁) des ersten Leitungsabschnitts (26) zwischen 20 mm und 35 mm und der Durchmesser (D₂) des zweiten Leitungsabschnitts (28) zwischen 40 mm und 50 mm beträgt.
Motoranordnung gemäß Anspruch 6, die ferner einen Abgaskollektor (14) umfasst und wobei der erste Leitungsabschnitt (26) der Wastegate-Anordnung (6) fluidmäßig mit dem Abgaskrümmer (20) gekoppelt und der zweite Leitungsabschnitt (28) der Wastegate-Anordnung (6) fluidmäßig mit dem Abgaskollektor (14) gekoppelt ist.
Motoranordnung gemäß Anspruch 8, die ferner einen Turbolader (8) umfasst, der fluidmäßig mit dem Abgaskrümmer (20) und dem Abgaskollektor (14) gekoppelt ist, und wobei der Turbolader (8) außerhalb der Wastegate-Anordnung ist.
Motoranordnung gemäß Anspruch 8, die ferner eine Nachbehandlungsanordnung (16) umfasst, die fluidmäßig mit dem Abgaskollektor (14) gekoppelt ist.
Motoranordnung gemäß Anspruch 6, wobei die Wastegate-Anordnung (6) einen Ventilaktuator (30) umfasst, der konfiguriert ist, um das Wastegate-Ventil (24) zwischen einer geöffneten Position, die eine Strömung des Abgases durch den zweiten Leitungsabschnitt (28) erlaubt, und einer geschlossenen Position, welche die Strömung des Abgases durch den zweiten Leitungsabschnitt (28) hemmt, zu bewegen.
Verfahren, umfassend: Betreiben eines Motors (4); Leiten von Abgas von dem Motor (4) zu einer Wastegate-Anordnung (6), wobei die Wastegate-Anordnung (6) dazu konfiguriert ist, fluidisch mit einem Turbolader (8), welcher einen Kompressor (10) und eine Turbine (12) aufweist, gekoppelt zu werden; Weiterleiten des Abgases durch eine erste Leitung (26) der Wastegate-Anordnung (6), wobei die erste Leitung (26) eine erste innere Oberfläche hat; Öffnen eines Wastegate-Ventils (24) stromabwärts der ersten Leitung (26); und in Folge des Öffnens des Wastegate-Ventils (24): Leiten des Abgases von der ersten Leitung (26) zu einer zweiten Leitung (28) der Wastegate-Anordnung (6), wobei die zweite Leitung (28) eine zweite innere Oberfläche hat, die durch einen größeren Durchmesser (D₂) als ein Durchmesser (D₁) der inneren Oberfläche der ersten Leitung (26) definiert ist, wobei das Wastegate-Ventil (24) eine Länge (L) hat, die mindestens gleich groß wie der zweite Innendurchmesser (D₂) ist; Bewegen des Wastegate-Ventils (24) zu einer Position, die im Wesentlichen parallel zur Strömung des Abgases ist, im Fall einer vollständig geöffneten Position; und Schließen der Wastegate-Anordnung (6), wenn das Wastegate-Ventil (24) die zweite innere Oberfläche kontaktiert.
Verfahren gemäß Anspruch 12, das ferner ein homogenes Verteilen eines Drucks in der zweiten Leitung (28) über eine Länge und den Durchmesser (D₂) der zweiten Leitung (28) umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 12, das ferner das Leiten des Abgases von der zweiten Leitung (28) zu einem Abgaskollektor (14) umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 14, das ferner das Leiten des Abgases von dem Abgaskollektor (14) zu einer Nachbehandlungsanordnung (16) umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 12, das ferner das Leiten wenigstens eines Anteils des Abgases von dem Motor (4) zu einem Turbolader (8) umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 12, das ferner das Verringern eines Drucks des Abgases in Folge des Leitens des Abgases durch die zweite Leitung (28) umfasst.
Wastegate-Anordnung (6) gemäß Anspruch 1, wobei das Abgas von dem ersten Abschnitt (26) zu dem zweiten Abschnitt (28) strömt.
Wastegate-Anordnung (6) gemäß Anspruch 1, wobei der erste Innendurchmesser (D₁) axial mit dem zweiten Innendurchmesser (D₂) übereinstimmt.