DE102011002461A1

DE102011002461A1 - Doppel-Drossel zur verbesserten Tip-out-Stabilität in einem aufgeladenen Motorsystem

Info

Publication number: DE102011002461A1
Application number: DE102011002461A
Authority: DE
Inventors: Brad Alan Mich. VanDerWege; Ralph Wayne Mich. Cunningham; Ross Dykstra Mich. Pursifull; Gopichandra Mich. Surnilla; John David Oreg. Russell
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2010-01-08
Filing date: 2011-01-05
Publication date: 2011-07-14
Anticipated expiration: 2031-01-06
Also published as: CN102121437A; DE102011002461B4; US8353275B2; US20110168143A1; CN102121437B

Abstract

Ein Verfahren zum Liefern von Ansaugluft an einen Motor in einem Fahrzeug beinhaltet das Ausbilden einer Mischung aus Frischluft und behandeltem Abgas und das Verdichten der Mischung vor einem ersten Drosselventil, das an einen Ansaugkrümmer des Motors gekoppelt ist. Das Verfahren beinhaltet weiterhin, während einer Bedingung mit höherer Motorlast, das Einlassen einer Mischung über das erste Drosselventil in den Ansaugkrümmer und während einer Bedingung mit niedrigerer Motorlast das Einlassen von Frischluft über ein zweites Drosselventil in den Ansaugkrümmer.

Description

Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft das Verbessern der Kraftstoffersparnis und das Reduzieren von Emissionen in Kraftfahrzeugen und insbesondere die Inkraftsetzung der Abgasrückführung in aufgeladenen Motorsystemen.
Allgemeiner Stand der Technik und kurze Darstellung der Erfindung
Ein aufgeladener Motor kann höhere Verbrennungs- und Abgastemperaturen als ein selbstansaugender Motor mit ähnlicher Ausgangsleistung aufweisen. Solche erhöhten Temperaturen können zu verstärkten Stickoxid-(NO_x)Emissionen beitragen und können die Materialalterung in dem Motorsystem beschleunigen, einschließlich der Alterung des Abgasnachbehandlungskatalysators. Die Abgasrückführung (AGR) ist eine populäre Strategie zum Bekämpfen dieser Effekte. AGR funktioniert dadurch, dass Abgas mit reduziertem Sauerstoffgehalt dem Einlass zugeführt wird, was zu niedrigeren Verbrennungs- und Abgastemperaturen führt. Insbesondere sind AGR-Varianten, die eine gekühlte AGR zuführen, wünschenswert, weil sie dem Einlass einen relativ großen Strom von Abgas zuführen können. Gekühlte AGR tendiert jedoch dazu, in aufgeladenen Motorsystemen instationäre Steuerschwierigkeiten zu verursachen, insbesondere mit Fremdzündung. Beispielsweise kann eine Drosselschließung in einem für gekühlte AGR konfigurierten System vor der Drossel ein signifikantes Volumen an verdichteter, AGR-verdünnter Luft einschließen. Ein derartiger Einschluss kann beim Übergang beispielsweise von hoher zu niedriger Motorlast eintreten. Unter Niedriglastbedingungen mit geschlossener Drossel jedoch kann der Motor Frischluft erfordern, um die Verbrennung aufrechtzuerhalten. Das Öffnen eines Verdichterbypassventils zu diesem Zeitpunkt liefert eine teilweise, aber unvollständige Abhilfe für das Problem, da die AGR-verdünnte Luft vor der Drossel bleibt, wenn auch bei einem niedrigeren Absolutdruck.
Andere Ansätze haben auf Transientensteuerprobleme in Motorsystemen mit gekühlter AGR abgezielt. Beispielsweise liefert das US-Patent Nr. 6,470,682 an Gray Jr. einen Basisansaugkrümmer, durch den die Luft und gekühlte LP-AGR an einen Dieselmotor geliefert werden, und einen zusätzlichen Ansaugkrümmer, der dem Motor nur Frischluft liefert. Der zusätzliche Ansaugkrümmer wird von einem schnell wirkenden, elektrisch angetriebenen Luftverdichter versorgt. Wenn die Drehmomentnachfrage schnell ansteigt, wird der schnell wirkende Verdichter eingeschaltet, wodurch für ein vergrößertes Drehmoment die existierende Mischung aus Luft und AGR in dem Basisansaugkrümmer verdrängt und zusätzliche Sauerstoffmasse an den Motor geliefert wird. Dieses Verfahren ist jedoch Dieselmotoren zu eigen, die ungedrosselt sein können und die sogar im Leerlauf signifikante AGR-Mengen tolerieren können. Somit unterscheiden sich die in der Referenz erwähnten besonderen Transientensteuerprobleme von jenen in Motoren mit Fremdzündung.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass eine verbesserte Transientensteuerung bei einem mit AGR ausgestatteten Motorsystem dadurch erzielt werden kann, dass aufgeladene AGR-verdünnte Luft und Frischluft durch separate Drosselventile zugeführt werden. Bei einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Liefern von Ansaugluft an einen Motor in einem Verfahren das Ausbilden einer Mischung aus Frischluft und behandeltem Abgas und das Verdichten der Mischung vor einem an einen Ansaugkrümmer des Motors gekoppelten ersten Drosselventil. Das Verfahren umfasst weiterhin während einer Bedingung mit höherer Motorlast das Einlassen der Mischung in den Ansaugkrümmer über das erste Drosselventil und während einer Bedingung mit niedrigerer Motorlast das Einfassen von Frischluft in den Ansaugkrümmer über ein zweites Drosselventil. Auf diese Weise bleibt druckbeaufschlagte AGR-verdünnte Luft hinter dem ersten Drosselventil eingeschlossen, wobei mindestens einige, mit gekühlter AGR assoziierte Transientensteuerschwierigkeiten gemildert werden.
Ein weiteres Verfahren zum Liefern von Ansaugluft an einen Motor in einem Fahrzeug umfasst das Liefern von komprimierter Frischluft und AGR an den Motor über ein an einen Ansaugkrümmer des Motors gekoppeltes erstes und zweites Drosselventil. Während einer Bedingung mit höherer Motorlast wird ein AGR-Abgasstrom in einem Wärmetauscher gekühlt, und der gekühlte AGR-Abgasstrom wird in den Ansaugkrümmer eingelassen. Während einer Bedingung mit niedrigerer Motorlast wird Frischluft in dem Wärmetauscher erwärmt, und die erwärmte Frischluft wird in den Ansaugkrümmer eingelassen. Auf diese Weise erfüllt der Wärmetauscher eine doppelte Aufgabe, indem er Klopfen bei hoher Motorlast abstellt und bei niedriger Motorlast andere Vorteile bereitstellt. Insbesondere kann in dem Niedriglastgebiet der Motorkarte die Ansaugluft zu einem signifikanten Grad erhitzt werden, ohne Klopfen zu induzieren; eine derartige Erhitzung reduziert die Dichte des Gases in dem Ansaugkrümmer, wobei der Einlassluftdruck kaum oder nicht reduziert wird. Zusätzlich zu dem Reduzieren von Pumpverlusten kann eine erhöhte Ansauglufttemperatur die Verbrennungszuverlässigkeit verbessern und die AGR-Toleranz erhöhen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die 1–4 zeigen Aspekte von Systemen, die konfiguriert sind, Ansaugluft an einen Motor in einem Fahrzeug gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu liefern.
5–9 zeigen Verfahren zum Liefern von Ansaugluft an einen Motor in einem Fahrzeug gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Ausführliche Beschreibung
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf gewisse dargestellte Ausführungsformen beschrieben. Komponenten, die in zwei oder mehr Ausführungsformen im Wesentlichen die gleichen sein können, sind koordiniert identifiziert und werden mit minimaler Wiederholung beschrieben. Es wird jedoch angemerkt, dass in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung koordiniert identifizierte Komponenten mindestens teilweise verschieden sein können. Es wird weiter angemerkt, dass die in dieser Offenbarung enthaltenen Zeichnungen schematisch sind. Ansichten der dargestellten Ausführungsformen sind allgemein nicht maßstabsgetreu gezeichnet; Seitenverhältnisse, Merkmalsgröße und Anzahl von Merkmalen können absichtlich verzerrt sein, damit ausgewählte Merkmale oder Beziehungen leichter zu erkennen sind.
1 zeigt Aspekte eines ersten Beispielsystems 10, das konfiguriert ist, Ansaugluft an einen Motor 12 in einem Fahrzeug zu liefern. Der Motor enthält mehrere Verbrennungskammern 14, die jeweils an einen Ansaugkrümmer 16 und einen Abgaskrümmer 18 gekoppelt sind. In den Verbrennungskammern kann Verbrennung über Fremdzündung und/oder Verdichtungszündung in einer beliebigen Variante initiiert werden. Weiterhin kann der Motor konfiguriert sein, eine beliebige einer Vielzahl von Kraftstoffen zu verbrauchen: Benzin, Alkohole, Diesel, Biodiesel, verdichtetes Erdgas usw. Der Kraftstoff kann den Verbrennungskammern über Direkteinspritzung, Einlasskanaleinspritzung oder eine beliebige Kombination davon zugeführt werden.
Das System 10 ist konfiguriert, verdichtete Ansaugluft während bestimmter Betriebsbedingungen einem Motor 12 zuzuführen. Dementsprechend tritt Frischluft über den Luftfilter 20 in das System ein und strömt zum Verdichter 22. Bei dem Verdichter kann es sich um einen beliebigen Ansaugluftverdichter handeln – beispielsweise einen über die Antriebswelle angetriebenen oder über den Motor angetriebenen Lager-Verdichter. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist der Verdichter ein Turbolader-Verdichter, der mechanisch an die Turbine 24 gekoppelt ist, wobei die Turbine von sich ausdehnendem Motorabgas vom Abgaskrümmer 18 angetrieben wird. Vom Verdichter 22 strömt verdichtete Ansaugluft durch den Luftladekühler 26 auf dem Weg zum Drosselventil 28. Bei dem Luftladekühler kann es sich um einen beliebigen Wärmetauscher handeln, der konfiguriert ist, die Ansaugluft für erwünschte Verbrennungseigenschaften zu kühlen.
Wie oben angemerkt, strömt Abgas von dem Abgaskrümmer 18 zur Turbine 24, um die Turbine anzutreiben. Wenn ein reduziertes Turbinendrehmoment erwünscht ist, kann etwas Abgas unter Umgehung der Turbine stattdessen durch das Wastegate 30 gelenkt werden. Die kombinierte Strömung von der Turbine und dem Wastegate strömt dann durch Abgasnachbehandlungseinrichtungen 32, 34 und 36. Die Natur, Anzahl und Anordnung der Abgasnachbehandlungseinrichtungen kann in den verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung variieren. Im Allgemeinen können die Abgasnachbehandlungseinrichtungen mindestens einen Abgasnachbehandlungskatalysator enthalten, der konfiguriert ist, den Abgasstrom katalytisch zu behandeln und dadurch eine Konzentration von einer oder mehreren Substanzen in dem Abgasstrom zu reduzieren. Beispielsweise kann ein Abgasnachbehandlungskatalysator konfiguriert sein, Stickoxide (NO_x) von dem Abgasstrom einzuschließen, wenn der Abgasstrom mager ist, und das eingeschlossene NO_x zu reduzieren, wenn der Abgasstrom fett ist. Bei anderen Beispielen kann ein Abgasnachbehandlungskatalysator konfiguriert sein, NO_x zu disproportionieren oder NO_x mit der Hilfe eines Reduktionsmittels selektiv zu reduzieren. Bei anderen Beispielen kann ein Abgasnachbehandlungskatalysator konfiguriert sein, restliche Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenmonoxid in dem Abgasstrom zu oxidieren. Verschiedene Abgasnachbehandlungskatalysatoren mit einer beliebigen derartigen Funktionalität können in Zwischenschichten und anderweitig, entweder separat oder zusammen, in den Abgasnachbehandlungseinrichtungen angeordnet sein. Bei einigen Ausführungsformen können die Abgasnachbehandlungseinrichtungen einen regenerierbaren Rußfilter enthalten, der konfiguriert ist, Partikel in dem Abgasstrom einzufangen und zu oxidieren.
Unter Fortsetzung bei 1 wird ein Teil des von den Abgasnachbehandlungseinrichtungen 32, 34 und 36 strömenden behandelten Abgases in die Umgebung abgelassen. Der Rest des behandelten Abgases wird jedoch in den AGR-Kanal 38 gesaugt und strömt durch den AGR-Kühler 40. Bei dem AGR-Kühler kann es sich um einen beliebigen geeigneten Wärmetauscher handeln, der konfiguriert ist, das durch den AGR-Kanal fließende behandelte Abgas auf Temperaturen zu kühlen, die sich für das Einmischen in die Ansaugluft eignen. Das System 10 enthält weiterhin eine variable Venturidüse 42, die zwischen dem Luftfilter 20 und dem Verdichter 22 gekoppelt ist. Die variable Venturidüse saugt behandeltes Abgas von dem AGR-Kanal an und mischt das behandelte Abgas in die von dem Luftfilter einströmende Frischluft. Bei einer Ausführungsform kann die variable Venturidüse konfiguriert sein, die Frischluft axial durch eine Expansionskammer zu leiten, in der ein durch den sich expandierenden Strom verursachtes Teilvakuum das behandelte Abgas durch einen exzentrischen Einlass ansaugt. Dabei wird die für das Einmischen in die Frischluft zur Verfügung stehende Menge an behandeltem Abgas über das AGR-Ventil 44 geregelt. Eine Mischung aus Frischluft und behandeltem Abgas kann dementsprechend als Ansaugluft an den Einlass des Verdichters geliefert werden.
1 zeigt einen an die vorgeschaltete Seite des Drosselventils 28 gekoppelten Drucksensor 46. Der Drucksensor kann einer einer Vielzahl von Sensoren sein (Drucksensoren, Temperatursensoren usw.), die über das Motorsystem hinweg gekoppelt sind. Der Drucksensor kann konfiguriert sein, ein Ausgangssignal zu liefern, das auf den Luftdruck auf der vorgeschalteten Seite des Drosselventils reagiert, d. h. den Drosseleinlassdruck (TIP). Unter einigen Arbeitsbedingungen kann es wünschenswert sein, den TIP abrupt zu reduzieren. Zu solchen Bedingungen können beispielsweise eine ganze oder teilweise Schließung des Drosselventils zählen. Dementsprechend zeigt 1 ein Löseventil 48, das die vorgeschaltete Seite des Drosselventils mit der nachgeschalteten Seite der Abgasnachbehandlungseinrichtung 36 über einen Lösekanal 50 koppelt. Wie in 1 gezeigt, kann das Löseventil über ein optionales Rückschlagventil 52 an die nachgeschaltete Seite der Abgasnachbehandlungseinrichtung 36 gekoppelt sein. Bei einer Ausführungsform kann das Löseventil ein bistabiles Ventil mit einer offenen Position und einer geschlossenen Position sein. Bei anderen Ausführungsformen jedoch kann das Löseventil einen variablen (z. B. kontinuierlich justierbaren) Öffnungsgrad gestatten.
Bei einigen Ausführungsformen kann das Rückschlagventil 52 enthalten sein, um zu verhindern, dass Abgas unter Bedingungen eines niedrigen TIP durch das Löseventil 48 zum Drosselventil 28 strömt. Bei anderen Ausführungsformen jedoch kann ein derartiger Abgasstrom unter entsprechenden Arbeitsbedingungen erwünscht sein. Somit kann das Rückschlagventil 52 in gewissen Ausführungsformen entfallen, und das Löseventil 48 kann zum Regeln eines Abgasstroms (d. h. AGR) zu der vorgeschalteten Seite des Drosselventils 28 verwendet werden. Dementsprechend kann ein in den Zeichnungen nicht gezeigter zweiter AGR-Kühler zwischen dem Löseventil und dem Drosselventil angeordnet und konfiguriert sein, das durch den Lösekanal 50 strömende behandelte Abgas zu kühlen. Bei noch weiteren Ausführungsformen kann der Lösekanal an die vorgeschaltete Seite des Luftladekühlers 26 anstatt an die nachgeschaltete Seite gekoppelt sein, wodurch die AGR anstatt über einen zweiten AGR-Kühler über die Luftladekühler gekühlt werden kann.
Bei einigen Ausführungsformen können das Drosselventil 28, das Wastegate 30, das AGR-Ventil 44 und/oder das Löseventil 48 elektronisch gesteuerte Ventile sein, die konfiguriert sind, auf den Befehl eines Elektroniksteuersystems hin zu schließen und zu öffnen. Weiterhin können ein oder mehrere dieser Ventile kontinuierlich justierbar sein. Dementsprechend zeigt 1 ein Elektroniksteuersystem 54, bei dem es sich um ein beliebiges Elektroniksteuersystem des Fahrzeugs handeln kann, in dem das System 10 installiert ist. Das Elektroniksteuersystem kann operativ an jedes der elektronisch gesteuerten Ventile gekoppelt und konfiguriert sein, ihr Öffnen, Schließen und/oder Justierung zu befehlen, wie dies erforderlich ist, um irgendeine der hierin beschriebenen Steuerfunktionen umzusetzen. Bei einer Ausführungsform kann das Elektroniksteuersystem konfiguriert sein, das Löseventil als Reaktion auf eine Schließung des Drosselventils zu öffnen und das Löseventil zu schließen, wenn TIP unter einen Schwellwert abfällt, wie weiter unten beschrieben. Dazu kann das Elektroniksteuersystem operativ an verschiedene, über das dargestellte System hinweg angeordnete Sensoren gekoppelt sein – Temperatursensoren, Pedalpositionssensoren, Drucksensoren usw., einschließlich dem Drucksensor 46.
Verschiedene Vorteile der hierin beschriebenen Ansätze lassen sich am besten im Kontrast zu existierenden Verdichtersteuerkonfigurationen verstehen, die bei Drosselschließung den TIP reduzieren durch Entlüften der druckbeaufschlagten Ansaugluft von einer Stelle vor dem Drosselventil zurück zum Verdichtereinlass über ein Verdichterbypassventil. Sollte es zu einer derartigen Entlüftung kommen, wenn der Motor mit einem signifikanten AGR-Verhältnis betrieben worden ist, wird das vor dem Entlüften vor dem Drosselventil vorliegende Abgas nach dem Entlüften das gleiche Verhältnis beibehalten, wenngleich bei einem niedrigeren Absolutdruck. Die fortlaufende Verbrennung unter Bedingungen mit geschlossener Drossel erfordert jedoch in der Regel eine frische Ansaugluft mit wenig oder keiner AGR. Die existierenden Konfigurationen können deshalb in diesem üblichen Szenario für Verbrennungsinstabilität anfällig sein.
Die in 1 gezeigte Ausführungsform überwindet den obenerwähnten Nachteil, indem sie gestattet, dass druckbeaufschlagte Ansaugluft in den Abgasstrom anstatt den Verdichtereinlass ausgetragen wird. Auf diese Weise wird Ansaugluft vor dem Drosselventil 28 effektiv von Abgas gespült und durch Frischluft vom Luftfilter 20 ersetzt. Diese Frischluft unterstützt zuverlässig die Verbrennung unter Bedingungen einer niedrigen Motorlast (z. B. geschlossene Drossel).
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch erkannt, dass das Freisetzen von Ansaugluft in den Abgasstrom selbst bei signifikanter Verdünnung durch AGR die in dem Abgasstrom angeordneten Abgasnachbehandlungskatalysatoren beeinträchtigen könnte. Deshalb sorgt die in 1 gezeigte Ausführungsform dafür, dass die verdichtete Mischung aus Frischluft und behandeltem Abgas hinter den Abgasnachbehandlungseinrichtungen 32, 34 und 36 freigesetzt werden kann. Um einen Austrag von unbehandeltem Abgas in die Umgebung während dieser Freisetzung zu verhindern, sorgt die Ausführungsform auch dafür, dass die AGR aus dem Abgasstrom hinter den Abgasnachbehandlungseinrichtungen angesaugt wird. Bei Ausführungsformen, bei denen solche Abgasnachbehandlungseinrichtungen einen Rußfilter enthalten, ist weiter vorgesehen, dass die AGR keine übermäßigen Rußmengen mitführt, was den Verdichter 22 und den AGR-Kühler 40 potenziell beschädigen könnte. Es wird weiter angemerkt, dass die in 1 gezeigte Ausführungsform die Nachteile von existierenden Konfigurationen überwindet, die die gleiche Anzahl an elektronisch gesteuerten Ventilen verwenden, wie sie in den existierenden Konfigurationen anzutreffen sind: das Löseventil 48 ersetzt lediglich das Verdichterbypassventil.
1 veranschaulicht eine von vielen hier in Betracht gezogenen Ausführungsformen; verwandte Ausführungsformen, die ganz mit der vorliegenden Offenbarung übereinstimmen, können unterschiedlich konfiguriert sein. Beispielsweise können einige Ausführungsformen zusätzlich zu dem dargestellten LP-AGR-Pfad einen Hochdruck-Abgasrückführungspfad (HP-AGR) enthalten. Bei noch weiteren Ausführungsformen kann die variable Venturidüse 42 fehlen, und sie können alternative Komponenten vorsehen, um AGR in den Einlassluftstrom zu mischen.
2 zeigt Aspekte eines zweiten Beispielsystems 56, das konfiguriert ist, Ansaugluft an einen Motor 12 im Fahrzeug zu liefern. Das System 56 differiert dadurch von dem System 10, dass unerwünschte AGR hier vor der Abgasnachbehandlungseinrichtung 36 freigesetzt wird, bei der es sich um einen regenerierbaren Rußfilter handeln kann. Diese Konfiguration liefert einen Vorteil insoweit, als die Freisetzung von unerwünschter AGR unter einigen Bedingungen mit einer oxidativen Regenerierung des Rußfilters koordiniert werden kann. Beispielsweise kann eine überschüssige Menge an verdichteter Luft dem Rußfilter zugeführt werden, um eine derartige Regenerierung zu unterstützen, während weiter stromaufwärts angeordnete Abgasnachbehandlungskatalysatoren (beispielsweise 32 und 34) weiterhin unter stöchiometrischen Bedingungen arbeiten.
3 zeigt Aspekte eines dritten Beispielsystems 58, das konfiguriert ist, Ansaugluft an einen Motor 12 in einem Fahrzeug zu liefern. Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform wird Luft über ein erstes Drosselventil 28, wie in der vorausgegangenen Ausführungsform beschrieben, und über das zweite Drosselventil 60 an den Ansaugkrümmer 16 geliefert. Das erste und zweite Drosselventil können direkt an den Ansaugkrümmer gekoppelt sein, wie in der Zeichnung gezeigt, oder sie können indirekt über beliebige geeignete Komponenten gekoppelt sein. Je nach den Arbeitsbedingungen kann das erste Drosselventil einen Strom von aufgeladener Luft und/oder AGR enthaltender Luft regeln. Dabei regelt das zweite Drosselventil einen Strom von unverdichteter Frischluft von dem Luftfilter 20 zum Ansaugkrümmer 16.
Wie bei der vorausgegangenen Ausführungsform kann das Elektroniksteuersystem 54 operativ an verschiedene Motorsystemsensoren gekoppelt sein, einschließlich einem Krümmerluftdrucksensor oder einen anderen Sensor, der konfiguriert ist, Motordrehmoment oder eine beliebige Größe als Reaktion auf eine sich ändernde Motorlast zu bestimmen. Durch entsprechendes operatives Koppeln an einen Controller 54 kann das erste Drosselventil konfiguriert sein, während einer Bedingung mit höherer Motorlast zu öffnen, um in den Ansaugkrümmer 16 aufgeladene und/oder AGR-enthaltende Luft einzulassen. Gleichermaßen kann das zweite Drosselventil konfiguriert sein, während einer Bedingung mit niedrigerer Motorlast zu öffnen, um in den Ansaugkrümmer Frischluft einzulassen. Auf diese Weise liefert die in 3 gezeigte Konfiguration einen weiteren Ansatz zum Aufrechterhalten der Verbrennungsstabilität während einer abrupten Reduktion der Motorlast in einem aufgeladenen Motorsystem. Insbesondere kann eine abrupte Reduktion der Motorlast eine Schließung des ersten Drosselventils 28 auslösen, wodurch unerwünschte AGR hinter dem ersten Drosselventil eingeschlossen wird. Eine derartige Motorlastreduktion kann durch eine entsprechende Reduktion beispielsweise in MAP offenbart werden. Während dieser Bedingung kann unverdünnte Frischluft über das zweite Drosselventil 60 an den Motor geliefert werden, um die Verbrennung zuverlässig zu unterstützen.
Bei einer Ausführungsform können das erste Drosselventil 28 und das zweite Drosselventil 60 im Wesentlichen das gleiche sein. Sie können elektronisch betätigte Drosselventile nach dem Stand der Technik sein. Bei anderen Ausführungsformen können das erste und zweite Drosselventil mindestens teilweise verschieden sein. Beispielsweise kann das zweite Drosselventil eine IABV-Variante (Idle Air Bypass Valve – Leerlauf-Luftbypassventil) sein, die konfiguriert ist, Luftströmungen und/oder einem Gegendruck, die größer als normal sind, standzuhalten. Das zweite Drosselventil kann als solches für eine relative Fernsteuerung der Luftströmung konfiguriert sein, wie während Leerlaufbedingungen und ähnlichem erforderlich sein kann. Durch Steuern des Luftstroms über das zweite Drosselventil während Bedingungen, wo eine relativ feine Luftstromsteuerung benötigt wird, kann eine geringere Steuerpräzision des ersten Drosselventils toleriert werden. Bei einer Ausführungsform kann dementsprechend das erste Drosselventil eine Bohrung mit einem relativ großen Querschnitt aufweisen, was vorteilhaft ist, um den Luftstrom während Bedingungen mit hoher Last zu steuern, wo ein relativ großer Strom an aufgeladener Luft und AGR in den Motor eingeleitet werden kann.
Bei einer Ausführungsform kann das zweite Drosselventil 60 während aufgeladener Bedingungen geschlossen gehalten werden, um eine Druckentlastung des Ansaugkrümmers und einen Rückstrom durch den Luftfilter 20 zu verhindern. Bei anderen Ausführungsformen, wie in 3 gezeigt, kann ein optionales Rückschlagventil 62 in Reihe mit dem zweiten Drosselventil gekoppelt sein, um eine derartige Druckentlastung passiv zu verhindern.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann der Rückfluss durch das zweite Drosselventil 60 reduziert werden, indem die Länge des Kanals zwischen dem zweiten Drosselventil und der Venturidüse 42 relativ kurz gehalten wird, so dass ein etwaiger Rückstrom – einschließlich AGR enthaltender Rückstrom – in die Venturidüse gefegt wird. Wenn ein Vorwärtsstrom durch das Drosselventil 60 erwünscht ist, wird er somit im Wesentlichen frei von AGR sein.
Die in 3 dargestellte Ausführungsform liefert noch einen weiteren Vorteil insoweit, als der hinter dem ersten Drosselventil eingeschlossene AGR, wie oben angegeben, nicht notwendigerweise sofort bei TIP-Out abgeleitet wird, sondern verfügbar bleiben kann, z. B. gespeichert zur Aufnahme während eines nachfolgendes TIP-In.
Weiter in 3 zeigt das System 58 das Verdichterbypassventil 64, das konfiguriert ist, überschüssige verdichtete Ansaugluft vor dem ersten Drosselventil 28 zurück zu dem Einlass des Verdichters 22 auszutragen. Das Elektroniksteuersystem 54 kann dem Bypassventil befehlen, beispielsweise während einer Reduktion der Motorlast zu öffnen. Es versteht sich jedoch, dass andere Ausführungsformen, die ganz mit dieser Offenbarung übereinstimmen, ein Löseventil enthalten können, das wie in den vorausgegangenen Ausführungsformen gezeigt gekoppelt ist (z. B. 1, Löseventil 48).
Es versteht sich, dass kein Aspekt von 3 beschränkend sein soll. Beispielsweise kann AGR von einer Stelle hinter der Abgasnachbehandlungseinrichtung 36 angesaugt werden, wie in 3 gezeigt, oder sie kann von einer Stelle vor einer beliebigen der Abgasnachbehandlungseinrichtungen des Motorsystems 58 angesaugt werden.
4 zeigt Aspekte eines vierten Beispielsystems 66, das konfiguriert ist, Ansaugluft an einen Motor 12 in einem Fahrzeug zu liefern. Das System 66 enthält den Wärmetauscher 68, bei dem es sich um eine beliebige passive Einrichtung handeln kann, die sich zum Justieren einer Temperatur eines dort hindurch fließenden Gases eignet. Die Zeichnung zeigt den direkt an das erste Drosselventil 28 und das zweite Drosselventil 60 gekoppelten Ansaugkrümmer 16. Bei anderen Ausführungsformen können das erste und zweite Drosselventil über beliebige geeignete Komponenten indirekt an den Ansaugkrümmer gekoppelt sein. Wie in 4 gezeigt, ist der Auslass des Wärmetauschers über das zweite Drosselventil 60 an den Ausaugkrümmer gekoppelt. Dementsprechend kann der Wärmetauscher konfiguriert sein, die Temperatur des Gases zu justieren, um eine gewünschte Verbrennungsleistung im Motor 12 zu ermöglichen. Sowohl das Wärmen als auch das Kühlen des Gases sind möglich und können in dem gleichen System während unterschiedlicher Betriebsbedingungen umgesetzt werden, wie unten näher beschrieben.
Unter Bedingungen mit relativ hoher Motorlast kann das Gas in dem Wärmetauscher 68 AGR umfassen, die für die Zufuhr zu dem Motoreinlass bestimmt ist; dementsprechend kann der Wärmetauscher dafür ausgelegt sein, die Temperatur des AGR zu senken, wodurch er als ein AGR-Kühler dient. Während Bedingungen mit relativ niedriger Motorlast kann das Gas in dem Wärmetauscher Frischluft umfassen, ebenfalls zur Zufuhr zum Motoreinlass bestimmt; dementsprechend kann der Wärmetauscher dafür ausgelegt sein, die Temperatur der Frischluft anzuheben, wodurch er als ein Ansauglufterhitzer dient. Die Ansauglufterhitzung kann die Gesamteffizienz des Motors unter Bedingungen leichter Last verbessern, indem beispielsweise Pumpverluste herabgesetzt werden.
Bei einer Ausführungsform kann der Wärmetauscher 68 Luft und AGR durch einen Gaskanal leiten und kann auch eine Flüssigkeit durch einen Flüssigkeitskanal leiten. Der Gas- und Flüssigkeitskanal können thermisch gekoppelt, aber fluidisch voneinander isoliert sein. Bei einer Ausführungsform kann Motorkühlmittel durch den Flüssigkanal geleitet werden. Dementsprechend kann der Wärmetauscher konfiguriert sein, während der Bedingung mit höherer Motorlast Hitze von dem AGR-Strom zum Motorkühlmittel zu leiten und während einer Bedingung mit niedrigerer Motorlast Hitze von Motorkühlmittel zu einem Frischluftfluss zu leiten.
Weiter in 4 zeigt das System 66 ein Steuerventil 70, das operativ mit dem Elektroniksteuersystem 54 gekoppelt ist. Wie bezüglich der vorausgegangenen Ausführungsformen angedeutet, kann das Elektroniksteuersystem operativ an verschiedene Motorsystemsensoren gekoppelt sein, die auf eine sich ändernde Motorlast reagieren.
Dementsprechend kann unter Bedingungen mit höherer Motorlast, wenn AGR und Aufladung gewünscht sind, das Steuerventil 70 geschlossen gehalten werden und das AGR-Ventil 44 offen gehalten werden. In der dargestellten Konfiguration bewirkt das Schließen des Steuerventils und das Öffnen des AGR-Ventils, dass AGR von dem AGR-Kanal 72 durch den Wärmetauscher 68 strömt und gleichzeitig den Strom von Frischluft zu dem Wärmetauscher blockiert. Unter diesen Bedingungen empfängt und verdichtet der Verdichter 22 einen Strom von Frischluft und liefert den verdichteten Frischluftstrom an das erste Drosselventil 28. Weiterhin regelt das AGR-Ventil einen AGR-Strom und liefert ihn an das zweite Drosselventil 60. Gekühlter AGR wird dadurch über das zweite Drosselventil an den Ansaugkrümmer 16 geliefert, während Frischluft von dem Luftfilter 20 über das erste Drosselventil an den Ansaugkrümmer geliefert, verdichtet und gekühlt wird. Somit wird das erste Drosselventil verwendet, um komprimierte Frischluft zu dosieren, und das zweite Drosselventil wird zum Dosieren von AGR verwendet.
Unter Bedingungen, wo weder AGR noch Aufladung gewünscht sind, kann das Steuerventil 70 offengehalten werden und das AGR-Ventil 44 kann geschlossen gehalten werden. Das Öffnen des Steuerventils und das Schließen des AGR-Ventils gestattet das Strömen von Frischluft durch den Wärmetauscher 68 und blockiert gleichzeitig das Einlassen von AGR in den Motoreinlass. Erwärmte Frischluft wird dadurch über das zweite Drosselventil 60 an den Ansaugkrümmer 16 geliefert, während das erste Drosselventil 28 geschlossen gehalten wird. Auf diese Weise kann das zweite Drosselventil zum Dosieren des Luftstroms in den Motor 12 verwendet werden.
Die in 4 dargestellte Ausführungsform liefert noch andere Vorteile. Während TIP-Out-Bedingungen, wenn eine signifikante Menge von unerwünschter verdichteter Ansaugluft vor dem ersten Drosselventil 28 eingeschlossen sein kann, liefert das Öffnen des ersten Drosselventils 28, des zweiten Drosselventils 60 und des Steuerventils 70 einen Ablassmechanismus für den Verdichter 22. Auf diese Weise kann überschüssiger Ladedruck zum Verdichtereinlass zurückgeleitet werden, wenn das AGR-Ventil 44 geschlossen ist.
Kein Aspekt von 4 soll beschränkend sein, da zahlreiche verwandte Ausführungsformen in Betracht gezogen werden. Beispielsweise kann zwar ein einzelner Wärmetauscher 68 zum Kühlen der AGR und zum Erwärmen von Ansaugluft verwendet werden, jedoch können diese Funktionen bei anderen Ausführungsformen über separate, gekoppelte oder ungekoppelte Wärmetauscher bewerkstelligt werden. Weiterhin kann einer der beiden oder können beide Wärmetauscher Luft anstelle von oder zusätzlich zu Motorkühlmittel als ein Medium verwenden, auf das Hitze von der AGR übertragen wird.
Im Gegensatz zu den Motorsystemen von 1–3, die eine gekühlte Niederdruck-AGR bereitstellen, liefert die in 4 gezeigte Konfiguration auch eine gekühlte Hochdruck-AGR. Es versteht sich jedoch, dass diese Ausführungsform allgemein in dem gleichen Motorsystem mit geeigneten Niederdruck-AGR-Ansätzen kombiniert werden kann. Solche integrierten Nieder- und Hochdruck-AGR-Systeme können Aspekte der in 1–3 gezeigten und oben beschriebenen Ausführungsformen enthalten. Bei einem System, das sowohl einen Niederdruck- als auch einen Hochdruck-AGR-Pfad unterstützt, können zwei AGR-Ventile enthalten sein, wobei jedes Ventil konfiguriert ist, während einer vorbestimmten Bedingung mit höherer Motorlast zu öffnen. Weiterhin können die jeweiligen Bedingungen, die das Öffnen des ersten AGR-Ventils auslösen, von jenen differieren, die das Öffnen des zweiten AGR-Ventils auslösen.
Die oben dargestellten Konfigurationen ermöglichen verschiedene Verfahren zum Liefern von Ansaugluft an einen Motor in einem Fahrzeug. Dementsprechend werden einige derartige Verfahren nun beispielhaft unter weiterer Bezugnahme auf die obigen Konfigurationen beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die hier beschriebenen Verfahren und andere vollständig innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Offenbarung liegenden Verfahren auch über andere Konfigurationen ermöglicht werden können.
5 zeigt ein erstes Beispielverfahren 76 zum Liefern von Ansaugluft an einen Motor in einem Fahrzeug. Das Verfahren kann über ein Elektroniksteuersystem (z. B. Elektroniksteuersystem 54) umgesetzt werden, das an einen oder mehrere Sensoren und elektronisch gesteuerte Ventile gekoppelt ist, wie oben beschrieben. Beispielsweise kann das Verfahren 76 über die in 1 gezeigte Konfiguration umgesetzt werden.
Das Verfahren 76 beginnt bei 78, wo eine Mischung aus Frischluft und behandeltem Abgas gebildet wird. Das behandelte Abgas kann aus einem Abgasstrom des Motors hinter einem Abgasnachbehandlungskatalysator und bei einigen Ausführungsformen einem Rußfilter abgesaugt werden. Die Mischung kann gebildet werden, indem die Frischluft durch eine variable Venturidüse geschickt wird und das behandelte Abgas von einem AGR-Kanal in einen exzentrischen Einlass der variablen Venturidüse eingelassen wird, wie oben beschrieben.
Verfahren 76 geht weiter zu 80, wo die bei 78 gebildete Mischung verdichtet und vor einem in einen Einlass des Motors gekoppelten Drosselventil zugeführt wird. Bei einer Ausführungsform kann die Mischung über einen Turboladerverdichter komprimiert werden. Das Verfahren geht dann weiter zu 82, wo eine Position (d. h. ein Schließungsgrad) des Drosselventils erfasst wird. Das Verfahren geht dann weiter zu 84, wo teilweise auf der Basis der bei 82 erfassten Position bestimmt wird, ob sich das Drosselventil schließt – ob es sich ganz schließt oder teilweise schließt. Falls bestimmt wird, dass sich das Drosselventil nicht schließt, dann wird die Ausführung des Verfahrens bei 82 wieder aufgenommen. Falls jedoch bestimmt wird, dass das Drosselventil sich schließt oder teilweise schließt, dann geht das Verfahren weiter zu 86, wo das Löseventil geöffnet und offengehalten wird. Bei dem Löseventil kann es sich um ein beliebiges Ventil handeln, das die vorgeschaltete Seite des Drosselventils schaltbar mit der nachgeschalteten Seite eines Abgasnachbehandlungskatalysators koppelt, wie oben gezeigt. Auf diese Weise kann als Reaktion auf eine zunehmende Schließung (d. h. Drosselung) des Drosselventils die komprimierte Mischung aus Frischluft und behandeltem Abgas, die sich vor dem Drosselventil ansammelt, in den Abgasstrom des Motors ausgetragen werden. Bei anderen Ausführungsformen kann die Austragung der verdichteten Mischung in den Abgasstrom mit einer vollen oder teilweisen Schließung des Drosselventils korreliert sein, ohne per se als Reaktion auf die Schließung umgesetzt zu werden. Weiterhin kann sich der genaue Ort des Abgasstroms, wo die Ansaugluft ausgetragen wird, hinter dem Abgasnachbehandlungskatalysator befinden. Bei einigen Ausführungsformen kann die Einlassluft hinter jedem, in dem Abgasstrom angeordneten Abgasnachbehandlungskatalysator ausgetragen werden. Bei noch weiteren Ausführungsformen kann die Einlassluft hinter einigen Abgasnachbehandlungskatalysatoren ausgetragen werden, aber vor einem Rußfilter, wie hier näher beschrieben.
Das Verfahren 76 geht dann weiter zu 88, wo ein einen Strom behandelten Abgases regelndes AGR-Ventil zu dem Motoreinlass geschlossen wird. Auf diese Weise wird behandeltes Abgas daran gehindert, sich als Reaktion auf das Schließen des Drosselventils mit der Frischluft zu mischen. Verfahren 76 geht dann weiter zu 90, wo der Drosseleinlassdruck (TIP – Throttle Inlet Pressure) erfasst wird. Bei einer Ausführungsform kann der TIP über einen eigenen, auf der vorgeschalteten Seite des Drosselventils gekoppelten Drucksensor erfasst werden. Das Verfahren geht dann weiter zu 92, wo bestimmt wird, ob der TIP innerhalb eines vorbestimmten Intervalls des Drucks des Abgasstroms auf der nachgeschalteten Seite eines Abgasnachbehandlungskatalysators liegt. Das vorbestimmte Intervall kann ein beliebiger geeigneter Wert sein, der absolut definiert ist (5 mm Hg, 10 mm Hg usw.), oder der relativ zu mindestens einem der verglichenen Drücke ist (+2%, +5% usw.). Bei dem Durchführen dieser Bestimmung kann das Elektroniksteuersystem den Druck des Abgasstroms erfassen oder lediglich vorhersagen – dieser Druck kann auf der Basis eines bekannten Luftmassenstroms von dem Motor vorhergesagt werden, als Beispiel.
Falls bestimmt wird, dass der TIP noch nicht innerhalb des vorbestimmten Intervalls des Drucks des Abgasstroms auf der nachgeschalteten Seite des Abgasnachbehandlungskatalysators ist, dann wird die Ausführung des Verfahrens bei 90 wieder aufgenommen. Falls jedoch bestimmt wird, dass der TIP innerhalb des vorbestimmten Intervalls liegt, geht das Verfahren weiter zu 94, wo das Löseventil geschlossen wird. Auf diese Weise kann das Löseventil offen gehalten werden, bis ein Druck auf der vorgeschalteten Seite des Drosselventils und ein Druck auf der nachgeschalteten Seite des Abgasnachbehandlungskatalysators um weniger als ein vorbestimmtes Ausmaß differieren, und dann geschlossen werden. Nach 94 geht es zu Verfahren 76 zurück. Der Motorbetrieb kann dann mit sowohl offenem Löseventil als auch offenem AGR-Ventil bis zu dem Zeitpunkt fortgesetzt werden, zu dem das Elektroniksteuersystem bestimmt, dass die AGR wieder toleriert werden kann.
Das obige Verfahren zeigt, dass eine ganze oder teilweise Drosselschließung zum Auslösen des Öffnens des Löseventils verwendet werden kann, und dass eine nachfolgende Schließung des Löseventils als Reaktion auf einen abnehmenden TIP erfolgen kann. Bei anderen Ausführungsformen jedoch können andere Betriebsbedingungen des Motors verwendet werden, um ein Ausmaß des Öffnens und/oder eine Dauer des Öffnens des Löseventils zu bestimmen. Ein abnehmendes Niederdrücken des Fahrpedals kann beispielsweise anstelle der Drosselschließung zum Auslösen des Öffnens des Löseventils verwendet werden. Weiterhin kann die Position des Fahrpedals zum Bestimmen des Öffnungsgrads des Löseventils verwendet werden. Zudem kann das Ausmaß oder die Dauer der Öffnung des Löseventils auf einem gemessenen oder vorhergesagten AGR-Verhältnis vor dem Drosselventil basieren. Beispielsweise kann sich das Löseventil weiter öffnen oder offen bleiben. Wenn das AGR-Verhältnis hoch ist, und kann schließen, wenn das AGR-Verhältnis abnimmt. Bei noch weiteren Ausführungsformen können das Ausmaß oder die Dauer des Öffnens des Löseventils mindestens teilweise auf der Motordrehzahl basieren – wobei das Löseventil sich weiter öffnet oder länger offen bleibt, wenn die Motordrehzahl zu niedrigeren Drehzahlen abnimmt.
6 veranschaulicht ein zweites Beispielverfahren 96 zum Liefern von Ansaugluft an einen Motor in einem Fahrzeug. Das Verfahren kann über ein Elektroniksteuersystem (z. B. Elektroniksteuersystem 54) umgesetzt werden, das an einen oder mehrere Sensoren und elektronisch gesteuerte Ventile gekoppelt ist, wie oben beschrieben. Beispielsweise kann das Verfahren 96 über die in 2 gezeigte Konfiguration beispielsweise in Kombination mit anderen hierin beschriebenen Konfigurationen ermöglicht werden.
Das Verfahren 96 beginnt bei 82, wo die Position des Drosselventils erfasst wird. Das Verfahren geht dann weiter zu 84, wo bestimmt wird, ob sich das Drosselventil schließt. Falls bestimmt wird, dass sich das Drosselventil nicht schließt, dann wird die Ausführung des Verfahrens bei 82 wieder aufgenommen. Falls jedoch bestimmt wird, dass sich das Drosselventil schließt oder teilweise schließt, geht das Verfahren weiter zu 98, wo bestimmt wird, ob ein in das Abgassystem gekoppelter Rußfilter zur Regenerierung bereit ist.
Bei einer Ausführungsform kann die Bestimmung bei 98 auf der Basis einer gemessenen oder vorhergesagten Temperatur im Abgassystem des Fahrzeugs erfolgen. Beispielsweise kann bestimmt werden, dass der Rußfilter für eine Regenerierung genau dann bereit ist, falls die Temperatur über einem Schwellwert liegt, zum Beispiel der Anspringtemperatur einer katalytischen Zwischenschicht des Rußfilters. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Bestimmung auf der Basis einer gemessenen oder vorhergesagten Druckdifferenz zwischen dem Einlass und dem Auslass des Rußfilters erfolgen. Beispielsweise kann bestimmt werden, dass der Rußfilter für eine Regenerierung bereit ist, falls die Druckdifferenz über einem Schwellwert liegt. Bei noch weiteren Ausführungsformen kann die Bestimmung bei 98 auf der Basis einer Kombination dieser und weiterer Bedingungen basieren.
Falls weiter in 6 der Rußfilter für eine Regenerierung bereit ist, geht das Verfahren weiter zu 100, wo die Prozessschritte 86 bis 94 des Verfahrens 76 (oben beschrieben, in 5 dargestellt) umgesetzt werden. Falls jedoch bestimmt wird, dass der Rußfilter nicht für eine Regenerierung bereit ist, geht das Verfahren weiter zu 102, wo ein alternatives Verfahren zum Liefern von Frischluft an den Ansaugkrümmer während Bedingungen mit geschlossener Drossel umgesetzt wird. Bei einer nicht beschränkenden Ausführungsform kann das alternative Verfahren das Liefern von Frischluft an den Ansaugkrümmer über ein zweites Drosselventil umfassen, wie unten beschrieben.
7 zeigt ein drittes Beispielverfahren 104 zum Liefern von Ansaugluft an einen Motor in einem Fahrzeug. Das Verfahren kann über ein Elektroniksteuersystem (z. B. Elektroniksteuersystem 54) umgesetzt werden, das an einen oder mehrere Sensoren und elektronisch gesteuerte Ventile gekoppelt ist, wie oben beschrieben. Beispielsweise kann das Verfahren 104 über die in 3 gezeigte Konfiguration ermöglicht werden.
Das Verfahren 104 beginnt bei 78, wo eine Mischung aus Frischluft und behandeltem Abgas gebildet wird. Die Frischluft kann von einem Luftfilter angesaugt werden, während das behandelte Abgas von einem Abgasstrom des Motors, hinter einem Abgasnachbehandlungskatalysator und hinter einem Rußfilter angesaugt werden kann. Das Verfahren geht dann weiter zu 106, wo die Mischung aus Frischluft und behandeltem Abgas verdichtet wird. Bei einer Ausführungsform kann die Mischung über einen Turboladerverdichter komprimiert werden. Das Verfahren geht dann weiter zu 108, wo der MAP erfasst wird. Der MAP kann über einen beispielsweise an den Ansaugkrümmer gekoppelten Luftdrucksensor erfasst werden. Bei 110 wird bestimmt, ob der MAP größer als ein unterer Schwellwert ist. Falls der MAP größer als der untere Schwellwert ist, geht das Verfahren weiter zu 112, wo die Mischung über das erste Drosselventil in den Ansaugkrümmer eingelassen wird. Ungeachtet dessen, ob der MAP über dem unteren Schwellwert liegt oder nicht, geht das Verfahren weiter zu 114, wo bestimmt wird, ob der MAP unter einem oberen Schwellwert liegt. Falls der MAP unter dem oberen Schwellwert liegt, geht das Verfahren weiter zu 116, wo Frischluft über das zweite Drosselventil in den Ansaugkrümmer eingelassen wird. Das Verfahren 104 kehrt dann zu 78 zurück.
In dem hier betrachteten System kann der MAP ein Ersatz oder ein Prädiktor der Motorlast sein. Insbesondere kann der MAP mit der Motorlast zunehmen und abnehmen. Dementsprechend können die oben identifizierten oberen und unteren Schwellwerte drei Motorlastbedingungen definieren: eine Bedingung mit höherer Motorlast, wo die Mischung über das erste Drosselventil in den Ansaugkrümmer eingelassen wird, eine Bedingung mit niedrigerer Motorlast, wo Frischluft über das zweite Drosselventil in den Ansaugkrümmer eingelassen wird, und eine Bedingung mit einer dazwischen liegenden Motorlast, wo die Mischung über das erste Drosselventil in den Ansaugkrümmer eingelassen wird und wo Frischluft über das zweite Drosselventil in den Ansaugkrümmer eingelassen wird. In diesem Kontext ist zu verstehen, dass Leerlauf ein besonderer, begrenzender Fall der Bedingung mit niedrigerer Motorlast ist. Beim Leerlauf kann im Wesentlichen alle dem Motor gelieferte Ansaugluft durch das zweite Drosselventil angesaugt werden, das heißt, das zweite Drosselventil kann als ein Leerlaufcontroller fungieren.
Bei anderen Ausführungsformen kann das Öffnen und/oder schließen des zweiten Drosselventils auf die Ladedruckhöhe reagieren. Weiterhin kann das Einlassen von Frischluft in den Ansaugkrümmer das Justieren der über das zweite Drosselventil in den Ansaugkrümmer eingelassenen unverdichteten Frischluft auf der Basis der durch den Ansaugverdichter bereitgestellten Ladedruckhöhe beinhalten. Eine derartige Justierung kann beispielsweise das Reduzieren einer Öffnung des zweiten Drosselventils mit zunehmendem Ladedruck und das Vergrößern der Öffnung des zweiten Drosselventils mit abnehmenden Ladedruck beinhalten. Gleichmaßen kann das Gesamtsteuerverfahren das Reduzieren einer Öffnung des ersten Drosselventils mit abnehmendem Ladedruck und das Vergrößern der Öffnung des ersten Drosselventils mit zunehmendem Ladedruck beinhalten. Bei einer Ausführungsform kann das Justieren der Menge unverdichteter Frischluft das Vergrößern der Öffnung des zweiten Drosselventils während TIP-Out-Bedingungen des Motors beinhalten. Weiterhin kann das Öffnen des ersten Drosselventils bei TIP-Out reduziert werden.
Bei einer Ausführungsform kann das Einlassen der Mischung in den Ansaugkrümmer während der Bedingung mit höherer Motorlast das Geschlossenhalten des zweiten Drosselventils umfassen. Umgekehrt kann das Einlassen von Frischluft in den Ansaugkrümmer während der Bedingung mit niedrigerer Motorlast das Geschlossenhalten des ersten Drosselventils umfassen. Während Bedingungen mit dazwischen liegender Motorlast kann der Anteil an behandeltem Abgas relativ zu Frischluft, die dem Motor zugeführt wird, durch den relativen Öffnungsgrad des ersten und zweiten Drosselventils bestimmt werden. Weiterhin kann bei einer Steuerausführungsform dem Verdichter ein im Wesentlichen gleicher Anteil an behandeltem Abgas relativ zu Frischluft während der Bedingungen mit höherer, niedrigerer und dazwischen liegender Motorlast zugeführt werden.
8 veranschaulicht ein viertes Beispielverfahren 118 zum Liefern von Ansaugluft an einen Motor in einem Fahrzeug. Das Verfahren kann über ein Elektroniksteuersystem (z. B. Elektroniksteuersystem 54) umgesetzt werden, das an einen oder mehrere Sensoren und elektronisch gesteuerte Ventile gekoppelt ist, wie oben beschrieben. Beispielsweise kann das Verfahren 118 über die in 3 gezeigte Konfiguration ermöglicht werden.
Das Verfahren 118 beginnt bei 120, wo das Elektroniksteuersystem eine Luftstromanforderung des Motorsystems erfasst. Bei einer Ausführungsform kann die Luftstromanforderung von einem Pedalpositionssensor in dem Fahrzeug ausgehen. Das Verfahren geht dann weiter zu 122, wo bestimmt wird, ob die Luftstromanforderung unter einem Schwellwert liegt. Der Schwellwert kann einer Mindestmenge an Luftstrom entsprechen, wo AGR toleriert werden kann, ohne Verbrennungsleistung zu opfern. Falls bestimmt wird, dass die Luftstromanforderung unter dem Schwellwert liegt, geht das Verfahren weiter zu 124, wo ein unter gegenwärtigen Betriebsbedingungen AGR lieferndes AGR-Ventil geschlossen wird. Das Verfahren geht dann weiter zu 126, wo ein erstes Drosselventil (z. B. Drosselventil 28 in 3) geschlossen wird. Unter gewissen Betriebsbedingungen schließt diese Handlung effektiv eine aufgeladene Luft-AGR-Mischung vor dem ersten Drosselventil ein. Das Verfahren geht dann weiter zu 128, wo ein Verdichterbypass- oder Druckluftlöseventil in dem Motorsystem geöffnet wird. An diesem Punkt ist das System so konfiguriert, dass der fortgesetzte Betrieb des Motors den Druck in dem Ansaugkrümmer herunterpumpen wird.
Dementsprechend geht das Verfahren 118 weiter zu 130, wo der Ansaugkrümmerluftdruck erfasst wird. Der Ansaugkrümmerluftdruck kann über einen an den Ansaugkrümmer gekoppelten Drucksensor oder indirekt über einen Luftmassensensor oder auf beliebige geeignete Weise erfasst werden. Das Verfahren geht dann weiter zu 132, wo bestimmt wird, ob der Ansaugkrümmerluftdruck unter einem Schwellwert liegt. Falls der Ansaugkrümmerluftdruck nicht unter dem Schwellwert liegt, dann wird die Ausführung des Verfahrens bei 130 wieder aufgenommen. Ansonsten geht die Ausführung weiter zu 134, wo der angeforderte Luftstrom durch Modulieren eines zweiten Drosselventils im Motorsystem (z. B. Drosselventil 60 in 3) aufrechterhalten wird.
Falls jedoch bei 122 bestimmt wird, dass die Luftstromanforderung gleich dem angegebenen Schwellwert ist oder darüber liegt, dann wird bei 136 das Verdichterbypass- oder Löseventil geschlossen oder geschlossen gehalten. Bei 138 wird das zweite Drosselventil geschlossen oder geschlossen gehalten, und bei 140 wird der angeforderte Luftstrom durch Modulieren des ersten Drosselventils aufrechterhalten.
Es versteht sich, dass kein Aspekt des Verfahrens 118 beschränkend sein soll, da zahlreiche Varianten des Verfahrens in Betracht gezogen werden. Als Beispiel: während das dargestellte Verfahren bei 122 eine Bestimmung zeigt, die auf der gewünschten Luftstromanforderung basiert, was dazu führt, dass gewisse Handlungen ergriffen werden, kann eine derartige Bestimmung stattdessen auf einer angeforderten Ladedruckhöhe oder einem anderen Betriebsparameter des Motorsystems basieren. Weiterhin kann bei einigen Ausführungsformen, wo ein Rückschlagventil (z. B. Rückschlagventil 62 in 3) in Reihe mit dem zweiten Drosselventil gekoppelt ist, eine Schließung des zweiten Drosselventils bei 138 unnötig sein.
9 zeigt ein fünftes Beispielverfahren 142 zum Liefern von Ansaugluft an einen Motor in einem Fahrzeug. Das Verfahren kann über ein Elektroniksteuersystem (z. B. Elektroniksteuersystem 54) umgesetzt werden, das an einen oder mehrere Sensoren und elektronisch gesteuerte Ventile gekoppelt ist, wie oben beschrieben. Beispielsweise kann das Verfahren 142 über die in 4 gezeigte Konfiguration ermöglicht werden.
Das Verfahren 142 beginnt bei 144, wo ein erster Frischluftstrom verdichtet und an ein an einen Ansaugkrümmer des Motors gekoppeltes erstes Drosselventil geliefert wird. Das Verfahren geht dann weiter zu 108, wo der MAP erfasst wird. Das Verfahren geht dann weiter zu 110, wo bestimmt wird, ob der MAP über einem Schwellwert liegt. Falls der MAP über einem Schwellwert liegt, geht das Verfahren weiter zu 146, wo der erste Frischluftstrom über das erste Drosselventil in den Ansaugkrümmer eingelassen wird, zu 148, wo ein AGR-Strom in einem Wärmetauscher gekühlt wird, und zu 150, wo der gekühlte AGR-Strom über das zweite Drosselventil in den Ansaugkrümmer eingelassen wird. Nach 150 wird die Ausführung des Verfahrens bei 144 wieder aufgenommen.
Falls weiter in 9 bei 110 bestimmt wird, dass der MAP nicht über dem Schwellwert liegt, geht das Verfahren weiter zu 152, wo ein zweiter Frischluftstrom in dem Wärmetauscher erwärmt wird, und zu 154, wo der zweite Frischluftstrom über das zweite Drosselventil in den Ansaugkrümmer eingelassen wird. Nach 154 wird die Ausführung des Verfahrens bei 144 wieder aufgenommen.
Wie oben angedeutet, kann der MAP mit der Motorlast zunehmen und mit der Motorlast abnehmen. Dementsprechend kann der oben definierte Schwellwert eine Bedingung höherer Motorlast und eine Bedingung niedrigerer Motorlast definieren. Während der Bedingung höherer Motorlast wird verdichtete Frischluft über das erste Drosselventil dem Ansaugkrümmer zugeführt, während gekühlte AGR über das zweite Drosselventil dem Ansaugkrümmer zugeführt wird. Während der Bedingung mit niedrigerer Motorlast wird warme Frischluft über das zweite Drosselventil dem Ansaugkrümmer zugeführt.
Weiterhin kann der zweite Frischluftstrom schaltbar über ein Steuerventil in den Wärmetauscher eingelassen werden; das Steuerventil kann während der Bedingung höherer Motorlast geschlossen und während der Bedingung niedrigerer Motorlast geöffnet werden. Dementsprechend kann ein abrupter Übergang von der Bedingung mit höherer Motorlast zu der Bedingung mit niedrigerer Motorlast das Freisetzen von vor dem ersten Drosselventil gespeicherter Druckluft durch ein Rückschlagventil umfassen. Auf diese Weise reagiert die Freisetzung der gespeicherten Druckluft auf ein Öffnen des Steuerventils.
Bei einer Ausführungsform kann das erste Drosselventil während der Bedingung mit niedrigerer Motorlast geschlossen gehalten werden. Auf diese Weise kann das zweite Drosselventil zum Steuern des Ansaugluftstroms zu dem Motor während der Bedingung mit niedrigerer Motorlast und zum Steuern eines AGR-Verhältnisses für den Motor während der Bedingung mit höherer Motorlast verwendet werden.
Es werden auch verschiedene Erweiterungen des Verfahrens 142 in Betracht gezogen. bei einer Ausführungsform, beispielsweise auf der Basis der in 4 gezeigten Konfiguration, kann das Öffnen des ersten Drosselventils 28, des zweiten Drosselventils 60 und des Steuerventils 70 zum Ablassen von überschüssigem Ladedruck verwendet werden.
Es versteht sich, dass beispielhafte Steuer- und Schätzroutinen, die hierin offenbart sind, mit verschiedenen Systemkonfigurationen verwendet werden können. Diese Routinen können eine oder mehrere verschiedene Verarbeitungsstrategien wie etwa durch ein Ereignis angetrieben, einen Interrupt angetrieben, Multitasking, Multi-Threading und dergleichen darstellen. Die offenbarten Prozessschritte (Operationen, Funktionen und/oder Handlungen) können als solche einen in ein computerlesbares Speichermedium in einem Elektroniksteuersystem programmierten Code darstellen. Es versteht sich, dass einige der hierin beschriebenen und/oder dargestellten Prozessschritte bei einigen Ausführungsformen entfallen können, ohne vom Schutzbereich dieser Offenbarung abzuweichen. Gleichermaßen ist die angegebene Sequenz der Prozessschritte möglicherweise nicht immer erforderlich, um die beabsichtigten Ergebnisse zu erzielen, ist aber zur leichteren Darstellung und Beschreibung bereitgestellt. Eine oder mehrere der dargestellten Handlungen, Funktionen oder Operationen können je nach der verwendeten jeweiligen Strategie wiederholt ausgeführt werden.
Schließlich versteht sich, dass die hierin beschriebenen Gegenstände, Systeme und Verfahren von beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen oder Beispiele nicht in einem beschränkenden Sinne zu betrachten sind, weil zahlreiche Variationen in Betracht gezogen werden. Dementsprechend enthält die vorliegende Offenbarung alle neuartigen und nicht-offensichtlichen Kombinationen und Teilkombinationen der hierin offenbarten verschiedenen Systeme und Verfahren sowie jegliche und alle Äquivalente davon.
Bezugszeichenliste
Fig. 5

78: FRISCHLUFT UND BEHANDELTES ABGAS MISCHEN
80: MISCHUNG VOR DROSSELVENTIL VERDICHTEN
82: DROSSELVENTILPOSITION ERFASSEN
84: SCHLIESST SICH DROSSELVENTIL?
NO: NEIN
YES: JA
86: LÖSEVENTIL ÖFFNEN
88: AGR-VENTIL SCHLIESSEN
90: TIP ERFASSEN
92: TIP-DRUCK HINTER CAT?
94: LÖSEVENTIL SCHLIESSEN
RETURN: ZURÜCK

82: DROSSELVENTILPOSITION ERFASSEN
84: SCHLIESST SICH DROSSELVENTIL?
NO: NEIN
YES: JA
98: RUSSFILTER BEREIT ZUR REGENERIERUNG?
100: SCHRITTE 86 BIS 94 VON VERFAHREN 76 UMSETZEN
102: ALTERNATIVES VERFAHREN UMSETZEN
RETURN: ZURÜCK

78: FRISCHLUFT UND BEHANDELTES ABGAS MISCHEN
106: MISCHUNG VOR ERSTEM DROSSELVENTIL VERDICHTEN
108: MAP ERFASSEN
110: MAP > UNTERER SCHWELLWERT?
NO: NEIN
YES: JA
112: MISCHUNG OBER ERSTES DROSSELVENTIL IN ANSAUGKRÜMMER EINLASSEN
114: MAP < OBERER SCHWELLWERT?
116: FRISCHLUFT ÜBER ZWEITES DROSSELVENTIL IN ANSAUGKRÜMMER EINLASSEN

120: LUFTSTROMANFORDERUNG ERFASSEN
122: LUFTSTROMANFORDERUNG < SCHWELLWERT?
NO: NEIN
YES: JA
124: AGR-VENTIL SCHLIESSEN
126: ERSTES DROSSELVENTIL SCHLIESSEN
128: VERDICHTERBYPASS- ODER LÖSEVENTIL ÖFFNEN
130: MAP ERFASSEN
132: MAP < SCHWELLWERT?
134: ERSTES DROSSELVENTIL MODULIEREN, UM ANGEFORDERTEN LUFTSTROM AUFRECHTZUERHALTEN
136: VERDICHTERBYPASS- ODER LÖSEVENTIL SCHLIESSEN
138: ZWEITES DROSSELVENTIL SCHLIESSEN
140: ZWEITES DROSSELVENTIL MODULIEREN, UM ANGEFORDERTEN LUFTSTROM AUFRECHTZUERHALTEN

144: ERSTEN FRISCHLUFTSTROM VERDICHTEN UND ZUM ERSTEN DROSSELVENTIL LIEFERN
108: MAP ERFASSEN
110: MAP > SCHWELLWERT?
NO: NEIN
YES: JA
146: ERSTEN FRISCHLUFTSTROM OBER ERSTES DROSSELVENTIL IN DEN ANSAUGKRÜMMER EINLASSEN
148: AGR-STROM IN WÄRMETAUSCHERKÜHLUNG
150: AGR-STROM ÜBER ZWEITES DROSSELVENTIL IN ANSAUGKRÜMMER EINLASSEN
152: ZWEITEN FRISCHLUFTSTROM IM WÄRMETAUSCHER ERWÄRMEN
154: ZWEITEN FRISCHLUFTSTROM ÜBER ZWEITES DROSSELVENTIL IN DEN ANSAUGKRÜMMER EINLASSEN

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6470682 [0003]

Claims

Verfahren zum Liefern von Ansaugluft an einen Motor in einem Fahrzeug während einer Bedingung mit höherer Motorlast und während einer Bedingung mit niedrigerer Motorlast, umfassend: Ausbilden einer Mischung aus Frischluft und behandeltem Abgas, wobei das behandelte Abgas einem Abgasstrom des Motors hinter einem Abgasnachbehandlungskatalysator entnommen wird; Verdichten der Mischung vor einem an einen Ansaugkrümmer des Motors gekoppelten ersten Drosselventil; während der Bedingung mit höherer Motorlast, Einlassen der Mischung in den Ansaugkrümmer über das erste Drosselventil; und während der Bedingung mit niedrigerer Motorlast, Einlassen von Frischluft in den Ansaugkrümmer über ein an den Ansaugkrümmer des Motors gekoppeltes zweites Drosselventil.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend das Einlassen der Mischung in den Ansaugkrümmer über das erste Drosselventil und Einlassen von Frischluft in den Ansaugkrümmer über das zweite Drosselventil während einer dazwischenliegenden Motorlastbedingung, wo eine Motorlast höher ist als bei der Bedingung mit niedrigerer Motorlast, aber niedriger als bei der Bedingung mit höherer Motorlast.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einlassen der Mischung in den Ansaugkrümmer über das erste Drosselventil das Geschlossenhalten des zweiten Drosselventils umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einlassen von Frischluft in den Ansaugkrümmer über das zweite Drosselventil das Geschlossenhalten des ersten Drosselventils umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend das Liefern eines im Wesentlichen festen Anteils an behandeltem Abgas relativ zu Frischluft an den Verdichter während der Bedingung mit höherer und niedrigerer Motorlast.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Anteil an unbehandeltem Abgas relativ zu Frischluft in der dem Motor gelieferten Ansaugluft durch den relativen Öffnungsgrad des ersten und zweiten Drosselventils bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Wesentlichen alle dem Motor während des Leerlaufs gelieferte Ansaugluft durch das zweite Drosselventil angesaugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bedingung mit höherer Motorlast einem höheren Krümmerluftdruckbereich entspricht und die Bedingung mit niedrigerer Motorlast einem niedrigeren Krümmerluftdruckbereich entspricht.
System zum Liefern von Ansaugluft an einen Motor in einem Fahrzeug während einer Bedingung mit höherer Motorlast und während einer Bedingung mit niedrigerer Motorlast, wobei das System folgendes umfasst: einen an das erste und zweite Drosselventil gekoppelten Ansaugkrümmer, wobei das erste Drosselventil konfiguriert ist, während der Bedingung mit höherer Motorlast zu öffnen, und das zweite Drosselventil konfiguriert ist, während der Bedingung mit niedrigerer Motorlast zu öffnen, um in den Ansaugkrümmer Frischluft einzulassen; einen Verdichter, der konfiguriert ist, eine Mischung aus Frischluft und behandeltem Abgas zu verdichten und die Mischung vor dem ersten Drosselventil, das von einem Abgasfluss des Motors angesaugte behandelte Abgas hinter einem Abgaskatalysator über einen AGR-Kanal zuzuführen; und ein in den AGR-Kanal gekoppeltes AGR-Ventil, vor dem Verdichter und hinter dem Abgasnachbehandlungskatalysator, und konfiguriert zum Regeln, wie viel behandeltes Abgas in die Frischluft eingemischt wird.
System nach Anspruch 9, wobei das AGR-Ventil konfiguriert ist, während der Bedingung mit höherer Motorlast und während der Bedingung mit niedrigerer Motorlast einen im Wesentlichen gleichen Anteil an Frischluft und behandeltem Abgas bereitzustellen.
System nach Anspruch 9, weiterhin umfassend einen vor dem Verdichter gekoppelten Luftfilter, wobei das zweite Drosselventil hinter dem Luftfilter und vor dem Verdichter gekoppelt ist.
System nach Anspruch 9, weiterhin umfassend einen hinter den Verdichter und vor das erste Drosselventil gekoppelten Luftladekühler.
System nach Anspruch 9, wobei der Abgasnachbehandlungskatalysator einen NO_x-Reduktionskatalysator umfasst.
System nach Anspruch 9, weiterhin umfassend einen Rußfilter, wobei das behandelte Abgas aus dem Abgasfluss des Motors weiter hinter dem Rußfilter angesaugt wird.
Verfahren zum Steuern eines Motors mit Abgasrückführung (AGR), umfassend: Lenken der AGR vom Auspuff hinter einem Abgasnachbehandlungskatalysator zum Mischen mit Frischluft vor einem Ansaugverdichter; Einlassen der gemischten AGR und Frischluft in einem Ansaugkrümmer über ein erstes Drosselventil; und Justieren einer in den Ansaugkrümmer eingelassenen Menge an unverdichteter Frischluft über ein zweites Drosselventil basierend auf der von einem Ansaugverdichter bereitgestellten Ladedruckhöhe.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Justierender Menge an unverdichteter Frischluft das Reduzieren einer Öffnung des zweiten Drosselventils mit steigendem Ladedruck und das Vergrößern der Öffnung des zweiten Drosselventils mit abnehmendem Ladedruck umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, weiterhin umfassend das Reduzieren einer Öffnung des ersten Drosselventils mit abnehmendem Ladedruck und das Vergrößern der Öffnung des ersten Drosselventils mit zunehmendem Ladedruck.
Verfahren nach Anspruch 15, weiterhin umfassend das Liefern eines im Wesentlichen festen Anteils von AGR relativ zu Frischluft unabhängig von der Ladedruckhöhe an den Ansaugverdichter.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Justieren der Menge an unverdichteter Frischluft das Vergrößern der Öffnung des zweiten Drosselventils während Tip-Out-Bedingungen des Motors umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, weiterhin umfassend das Reduzieren einer Öffnung des ersten Drosselventils während Tip-Out-Bedingungen des Motors.