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Technisches Gebiet
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Diese Anmeldung bezieht sich auf das Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik und insbesondere auf Abgasrückführung (exhaust-gas recirculation; EGR) in Kraftfahrzeugmotor-Systemen.
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Hintergrund und Zusammenfassung
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Ein geladener Motor kann höhere Verbrennungs- und Austrittstemperaturen aufweisen als ein Saugmotor mit äquivalenter Ausgangsleistung. Solche höheren Temperaturen können die Stickstoffoxid-(NOX)-Emissionen erhöhen und eine beschleunigte Materialalterung im Motor und der zugehörigen Abgasanlage verursachen. Abgasrückführung (EGR) ist eine Herangehensweise, um gegen diese Effekte vorzugehen. EGR-Strategien reduzieren den Sauerstoffgehalt der Ansaugluftladung durch Verdünnen mit Abgas. Wenn das verdünnte Luft-Abgas-Gemisch anstelle von gewöhnlicher Luft verwendet wird, um die Verbrennung im Motor zu unterstützen, resultieren daraus niedrigere Verbrennungs- und Austrittstemperaturen. EGR verbessert auch die Kraftstoffnutzung bei Benzinmotoren, indem Drosselverluste und Wärmeabgabe reduziert werden.
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Bei einem geladenen Motorsystem, das mit einem Turbolader-Kompressor und einer Turbine ausgerüstet ist, kann Abgas durch eine Hochdruck-(HP)-EGR-Schleife oder eine Niederdruck-(LP)-EGR-Schleife rezirkuliert werden. Bei der HP-EGR-Schleife wird das Abgas vor der Turbine angesaugt und mit der Ansaugluft nach dem Kompressor gemischt. Bei der LP-EGR-Schleife wird das Abgas nach der Turbine angesaugt und mit der Ansaugluft vor dem Kompressor gemischt. HP- und LP-EGR-Strategien erreichen optimale Effizienz in unterschiedlichen Bereichen des Motorlast-Drehzah-Kennfeldes. Beispielsweise ist bei geladenen Benzinmotoren mit stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen HP-EGR bei Niedriglasten wünschenswert, wo das Ansaugvakuum ein großes Strömungspotential bereitstellt; LP-EGR ist bei höheren Lasten wünschenswert, wo die LP-EGR-Schleife das größere Strömungspotential bereitstellt. Verschiedene andere Kompromisse zwischen den zwei Strategien existieren ebenso, sowohl für Benzin- als auch für Dieselmotoren. Eine solche Komplementarität hat Maschinenbauingenieure dazu motiviert, redundante EGR-Systeme in Betracht zu ziehen, die sowohl eine HP-EGR-Schleife als auch eine LP-EGR-Schleife aufweisen.
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Bei geladenen Dieselmotoren ist speziell der EGR-Durchsatz, um NOX-Emissionen innerhalb von akzeptablen Grenzen zu halten, ziemlich hoch. Dies kann in einer Anzahl an Problemen resultieren. Erstens können hohe Niveaus an Ansaugluft-Verdünnung bei niedrigen Motorlasten eine mangelnde Stabilität der Verbrennung verursachen, was in erhöhten Kohlenwasserstoff-(HC) und Kohlenmonoxid-(CO)-Emissionen resultiert. Zweitens ist bei hohem HP-EGR-Durchsatz der Massenstrom durch den Kompressor bedeutend reduziert, was den Kompressor zum Pumpen neigen lässt. Um das erste Problem zu adressieren, kann ungekühlte (d. h., umgangene) HP-EGR in die Ansaugluft gemischt werden, um eine erhöhte Krümmerlufttemperatur (manifold air temperature; MAT) zu erreichen. Um das zweite Problem zu adressieren, kann LP-EGR verwendet werden. LP-EGR stellt einen erhöhten Fluss durch den Kompressor bereit, was gegen ein Pumpen schützt, er wird aber durch Fließen durch den Ladeluftkühler gekühlt. Kurz gesagt, um hohe MAT zu erreichen, kann Abgas durch ein ungekühltes HP-EGR-System geleitet werden. Dies kann aber ein Pumpen verursachen. Um ein Pumpen zu vermeiden, kann das Abgas durch ein gut gekühltes LP-EGR-System geleitet werden. Dies erhöht aber die HC- und CO-Emissionen. Währenddessen kann die zusätzliche oder alternative Nutzung von gekühlter HP-EGR weitere Probleme einführen. Beispielsweise kann die übermäßige Verunreinigung eines EGR-Kühlers auftreten, wenn einem gekühlten HP-EGR-Durchsatz ermöglicht wird, unterhalb eines geeigneten Niveaus abzusinken.
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Bei höheren Motorlasten und Drehzahlen ergeben sich noch weitere Probleme. Lässt man Abgas durch eine LP-EGR-Schleife strömen, erhöht dies den gesamten Durchsatz durch den Kompressor, was einen Überdrehzahlzustand und einen reduzierten Kompressorwirkungsgrad verursachen kann. Dieser Zustand kann bei Übermäßigkeit zu Kompressor-Stopfen führen. Lässt man Abgas durch eine LP-EGR-Schleife strömen erhöht sich auch die Gastemperatur am Kompressoreintritt, was wiederum die Kompressoraustrittstemperatur erhöht. Andererseits kann ungekühlte HP-EGR bei hohen Lasten übermäßige MAT verursachen, die Motorleistung reduzieren und/oder einen übermäßigen Abgang von Rauch aus dem Motor verursachen. Diese Zustände können den Kompressor ebenfalls zum Pumpen neigen lassen.
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Andere ziemlich unterschiedliche Probleme ergeben sich während transienter Zustände. LP-EGR benötigt länger, um vom Ansaugsystem her zu spülen, während es den Turboladerwirkungsgrad bei niedrigen Motorlasten verbessert. Der Grund dafür ist, dass das Spülvolumen nicht nur den Ansaugkrümmer, sondern alles vom Ansaugkrümmer bis zum Einlass des Kompressors umfasst. Während HP-EGR leichter vom Ansaugkrümmer gespült wird, reduziert es den Massenstrom durch die Turbine. Dies reduziert die Turboladerdrehzahl, was die Verzögerung erhöht. Deshalb können beide EGR-Strategien potenziell die Reaktionsfähigkeit des Motors auf transiente Vorgänge bei Last und Drehzahl vermindern.
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Weitere Probleme ergeben sich während der Katalysatoraufwärmung – ein weiterer transienter Vorgang. Sehr gut gekühlt ermöglicht LP-EGR keine so hohen Austrittstemperaturen als bei ungekühlter HP-EGR. Deshalb kann in einigen Fällen mit LP-EGR die Katalysatoraktivierung unannehmbar verzögert werden. Ungekühlte HP-EGR ermöglicht andererseits höhere Austrittstemperaturen, sorgt aber für einen bedeutend reduzierten Massenstrom durch die Abgasanlage. Dies kann die Wärmeenergie im Abgas und auch den Wärmeübergangskoeffizienten reduzieren.
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Die Erfinder haben hier diese Probleme und die gegenseitigen Beziehungen zwischen diesen erkannt und eine Serie von Herangehensweisen erarbeitet, um sie zu adressieren. Deshalb stellt eine Ausführungsform dieser Offenlegung ein Verfahren für das Laden des Ansaugkrümmers eines Motors bereit. Das Verfahren umfasst die Anpassung eines LP-EGR-Durchsatzes und eines ungekühlten HP-EGR-Durchsatzes innerhalb von ersten Grenzen, um ein Sollverdünnungsniveau im Ansaugkrümmer im stationären Zustand aufrechtzuerhalten. Das Verfahren umfasst weiter die Anpassung der LP-EGR- und ungekühlten HP-EGR-Raten innerhalb von zweiten Grenzen, die sich von den ersten unterscheiden, um das Sollverdünnungsniveau im Ansaugkrümmer während transienten Vorgängen aufrechtzuerhalten. Auf diese Weise kann HP- und LP-EGR während des stationären Zustandes und bei transienten Vorgängen koordiniert gesteuert werden. Durch dynamisches Verändern der Werte, die den HP- und LP-EGR-Durchsatz abhängig von Zuständen eingrenzen, können Motorlanglebigkeit, Kraftstoffnutzung und Emissionsüberwachung verbessert werden, während eine schnelle Reaktion auf transiente Vorgänge ermöglicht wird.
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Es ist zu verstehen, dass die obige Zusammenfassung bereitgestellt wird, um in einer vereinfachten Form eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die in der ausführlichen Beschreibung weitergehend beschrieben werden. Es ist nicht beabsichtigt, Schlüssel- oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu bestimmen, dessen Umfang durch die Ansprüche definiert wird, die der ausführlichen Beschreibung folgen. Weiter ist der beanspruchte Gegenstand nicht beschränkt auf Implementierungen, die irgendwelche hier angemerkten Nachteile lösen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 und 2 zeigen schematisch Aspekte von beispielhaften Kraftfahrzeugmotor-Systemen gemäß Ausführungsformen dieser Offenlegung.
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3 zeigt schematisch Aspekte eines beispielhaften Kühlsystems von Kraftfahrzeugen gemäß einer Ausführungsform dieser Offenlegung.
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4–8 veranschaulichen beispielhafte Verfahren für das Laden eines Ansaugkrümmers eines Motorsystems gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen dieser Offenlegung.
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Ausführliche Beschreibung
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Der Gegenstand dieser Offenbarung wird jetzt beispielhaft und unter Bezugnahme auf die veranschaulichten Ausführungsformen beschrieben. Komponenten, Prozessschritte und andere Elemente, die im Wesentlichen bei einer oder mehreren Ausführungsformen gleich sein können, werden koordiniert bestimmt und mit minimaler Wiederholung beschrieben. Es wird jedoch angemerkt, dass Elemente, die koordiniert bestimmt werden, sich auch zu einem gewissen Grad unterscheiden können. Es wird weiter angemerkt, dass die in dieser Offenlegung enthaltenen Zeichnungen schematisch und generell nicht maßstäblich gezeichnet sind. Eher können die verschiedenen Zeichenmaßstäbe, Seitenverhältnisse und Zahlen von in Figuren gezeigten Komponenten absichtlich entstellt sein, um bestimmte Merkmale oder Beziehungen leichter ersichtlich zu machen.
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1 zeigt schematisch die Aspekte eines beispielhaften Motorsystems 10 bei einer Ausführungsform. Bei Motorsystem 10 ist der Luftfilter 12 mit dem Einlass des Kompressors 14 gekoppelt. Der Luftfilter führt Frischluft von der Umgebung ein und versorgt den Kompressor mit gefilterter Frischluft. Der Kompressor kann irgendein geeigneter Ansaugluft-Kompressor sein – wie z. B. ein über den Motor oder die Antriebswelle angetriebener Lader-Kompressor. Bei der in 1 veranschaulichten Ausführungsform ist der Kompressor jedoch ein Turbolader-Kompressor, der mechanisch mit der Turbine 16 gekoppelt ist, wobei die Turbine durch sich ausdehnende Motorabgase vom Auspuffkrümmer 18 angetrieben wird. Auspuffventil 20 ist über den Kompressor vom Auslass zum Einlass gekoppelt, sodass etwas oder die gesamte verdichtete Luftfüllung nach dem Kompressor zu einem Ort vor dem Kompressor entladen werden kann. Diese Maßnahme kann unternommen werden, um beispielsweise ein Pumpen des Kompressors abzuwenden oder zu entlasten. Bei einer Ausführungsform können der Kompressor und die Turbine innerhalb eines Zwillingstriebkranz-Turboladers gekoppelt sein. Bei einer weiteren Ausführungsform können der Kompressor und die Turbine innerhalb eines Turboladers mit variabler Geometrie (VGT) gekoppelt sein, wo die Turbinengeometrie aktiv als eine Funktion der Motordrehzahl variiert wird. Bei noch weiteren Ausführungsformen kann das Auspuffventil des Kompressors so konfiguriert sein, dass die komprimierte Luftfüllung zu einem anderen Ort des Motorsystems entladen wird.
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Bei Motorsystem 10 ist der Auslass des Kompressors 14 mit dem Ladeluftkühler 22A gekoppelt. Bei einer Ausführungsform ist der Ladeluftkühler ein Gas-Flüssigkeits-Wärmetauscher, der konfiguriert ist, die komprimierte Luftfüllung auf Temperaturen zu kühlen, die für den Eintritt in den Ansaugkrümmer 24 geeignet sind. Bei einer weiteren Ausführungsform kann der Ladeluftkühler ein Luft-Wärme-Austauscher sein. Durch die Ansaugdrosselklappe 26 ist der Auslass des Ladeluftkühlers mit dem Ansaugkrümmer gekoppelt.
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Ansaugkrümmer 24 und Auspuffkrümmer 18 sind respektive mit einer Serie von Brennräumen 28 durch eine Serie von Ansaugventilen 30 und Auslassventilen 32 gekoppelt. Bei einer Ausführungsform kann jedes der Einlass- und der Auslassventile elektronisch betätigt werden. Bei einer weiteren Ausführungsform kann jedes der Einlass- und Auslassventile durch Nocken betätigt werden. Ungeachtet ob elektronisch betätigt oder nockenbetätigt kann die Zeitsteuerung der Einlassventil- und Auslassventilöffnung und -schließung wie erforderlich für die wünschenswerte Verbrennung und Emissionsüberwachungsgüte angepasst werden. Insbesondere kann die Ventilsteuerung angepasst werden, sodass die Verbrennung initiiert wird, wenn eine wesentliche Abgasmenge von einer vorhergehenden Verbrennung noch in einem oder mehreren Brennräumen vorhanden ist. Eine derart angepasste Ventilsteuerung kann einen 'internen EGR'-Modus ermöglichen, der nützlich ist, um Maximalverbrennungstemperaturen unter ausgewählten Betriebsbedingungen zu reduzieren. Bei einigen Ausführungsformen kann eine angepasste Ventilsteuerung zusätzlich zu 'externen EGR'-Modi, wie sie hier im Folgenden beschrieben sind, verwendet werden.
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1 zeigt die Steuerelektronik 34. Bei Ausführungsformen, wo mindestens ein Einlass- oder Auslassventil konfiguriert ist, um gemäß einer einstellbaren Zeitsteuerung zu öffnen und zu schließen, kann die einstellbare Zeitsteuerung über die Steuerelektronik gesteuert werden, um eine Abgasmenge zu regulieren, die in einem Brennraum zur Zeit des Zündens vorhanden ist. Um Betriebsbedingungen im Zusammenhang mit verschiedenen Kontrollfunktionen des Motorsystems zu beurteilen, kann die Steuerelektronik operativ mit einer Vielzahl von Sensoren gekoppelt sein, die überall im Motorsystem angeordnet sind – Strömungssensoren, Ternperaturfühler, Pedalstellungssensoren, Drucksensoren, usw.
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In den Brennräumen 28 kann die Verbrennung über Funkenzündung und/oder Kompressionszündung mit irgendeiner Variante eingeleitet werden. Weiter können die Brennräume mit irgendeinem aus einer Vielzahl von Kraftstoffen versorgt werden: Benzin, Alkohole, Diesel, Biodiesel, komprimiertes Erdgas, usw. Der Kraftstoff kann den Brennräumen über Direkteinspritzung, Saugkanaleinspritzung, Niederdruckeinspritzung oder irgendeine Kombination davon bereitgestellt werden.
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Im Motorsystem 10 ist der HP-EGR-Kühler 22B nach dem Auspuffkrümmer 18 und vor der Turbine 16 gekoppelt. Der HP-EGR-Kühler ist ein Gas-Flüssigkeits-Wärmetauscher, der konfiguriert ist, das Abgas auf Temperaturen zu kühlen, die geeignet sind, um es in die komprimierte Luftfüllung zu mischen. Vom HP-EGR-Kühler strömt HP-Abgas durch das Dosierventil 36 zum Ansaugkrümmer 24; das Dosierventil steuert den Ablauf des zurückgeführten Abgases durch den externen HP-EGR-Pfad des Motorsystems. Genereller kann ein Dosierventil zur Steuerung von EGR sich entweder vor oder nach einem EGR-Kühler befinden. Weiter können eine Kühler-Bypassleitung und ein Ventil enthalten sein, um einen EGR-Pfad bereitzustellen, der nicht durch den Kühler verläuft. Diese Konfiguration, die im Folgenden weiter beschrieben wird, kann verwendet werden, um im Wesentlichen ungekühlte HP-EGR zum Ansaugkrümmer strömen zu lassen.
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Das Motorsystem 10 umfasst auch das Abgasdruckventil 38, das über die Turbine 16 vom Einlass zum Auslass gekoppelt ist. Abgas vom Auspuffkrümmer 18 strömt zu Turbine 16, um die Turbine wie oben erwähnt anzutreiben. Wenn ein reduziertes Turbinendrehmoment gewünscht ist, kann etwas Abgas stattdessen durch das Abgasdruckventil 38 geleitet und die Turbine umgangen werden. Die kombinierte Strömung von der Turbine und dem Abgasdruckventil fließt dann durch die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 40, 42, und 44. Die Art, Zahl und Anordnung der Abgasnachbehandlungsvorrichtungen kann in den unterschiedlichen Ausführungsformen dieser Offenlegung abweichen. Im Allgemeinen können die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen mindestens einen Abgasnachbehandlungskatalysator enthalten, der konfiguriert ist, katalytisch die Abgasströmung zu behandeln und dadurch einen Betrag von einem oder mehreren Stoffen in der Abgasströmung zu reduzieren. Beispielsweise kann ein Abgasnachbehandlungskatalysator konfiguriert sein, um NOX aus der Abgasströmung abzuscheiden, wenn die Abgasströmung mager ist, und das abgeschiedene NOX zu reduzieren, wenn die Abgasströmung fett ist. Bei anderen Beispielen kann ein Abgasnachbehandlungskatalysator konfiguriert sein, NOX zu disproportionieren oder selektiv mithilfe von einem Reduktionsmittel zu reduzieren. Bei anderen Beispielen kann ein Abgasnachbehandlungskatalysator konfiguriert sein, übrige Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenmonoxid in der Abgasströmung zu oxidieren. Unterschiedliche Abgasnachbehandlungskatalysatoren, die irgendeine solche Funktionalität aufweisen, können in Washcoats oder an anderer Stelle in den Abgasnachbehandlungsvorrichtungen entweder separat oder zusammen angeordnet sein. Bei einer Ausführungsform können die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen einen regenerierbaren Rußfilter enthalten, der konfiguriert ist, Rußpartikel in der Abgasströmung abzuscheiden und zu oxidieren. Bei dieser und anderen Ausführungsformen kann Abgasnachbehandlungsvorrichtung 40 einen Vorkatalysator und/oder einen Dreiwege-Katalysator umfassen.
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In 1 umfasst das Motorsystem 10 die Abgasdrosselklappe 46. Die Abgasdrosselklappe ist ein Stellventil, das konfiguriert ist, den Abgasdruck nach der Turbine 16 zu steuern. Eine solche Steuerung kann verwendet werden, um die Strömung der LP-EGR zu regulieren (siehe unten) oder für andere Zwecke. Schalldämpfer 48 ist nach der Abgasdrosselklappe gekoppelt. Die gesamte behandelte Abgasströmung von den Abgasnachbehandlungsvorrichtungen oder ein Teil davon kann über den Schalldämpfer in die Umgebung abgegeben werden. Abhängig von den Betriebsbedingungen kann jedoch etwas behandeltes Abgas stattdessen durch den LP-EGR-Kühler 22C gezogen werden. Der LP-EGR-Kühler ist ein Gas-Flüssigkeits-Wärmetauscher, der konfiguriert ist, das Abgas auf Temperaturen zu kühlen, die geeignet sind, um es in die Ansaugluftströmung zu mischen. Vom LP-EGR-Kühler strömt LP-Abgas zum Einlass von Kompressor 14. In der veranschaulichten Ausführungsform kann die LP-EGR-Strömung teilweise über die Abgasdrosselklappe 46 gesteuert werden. Das teilweise Schließen der Abgasdrosselklappe erhöht das LP-EGR-Strömungspotential im Motorsystem 10.
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Bei einigen Ausführungsformen können Auspuffventil 20, Ansaugdrosselklappe 26, Dosierventil 36, Abgasdruckventil 38 und Abgasdrosselklappe 46 elektronische Ventile sein, die konfiguriert sind, auf Befehl der Steuerelektronik 34 zu schließen und zu öffnen. Weiter können eines oder mehrere dieser Ventile kontinuierlich einstellbar sein. Die Steuerelektronik kann operativ mit jedem Ventil gekoppelt und konfiguriert sein, deren Öffnung, Schließung und/oder Anpassung wie erforderlich zu befehlen, um irgendwelche der hier beschriebenen Kontrollfunktionen zu veranlassen.
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Durch eine geeignete Steuerung von Dosierventil 36 und Abgasdrosselklappe 46 und durch Anpassung der Zeitsteuerung des Abgas- und Ansaugventils (siehe oben), kann die Steuerelektronik 34 das Motorsystem 10 bei variierenden Betriebszuständen in die Lage versetzen, Ansaugluft zu den Brennräumen 28 zu liefern. Diese umfassen Zustände, wo EGR von der Ansaugluft ausgelassen oder intern jedem Brennraum bereitgestellt wird; (beispielsweise über eine angepasste Ventilsteuerung); Zustände, wo EGR von einer Entnahmestelle vor der Turbine 16 angesaugt und zu einer Mischstelle nach Kompressor 14 geliefert wird; (externe HP-EGR); und Zustände, wo EGR von einer Entnahmestelle angesaugt wird, die der Turbine nachgeschaltet ist, und zu einer Mischstelle vor dem Kompressor geliefert wird; (externe LP-EGR).
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Es wird offensichtlich, dass kein Aspekt von 1 dazu beabsichtigt ist, zu begrenzen. Insbesondere können Entnahme- und Mischstellen für die externe HP- und LP-EGR bei mit der vorliegenden Offenbarung voll konsistenten Ausführungsformen abweichen. Während beispielsweise 2 die externe LP-EGR zeigt, die nach der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 40 angesaugt wird, kann die externe LP-EGR bei anderen Ausführungsformen nach der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 44 oder vor der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 40 angesaugt werden. Obgleich es hier nicht in irgendeinem Detail gezeigt wird, können die HP- und LP-EGR-Mischstellen eine geeignete Gasmisch-Architektur umfassen.
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2 zeigt schematisch die Aspekte eines beispielhaften Motorsystems 50 bei einer Ausführungsform. Wie Motorsystem 10 enthält Motorsystem 50 einen externen HP-EGR-Pfad und einen externen LP-EGR-Pfad. Im Motorsystem 50 ist jedoch Dosierventil 52 nachgeschaltet zu LP-EGR-Kühler 22C gekoppelt und es wird verwendet, um den LP-EGR-Durchsatz zu steuern. Demgemäß enthält Motorsystem 50 keine Abgasdrosselklappe. Es ist selbstredend offensichtlich, dass andere mit dieser Offenlegung voll im Einklang stehende Ausführungsformen ein Dosierventil im LP-EGR-Pfad sowie eine Abgasdrosselklappe enthalten können.
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3 zeigt schematisch die Aspekte eines beispielhaften Kühlsystems 54 eines Kraftfahrzeugs. Das Kühlsystem enthält die Kühlflüssigkeitspumpe 56. Die Kühlflüssigkeitspumpe ist konfiguriert, eine flüssige Kühlflüssigkeit – Wasser oder ein auf Wasser basierendes Frostschutzmittel – durch Kanäle zu treiben, die verschiedene Kühlsystemkomponenten verbinden. Das Kühlsystem enthält auch Wärmetauscher 22. Beispielhafte Wärmetauscher können Ladeluftkühler 22A, HP-EGR-Kühler 22B, LP-EGR-Kühler 22C oder praktisch irgendeinen anderen Gas-Flüssigkeits-Wärmetauscher eines Kraftfahrzeugmotor-Systems umfassen.
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Wärmetauscher 22 umfasst die interne Gasrohrleitung 58, um einen Gasstrom zu leiten – beispielsweise eine Luft- oder Abgasströmung. Der Wärmetauscher umfasst auch die interne Kühlflüssigkeitsrohrleitung 60, um die Motorkühlflüssigkeit zu leiten. Wie in 3 ist die interne Kühlflüssigkeitsrohrleitung des Wärmetauschers ein Segment einer geschlossenen Kühlflüssigkeitsschleife. Die geschlossene Kühlflüssigkeitsschleife umfasst Heizrippe 62 und andere Motorenteile. Bei einer Ausführungsform kann die geschlossene Kühlflüssigkeitsschleife eine Vielzahl von Zylindermänteln des Motorsystems umfassen, in dem Kühlsystem 54 installiert ist.
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In Wärmetauscher 22 sind die internen Gas- und Kühlflüssigkeitsrohrleitungen konfiguriert, um die Rate des Wärmeaustauschs zwischen dem Gas und der Flüssigkeit, die darin strömen, zu verbessern. Zu diesem Zweck kann der Wärmetauscher eine erweiterte (z. B. gewundene) gemeinsame Grenzfläche zwischen den Rohrleitungen bereitstellen. Ähnlich kann die Kühlflüssigkeitsrohrleitung des Kühlers 62 für einen verbesserten Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft konfiguriert sein. Bei der Ausführungsform, die in 3 gezeigt ist, ist der Lüfter 64 gegenüber dem Kühler angeordnet und konfiguriert, die Konvektion der Umgebungsluft um und durch den Kühler zu erhöhen.
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Bei einigen Zuständen kann das Kühlsystem 54 konfiguriert sein, die Rate des Wärmeaustauschs im Wärmetauscher 22 und/oder Kühler 62 steuerbar zu begrenzen. Eine solche Steuerung kann über die Steuerelektronik 34 oder irgendeine Steuerelektronik des Fahrzeugs bereitgestellt werden, in dem das Kühlsystem 54 installiert ist. In der in 3 veranschaulichten Ausführungsform umfasst der Wärmetauscher das Zweiwege-Umgehungsventil 66, welches steuerbar einen Teil des Gasstroms durch die externe Gasrohrleitung 68 umleitet. Der Wärmetauscher umfasst auch das Zweiwege-Umgehungsventil 70, welches steuerbar einen Teil des Kühlmittelflusses durch die externe Kühlflüssigkeitsrohrleitung 72 umleitet. Die Zweiwege-Umgehungsventile können beispielsweise elektronisch gesteuerte Dosierventile sein. In der veranschaulichten Ausführungsform stellt Zweiwege-Umgehungsventil 70 zwei Strömungspositionen bereit: eine Erste, bei der die Kühlflüssigkeit vom Kühler durch die interne Kühlflüssigkeitsrohrleitung 60 des Wärmetauschers 22 fließt, und eine Zweite, bei der die Kühlflüssigkeit vom Kühler durch die externe Kühlflüssigkeitsrohrleitung 72 fließt. Das Zweiwege-Umgehungsventil 66 stellt auch zwei Strömungspositionen bereit: eine erste, bei der das Gas durch die interne Gasrohrleitung 58 des Wärmetauschers strömt, und eine zweite, bei der das Gas durch die externe Gasrohrleitung 68 strömt.
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Die Zweiwege-Umgehungsventile können über die Steuerelektronik 34 betätigt werden. Die Steuerelektronik kann eine Verringerung in der Rate des Wärmeaustauschs durch Erhöhen der Menge an Gas oder Kühlflüssigkeit, die durch die Bypassleitungen umgeleitet wird, bewirken oder umgekehrt. Ebenfalls können die Kühlflüssigkeitspumpe 56 und der Lüfter 64 operativ mit der Steuerelektronik gekoppelt sein. Die Steuerelektronik kann konfiguriert sein, die Drehzahl der Kühlflüssigkeitspumpe und des Lüfters zu variieren, um die gewünschte Rate des Wärmeaustauschs zwischen der Kühlflüssigkeit und der Umgebungsluft bereitzustellen.
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Bei den hier betrachteten Ausführungsformen kann die Steuerelektronik 34 konfiguriert sein, irgendeine oder alle der oben genannten Wärmeaustauschraten zu variieren, um die Gesamtleistung des Kühlsystems 54 und des Motorsystems, in dem das Kühlsystem installiert ist, aufrechtzuerhalten. Demgemäß umfasst Kühlsystem 54 Sensor 74, der operativ mit der Steuerelektronik gekoppelt ist. Die Steuerelektronik ist konfiguriert, den Sensor abzufragen, um die Temperatur des ungekühlten Gasstroms zu bestimmen. Basierend auf der Sensorantwort und auf anderen Faktoren kann die Steuerelektronik bestimmen, ob das Gas durch die interne Gasrohrleitung 58 des Wärmetauschers strömen oder durch die externe Gasrohrleitung 68 umgeleitet werden sollte.
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Die Steuerelektronik 34 kann bestimmen, ob das Gas durch den Wärmetauscher oder im Hinblick auf andere Zustände auch durch die Bypassrohrleitung strömen sollte. Wenn Wärmetauscher 22 beispielsweise ein HP-EGR-Kühler ist, ermöglicht das Lenken der Abgasströmung durch die interne Gasrohrleitung des Wärmetauschers einen gekühlten HP-EGR-Modus. Andererseits ermöglicht das Leiten der Abgasströmung durch die Bypassleitung einen ungekühlten (d. h. umgangenen) HP-EGR-Modus. Diese Modi können wie hier weiter beschrieben bei unterschiedlichen Situationen verwendet werden. Weiter kann in Kühlsystemen, die hier voll in Betracht gezogen werden, das Zweiwege-Umgehungsventil 66 ein Dosierventil sein, das konfiguriert ist, einen gesteuerten Teil der HP-EGR umzuleiten, damit er durch die externe Gasrohrleitung 68 strömt, während dem Rest der HP-EGR ermöglicht wird, durch die interne Gasrohrleitung zu strömen. Auf diese Weise kann irgendeine gewünschte Aufteilung zwischen der gekühlten und ungekühlten EGR ausgewählt werden.
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Natürlich ist es offensichtlich, dass 3 nur einen Teil eines beispielhaften Kühlsystems zeigt, und dass andere komplexere Kühlsysteme verwendet werden können. Obwohl in 3 nur ein Wärmetauscher im Kühlsystem 54 gezeigt ist, kann eine Vielzahl von Wärmetauschern enthalten sein – wie beispielsweise EGR-Kühler und Ladeluftkühler. Fluidisch in Reihe oder parallel angeordnet kann die Vielzahl an Kühlern jeweils das Gleiche ausführen; durch Kühler gekühlte Motorkühlflüssigkeit. Bei anderen Ausführungsformen kann das Kühlsystem eine Vielzahl von nicht kommunizierenden Kühlflüssigkeitsschleifen umfassen.
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Die oben beschriebenen Konfigurationen ermöglichen verschiedene Verfahren für das Laden des Ansaugkrümmers eines Motors. Demgemäß werden einige solcher Verfahren jetzt mit fortgesetzter Bezugnahme auf die obigen Konfigurationen beispielhaft beschrieben. Es ist jedoch offensichtlich, dass die hier beschriebenen Verfahren und andere, die sich vollständig im Rahmen dieser Offenlegung befinden, auch über andere Konfigurationen ermöglicht werden können. Die hier präsentierten Verfahren umfassen verschiedene Mess- und/oder Sensorereignisse über einen oder mehrere im Motor verteilte Sensoren. Die Verfahren umfassen auch verschiedene Berechnungs-, Vergleichs- und Entscheidungsfindungsvorgänge, die in einer mit den Sensoren operativ gekoppelten Steuerelektronik veranlasst werden können. Die Verfahren umfassen weiter verschiedene Hardware ansteuernde Vorgänge, welche die Steuerelektronik selektiv als Reaktion auf die Entscheidungsfindungsvorgänge anweisen kann.
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4 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren 76 für das Laden des Ansaugkrümmers eines Motorsystems bei einer Ausführungsform. Bei 78 werden die Motordrehzahl und Motorlast vorausgesagt. Zu diesem Zweck kann die Steuerelektronik einen oder mehrere Motorsystemsensoren abfragen, die auf die aktuelle Motordrehzahl und Last ansprechen. Bei anderen Ausführungsformen kann geeignete zugehörige Metrik wie beispielsweise Luftmassenstrom, Kraftstoffeinspritzmenge und/oder inneres Drehmoment erfasst und verwendet werden, um eine effektive Motordrehzahl und Last zu berechnen. Diese können in Kombination mit einer Metrik, die auf eine Motordrehmomentanforderung des Fahrers anspricht – z. B. eine Pedalstellung – erfasst und verwendet werden, um eine Voraussage der Motordrehzahl und Last bereitzustellen.
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Bei 80 wird bestimmt, ob die vorausgesagte Motordrehzahl und Last mit den Betriebsbedingungen des stationären Zustands des Motors konsistent ist. Wenn die Motordrehzahl oder Last den Betriebsbedingungen des stationären Zustandes nicht entspricht, dann geht das Verfahren zu 82 über, wo transiente EGR-Durchsatzgrenzen basierend auf der vorausgesagten Drehzahl und Last ausgewählt werden. Andernfalls geht das Verfahren zu 84 über, wo die EGR-Durchsatzgrenzen des stationären Zustandes verwendet werden, um EGR zu steuern.
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Im stationären Zustand können die EGR-Durchsatzgrenzen im Hinblick auf mehrere Ziele definiert werden, wie beispielsweise unerwünschte Betriebsbedingungen zu vermeiden: Pumpen des Kompressors, Stopfen und Einlassüberhitzung zum Beispiel. Während diese Zustände vermieden werden, können die Grenzen des stationären Zustandes weiter dazu dienen, die Stabilität der Verbrennung und den Kompressorwirkungsgrad aufrechtzuerhalten und Emissionen zu überwachen. Deshalb legt eine Ausführungsform die EGR-Durchsatzgrenzen des stationären Zustandes wie folgt fest: Die Untergrenze für den LP-EGR-Durchsatz entspricht einem Mindestwert, der zur Verhinderung eines Pumpens des Kompressors benötigt wird; die Obergrenze für den LP-EGR-Durchsatz entspricht einem Maximalwert, der Stopfen und Kompressorüberhitzung abwendet; die Untergrenze für den ungekühlten HP-EGR-Durchsatz entspricht einem Mindestwert, der für die Stabilität der Verbrennung sorgt; die Obergrenze für die LP-EGR entspricht einem Maximalwert, der Einlassüberhitzung und übermäßigen Rauch aus dem Motor abwendet. Bei dieser und anderen Ausführungsformen entspricht eine Untergrenze für den gekühlten HP-EGR-Durchsatz einem Mindestwert, der mit dem Vermeiden übermäßiger Verunreinigung des HP-EGR-Kühlers konsistent ist. Wenn die Grenzen des stationären Zustandes auf diese Weise definiert sind, können der LP-EGR-Durchsatz und der ungekühlte HP-EGR-Durchsatz innerhalb der Grenzen des stationären Zustandes angepasst werden, um ein Sollverdünnungsniveau, eine Verdünnungsrate und/oder den verbrannten Gasanteil im Ansaugkrümmer wie hier weiter beschrieben aufrechtzuerhalten. Es ist jedoch offensichtlich, dass diese spezielle Herangehensweise nicht als einschränkend aufgefasst werden soll; bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform können die oberen und/oder unteren Durchsatzgrenzen für LP-EGR nicht nur zur Vermeidung von schädlichen Effekten wie beispielsweise Stopfen und Pumpen festgelegt werden, sondern auch um den Turbolader- und/oder Motorsystemwirkungsgrad zu erhalten. Deshalb können die oberen und unteren Durchsatzgrenzen für LP-EGR festgelegt werden, um eine Begrenzung gegenüber einem weniger effizienten Betrieb des Turbolader-Kompressors durch Beeinflussen des Kompressors in Richtung eines Drehzahl-/Druckverhältnis-Bereichs mit dem höchsten Wirkungsgrad aufrechtzuerhalten. Bei einer weiteren Ausführungsform können die Grenzen festgelegt werden, um den gesamten Motorsystemwirkungsgrad (d. h., die Kraftstoffnutzung) zu optimieren. Bei noch einer weiteren Ausführungsform, können die Grenzen festgelegt werden, um jeden Aspekt der Emissionsüberwachungsleistung zu optimieren – z. B. die NOX-Steuerungsleistung.
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Das Verfahren 76 erreicht bei 82, wenn es bestimmt hat, dass der Motor eine Last oder transiente Drehzahl erfährt, für die die obigen EGR-Durchsatzgrenzen des stationären Zustandes nicht ausreichend oder geeignet sein könnten. Dieses Verfahren betrachtet eine Anzahl an unterschiedlichen transienten Zuständen. Wie die Durchsatzgrenzen des stationären Zustandes kann jeder Satz von transienten Durchsatzgrenzen eine untere LP-EGR-Durchsatzgrenze, eine obere LP-EGR-Durchsatzgrenze, eine ungekühlte untere HP-EGR-Durchsatzgrenze und eine ungekühlte obere HP-EGR-Durchsatzgrenze umfassen. Diese Grenzen können voneinander und von den Grenzen des stationären Zustandes, auf die vorstehend Bezug genommen wurde, abweichen.
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Tip-in ist ein beispielhafter transienter Zustand. Während Tip-in können die oberen Durchsatzgrenzen für gekühltes und ungekühltes HP-EGR relativ zu ihren Werten im stationären Zustand verringert werden. Das Verringern dieser Obergrenzen kann ein schnelleres Spulen des Kompressors durch die Begrenzung des Abgasdruckverlustes durch die HP-EGR-Schleife ermöglichen. Ähnlich können die unteren Durchsatzgrenzen für die gekühlte und ungekühlte HP-EGR relativ zu ihren Werten des stationären Zustandes verringert werden. Für kurze Zeiten von Tip- in kann der Motor die oben erwähnten nicht idealen Zustände tolerieren, die von HP-EGR-Durchsätzen ausgehen, die unterhalb von ihren unteren Durchsatzgrenzen im stationären Zustand absinken. Da die HP-EGR-Mischstelle näher am Ansaugkrümmer ist, werden Änderungen in der HP-EGR zudem schneller Änderungen in der Zusammensetzung des Ansaugkrümmers hervorrufen. Deshalb wird das Verringern der HP-EGR während eines Übergangs dem Motor schneller ermöglichen, ein neues Ziel zu erreichen, das wahrscheinlich während des höheren Belastungszustandes niedriger sein wird.
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Tip-out ist ein weiteres Beispiel eines transienten Zustands. Während Tip-out kann die untere LP-EGR-Durchsatzgrenze relativ zu ihrem stationären Wert erhöht werden. Das Erhöhen dieser Grenze kann trotz der sich verringernden Motorlast das Erhalten von mehr Turbolader-Beharrungsvermögen ermöglichen. Dementsprechend wird der Kompressor bereits bei einem höheren Niveau sein, als die Durchsatzgrenzen des stationären Zustandes ermöglicht hätten, wenn sich die Motorlast erneut erhöht. Auf diese Weise hält der Betrieb oberhalb der LP-EGR-Untergrenze das Turbinen-Beharrungsvermögen bei einem Niveau aufrecht, das einen ausreichend schnellen Anstieg des Ladedrucks ermöglicht. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die untere LP-EGR-Durchsatzgrenze auf einen Wert erhöht werden, der effektiv transiente NOX-Spitzen im Motorzufuhrgas unterdrückt. Bei diesen und anderen Ausführungsformen kann die Stabilität der Verbrennung im Motorsystem verbessert werden (siehe unten), wenn die untere LP-EGR-Durchsatzgrenze während Tip-out-Zuständen erhöht wird.
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Eine offene Ansaugdrosselklappe ist ein weiterer transienter Zustand. Während Zuständen mit offener Ansaugdrosselklappe kann die untere Durchsatzgrenze für die gekühlte HP-EGR relativ zu ihrem stationären Wert erhöht werden. Das Erhöhen dieser Grenze kann die Rate der gekühlten HP-EGR relativ zur LP-EGR bei Zuständen von vorübergehend hoher Motorlast erhöhen. Wenn die Last sich erneut verringert und der Motor das hohe Niveau des Ansaugluft-Verdünnungsniveaus nicht mehr tolerieren kann, wird dementsprechend der EGR-Verdünner schneller herausgezogen: weniger davon wird den längeren LP-EGR-Pfad füllen und mehr wird den kürzeren HP-EGR-Pfad verglichen mit Zuständen des stationären Zustandes füllen. Auf diese Weise kann der Betrieb über der ungekühlten HP-EGR-Untergrenze ein schnelleres Spülen des Ansaugkrümmers ermöglichen, als es erforderlich ist, um den transienten offenen Ansaugdrosselklappen-Zustand zu verlassen.
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Die Katalysator-Erwärmung (z. B. Kaltstart) ist ein weiterer transienter Zustand. Während der Katalysator-Erwärmung können die unteren Durchsatzgrenzen für ungekühlte HP-EGR und LP-EGR relativ zu ihren stationären Werten erhöht werden. Das Erhöhen dieser Grenzen kann die schnelle Erwärmung der Katalysatoren gemäß einem Wärmeübergangsmodell erleichtern, das erhöhte Niveaus von beiden EGR-Durchsätzen erfordert. Es wird angemerkt, dass die ungekühlte HP-EGR höhere Austrittstemperaturen ermöglicht, während LP-EGR für eine erhöhte Abgasströmung sorgt. Ein geeignetes Wärmeübergangsmodell für die Katalysator-Erwärmung kann beide dieser Effekte in Betracht ziehen, um die benötigte Zeit für die Katalysator-Aktivierung zu minimieren.
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Weiterführend werden in 4 bei 86 die transienten ausgewählten EGR-Durchsatzgrenzen verwendet, um die EGR zu steuern. Dementsprechend können der LP-EGR-Durchsatz und der ungekühlte HP-EGR-Durchsatz innerhalb der Transientenbegrenzungen angepasst werden, die ausgewählt sind, um ein Sollverdünnungsniveau im Ansaugkrümmer wie hier weiter beschrieben aufrechtzuerhalten. Von 86 oder 84 kehrt das Verfahren zurück.
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5 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren 88 für das Laden des Ansaugkrümmers eines Motorsystems bei einer Ausführungsform. Verfahren 88 kann bei einem Motorsystem veranlasst werden, bei dem LP-EGR und ungekühlte HP-EGR aktiviert sind. Mit anderen Worten kann das Motorsystem eines sein, das einen HP-EGR-Kühler ermangelt.
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Bei 78 werden die Motordrehzahl und Motorlast vorausgesagt. Bei 90 werden ein oder mehrere EGR-Sollniveaus zusammen mit oberen und unteren EGR-Durchsatzgrenzen berechnet. Bei einer Ausführungsform umfassen die berechneten EGR-Sollniveaus einen Soll-FMAN. FMAN steht in umgekehrter Beziehung zur relativen Menge (z. B. Partialdruck) von Sauerstoff im Ansaugkrümmer. Als solches schwankt FMAN als das Verhältnis des zurückgeführten Abgases zur Frischluft im Ansaugkrümmer. Es berücksichtigt aber auch die relative Sauerstoffmenge im zurückgeführten Abgas. Das Soll-FMAN kann basierend entweder auf der gemessenen relativen Sauerstoffmenge im Ansaugkrümmer oder auf der EGR-Rate und dem Abgassauerstoffniveau berechnet werden. Die EGR-Rate könnte wiederum von der Drehzahl-Dichte unter Verwendung von Motordrehzahl, Luftmassenstrom und Krümmerluftdruck und -temperatur bestimmt werden. In Verfahren 88 können die EGR-Durchsatzgrenzen bei 90 im Wesentlichen wie oben beschrieben im Kontext von Verfahren 76 berechnet werden.
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Weiterführend wird in 5 bei 92 bestimmt, ob LP-EGR und ungekühlte HP-EGR bei ihren entsprechenden unteren Durchsatzgrenzen den Soll-FMAN überschreiten – d. h., ob das Zulassen der EGR bei diesen Mindestraten zu wenig Sauerstoff im Ansaugkrümmer bereitstellt. Wenn LP-EGR und ungekühlte HP-EGR bei ihren entsprechenden unteren Durchsatzgrenzen den Soll-FMAN nicht überschreiten, wird das Verfahren bei 94 fortgesetzt. Andernfalls geht das Verfahren zu 96 über. Bei 96 wird der LP-EGR-Durchsatz auf seine Untergrenze gesetzt. Bei 98 wird der ungekühlte HP-EGR-Durchsatz auf ein Niveau gesetzt, das in Kombination mit dem LP-EGR-Durchsatz bei seiner Untergrenze darin resultiert, dass das Verdünnungsniveau des Ansaugkrümmers sich dem Soll-FMAN annähert. Dann wird bei 100 die Stabilität der Verbrennung im Motorsystem verbessert. Bei den verschiedenen hier betrachteten Ausführungsformen kann die Stabilität der Verbrennung durch Anpassung des Einspritzbeginns (SOI), durch beispielsweise Reduzieren der Gesamtmenge der EGR, durch Erhöhen einer Pilotmenge oder durch Hinzufügen eines zusätzlichen Pilots verbessert werden.
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Bei 94 wird bestimmt, ob LP-EGR und ungekühlte HP-EGR bei ihren entsprechenden oberen Durchsatzgrenzen genug EGR bereitstellen können, um den Soll-FMAN zu erreichen. Wenn nicht, dann geht das Verfahren zu 102 über, wo der Soll-FMAN auf die Summe der Obergrenzen zurückgesetzt wird. Diese Maßnahme wird unternommen, um den Motor gegen nicht erwünschte Effekte zu schützen: Kompressor-Stopfen, Motorüberhitzung, Überhitzung des Ansaugkrümmers und übermäßiger Rußabgang. Wenn jedoch die LP-EGR und ungekühlte HP-EGR bei ihren entsprechenden oberen Durchsatzgrenzen genug EGR bereitstellen können, um den Soll-FMAN zu erreichen, dann geht das Verfahren zu 104 über. Bei 104 wird ein LP-EGR-Durchsatz berechnet, der in Kombination mit dem ungekühlten HP-EGR-Durchsatz bei seiner Untergrenze darin resultieren würde, dass das Verdünnungsniveau des Ansaugkrümmers zum Soll-FMAN konvergiert. Bei 106 wird bestimmt, ob der berechnete LP-EGR-Durchsatz die obere Durchsatzgrenze für LP-EGR überschreitet. Wenn nicht, geht das Verfahren zu 108 über, wo der ungekühlte HP-EGR-Durchsatz auf seine Untergrenze gesetzt wird, und zu 110, wo der LP-EGR-Durchsatz auf den berechneten Wert gesetzt wird. Wenn jedoch der berechnete Wert die obere Durchsatzgrenze überschreitet, dann geht das Verfahren zu 112 über, wo der LP-EGR-Durchsatz auf seine Obergrenze gesetzt wird, und zu 114, wo der ungekühlte HP-EGR-Durchsatz auf einen Wert gesetzt wird, der in Kombination mit dem LP-EGR-Durchsatz bei seiner Obergrenze darin resultiert, dass das Verdünnungsniveau des Ansaugkrümmers zu Soll-FMAN konvergiert. Deshalb zeigt das Verfahren zwei spezielle Instanzen, bei denen der ungekühlte HP-EGR-Durchsatz aufgrund einer unteren Durchsatzgrenze minimiert wird, um ein Sollverdünnungsniveau zu erreichen, wenn er mit dem LP-EGR-Durchsatz kombiniert wird, der einer oberen Durchsatzgrenze unterliegt. Von 100, 102, 110 oder 114 kehrt das Verfahren zurück.
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6 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren 116 für das Laden des Ansaugkrümmers eines Motorsystems bei einer Ausführungsform. Verfahren 116 kann bei einem Motorsystem veranlasst werden, bei dem LP-EGR, ungekühlte HP-EGR und gekühlte HP-EGR aktiviert sind. Mit anderen Worten kann das Motorsystem eines sein, das einen HP-EGR-Kühler aufweist, der vollständig oder teilweise umgangen werden kann.
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Verfahren 116 beginnt in der gleichen Weise wie Verfahren 88 oben. Bei Verfahren 116 geht jedoch das Verfahren zu 118 über, wo die HP-EGR-Kühlung aktiviert ist, wenn bei 94 bestimmt ist, dass LP-EGR und ungekühlte HP-EGR bei ihren entsprechenden oberen Durchsatzgrenzen den Soll-FMAN nicht bereitstellen können. Die HP-EGR-Kühlung kann beispielsweise durch das Schließen eines HP-EGR-Kühler-Umleitventils aktiviert werden. Das Verfahren geht dann zu 120 über, wo bestimmt wird, ob LP-EGR und gekühlte HP-EGR bei ihren oberen Durchsatzgrenzen den Soll-FMAN bereitstellen können. Wenn nicht, dann geht das Verfahren zu 122 über, wo der Soll-FMAN reduziert wird, um der Summe der oberen Durchsatzgrenzen zu entsprechen – um beispielsweise Kompressor-Stopfen, Kompressorübertemperatur und übermäßigen Abgang an Ruß zu vermeiden. Wenn jedoch LP-EGR und gekühlte HP-EGR bei ihren oberen Durchsatzgrenzen den Soll-FMAN bereitstellen können, dann geht das Verfahren zu 124 über. Bei 124 wird bestimmt, ob die Summenwirkung von gekühlter HP-EGR bei ihrer unteren Durchsatzgrenze und LP-EGR bei ihrer oberen Durchsatzgrenze den Soll-FMAN überschreiten würden. Wenn dies so ist, geht das Verfahren zu 126 über, wo der gekühlte HP-EGR-Durchsatz auf seine untere Durchsatzgrenze gesetzt wird, und zu 128, wo der LP-EGR-Durchsatz auf einen Wert gesetzt wird, der in Kombination mit dem gekühlten HP-EGR-Durchsatz bei seiner Untergrenze, darin resultiert, dass das Verdünnungsniveau des Ansaugkrümmers zu Soll-FMAN konvergiert. Wenn jedoch die Summenwirkung der gekühlten HP-EGR bei ihrer unteren Durchsatzgrenze und LP-EGR bei ihrer oberen Durchsatzgrenze den Soll-FMAN nicht überschreiten würden, dann geht das Verfahren zu 130 über, wo der LP-EGR-Durchsatz auf seine Obergrenze gesetzt wird. Das Verfahren geht dann zu 132 über, wo der HP-EGR-Durchsatz auf einen Wert gesetzt wird, der in Kombination mit dem LP-EGR-Durchsatz bei seiner Obergrenze darin resultiert, dass das Verdünnungsniveau des Ansaugkrümmers zu Soll-FMAN konvergiert. Deshalb zeigt das Verfahren zwei spezielle Instanzen, bei denen der gekühlte HP-EGR-Durchsatz aufgrund einer unteren Durchsatzgrenze minimiert wird, um ein Sollverdünnungsniveau zu erreichen, wenn er mit dem LP-EGR-Durchsatz kombiniert wird, der einer oberen Durchsatzgrenze unterliegt. Von 100, 122, 128 oder 132 kehrt das Verfahren 116 zurück.
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7 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren 134 für das Laden des Ansaugkrümmers eines Motorsystems bei einer Ausführungsform. Verfahren 134 kann in einem Motorsystem wie unter Bezugnahme auf den Kontext von Verfahren 88 veranlasst werden. Dementsprechend beginnt Verfahren 134 in der gleichen Weise wie Verfahren 88. Im Verfahren 134 umfasst jedoch das Berechnen der EGR-Ziele bei 90 weiter das Berechnen eines Soll-LP-EGR-Durchsatzes. Bei einer Ausführungsform kann der Soll-LP-EGR-Durchsatz basierend auf dem Wirkungsgrad berechnet werden; das kann der Durchsatz sein, der beispielsweise den Turboladerwirkungsgrad und/oder den Motorsystemwirkungsgrad optimiert.
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Bei 94 von Verfahren 134 geht das Verfahren zu 136 über, wenn bestimmt ist, dass LP-EGR und die ungekühlte HP-EGR bei ihren entsprechenden oberen Durchsatzgrenzen den Soll-FMAN bereitstellen können. Bei 136 wird bestimmt, ob der gesamte EGR-Durchsatz (d. h. der Durchsatz, der dem Soll-FMAN entspricht) abzüglich dem berechneten Soll-LP-EGR-Durchsatz kleiner ist als die untere Durchsatzgrenze für die ungekühlte HP-EGR. Wenn dies so ist dann geht das Verfahren zu 104 über (siehe oben). Andernfalls geht das Verfahren zu 138 über. Bei 138 wird bestimmt, ob der gesamte EGR-Durchsatz abzüglich des Soll-LP-EGR-Durchsatzes größer ist als die obere Durchsatzgrenze für die ungekühlte HP-EGR. Wenn dies so ist, dann geht das Verfahren zu 140 über; andernfalls geht das Verfahren zu 142 über. Bei 140 wird der ungekühlte HP-EGR-Durchsatz auf seine obere Durchsatzgrenze gesetzt und bei 144 wird der LP-EGR-Durchsatz auf ein Niveau gesetzt, das in Kombination mit dem ungekühlten HP-EGR-Durchsatz bei seiner oberen Durchsatzgrenze darin resultiert, dass das Verdünnungsniveau des Ansaugkrümmers zu Soll-FMAN konvergiert. Bei 142 wird der LP-EGR-Durchsatz auf sein Sollniveau gesetzt und bei 146 wird der ungekühlte HP-EGR-Durchsatz auf ein Niveau gesetzt, das in Kombination mit dem LP-EGR-Durchsatz bei seinem Sollniveau darin resultiert, dass das Verdünnungsniveau des Ansaugkrümmers zu Soll-FMAN konvergiert. Von 102, 144 oder 146 kehrt das Verfahren zurück.
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8 veranschaulicht ein weiteres beispielhaftes Verfahren 148 für das Laden des Ansaugkrümmers eines Motorsystems bei einer Ausführungsform. Verfahren 148 kann in einem Motorsystem wie oben beschrieben im Kontext von Verfahren 134 veranlasst werden.
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Dementsprechend beginnt Verfahren 148 in der gleichen Weise wie Verfahren 134. Bei Verfahren 148 geht jedoch das Verfahren zu 118 über, wo die HP-EGR-Kühlung aktiviert ist, wenn bei 94 bestimmt ist, dass LP-EGR und ungekühlte HP-EGR bei ihren entsprechenden oberen Durchsatzgrenzen den Soll-FMAN nicht bereitstellen können. Das Verfahren geht dann zu 150 über, wo bestimmt wird, ob der gesamte EGR-Durchsatz (d. h. der Durchsatz, der dem Soll-FMAN entspricht) abzüglich des Soll-LP-EGR-Durchsatzes kleiner ist als die gekühlte untere HP-EGR-Durchsatzgrenze. Wenn dies so ist, dann geht das Verfahren zu 126 über; andernfalls geht das Verfahren zu 152 über. Bei 126 wird der gekühlte HP-EGR-Durchsatz auf seine Untergrenze gesetzt, und bei 154 wird der gekühlte HP-EGR-Durchsatz auf ein Niveau gesetzt, das in Kombination mit der gekühlten HP-EGR, die auf ihre untere Durchsatzgrenze gesetzt ist, bewirkt, dass das Verdünnungsniveau des Ansaugkrümmers zu Soll-FMAN konvergiert. Bei 152 wird der LP-EGR-Durchsatz auf seinen Sollwert gesetzt und bei 128 wird der LP-EGR-Durchsatz auf ein Niveau gesetzt, das in Kombination mit den vorhergehenden EGR-Raten, die auf die spezifizierten Niveaus gesetzt sind, bewirken, dass das Verdünnungsniveau des Ansaugkrümmers zu Soll-FMAN konvergiert. Von 100, 154 oder 128 kehrt das Verfahren zurück.
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Es ist offensichtlich, dass die beispielhafte Steuerung und die hier offenbarten Einschätzungsroutinen mit verschiedenen Systemkonfigurationen verwendet werden können. Diese Routinen können eine oder mehrere unterschiedliche Verarbeitungsstrategien wie beispielsweise ereignisgesteuert, interruptgesteuert, Multi-Tasking, Multithreading und Ähnliche repräsentieren. Als solches können die offenbarten Prozessschritte (Operationen, Funktionen und/oder Handlungen) Code repräsentieren, der in das computerlesbare Speichermedium in einer Steuerelektronik zu programmieren ist.
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Es ist offensichtlich, dass einige der Prozessschritte, die hier beschrieben und/oder veranschaulicht sind, bei einigen Ausführungsformen ausgelassen werden können, ohne vom Umfang dieser Offenlegung abzuweichen. Ebenfalls mag die angezeigte Sequenz der Prozessschritte nicht immer erforderlich sein, um die beabsichtigten Resultate zu erreichen, sondern sie sind zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine oder mehrere der veranschaulichten Maßnahmen, Funktionen oder Operationen können immer wieder abhängig von der speziellen Strategie ausgeführt werden, die verwendet wird.
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Letztendlich ist es offensichtlich, dass die hier beschriebenen Systeme und Verfahren in der Art beispielhaft sind, und dass diese speziellen Ausführungsformen oder Beispiele nicht als einschränkend aufgefasst werden sollen, da zahlreiche Variationen denkbar sind. Demgemäß umfasst die vorliegende Offenbarung alle neuen und nicht augenfälligen Kombinationen und Subkombinationen der verschiedenen Systeme und Verfahren, die hier offenbart werden, sowie jegliche Entsprechungen davon.
