DE102012203085A1

DE102012203085A1 - Verbesserung der Verbrennungsstabilität durch interne AGR-Steuerung

Info

Publication number: DE102012203085A1
Application number: DE102012203085A
Authority: DE
Inventors: Gopichandra Surnilla; Michael Howard Shelby; Joseph Norman Ulrey; Daniel Joseph Styles; Christopher House; Brad Alan Boyer; James Hilditch
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2011-03-09
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2012-09-13
Also published as: CN102678347B; CN102678347A

Abstract

Ein Verfahren zum Steuern der Verbrennung in einem Zylinder eines turbogeladenen Motors, wobei die Einlassluft stromaufwärts des Zylinders zurückgehalnternen AGR-Rate in dem Zylinder bei sprunghaftem Schließen der Drosselklappe, wenn die Temperatur der Einlassluft über einem Schwellenwert liegt, und das Erhöhen der internen AGR-Rate in dem Zylinder bei sprunghaftem Schließen der Drosselklappe, wenn die Temperatur der Einlassluft unter dem Schwellenwert liegt.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung ist eine Teilfortsetzung der US-Patentanmeldung Nr. 12/753,716, die am 2. April 2010 mit der Bezeichnung INTERNE UND EXTERNE ND-AGR FÜR LEISTUNGSGESTEIGERTE MOTOREN eingereicht wurde und die hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme für alle Zwecke hierin aufgenommen wird.
TECHNISCHES GEBIET
Diese Anmeldung betrifft das Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik und genauer die Lufteinblasung und Abgasrückführung in Kraftfahrzeugmotorsystemen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK UND KURZDARSTELLUNG
Ein leistungsgesteigerter Motor kann eine höhere Verbrennung und höhere Abgastemperaturen als ein selbstansaugender Motor mit ähnlicher Ausgangsleistung aufweisen. Diese höheren Temperaturen können erhöhte Stickoxid(NO_x)-Emissionen aus dem Motor herbeiführen und die Materialalterung, einschließlich der Alterung des Turboladers und des Abgasnachbehandlungskatalysators beschleunigen. Die Abgasrückführung (AGR) ist ein Ansatz zur Bekämpfung dieser Auswirkungen. Die AGR funktioniert durch Verdünnen der Einlassluftladung mit Abgas, wodurch der Sauerstoffgehalt verringert wird. Wenn anstatt normaler Luft verdünnte Luft zur Unterstützung der Verbrennung in dem Motor benutzt wird, resultieren eine geringere Verbrennung und geringere Abgastemperaturen.
Die AGR kann auch den Kraftstoffverbrauch in Benzinmotoren verbessern. Bei mittleren und hohen Lasten wird der Kraftstoffverbrauch aufgrund der Klopfminderung verbessert, sodass eine effizientere Verbrennungsphasenverschiebung, ein verringerter Wärmeverlust für das Motorkühlmittel und niedrigere Abgastemperaturen ermöglicht werden, die wiederum weniger Anreicherungen zum Kühlen der Abgasbestandteile erfordern. Bei niedrigen Lasten stellt die AGR den zusätzlichen Vorteil der Verringerung von Drosselverlusten bereit.
In geeignet konfigurierten Motorsystemen kann die so genannte „interne AGR“ angewandt werden, um mindestens einige der oben erwähnten Vorteile zu erzielen. In diesem Ansatz kann die Verbrennung in einem oder mehreren Zylindern des Motors initiiert werden, wenn Abgas aus einer vorherigen Verbrennung noch immer in den Zylindern vorhanden ist. Die Menge der internen AGR kann mittels einer variablen Zeitsteuerung von Einlass- und/oder Auslassventil gesteuert werden.
Zur Bereitstellung einer höheren Einlassluftverdünnung kann eine „externe AGR“ anstatt oder zusätzlich zu der internen AGR angewandt werden. In diesem Ansatz wird das aus dem Zylinder abgegebene Abgas zurück zum Einlass geführt, wo es sich mit Frischluft vermischt. In leistungsgesteigerten Motorsystemen, die mit einem Kompressor ausgestattet sind, der an eine abgasbetriebene Turbine gekoppelt ist, kann das Abgas durch eine Hochdruck-(HD)-AGR-Schleife oder eine Niederdruck(ND)-AGR-Schleife zurückgeführt werden. In der HD-AGR-Schleife wird das Abgas stromaufwärts der Turbine entnommen und mit Einlassluft stromabwärts des Kompressors gemischt. In der ND-AGR-Schleife wird das Abgas stromabwärts der Turbine entnommen und mit Einlassluft stromaufwärts des Kompressors gemischt.
Die HD- und ND-AGR-Strategien erzielen eine optimale Effizienz in unterschiedlichen Motorlast- und Motordrehzahbereichen. Darüber hinaus hat jede Strategie ihre eigenen Anforderungen im Hinblick auf das Steuersystem. Zum Beispiel ist die HD-AGR bei niedrigen Lasten am effektivsten, wobei das Einlassvakuum ein erhebliches Strömungspotenzial bereitstellt; bei höheren Lasten kann die gewünschte AGR-Strömungsrate aufgrund des verringerten Strömungspotenzials unerreichbar sein. Die HD-AGR hängt stark von dem Turbolader-Überdruckventil und den Drosselbedingungen ab und kann eine komplexe Strömungssteuerungsstrategie erfordern. Ferner kann die HD-AGR eine unzureichende AGR-/Einlassluft-Vermischung aufweisen und aufgrund der kurzen Strecke zwischen dem HD-AGR-Ausgangspunkt und den Einlassrohren des Motors ein hohes Maß an aktiver Kühlung erfordern.
Im Gegensatz zur HD-AGR stellt die ND-AGR bei mittleren bis hohen Motorlasten (Bereiche, in denen die Strömung bei der HD-AGR begrenzt sein kann) eine angemessene Strömung bereit, wird leichter gekühlt und kann unabhängiger von Drossel- und Überdruckventil gesteuert werden. Jedoch kann die ND-AGR auf eine sich verändernde Motorlast, Motordrehzahl oder Einlassluftströmung träge reagieren. Insbesondere bei Benzinmotoren kann eine solche unzufriedenstellende Transientenreaktion zu Verbrennungsinstabilität bei sprunghaftem Schließen der Drosselklappe führen, wenn Frischluft benötigt wird, um die Verbrennung zu erhalten, jedoch stromaufwärts der Drosselklappe AGR-verdünnte Luft vorhanden ist. Darüber hinaus kann bei sprunghaftem Öffnen der Drosselklappe eine erhebliche Verzögerung hinsichtlich der AGR-Verfügbarkeit eintreten, da die AGR-Menge, die sich am Ansaugkrümmer angesammelt hat, möglicherweise nicht ausreichend ist, um die gewünschte Verbrennungs- und/oder Emissionssenkungsleistung bereitzustellen.
Turboaufgeladene Motorsysteme, die mehr als einen AGR-Modus verwenden, wurden beschrieben. Zum Beispiel beschreibt die Patentanmeldung mit Veröffentlichungsnr. 2007/136142 der Weltorganisation für geistiges Eigentum (WIPO) ein System, wobei eine Rate von interner und externer ND-AGR je nach den Motorbetriebsbedingungen eingestellt wird. Jedoch wird in diesem Dokument nicht das volle Spektrum der Steueroptionen ausgeschöpft, die möglich sind, wenn eine schnell reagierende interne AGR mit einer langsamer reagierenden ND-AGR koordiniert wird.
Daher stellt eine Ausführungsform ein Verfahren zum Steuern der Verbrennung in einem Zylinder eines turbogeladenen Motors bereit, wobei die Einlassluft stromaufwärts des Zylinders zurückgehalten wird. Das Verfahren umfasst das Senken einer internen AGR-Rate in dem Zylinder bei sprunghaftem Schließen der Drosselklappe, wenn die Temperatur der Einlassluft über einem Schwellenwert liegt, und das Erhöhen der internen AGR-Rate in dem Zylinder bei sprunghaftem Öffnen der Drosselklappe, wenn die Temperatur der Einlassluft unter dem Schwellenwert liegt. Durch die Anwendung unterschiedlicher Strategien zur Verbesserung der Verbrennungsstabilität während des sprunghaften Schließens der Drosselklappe werden je nach der Einlasslufttemperatur verschiedene Vorteile erreicht. Zu solchen Vorteilen kann die Erweiterung des stationären Betriebsbereichs gehören, über den eine gekühlte ND-AGR angewandt werden kann, wobei gleichzeitig die Verbrennungsstabilität während Transienten geschützt wird.
Die obige Kurzdarstellung wird bereitgestellt, um einen ausgewählten Teil dieser Offenbarung in vereinfachter Form zu präsentieren und nicht, um wichtige oder wesentliche Merkmale zu identifizieren. Der beanspruchte Gegenstand, der durch die Ansprüche definiert ist, ist weder auf den Inhalt dieser Kurzdarstellung noch auf Implementierungen beschränkt, die hierin erwähnte Probleme oder Nachteile betreffen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 und 2 schematisch Aspekte von beispielhaften Motorsystemen gemäß unterschiedlicher Ausführungsformen dieser Offenbarung.
3 ein idealisiertes Schaubild der Motorlast gegenüber der Motordrehzahl für einen beispielhaften turbogeladenen Motor gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung.
4 ein idealisiertes Schaubild einer internen AGR-Rate gegenüber Zeit in einem beispielhaften Szenarium gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung.
5 ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern der Verbrennung in einem Zylinder eines turbogeladenen Motors gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung.
6 ein beispielhaftes Verfahren zur Bewertung der Motorsystem-Betriebsbedingungen gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung.
7 ein anderes beispielhaftes Verfahren zum Steuern der Verbrennung in einem Zylinder eines turbogeladenen Motors gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nachstehend werden Aspekte dieser Offenbarung beispielhaft und mit Bezug auf die oben aufgeführten dargestellten Ausführungsformen beschrieben. Bestandteile, Verfahrensschritte und andere Elemente, die in einer oder mehreren Ausführungsformen im Wesentlichen die gleichen sein können, sind in koordinierter Weise identifiziert und mit minimaler Wiederholung beschrieben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass Elemente, die in koordinierter Weise identifiziert sind, auch bis zu einem gewissen Maße variieren können. Es wird ferner darauf hingewiesen, dass die Zeichnungsfiguren, die in dieser Offenbarung enthalten sind, schematisch und im Allgemeinen nicht maßstabsgetreu sind. Vielmehr können die verschiedenen Zeichnungsmaßstäbe, Seitenverhältnisse und Anzahl von in den Figuren dargestellten Komponenten absichtlich verzerrt sein, um bestimmte Merkmale oder Beziehungen besser sichtbar zu machen.
1 zeigt schematisch Aspekte eines beispielhaften Motorsystems 10 in einer Ausführungsform. In dem Motorsystem 10 wird Frischluft in einen Luftreiniger 12 induziert und strömt zu dem Kompressor 14. Der Kompressor kann ein beliebiger geeigneter Einlassluftkompressor, zum Beispiel ein durch einen Motor angetriebener oder durch eine Antriebswelle angetriebener Laderkompressor sein. In dem Motorsystem 10 ist der Kompressor jedoch ein Turboladerkompressor, der mechanisch an die Turbine 16 gekoppelt ist, wobei die Turbine durch das Expandieren von Motorabgas aus dem Abgaskrümmer 18 angetrieben wird. In einer Ausführungsform können der Kompressor und die Turbine in einem Twin-Scroll-Turbolader gekoppelt sein. In einer anderen Ausführungsform kann der Turbolader ein Turbolader mit variabler Geometrie (VGT) sein, in dem die Turbinengeometrie als eine Funktion der Motordrehzahl aktiv variiert wird.
In dem Motorsystem 10 ist der Kompressor 14 fluidisch mit dem Ansaugkrümmer 20 über den Luftladekühler 22 und die Drosselklappe 24 gekoppelt. Dementsprechend strömt Druckluft von dem Kompressor durch den Luftladekühler und die Drosselklappe zu dem Ansaugkrümmer. Der Luftladekühler kann ein beliebiger geeigneter Wärmetauscher sein, der konfiguriert ist, um die Einlassluftladung für die gewünschte Verbrennungs- und Emissionsminderungsleistung zu kühlen. Wie in 1 dargestellt, ist das Kompressorumgehungsventil 26 zwischen dem Einlass und dem Auslass des Kompressors gekoppelt. Das Kompressorumgehungsventil kann ein normalerweise geschlossenes Ventil sein, das konfiguriert ist, um auf Befehl eines elektronischen Steuersystems (siehe unten) zu öffnen, um überschüssigen Ladedruck unter ausgewählten Betriebsbedingungen abzulassen. Zum Beispiel kann das Kompressorumgehungsventil bei sinkender Motordrehzahl geöffnet werden, um Kompressordruckstöße zu verhindern. Wenn das Kompressorumgehungsventil geöffnet ist, kann unkomprimierte Frischluft zu der Drosselklappe 24 durch das Rückschlagventil 28 strömen. Durch das Rückschlagventil 28 kann Frischluft den Großteil der AGR-verdünnten Luftladung stromaufwärts der Drosselklappe umgehen. Dieses Merkmal kann die Auswirkungen von AGR-verdünnter Restluft in dem Motorsystem während des sprunghaften Schließens der Drosselklappe senken.
In dem Motorsystem 10 sind der Abgaskrümmer 18 und der Ansaugkrümmer 20 mit einer Reihe von Zylindern 30 jeweils durch eine Reihe von Auslassventilen 32 und Einlassventilen 34 gekoppelt. In einer Ausführungsform kann jedes der Auslass- und Einlassventile elektronisch betätigt werden. In einer anderen Ausführungsform kann jedes der Auslass- und Einlassventile nockenbetätigt werden. Ungeachtet dessen, ob diese Ventile mit elektronischer oder Nockenbetätigung vorgesehen sind, kann die Zeitsteuerung der Öffnung und Schließung der Auslass- und Einlassventile je nach Bedarf für eine gewünschte Verbrennungs- und Emissionsminderungsleistung eingestellt werden.
Insbesondere kann die Ventilzeitsteuerung derart eingestellt werden, dass die Verbrennung dann initiiert wird, wenn eine gesteuerte Abgasmenge aus einer vorherigen Verbrennung noch immer in einem oder mehreren Zylindern vorhanden ist. Dieses Abgas kann in einem Zylinder zurückgehalten werden (zum Beispiel während des Auslasstakts aus dem Zylinder nicht ausgestoßen oder nicht vollständig ausgestoßen werden), oder als Alternative während des Einlasstakts durch ein noch immer geöffnetes Auslassventil von dem Abgaskrümmer erneut in den Zylinder aufgenommen werden. Zum Beispiel können, während sich die Schließzeitsteuerung des Auslassventils von dem oberen Totpunkt (TDC) des Auslasstakts wegbewegt, erhöhte Abgasmengen zurückgehalten werden, und zwar in Abhängigkeit von Parametern wie der Motordrehzahl, Motorlast usw. Genauer kann eine frühe Auslassventilschließung (vor dem TDC des Auslasstakts) benutzt werden, um die Ausstoßung von Abgasen zu begrenzen und Abgasreste zu erhöhen, die für den nächsten Verbrennungsvorgang in einem bestimmten Zylinder zurückgehalten werden. In einem anderen Beispiel kann eine späte Auslassventilschließung (zum Beispiel Schließung des Auslassventils während des Einlasstakts eines nachfolgenden Zylinderzyklus) die Abgase erhöhen, die während des Einlasstakts von dem Abgaskrümmer zum Zylinder angesaugt werden, wodurch die Einlassluftverdünnung wieder erhöht wird. Auf diese Weise können Ventileinstellungen den Verdünnungsgrad im unmittelbar folgenden Verbrennungsvorgang in diesem Zylinder beeinflussen.
Die auf diese Weise bewirkte Einlassluftverdünnung kann die Luftladetemperatur in dem Zylinder erhöhen, in dem sie bereitgestellt ist. Dennoch kann die Spitzenverbrennungstemperatur in dem Zylinder, die für NO_x-Steuerung, Abgassystemalterung usw. relevant ist, verringert werden. Demzufolge kann eine eingestellte Ventilzeitsteuerung einen „internen AGR“-Modus ermöglichen, der für die Verdünnung der Einlassluftladung unter ausgewählten Betriebsbedingungen nützlich ist. In einigen Ausführungsformen kann dieser Modus zusätzlich zu einem oder mehreren „externen AGR“-Modi angewandt werden, die nachstehend beschrieben sind.
1 stellt ein elektronisches Steuersystem 36 dar, das ein elektronisches Steuersystem des Fahrzeugs sein kann, in dem das Motorsystem 10 installiert ist. In Ausführungsformen, bei denen mindestens ein Einlass- oder Auslassventil konfiguriert ist, um gemäß einer einstellbaren Zeitsteuerung zu öffnen und zu schließen, kann die einstellbare Zeitsteuerung durch das elektronische Steuersystem gesteuert werden, um eine Abgasmenge, die in einem Zylinder zu einem Zündzeitpunkt vorhanden ist, zu regulieren. Zur Beurteilung der Betriebsbedingungen in Verbindung mit den Steuerfunktionen des Motorsystems kann das elektronische Steuersystem mit mehreren Sensoren betrieblich gekoppelt sein, die in dem gesamten Motorsystem angeordnet sind – Durchflusssensoren, Temperatursensoren, Pedalstellungssensoren, Drucksensoren usw. In 1 sind zum Beispiel ein Krümmerluftdruck(MAP)-Sensor 38 und ein Krümmerlufttemperatur-(MAT)-Sensor 40 dargestellt, die mit dem Einlasskrümmer 20 gekoppelt sind; der Massenluftdurchfluss(MAF)-Sensor 41 ist stromaufwärts der Drosselklappe 24 gekoppelt. Verschiedene andere Sensoren können in dieser und anderen Ausführungsformen ebenfalls bereitgestellt sein.
Die Zylinder 30 können mit einem oder mehreren verschiedener Kraftstoffe versorgt werden: Benzin, Alkohole, Diesel, Biodiesel, komprimiertes Erdgas usw. Der Kraftstoff kann den Zylindern durch Direkteinspritzung, Port-Einspritzung, Drosselklappenstutzen-Einspritzung oder eine beliebige Kombination davon zugeführt werden. In dem Motorsystem 10 wird die Verbrennung durch Funkenzündung initiiert. Dementsprechend weist das Motorsystem eine Reihe Zündkerzen 42 auf, die konfiguriert sind, um zeitlich festgelegte Spannungspulse von dem elektronischen Zündsystem 44 zu erhalten. In anderen Ausführungsformen kann die Verbrennung durch Funkenzündung und/oder Verbrennungszündung in jeder beliebigen Variante initiiert werden.
Wie oben erwähnt, strömt Abgas aus dem Abgaskrümmer 18 zu der Turbine 16, um die Turbine anzutreiben. Wenn ein verringertes Turbinendrehmoment gewünscht wird, kann ein Teil des Abgases stattdessen durch das Überdruckventil 46 geleitet werden, wobei die Turbine umgangen wird. Der kombinierte Strom aus der Turbine und dem Überdruckventil strömt dann durch die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 48 und 50. Die Beschaffenheit, Anzahl und Anordnung der Abgasnachbehandlungsvorrichtungen kann in verschiedenen Ausführungsformen dieser Offenbarung variieren. Im Allgemeinen können die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen mindestens einen Abgasnachbehandlungskatalysator aufweisen, der konfiguriert ist, um den Abgasstrom katalytisch zu behandeln und dadurch eine Menge einer oder mehrerer Stoffe in dem Abgasstrom zu reduzieren. Zum Beispiel kann ein Abgasnachbehandlungskatalysator konfiguriert sein, um NO_x aus dem Abgasstrom einzufangen, wenn der Abgasstrom mager ist, und um das eingefangene NO_x zu reduzieren, wenn der Abgasstrom reich ist. In anderen Beispielen kann ein Abgasnachbehandlungskatalysator konfiguriert sein, ein NO_x-Missverhältnis zu schaffen oder NO_x mithilfe eines Reduktionsmittels zu reduzieren. In wieder anderen Beispielen kann ein Abgasnachbehandlungskatalysator konfiguriert sein, Kohlenwasserstoff- und/oder Kohlenstoffmonoxidreste in dem Abgasstrom zu oxidieren. Verschiedene Abgasnachbehandlungskatalysatoren mit einer beliebigen Funktionalität dieser Art können in „Washcoat“-Trägerbeschichtungen oder anderenorts in den Abgasnachbehandlungsvorrichtungen entweder getrennt oder zusammen angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen können die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen einen regenerierbaren Russfilter aufweisen, der konfiguriert ist, Russpartikel in dem Abgasstrom einzufangen und zu oxidieren.
Mit weiterem Bezug auf 1 kann das gesamte oder ein Teil des behandelten Abgases durch einen Auspufftopf 52 aus den Abgasnachbehandlungsvorrichtungen in die Umgebung abgegeben werden. In dem Motorsystem 10 strömt das behandelte Abgas durch das Abgasrückschlagventil 54 zu dem Auspufftopf. Das Abgasrückschlagventil kann unter normalen Betriebsbedingungen vollständig offen gehalten werden, jedoch bei niedrigen Motorlasten zur Teilschließung veranlasst werden, wie nachstehend weiter beschrieben wird.
Je nach Betriebsbedingungen kann ein Teil des behandelten Abgases durch den AGR-Kühler 56 geteilt werden. Das Abgas kann zum Beispiel durch Öffnen eines AGR-Ventils 58 geteilt werden, das mit dem AGR-Kühler seriell gekoppelt ist. Der AGR-Kühler kann ein beliebiger geeigneter Wärmetauscher sein, der konfiguriert ist, den Abgasstrom auf Temperaturen zu kühlen, die zum Mischen in die Einlassluftladung geeignet sind. Auf diese Weise kann das Abgas über eine gekühlte Leitung, die stromabwärts der Turbine und stromaufwärts des Kompressors gekoppelt ist, an den Ansaugkrümmer geliefert werden. Von dem AGR-Kühler 56 strömt das gekühlte Abgas zu dem AGR-Ventil 58; von dem AGR-Ventil strömt es durch den AGR-Durchflusssensor 60 zu dem Kompressor 14. Die Drehung des Kompressors stellt neben dem relativ langen ND-AGR-Strömungsweg in dem Motorsystem 10 eine ausgezeichnete Homogenisierung des Abgases zur Einlassluftladung bereit. Ferner stellt die Anordnung von AGR-Ausgangs- und Mischpunkten eine überaus effektive Kühlung des Abgases bereit; wie in 1 dargestellt, durchquert das zurückgeführte Abgas die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 48 und 50, den AGR-Kühler 56 sowie einen Luftladekühler 22.
In einigen Ausführungsformen können die Drosselklappe 24, das Kompressorumgehungsventil 26, das Überdruckventil 46, das Abgasrückschlagventil 54 und/oder das AGR-Ventil 58 elektronisch gesteuerte Ventile sein, die konfiguriert sind, auf Befehl des elektronischen Steuersystems 36 zu schließen und zu öffnen. Ferner können ein oder mehrere dieser Ventile stufenlos verstellbar sein. Das elektronische Steuersystem kann mit jedem der elektronisch gesteuerten Systeme betrieblich gekoppelt und konfiguriert sein, ihre Öffnung, Schließung und/oder Einstellung je nach Bedarf zur Durchführung beliebiger der hierin beschriebenen Steuerfunktionen zu befehlen. Zur Überwachung des externen AGR-Stroms und Aktivierung einer zusätzlichen Steuerung basierend auf dem externen AGR-Strom weist das Motorsystem 10 einen AGR-Durchflusssensor 60 auf. Der AGR-Durchflusssensor kann mit dem elektronischen Steuersystem betrieblich gekoppelt und konfiguriert sein, um eine auf den externen AGR-Strom reagierende Ausgabe bereitzustellen. In einer Ausführungsform kann das elektronische Steuersystem konfiguriert sein, das AGR-Ventil bei einer ersten, niedrigeren Rate und die variable Ventilzeitsteuerung (siehe oben) bei einer zweiten, höheren Rate einzustellen, um eine gewünschte Abgasrückführungsrate zum Zylinder vor der Zündung bereitzustellen. Die erste und die zweite Rate können folglich aufgrund der natürlicherweise niedrigeren Reaktionsbandbreite für Veränderungen der ND-AGR-Strömungsrate in Bezug auf die interne AGR-Rate unterschiedlich sein. Die niedrigere Reaktionsbandbreite beruht auf der vergleichsweise großen Abgasmenge, die unter typischen Betriebsbedingungen zwischen dem ND-AGR-Ausgangspunkt und dem ND-AGR-Einspritzpunkt verweilt.
In einer Ausführungsform kann das AGR-Ventil 58 kein stufenlos verstellbares Ventil sondern ein einfacheres Absperrventil mit zwei Zuständen sein. Genauer kann das AGR-Ventil zwei Zustände ermöglichen – einen offeneren Zustand und einen weniger offenen Zustand. Der weniger offene Zustand des AGR-Ventils kann im Wesentlichen geschlossen sein, jedoch so konfiguriert sein, dass ein geringer AGR-Strom unter starker Druckbeaufschlagung durchgelassen wird. Der offenere Zustand des AGR-Ventils kann so konfiguriert sein, dass eine relativ geringe Strömungsbeschränkung bereitgestellt wird, sodass der externe AGR-Strom auf natürliche Weise auf das sich ändernde Strömungspotenzial aus dem AGR-Ausgangspunkt zu dem AGR-Mischpunkt reagiert. Zwecks einer einfacheren Beschreibung wird der offenere Zustand nachstehend als „offen“ und der weniger offene Zustand nachstehend als „geschlossen“ bezeichnet; diese Ausdrücke sind in dem oben definierten nicht einschränkenden Kontext verständlich.
Durch eine angemessene Steuerung des AGR-Ventils 58 und Einstellung der Auslass- und/oder Einlassventilzeitsteuerung kann das elektronische Steuersystem 36 ermöglichen, dass das Motorsystem 10 unter variierenden Betriebsbedingungen Einlassluft an die Zylinder 30 liefert. Dazu gehören Bedingungen, unter denen keine AGR in der Einlassluft erfolgt oder eine AGR intern für jeden Zylinder (zum Beispiel durch eine eingestellte Ventilzeitsteuerung) bereitgestellt wird, Bedingungen, unter denen die AGR von einem ND-Ausgangspunkt stromabwärts der Turbine 16 gesaugt und einem ND-Mischpunkt stromaufwärts des Kompressors 14 zugeführt wird, und Bedingungen, unter denen diese beiden Strategien gleichzeitig angewandt werden.
Wenn also das AGR-Ventil 58 offen ist, strömt die AGR unter Bedingungen mittlerer und hoher Motorlast als Reaktion auf den Druckgradienten zwischen Ausgangs- und Mischpunkt. Wenn sich die Motorlast erhöht und die interne AGR einer Phasenverschiebung unterzogen wird, nimmt der Druckgradient zwischen diesen Punkten zu, wodurch der externe AGR-Strom auf natürliche Weise angetrieben wird. Wenn die Motorlast sinkt, sinkt auch der Druckgradient, sodass der externe AGR-Strom natürlich reduziert wird, während die interne AGR einer Phasenverschiebung unterzogen wird. Bei sehr niedrigen Motorlasten nahezu im Leerlaufbereich kann das AGR-Ventil geschlossen werden, um den externen AGR-Strom zu senken. Das AGR-Ventil kann auch während eines Spitzenleistungsbetriebs geschlossen sein. Allerdings kann durch Bereitstellen eines kleinen Durchlasses in dem Ventil ein kleiner externer AGR-Strom bei Spitzenleistung bereitgestellt werden, der durch den großen Druckgradienten in dem Ventil angetrieben wird. Ein solcher externer AGR-Strom kann die Anreicherung vorteilhaft senken und die Spitzenleistungsanforderungen aufrechterhalten. Folglich kann also der externe AGR-Strom sogar durch ein einfaches Absperrventil in einer Weise gesteuert werden, welche die Motorlast auf natürliche Weise in niedrige bis hohe Lastbereiche verfolgt. Diese einfache Konfiguration beseitigt ferner einen Großteil der Steuerungskomplexität, die zur Betätigung eines voll proportionalen AGR-Ventils erforderlich ist. Auf diese Weise kann die Einlassluft, die in dem Ansaugkrümmer 20 stromaufwärts der Zylinder 30 zurückgehalten wird, bei stationärem Betrieb über ein breites Spektrum an Motordrehzahlen und -lasten auf einen angemessenen Pegel verdünnt werden.
Ferner kann das Abgasrückschlagventil 54 teilweise geschlossen sein, um ein angemessenes Strömungspotenzial in der externen AGR-Schleife beizubehalten. Wenn das Abgasrückschlagventil teilweise geschlossen ist, baut sich an dem ND-AGR-Ausgangspunkt ein Abgasdruck auf, wodurch das externe AGR-Strömungspotenzial erhöht wird. Die Teilschließung des Abgasrückschlagventils kann auch die interne AGR-Rate erhöhen, indem der Abgasdruck in dem Abgaskrümmer 18 erhöht wird.
2 zeigt schematisch Aspekte eines beispielhaften Motorsystems 62 einer Ausführungsform. Das Motorsystem 62 weist kein Abgasrückschlagventil 54, aber eine Reinluft-Drosselklappe 64 auf, die stromabwärts des Luftreinigers 12 gekoppelt ist. Die Reinluft-Drosselklappe kann ein elektronisch gesteuertes Ventil sein, das an das elektronische Steuersystem 36 gekoppelt ist. Das Reinluft-Drosselventil kann unter normalen Betriebsbedingungen vollständig offen gehalten, jedoch bei niedrigen Motorlasten teilweise geschlossen werden, um ein angemessenes Strömungspotenzial in der externen AGR-Schleife aufrechtzuerhalten. Wenn die Reinluft-Drosselklappe teilweise geschlossen ist, baut sich ein Teilvakuum stromabwärts der Reinluft-Drosselklappe auf, wodurch das externe AGR-Strömungspotenzial erhöht wird. In anderen Ausführungsformen, die mit dieser Offenbarung vollkommen im Einklang stehen, kann das Motorsystem sowohl ein Abgasrückschlagventil als auch eine Reinluft-Drosselklappe aufweisen. In wieder anderen Ausführungsformen kann das Motorsystem keines von beiden aufweisen.
3 zeigt ein idealisiertes Schaubild der Motorlast gegenüber der Motordrehzahl für einen beispielhaften turbogeladenen Benzinmotor gemäß einer Ausführungsform. Das Schaubild ist je nach Art der AGR-Versorgung zum Motor in drei Bereiche eingeteilt, einen Niederlastbereich, in dem interne AGR, jedoch keine externe AGR geliefert wird, einen Mittellastbereich, in dem eine gesteuerte Mischung von interner und externer AGR geliefert wird, und einen Hochlastbereich, in dem externe ND-AGR, jedoch keine interne AGR geliefert wird. Nachstehend werden beispielhaft Steuermerkmale für eine vorherrschende AGR-Versorgung gemäß einem solchen Schaubild beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die hier beschriebenen Steuermerkmale gleichermaßen mit anderen Motorschaubildern kompatibel sind, einschließlich solcher, in denen die externe AGR eine gewisse Menge von HD-AGR beinhaltet, zum Beispiel Abgas, das von einem HD-Ausgangspunkt stromaufwärts einer Turbine gesaugt und an einen HD-Einspritzpunkt stromabwärts eines Kompressors geliefert wird. In solchen Ausführungsformen kann der Mittellastbereich, der in 3 dargestellt ist, einen Bereich niedriger Drehzahlen und einen Bereich hoher Drehzahlen aufweisen. In dem Bereich niedriger Drehzahlen kann eine gesteuerte Mischung von interner und externer HD-AGR bereitgestellt werden. In dem Bereich hoher Drehzahlen kann eine externe HD-AGR, jedoch keine interne AGR bereitgestellt werden. In wieder anderen Ausführungsformen kann der Bereich hoher Drehzahlen, in dem eine externe LD-AGR, jedoch keine interne AGR bereitgestellt ist, in dem Schaubild unberücksichtigt bleiben.
4 stellt grafisch eine Strategie zur Verbesserung der Verbrennungsstabilität in einem Motorsystem dar. In diesem Schaubild ist der auf der vertikalen Achse angegebene Wert der Anteil der Luftladegesamtverdünnung, die durch interne AGR bereitgestellt wird, zum Beispiel die interne AGR-Rate dividiert durch interne plus externe AGR-Rate. Das Schaubild weist folgende Elemente auf: eine durchgezogene Linie, die einen Transienten bei sprunghaftem Schließen der Drosselklappe darstellt, die bei relativ hohen Einlasslufttemperaturen eintritt; eine gestrichelte Linie, die einen Transienten bei sprunghaftem Schließen der Drosselklappe darstellt, die bei relativ niedrigen Einlasslufttemperaturen eintritt; und eine gepunktete Linie, die einen Transienten bei sprunghaftem Öffnen der Drosselklappe darstellt.
Der Transient bei sprunghaftem Öffnen der Drosselklappe, der in 4 dargestellt ist, unterbricht einen Zeitraum einer relativ niedrigen stationären Motordrehzahl und -last. Entsprechend ist der Anteil der Luftladeverdünnung, die von der internen AGR insgesamt abgegeben wird, relativ hoch vor dem Transienten, und kehrt auf einen relativ hohen Pegel nach dem Transienten zurück. Dies stimmt mit der Linie aus 3 überein, wobei der vorherrschende AGR-Modus, der bei geringen Dreh- und Lastzahlen verwendet wird, die interne AGR ist. Während der Transientenschwankung bei sprunghaftem Öffnen der Drosselklappe, wenn der ND-AGR-Strömungsweg geöffnet wird, erhöht sich der interne AGR-Anteil weiter, um die Abgabeverzögerung in dem ND-AGR-Strömungsweg auszugleichen. So wird die erforderliche Verdünnungsmittelmenge zur NO_x-Kontrolle in hohen Last- und Drehzahlbereichen zur Verfügung gestellt.
Beide der Transienten bei sprunghaftem Schließen der Drosselklappe, wie in 4 dargestellt, unterbrechen die Perioden relativ hoher stationärer Motordreh- und Lastzahlen. Entsprechend ist der Anteil der Luftladegesamtverdünnung, die von der internen AGR insgesamt abgegeben wird, relativ gering vor den Transienten, und kehrt auf einen relativ geringen Pegel nach den Transienten zurück. Dies stimmt mit der Linie aus 3 überein, wobei eine bedeutende Menge der externen ND-AGR bei höheren Motordreh- und -lastzahlen verwendet wird.
Weiter wird in 4 gezeigt, dass die Reaktion des Motorsystems auf Transienten bei sprunghaftem Schließen der Drosselklappe abhängig ist von der Luftladetemperatur. Bei einer relativ hohen Luftladetemperatur (z.B. über einem Schwellenwert) wird der interne AGR-Anteil während des Transienten weiter gesenkt. Diese Aktion hilft dabei, die Verzögerung in dem sich verbrauchenden Lösungsmittel aus dem Einlass nach Schließen des AGR-Ventils auszugleichen, wodurch ein jäher Absturz des Sauerstoffgehalts in der Luftladung verhindert wird, der Ursache einer Verbrennungsinstabilität sein könnte.
Die Erfinder haben hier beobachtet, dass jedoch unter bestimmten Bedingungen die Verbrennungsstabilität bei sprunghaftem Schließen der Drosselklappe geschützt werden kann, ohne dass eine Unterdrückung des Verdünnungsmittelpegels in der Luftladung erforderlich ist. Im Gegenteil kann eine Erhöhung in der Verdünnung die Verbrennungsstabilität bei sprunghaftem Schließen der Drosselklappe verbessern, wenn diese mit einer Erhöhung der Luftladetemperatur einhergeht, die von einer Transientenerhöhung in der internen AGR-Rate bewirkt wurde. Entsprechend, mit erneuter Bezugnahme auf 4 kann bei relativ geringer Luftladetemperatur (z.B. unter einem Schwellenwert) der interne AGR-Anteil während des Transienten erhöht werden. Diese Aktion kann die Luftladetemperatur schnell erhöhen, wodurch die Verbrennungsstabilität verbessert wird.
Im Hinblick auf diese divergenten Reaktionen auf die Transienten bei sprunghaftem Schließen der Drosselklappe und je nach Einlasslufttemperatur, können die internen AGR-Anteile, die vor und nach den Transienten verwendet werden (z.B. stationär), auch von der Einlasslufttemperatur abhängig sein, wie in 4 dargestellt. Insbesondere kann ein höherer interner AGR-Anteil bei relativ hohen Luftladetemperaturen verwendet werden, und ein geringerer interner AGR-Anteil bei relativ geringen Luftladetemperaturen verwendet werden. Eine solche Temperaturabhängigkeit bietet mindestens zwei Vorteile. Erstens maximiert sie den Entscheidungsbereich der internen AGR-Rate über den Luftlade-Verdünnungsmittelpegel bei hohen Temperaturbedingungen, wenn diese Entscheidung nützlich ist zur Verstärkung der Verbrennungsstabilität bei sprunghaftem Schließen der Drosselklappe. Zweitens maximiert es den Entscheidungsbereich der internen AGR-Rate über die Luftladetemperatur bei geringen Temperaturbedingungen, wenn diese Entscheidung nützlich ist zur Verstärkung der Verbrennungsstabilität bei sprunghaftem Schließen der Drosselklappe. Drittens ermöglicht sie, dass der interne AGR-Anteil auf einem attraktiv geringen Pegel gehalten werden kann, solange die Krümmerlufttemperatur niedrig bleibt. Als Ergebnis kann der Pegel der gekühlten ND-AGR auf einem höheren Wert gehalten werden, und damit die NO_x-Reduzierung und Vorteile der Brennstoffwirksamkeit von gekühlter ND-AGR über einen größeren Anteil der Lastdrehzahlkennlinie erweitern.
Zur leichteren Darstellung zeigen die Verläufe aus 4 einfache Transienten bei sprunghaftem Öffnen und Schließen der Drosselklappen, bei denen der Motor nach jedem Transienten zu den gleichen Last- und Drehzahlwerten zurückkehrt wie vor dem Transienten. Entsprechend ist der interne AGR-Anteil vor und nach jedem Transienten als gleich angegeben. Dennoch sollen die dargestellten Szenarien in keiner Weise einschränkend sein. Im Allgemeinen kann ein Transient bei sprunghaftem Öffnen oder Schließen der Drosselklappe den Motor von einer stationären Last- und Drehzahl in eine andere übergehen lassen. Da der stationäre interne AGR-Anteil von Dreh- und Lastdrehzahl abhängig sein kann, kann ein solcher Transient die Nettoveränderung in dem stationären internen AGR-Anteil bewirken. Mit anderen Worten kann jeder Verlauf, nach dem Transient, an einem anderen Pegel oder mit einer anderen Steigung als vor dem Transienten angelangen.
Die oben beschriebenen Konfigurationen ermöglichen verschiedene Verfahren zum Steuern der Verbrennung in einem Zylinder eines leistungsgesteigerten Motors. Entsprechend werden einige solcher Verfahren im Folgenden, als Beispiele, beschrieben, mit jeweiliger Bezugnahme auf die oben genannten Konfigurationen. Man wird jedoch verstehen, dass die hier beschriebenen Verfahren, und andere vollständig in dem Umfang dieser Offenbarung enthaltenen auch von anderen Konfigurationen bereitgestellt werden können. Natürlich kann jede Ausführung eines Verfahrens die Eingangsbedingungen für eine folgende Ausführung verändern und dadurch eine komplexe Entscheidungslogik nach sich ziehen. Diese Logik ist in dieser Offenbarung vollständig berücksichtigt. Des Weiteren können einige der hier beschriebenen und/oder dargestellten Verfahrensschritte in einigen Ausführungsformen ausgelassen werden, ohne den Umfang dieser Offenbarung dadurch zu verlassen. Auf die gleiche Weise ist die angegebene Reihenfolge der Verfahrensschritte nicht immer erforderlich, um die bezweckten Ergebnisse zu erreichen, diese wird jedoch aus Gründen der Verdeutlichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine oder mehr der dargestellten Aktionen, Funktionen oder Betriebsabläufe können wiederholt durchgeführt werden, je nach der besonderen Strategie, die verwendet wird.
Die hier vorliegenden Verfahren umfassen verschiedene Mess- und/oder Sensorereignisse, die über einen oder mehrere Sensoren durchgeführt werden, die in dem Motorsystem angeordnet sind. Die Verfahren umfassen auch verschiedene Rechen-, Vergleichs- und Entscheidungsereignisse, die im elektronischen Steuersystem 36 veranlasst werden, das operativ mit den Sensoren gekoppelt ist. Die Verfahren umfassen ferner verschiedene Gerätebetätigungsereignisse, welche das elektronische Steuersystem selektiv anweisen kann, je nach den Entscheidungsereignissen. Diese Verfahren können eine oder mehrere verschiedene Verarbeitungsstrategien zur Folge haben, wie zum Beispiel ereignisgesteuerte, unterbrechungsgesteuerte, Multitasking, Multithreading, und dergleichen. Als solche können die offenbarten Verfahrensschritte (Betriebsabläufe, Funktionen und/oder Aktionen) einem Code entsprechen, der in das computerlesbare Speichermedium in dem elektronischen Steuersystem programmiert werden muss.
5 stellt ein beispielhaftes Verfahren 66 zum Steuern der Verbrennung in einem Zylinder eines leistungsgesteigerten Motors dar. Das Verfahren beginnt bei 68, wo die verschiedenen Betriebsbedingungen des Motorsystems bewertet werden. 6 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 68A zur Bewertung dieser Betriebsbedingungen. Bei 70 aus Verfahren 68A wird die Motordrehzahl gemessen und bei 72 die Motorlast. Die Motordrehzahl und -last können direkt gemessen werden, unter Verwendung von Sensoren, die auf Kurbelwellengeschwindigkeit bzw. Drehmoment reagieren, oder indirekt über Ersatzsensordaten. Zum Beispiel kann ein an den Ansaugkrümmer 20 gekoppelter Massenluftdurchflusssensor eine auf die Motordrehzahl empfängliche Ausgabe bereitstellen, während der Krümmer-Luftdrucksensor 38 eine für die Motorlast empfängliche Ausgabe bereitstellen kann. In einigen Ausführungsformen kann die Messung der Motordrehzahl und -last während des Motorbetriebs mit einer solchen Frequenz wiederholt werden, dass die Änderungsrate dieser Parameter in dem elektronischen Steuersystem 36 berechnet werden kann. Entsprechend kann das sprunghafte Schließen der Drosselklappe von dem elektronischen Steuersystem als eine Bedingung zur abrupten Verringerung der Motordrehzahl oder -last erkannt werden. Demgegenüber kann das sprunghafte Öffnen der Drosselklappe als eine Bedingung zur abrupten Erhöhung der Motordrehzahl oder -last erkannt werden.
Bei 74 kann die relative Verdünnungsmittelmenge in der Einlassluft, die an die Zylinder des Motors abgegeben wird, berechnet werden. Das elektronische Steuersystem 36 kann die relative Menge basierend auf einem zeitaufgelösten, akkumulierten Verlauf von relevanten Betriebsbedingungen des Motorsystems berechnen. Solche Bedingungen können den Massenluftdurchfluss-Ansaugkrümmer 20, den Krümmerluftdruck, den Zustand des AGR-Ventils 58, die Ausgabe eines Sauerstoff- oder Luft-/Kraftstoffsensors, der im Auslass angeordnet ist, usw. umfassen.
Bei 76 wird eine Einlasslufttemperatur in das Motorsystem gemessen. Die verschiedenen Ausführungsformen dieser Offenbarung können in Bezug auf die jeweils gemessene Einlasslufttemperatur zu diesem Zeitpunkt unterschiedlich sein. In einer Ausführungsform kann die gemessene Einlasslufttemperatur eine Krümmerlufttemperatur von MAT-Sensor 40 sein. In anderen Ausführungsformen kann die Einlasslufttemperatur eine Motorkühlmitteltemperatur oder eine Umgebungslufttemperatur sein. In noch anderen Ausführungsformen kann die Einlasslufttemperatur an einer gewünschten Stelle bewertet werden – z.B. dem Ansaugkrümmer – basierend auf einer an einer anderen Stelle gemessenen Temperatur – z.B. Luftreiniger 12 – im Hinblick auf verschiedene Betriebsbedingungen des Motorsystems. Bei 78 wird der Atmosphärendruck gemessen und bei 80 wird die relative Luftfeuchtigkeit gemessen, entweder direkt oder indirekt, über einen oder mehrere Sensoren, die an dem elektronischen Steuersystem 36 gekoppelt sind. Von 80 kehrt das Verfahren zurück.
Mit erneutem Bezug auf 5 geht Verfahren 66 von 68 zu 82, wo bestimmt wird, ob sich die Drosselklappe des Motors sprunghaft schließt. Dieses sprunghafte Schließen kann durch eine abrupte Verringerung der gemessenen Motordrehzahl oder -last signalisiert werden. Wenn sich die Drosselklappe des Motors sprunghaft schließt, geht das Verfahren zu 84. Bei 84 wird die Verdünnungsrate der Einlassluft gesenkt. In den verschiedenen hier berücksichtigten Ausführungsformen kann das Senken oder Erhöhen der Verdünnungsrate der Einlassluft die Betätigung des AGR-Ventils 58, des Abgasrückschlagventils 54 und/oder der Reinluft-Drosselklappe 64 umfassen. Auf diese Weise kann die Abgasströmungsrate des ND-Ausgangspunktes in dem Abgassystem durch das AGR-Kühlmittel 56 und zum ND-Mischpunkt stromaufwärts des Kompressors 14 aktiv gesteuert werden. Bei 88 wird bestimmt, ob die Einlasslufttemperatur über einem vorbestimmten Schwellenwert liegt. Wenn die Einlasslufttemperatur über dem Schwellenwert liegt, geht das Verfahren zu 90, wo die interne AGR-Rate gesenkt wird. In einer Ausführungsform kann die interne AGR-Rate schnell gesenkt werden, um eine entsprechend schnelle Verringerung des Luftladeverdünnungsmittelpegels nachzuverfolgen, was für die Verbrennungsstabilität erforderlich ist. In einer Ausführungsform kann das Senken der internen AGR-Rate bei 90, und das Erhöhen der internen AGR-Rate anderswo in dem Verfahren die Änderung einer variablen Nockenwellenverstellung umfassen, die auf ein oder mehrere eines Einlassventils und eines Auslassventils des Zylinders angewandt wird.
Bei 92 wird die interne AGR-Rate auf einen angemessenen stationären Wert einer Motordrehzahl und -last nach dem Transienten wiederhergestellt. Insbesondere kann die interne AGR-Rate auf eine Weise wiederhergestellt werden, bei der die sinkende Verdünnung der Einlassluft aufgrund der Reduktion in der Verdünnungsrate der Einlassluft – z.B. Schließen des AGR-Ventils 58 – verfolgt und ausgeglichen wird. Auf diese Weise kann die Netto-Verdünnungsrate der Luftladung in dem Zylinder zuverlässig die Zielverdünnung verfolgen, während der Motor in den stationären Zustand zurückkehrt. Nach 92 kehrt Verfahren 66 zurück.
Zurück bei 88, wenn die Einlasslufttemperatur nicht über dem Schwellenwert liegt, geht das Verfahren zu 94. Bei 94 wird bestimmt, ob die Einlasslufttemperatur unter einem anderen vorbestimmten Schwellenwert liegt, welcher der gleiche oder ein anderer als der oben genannte Schwellenwert sein kann. Wenn die Einlasslufttemperatur unter diesem Schwellenwert liegt, geht das Verfahren zu 96, wo die interne AGR-Rate erhöht wird. In einer Ausführungsform kann die interne AGR-Rate schnell erhöht werden, um eine entsprechende schnelle Reduzierung des Krümmerluftdrucks zu verfolgen, der die Verbrennungsstabilität bei gewöhnlichen Luftladetemperaturen bedroht. Aufgrund der Erhöhung der Luftladetemperatur, die von der erhöhten internen AGR bewirkt wird, kann die Verbrennungsstabilität durch den Transienten bei sprunghaftem Schließen der Drosselklappe beibehalten werden, trotz des reduzierten Krümmerluftdrucks und trotz des höheren als optimalen Verdünnungsmittelpegels der Luftladung. Wenn die Einlasslufttemperatur nicht unter diesem Schwellenwert liegt, kehrt das Verfahren zurück.
Zurück bei 82, wenn bestimmt wurde, dass sich die Drosselklappe des Motors nicht sprunghaft schließt, geht das Verfahren zu 98. Bei 98 wird bestimmt, ob sich die Drosselklappe des Motors sprunghaft öffnet. Das sprunghafte Öffnen der Drosselklappe kann durch eine abrupte Erhöhung der gemessenen Motordrehzahl oder -last signalisiert werden. Wenn sich die Drosselklappe des Motors sprunghaft öffnet, geht das Verfahren zu 100, wo die Verdünnungsrate der Einlassluft erhöht wird, wie zum Beispiel durch Öffnen oder durch weiteres Öffnen des AGR-Ventils 58. Bei 102 wird die AGR-Rate wie oben beschrieben erhöht. Von 102 kehrt das Verfahren zu 92 zurück, wo die interne AGR-Rate auf den stationären Wert wiederhergestellt wird, sodass die zunehmende Verdünnung der Einlassluft, die durch die Erhöhung der Einlassluft-Verdünnungsrate bewirkt wird, nachverfolgt und ausgeglichen wird. Auf diese Weise kann die Netto-Verdünnungsrate der Luftladung in dem Zylinder zuverlässig die Zielverdünnung verfolgen, während der Motor in den stationären Zustand zurückkehrt. Nach 92 kehrt das Verfahren 66 zurück.
Zurück bei 98, wenn bestimmt wird, dass sich die Drosselklappe des Motors nicht sprunghaft öffnet, geht das Verfahren zu 104. Bei 104 wird die interne AGR-Rate auf einem stationären Wert gehalten. Die stationäre interne AGR-Rate kann je nach unterschiedlichen Betriebsbedingungen des Motorsystems unterschiedlich sein. Entsprechend kann die stationäre interne AGR-Rate einen größeren Anteil der Gesamtrate der gesamten Verdünnungsmittelabgabe an den Zylinder abgeben, wenn der Motor in einem niedrigeren Last- und Drehzahlbereich arbeitet, und einen geringeren Anteil der Gesamtrate der gesamten Verdünnungsmittelabgabe an den Zylinder abgeben, wenn der Motor in einem höheren Last- und Drehzahlbereich arbeitet, wie in 4 dargestellt.
In einer Ausführungsform kann die stationäre interne AGR-Rate auf einem höheren Pegel gehalten werden, wenn die Temperatur der Einlassluft über dem Schwellenwert liegt, und auf einem geringeren Pegel, wenn die Temperatur der Einlassluft unter dem Schwellenwert liegt, wie in 5 dargestellt. Dieser Ansatz hält den Entscheidungsbereich der internen AGR-Rate gegenüber der Luftladetemperatur und dem Verdünnungspegel während eines Transienten bei sprunghaftem Schließen der Drosselklappe. Nach 104 kehrt Verfahren 66 zurück.
7 stellt ein weiteres beispielhaftes Verfahren 106 zum Steuern der Verbrennung in einem Zylinder eines leistungsgesteigerten Motors dar. In diesem Verfahren werden relative Mengen des Verdünnungsmittels in der Einlassluft (d.h. Verdünnungsmittel oder Verdünnungspegel) mit einer Reihe von Schwellenwerten verglichen, und zwar mit einem ersten, dritten und fünften Verdünnungsmittelpegel-Schwellenwert. Des Weiteren wird die Einlasslufttemperatur mit einem zweiten und einem fünften Temperaturschwellenwert verglichen. Man wird jedoch verstehen, dass diese Schwellenwerte keine festen Schwellenwerte sein müssen, sondern dass sie selbst Funktionen verschiedener Betriebsparameter des Motorsystems sein können, wie weiter unten beschrieben.
Das Verfahren beginnt bei 68, wo die verschiedenen Betriebsbedingungen des Motorsystems bewertet werden. Von 68 geht das Verfahren zu 108, wo bestimmt wird, ob der Verdünnungsmittelpegel in der Einlassluft über einem dritten Schwellenwert liegt. Zu diesem Zweck kann der Verdünnungsmittelpegel wie oben in Zusammenhang mit 68A beschrieben bestimmt werden. In einer Ausführungsform kann der dritte Schwellenwert einem maximal zulässigen Verdünnungsmittelpegel der Luftladeverdünnung entsprechen. Entsprechend kann der dritte Schwellenwert bei sinkender Motordrehzahl oder -last sinken. In einer weiteren Ausführungsform kann der dritte Schwellenwert bei sich erhöhender relativer Luftfeuchtigkeit sinken. In einer weiteren Ausführungsform kann sich der dritte Schwellenwert bei sich erhöhendem Atmosphärendruck erhöhen. Wenn der Verdünnungsmittelpegel über dem dritten Schwellenwert liegt, geht das Verfahren zu 84, wo die Verdünnungsrate der Einlassluft reduziert wird. Das Verfahren geht dann zu 109, wo bestimmt wird, ob die Einlasslufttemperatur unter einem vierten Schwellenwert liegt. Der vierte Schwellenwert kann eine Temperatur sein, die unter dem Verdünnungsmittelpegel liegt, bei der die Verbrennungsstabilität zuverlässig durch Erhöhen der Luftladetemperatur verbessert werden kann, sogar bei einer erhöhten Luftladeverdünnung. Wenn die Einlasslufttemperatur unter dem vierten Schwellenwert liegt, geht das Verfahren zu 96, wo die interne AGR-Rate erhöht wird, und das Verfahren kehrt zurück.
Zurück zu 108, wenn bestimmt wird, dass der Verdünnungsmittelpegel nicht über dem dritten Schwellenwert liegt, geht das Verfahren zu 110, wo bestimmt wird, ob der Verdünnungsmittelpegel über einem ersten Schwellenwert liegt. In einer Ausführungsform kann der erste Schwellenwert im Wesentlichen der Gleiche wie der dritte Schwellenwert sein. In einer anderen Ausführungsform kann der erste Schwellenwert unterschiedlich sein, kann aber wie der dritte Schwellenwert für sich ändernde Motorsystembedingungen empfänglich sein. Zum Beispiel kann der dritte Schwellenwert bei sinkender Motordrehzahl oder -last sinken, mit sich erhöhender relativer Luftfeuchtigkeit sinken und mit sich erhöhendem Atmosphärendruck erhöhen, usw.
Wenn der Verdünnungsmittelpegel über dem ersten Schwellenwert liegt, geht das Verfahren zu 84, wo die Verdünnungsrate der Einlassluft reduziert wird. Das Verfahren geht dann zu 112, wo bestimmt wird, ob die Einlasslufttemperatur über einem zweiten Schwellenwert liegt. Der zweite Schwellenwert kann eine Temperatur sein, über der eine weitere Erhöhung der Luftladetemperatur keine Verbesserung der Verbrennungsstabilität bewirken kann, wenn sie mit einer Erhöhung der Luftladeverdünnung einhergeht. Über diesem Schwellenwert kann die Verbrennungsstabilität zuverlässig durch Senken der Luftladeverdünnung verbessert werden. Entsprechend geht das Verfahren, wenn die Einlasslufttemperatur über dem zweiten Schwellenwert liegt, zu 90, wo die interne AGR-Rate gesenkt wird. Das Verfahren geht dann zu 92, wo die interne AGR-Rate auf den stationären Wert wiederhergestellt wird, und das Verfahren kehrt zurück.
Zurück zu 110, wenn bestimmt wird, dass der Verdünnungsmittelpegel nicht über dem ersten Schwellenwert liegt, geht das Verfahren zu 114, wo bestimmt wird, ob der Verdünnungsmittelpegel unter einem fünften Schwellenwert liegt. In einer Ausführungsform kann der fünfte Schwellenwert einem minimal zulässigen Pegel der Luftladeverdünnung entsprechen. Entsprechend kann sich der fünfte Schwellenwert bei sich erhöhender Motordrehzahl oder -last erhöhen. Wenn der Verdünnungsmittelpegel unter dem fünften Schwellenwert liegt, geht das Verfahren zu 100, wo die Verdünnungsrate der Einlassluft erhöht wird. Das Verfahren geht dann zu 102, wo die interne AGR-Rate erhöht wird. Von 102 kehrt das Verfahren zu 92 zurück, wo die interne AGR-Rate auf den stationären Wert wiederhergestellt wird, und das Verfahren kehrt zurück.
Zurück zu 114, wenn bestimmt wird, dass der Verdünnungsmittelpegel nicht unter dem fünften Schwellenwert liegt, geht das Verfahren zu 104, wo die interne AGR-Rate auf einem stationären Wert gehalten wird, und das Verfahren kehrt zurück.
Schließlich wird man verstehen, dass die hier beschriebenen Artikel, Systeme und Verfahren Ausführungsformen dieser Offenbarung sind – nicht einschränkende Beispiele, für die unzählige Variationen und Erweiterungen ebenfalls berücksichtigt sind. Entsprechend umfasst diese Offenbarung alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der hier offenbarten Artikel, Systeme und Verfahren, sowie ebenfalls sämtliche Äquivalente davon.

Claims

Verfahren zum Steuern der Verbrennung in einem Zylinder eines leistungsgesteigerten Motors, wobei die Einlassluft stromaufwärts des Zylinders zurückgehalten wird, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Senken einer internen AGR-Rate in dem Zylinder bei sprunghaftem Schließen der Drosselklappe, wenn die Temperatur der Einlassluft über einem Schwellenwert liegt; und Erhöhen der internen AGR-Rate in dem Zylinder bei sprunghaftem Schließen der Drosselklappe, wenn die Temperatur der Einlassluft unter dem Schwellenwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Senken einer Verdünnungsrate der Einlassluft, die stromaufwärts des Zylinders bei sprunghaftem Schließen der Drosselklappe zurückgehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend die Beibehaltung einer stationären internen AGR-Rate in dem Zylinder vor dem sprunghaften Schließen der Drosselklappe.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend: nach Senken der internen AGR-Rate in dem Zylinder bei sprunghaftem Schließen der Drosselklappe das Wiederherstellen der internen AGR-Rate auf die stationäre Rate entsprechend einer sich verringernden Verdünnung der Einlassluft, die durch die Reduzierung der Verdünnungsrate der Einlassluft bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die stationäre interne AGR-Rate bei einem höheren Pegel gehalten wird, wenn die Temperatur der Einlassluft über dem Schwellenwert liegt und bei einem geringeren Pegel, wenn die Temperatur der Einlassluft unter dem Schwellenwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die stationäre interne AGR-Rate einen größeren Anteil der Gesamtrate der Verdünnungsmittelabgabe an den Zylinder liefert, wenn der Motor in einem ersten Last- und Drehzahlbereich arbeitet, und einen geringeren Anteil der Gesamtrate der Verdünnungsmittelabgabe an den Zylinder liefert, wenn der Motor in einem zweiten Last- und Drehzahlbereich mit einer größeren Last oder Drehzahl als im ersten arbeitet.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Erhöhen der internen AGR-Rate in dem Zylinder und das Erhöhen einer Verdünnungsrate der Einlassluft, die stromaufwärts des Zylinders bei sprunghaftem Öffnen der Drosselklappe zurückgehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Senken und das Erhöhen der internen AGR-Rate die Änderung einer variablen Nockenwellenverstellung umfasst, die auf ein oder mehrere Einlassventile und ein Auslassventil des Zylinders angewandt wird.
Verfahren zum Steuern der Verbrennung in einem Zylinder eines leistungsgesteigerten Motors, wobei die Einlassluft stromaufwärts des Zylinders zurückgehalten wird, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Senken einer internen AGR-Rate in dem Zylinder, wenn eine relative Menge des Verdünnungsmittels in der Einlassluft über einem ersten Schwellenwert liegt und die Temperatur der Einlassluft über einem zweiten Schwellenwert liegt; und Erhöhen der internen AGR-Rate in dem Zylinder, wenn die relative Menge des Verdünnungsmittels über einem dritten Schwellenwert liegt und die Temperatur der Einlassluft unter einem vierten Schwellenwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend das Kühlen des Verdünnungsmittels, das stromaufwärts des Zylinders zurückgehalten wird, indem das Verdünnungsmittel durch einen Wärmetauscher geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Verdünnungsmittel ein Abgas des leistungsgesteigerten Motors umfasst, das stromabwärts einer Abgasturbine angesaugt wird und mit der Einlassluft stromaufwärts eines Kompressors gemischt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Temperatur der Einlassluft eine Ansaugkrümmer-Lufttemperatur ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Temperatur der Einlassluft basierend auf einer oder mehreren einer Umgebungslufttemperatur und einer Motorkühlmittel-Temperatur ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der erste und der dritte Schwellenwert mit sinkender Last- oder Drehzahl des Motors sinken.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei sich der erste und der dritte Schwellenwert mit sich erhöhender relativer Luftfeuchtigkeit erhöhen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei sich der erste und der dritte Schwellenwert mit sich erhöhendem Atmosphärendruck erhöhen.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend das Erhöhen der internen AGR-Rate in dem Zylinder, wenn die relative Menge des Verdünnungsmittels unter einem fünften Schwellenwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei sich der fünfte Schwellenwert bei sinkender Last- oder Drehzahl des Motors erhöht.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Senken und das Erhöhen der internen AGR-Rate die Änderung einer variablen Nockenwellenverstellung umfasst, die auf ein oder beide Einlassventile und ein Auslassventil des Zylinders angewandt wird.
Verfahren zum Steuern der Verbrennung in einem Zylinder eines leistungsgesteigerten Motors, wobei die Einlassluft stromaufwärts des Zylinders zurückgehalten wird, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erkennen eines sprunghaften Schließens der Drosselklappe des leistungsgesteigerten Motors; Messen einer Temperatur der Einlassluft; Senken einer internen AGR-Rate in dem Zylinder bei erkanntem sprunghaften Schließen der Drosselklappe, wenn eine relative Menge des Verdünnungsmittels in der Einlassluft über einem ersten Schwellenwert liegt und die gemessene Temperatur der Einlassluft über einem zweiten Schwellenwert liegt; und Erhöhen der internen AGR-Rate in dem Zylinder bei erkanntem sprunghaften Schließen der Drosselklappe, wenn die relative Menge des Verdünnungsmittels über einem dritten Schwellenwert liegt und die gemessene Temperatur der Einlassluft unter einem vierten Schwellenwert liegt.