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Gebiet
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Die vorliegende Anmeldung betrifft das Steuern von Systemen zur Abgasrückführung bei einem Turbomotorsystem.
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Hintergrund und Kurzdarstellung
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Motorsysteme können einen oder mehrere Turbolader ausnützen, um umgebende Ansaugluft, welche in den Motor eintritt, zu komprimieren, um eine höhere Leistung bereitzustellen. Turboladermotorsysteme können auch mit einem oder mehreren Hochdruck- und/oder Niederdruck-Abgasrückführungs-(AGR-)Systemen konfiguriert werden, welche mindestens einen Teil des Abgases zum Motoreinlass rückführen. In einem Motorsystem bei Verwendung von zwei Turboladern im Parallelbetrieb können eigene AGR-Systeme mit jedem Turbolader verbunden werden. Die Verwendung eigener AGR-Systeme erfordert eine Stellfläche und Einbauraum, welcher groß genug ist, um Komponenten für die beiden AGR-Systeme unterzubringen.
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Im Hinblick auf ein typisches Niederdruck-AGR-System in einem Turboladermotor kann ein mögliches Problem entstehen, wenn bestimmte Umgebungsbedingungen existieren, wie z.B. niedrige Temperatur der Umgebungsluft und/oder hohe Luftfeuchtigkeit. Unter diesen Bedingungen kann sich Wasserdampfkondensation auf Innenflächen von Motorkomponenten, wie zum Beispiel der Ladeluft- und AGR-Luftkühler ausbilden, wenn diese Oberflächen kühler als die Sättigungstemperatur (Taupunkt) des Abgases und/oder des Abgas/Ladeluft-Gemisches sind. Unter bestimmten Betriebsbedingungen, wie etwa starke Beschleunigungen, kann das Kondensat örtlich verdrängt werden, zum Beispiel vom AGR-Luftkühler, und ihren Weg in einen Turboladerverdichter finden, wobei sie möglicherweise Kompressorkomponenten beschädigt. Das Kondensat kann auch in die Brennräume des Motors weiterwandern, wo sie Leistungsprobleme verursacht, wie Drehmoment- und Drehzahlverluste, Fehlzündungen und unvollständige Treibstoffverbrennung.
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Ein Niederdruck-AGR-System erhöht auch die Ansauglufttemperatur, die vom Kompressor erfahren wird. Bei unzureichender Kontrolle kann die Verdichteraustrittstemperatur auf ein Niveau steigen, welches Kompressorkomponenten schwächen kann. Ein Niederdruck-AGR-System kann auch zu einem Pumpstoßzustand im Kompressor beitragen, in welchem ein instabiler und ineffizienter Luftstromzustand die Verdichterleistung verringern und möglicherweise Schäden bei Kompressorkomponenten bewirken kann.
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Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben die oben genannten Anliegen erkannt sowie verschiedene Lösungen gefunden, um sie zu überwinden.
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In einem Beispiel können die oben genannten Probleme zumindest teilweise durch ein Verfahren zum Betreiben eines Motors mit einem ersten Turbolader mit einem ersten Kompressor und einem zweiten Turbolader mit einem zweiten Kompressor gelöst werden. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Erhöhen einer AGR-Differenz zwischen dem ersten Kompressor und dem zweiten Kompressor unter einem Kondensationszustand und das Verringern der AGR-Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Kompressor unter einem Pumpstoßzustand. Dabei wird als AGR-Differenz eine(n) Menge/Anteil des AGR-Abgases, welches zu einem Kompressor geliefert wird, im Vergleich zu einer(m) Menge/Anteil AGR-Abgas, welches zu einem anderen Kompressor geliefert wird bezeichnet.
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Wenn zum Beispiel ein Kondensationszustand vorhanden ist, z.B. wenn die Ansauglufttemperatur unterhalb eines Ansaugtemperaturschwellenwerts liegt, kann die AGR-Differenz zwischen dem ersten Kompressor und dem zweiten Kompressor durch Verringern des Abgasstroms zum zweiten Kompressors und dementsprechendes Erhöhen des Abgasstroms zum ersten Kompressor erhöht werden. Auf diese Weise wird die Menge des erwärmten Abgases, welches mit der Ansaugluft vermischt wird, erhöht, wodurch sich die Ansauglufttemperatur am Kompressoreinlass erhöht und sich die Wahrscheinlichkeit einer Kondensatansammlung verringert.
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Wenn ein Pumpstoßzustand vorhanden ist, z.B. wenn ein geschätzter Ladedruck einen Druckschwellenwert übersteigt und ein geschätzter Luftstrom stromabwärts vom ersten Kompressor unter einem Luftstromschwellenwert liegt, kann die AGR-Differenz zwischen dem ersten Kompressor und dem zweiten Kompressor durch Erhöhen des Abgasstroms zum zweiten Kompressor und dementsprechendes Verringern des Abgasstroms zum ersten Kompressor verringert werden. Auf diese Weise wird die Menge des Abgases in Kombination mit der Ansaugluft verringert, wodurch die Luftströmung in den ersten Kompressoreinlass verringert wird und die Wahrscheinlichkeit eines Kompressorschadens durch einen Pumpstoßzustand abnimmt.
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In einem anderen Beispiel kann, wenn eine geschätzte Kompressoraustrittstemperatur einen Austrittstemperaturschwellenwert, welcher für eine mögliche Beschädigung an Kompressorbauteilen steht, übersteigt, die AGR-Differenz zwischen dem ersten Kompressor und dem zweiten Kompressors durch Erhöhen des Abgasstroms zum zweiten Kompressor und dementsprechendes Verringern des Abgasstroms zum ersten Kompressor verringert werden. Auf diese Weise wird die Menge des erwärmten Abgases in Kombination mit der Ansaugluft verringert, wodurch die Ansauglufttemperatur im ersten Kompressoreinlass gesenkt und dementsprechend die Kompressoraustrittstemperatur verringert wird, was die Wahrscheinlichkeit der Kompressorschädigung aufgrund von hohen Temperaturen vermindert.
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Es versteht sich von selbst, dass die obige Kurzfassung vorgesehen ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die in der folgenden ausführlichen Beschreibung beschrieben sind. Es sollen keine Schlüssel- oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands gekennzeichnet werden, dessen Umfang ausschließlich durch die Ansprüche, welche der ausführlichen Beschreibung folgen, definiert wird. Darüber hinaus wird der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen begrenzt, welche beliebige Nachteile lösen, welche oben oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung erwähnt sind.
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Kurze Beschreibungen der Zeichnungen
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Motorsystems und eines beigefügten AGR-Systems.
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2 zeigt ein Überblicksflussdiagramm zum Einstellen des Motor-AGR-Flusses auf der Grundlage von Kondensation, Ansauglufttemperatur und/oder Pumpstoßbedingungen.
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3 ist eine Fortsetzung des Überblicksflussdiagramms aus 2.
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Ausführliche Beschreibung
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Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Betreiben eines Motors mit einem ersten Turbolader mit einem ersten Kompressor und einem zweiten Turbolader mit einem zweiten Kompressor (1). Basierend auf Motorbetriebsbedingungen, können ein gewünschter AGR-Anteil und eine AGR-Differenz bestimmt werden (2). Ferner basierend auf einer Bestimmung, ob ein angemessener Pumpstoßgrenzabstand besteht, ob eine Ansauglufttemperatur geringer als ein Ansaugluftschwellenwert ist und ob eine Kompressoraustrittstemperatur einen Austrittstemperaturschwellenwert überschreitet, kann eine AGR-Differenz eingestellt werden (2–3).
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Turboladermotorsystems 100, welches eine Mehrzylinder-Verbrennungskraftmaschine 10 und zwei parallele Turbolader 120 und 130 umfasst. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann das Motorsystem 100 als Teil eines Antriebssystems für einen Personenkraftwagen vorgesehen sein. Das Motorsystem 100 kann Ansaugluft über den Einlasskanal 140 erhalten. Der Einlasskanal 140 kann einen Luftfilter 156 und eine AGR-Drosselklappe 230 umfassen. Das Motorsystem 100 kann ein Split-Motorsystem sein, bei dem der Einlasskanal 140 stromabwärts einer AGR-Drosselklappe 230 in einen ersten und zweiten parallelen Einlasskanal verzweigt wird, von denen jeder einen Turbolader-Kompressor umfasst. Insbesondere wird wenigstens ein Teil der Ansaugluft zum Kompressor 122 des Turboladers 120 über einen ersten parallelen Einlasskanal 142 geleitet und mindestens ein anderer Teil der Ansaugluft zum Kompressor 132 des Turboladers 130 über einen zweiten parallelen Einlasskanal 144 des Einlasskanals 140 gelenkt.
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Der erste Teil der gesamten Ansaugluft, welcher durch Kompressor 122 verdichtet wird, kann dem Ansaugkrümmer 160 über den ersten parallelen verzweigten Einlasskanal 146 zugeführt werden. Auf diese Weise bilden die Einlasskanäle 142 und 146 einen ersten parallelen Zweig des Motorsluftansaugsystems. In einigen Beispielen kann der erste parallele verzweigte Einlasskanal 146 auch einen Luftmassenmesser (MAF) 152 zum Abschätzen eines Luftstroms stromabwärts des Kompressors 122 und/oder einen Kompressoraustrittstemperatursensor 162 zum Abschätzen einer Kompressoraustrittstemperatur umfassen, von denen jeder mit einer Steuereinheit 12 in Verbindung steht, welche einen Teil eines Steuerungssystems 19 bildet. In ähnlicher Weise kann ein zweiter Teil der gesamten Ansaugluft über den Kompressor 132 komprimiert werden, wo sie dem Ansaugkrümmer 160 über den zweiten parallelen verzweigten Einlasskanal 148 zugeführt werden kann. So bilden die Einlasskanäle 144 und 148 einen zweiten parallelen Zweig des Motorluftansaugsystems aus. Wie in 1 gezeigt, kann die Ansaugluft aus Einlasskanälen 146 und 148 über einen gemeinsamen Einlasskanal 149 vor Erreichen des Ansaugkrümmers 160 kombiniert werden, wo die Ansaugluft in den Motor bereitgestellt werden kann.
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Eine erste AGR-Drosselklappe 230 kann im Motoreinlass stromaufwärts der ersten und zweiten parallelen Einlasskanäle 142 und 144 positioniert sein, während eine zweite Lufteinlassdrosselklappe 158 im Motoreinlass stromabwärts der ersten und zweiten parallelen Einlasskanäle 142 und 144 und stromabwärts der ersten und zweiten parallelen verzweigten Einlasskanäle 146 und 148, beispielsweise im gemeinsamen Einlasskanal 149 positioniert sein kann.
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In einigen Beispielen kann der Ansaugkrümmer 160 einen Ansaugladedrucksensor 182 zum Abschätzen eines Ladedrucks (MAP) und zum Datenaustausch mit der Steuereinheit 12 umfassen. Das MAP-Signal vom Ladedrucksensor 182 kann verwendet werden, um eine Unterdruck- oder Druckanzeige für den Ansaugkrümmer bereitzustellen. In anderen Beispielen kann der MAP auf der Basis anderer Betriebsparameter, wie beispielsweise angesaugter Luftmassenstrom (MAF) und Motordrehzahl (RPM), geschätzt werden. Der Ansaugkrümmer 160 kann auch einen Ansaugkrümmertemperatursensor 183 zum Abschätzen einer Krümmerlufttemperatur (MAT) und Übermitteln zur Steuereinheit 12 umfassen. Der Einlasskanal 149 kann einen Luftkühler 154 und/oder eine Drossel (wie die zweite Drosselklappe 158) umfassen. Die Stellung der Drosselklappe 158 kann durch das Steuerungssystem 19 über ein Drosselstellglied 81, welches mit der Steuereinheit 12 gekoppelt ist, eingestellt werden.
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Der Motor 10 kann eine Mehrzahl von Zylindern 14 umfassen. In dem dargestellten Beispiel umfasst der Motor 10 sechs Zylinder, welche in V-Konfiguration angeordnet sind. Insbesondere sind die sechs Zylinder in zwei Bänken 13 und 15 angeordnet, wobei jede Bank drei Zylinder umfasst. In alternativen Beispielen kann der Motor 10 zwei oder mehr Zylinder wie 4, 5, 8, 10 oder auch mehr Zylinder umfassen. Diese verschiedenen Zylinder können gleichmäßig verteilt und in abwechselnden Konfigurationen als V-Motor, Reihenmotor, Boxermotor, usw. angeordnet sein. Jeder Zylinder 14 kann mit einer Kraftstoffeinspritzung 166 konfiguriert sein. Im dargestellten Beispiel ist die Kraftstoffeinspritzung 166 eine Einspritzung direkt in den Zylinder. In anderen Beispielen kann die Kraftstoffeinspritzung 166 jedoch als eine am Einlass sitzende Kraftstoffeinspritzung gestaltet sein.
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Die Ansaugluft, welche jedem Zylinder 14 (hierin im Folgenden auch als Brennkammer 14 bezeichnet) über den gemeinsamen Einlasskanal 149 zugeführt wird, kann für die Kraftstoffverbrennung verwendet werden und die Verbrennungsprodukte können dann über motorbankspezifische parallele Abgaskanäle ausgestoßen werden. Im dargestellten Beispiel kann eine erste Bank 13 von Zylindern des Motors 10 Verbrennungsprodukte über einen ersten parallelen Abgaskanal 17 ausstoßen und eine zweite Bank 15 von Zylindern kann Verbrennungsprodukte über einen zweiten parallelen Abgaskanal 18 ausstoßen. Jeder der ersten und zweiten parallelen Abgaskanäle 17 und 18 kann die Verbrennungsprodukte in der Form von Abgas zu einer Turboladerturbine liefern. Insbesondere kann Abgas, welches über den Abgaskanal 17 ausgestoßen wird, durch die Abgasturbine 124 des Turboladers 120 geleitet werden, die wiederum mechanische Arbeit bereitstellen kann, um den Kompressor 122 über die Welle 126 anzutreiben, um für eine Verdichtung der Ansaugluft zu sorgen. Alternativ können einige oder alle Abgase, welche durch den Abgaskanal 17 strömen, die Turbine 124 über den Turbinenumgehungskanal 123 umgehen, gesteuert durch ein Wastegate 128. In ähnlicher Weise kann Abgas, welches über den Abgaskanal 18 ausgestoßen wird, durch die Abgasturbine 134 des Turboladers 130 geleitet werden, die wiederum mechanische Arbeit bereitstellen kann, um den Kompressor 132 über die Welle 136 anzutreiben, um die Verdichtung der Ansaugluft bereitzustellen, welche durch den zweiten Zweig des Motoransaugsystems strömt. Alternativ kann einiges oder das gesamte Abgas, welches durch den Auslasskanal 18 strömt, die Turbine 134 durch diesen Turbinenumgehungskanal 133 umgehen, gesteuert durch ein Wastegate 138.
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Die Abgastemperatur kann durch einen oder mehrere Temperatursensoren (nicht gezeigt), welche in den Abgaskanälen 17 und/oder 18 angeordnet sind, abgeschätzt werden. Alternativ kann die Abgastemperatur auf der Grundlage einer oder mehrerer Motorbetriebsbedingungen, wie Drehzahl, Last, Luft-Kraftstoff-Verhältnis (AFR), Zündverzögerung, usw. abgeleitet werden. Es versteht sich von selbst, dass die Abgastemperatur auch durch eine beliebige Kombination von Temperaturabschätzungsverfahren, welche hierin aufgelistet sind, abgeschätzt werden kann.
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In einigen Beispielen können die Abgasturbinen 124 und 134 als Turbinen mit variabler Geometrie konfiguriert sein, wobei die Steuereinheit 12 die Position der Turbinenlaufradschaufeln (oder Leitbleche) einstellen kann, um die Menge an Energie, die vom Abgasstrom erzielt wird und ihrem jeweiligen Kompressor zugeführt wird, zu variieren. Alternativ können die Abgasturbinen 124 und 134 als Turbinen mit variabler Düse ausgebildet sein, wobei die Steuereinheit 12 die Position der Turbinendüse einstellen kann, um die Menge an Energie, die vom Abgasstrom erzielt wird und ihren jeweiligen Kompressoren zugeführt wird, zu variieren. Zum Beispiel kann das Steuersystem 18 konfiguriert sein, unabhängig voneinander die Flügel- oder Düsenposition der Abgasturbinen 124 und 134 über jeweilige Stellglieder 81 zu variieren.
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Abgase im ersten parallelen Abgaskanal 17 können in die Atmosphäre über einen verzweigten parallelen Abgaskanal 170 abgeleitet werden, während die Abgase im zweiten parallelen Abgaskanal 18 in die Atmosphäre über den verzweigten parallelen Abgaskanal 180 geleitet werden können. Die Abgaskanäle 170 und 180 können auch eine oder mehrere Abgasnachbehandlungsvorrichtungen, wie beispielsweise einen Katalysator, und einen oder mehrere Abgassensoren (nicht gezeigt) umfassen.
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Der Motor 10 kann ferner einen oder mehrere Abgasrückführungs(AGR)-Kanäle oder Schleifen, zum Rückführen mindestens eines Teils des Abgases aus einem oder mehreren Abgaskanälen zu einem oder mehreren Einlasskanälen umfassen. Diese AGR-Schleifen können Hochdruck-AGR-Schleifen für die Bereitstellung von Hochdruck-AGR (HP-AGR) und Niederdruck-AGR-Schleifen für die Bereitstellung von Niederdruck-AGR (LP-AGR) umfassen. In einem Beispiel kann HP-AGR in Abwesenheit von Verstärkung durch die Turbolader 120, 130 bereitgestellt werden. In anderen Beispielen, und wie weiter unten detaillierter beschrieben, kann LP-AGR bei Vorhandensein von Ladedruck der Turbolader bereitgestellt werden. In noch anderen Beispielen kann sowohl HP-AGR als auch LP-AGR gleichzeitig bereitgestellt werden.
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In dem dargestellten Beispiel kann der Motor 10 eine erste Hochdruck-AGR-Schleife 208 zur Rückführung zumindest eines Teils des Abgases aus dem ersten parallelen Abgaskanal 17 stromaufwärts der Turbine 124 zum ersten verzweigten parallelen Einlasskanal 146 stromabwärts von Kompressor 122 umfassen. Der AGR-Fluss durch die HP-AGR-Schleife 208 kann über ein HP-AGR Ventil 210 gesteuert werden. In ähnlicher Weise kann der Motor 10 auch eine zweite Hochdruck-AGR-Schleife 218 zur Rückführung wenigstens eines Teils des Abgases aus dem zweiten parallelen Abgaskanal 18 stromaufwärts der Turbine 134 zum zweiten verzweigten parallelen Einlasskanal 148 stromabwärts des Kompressors 132 umfassen. Der AGR-Fluss durch die HP-AGR-Schleife 218 kann über ein HP-AGR Ventil 220 gesteuert werden.
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Im dargestellten Beispiel kann der Motor 10 des Weiteren eine einzige LP-AGR-Schleife 202 umfassen, welche dem ersten Turbolader 120 beigefügt und strömungstechnisch den ersten Abzweigabgaskanal 170 stromabwärts der Turbine 124 mit dem ersten parallelen Einlasskanal 142 stromaufwärts des Kompressors 122 verbindet. Auf diese Weise leitet die LP-AGR-Schleife 202 wenigstens ein wenig Abgas aus dem ersten verzweigten parallelen Abgaskanal 170 zum Kompressor 122 um. Die LP-AGR-Schleife 202 kann ein LP-AGR-Ventil 204 zum Steuern eines AGR-Flusses (d.h. einer Menge von rückgeführtem Abgas) durch die Schleife und einen AGR-Kühler 206 zum Absenken einer Temperatur des Abgases, welches durch die AGR-Schleife 202 vor der Rückführung in den Motoreinlasskanal 142 strömt, umfassen. In dem dargestellten Beispiel ist ersichtlich, dass der Motor 10 nur eine AGR-Schleife 202 umfasst, welche dem ersten Turbolader 120 zugeordnet ist, und keine zweite AGR-Schleife, welche dem zweiten Turbolader 130 zugeordnet wäre. Auf diese Weise können der zusätzliche Einbauraum, das Gewicht und die Kosten für die Komponenten einer zweiten AGR-Schleife vermieden werden.
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Im dargestellten Beispiel umfasst der Motor 10 auch eine AGR-Umschalt-Schleife 212, welche fluidtechnisch die LP-AGR-Schleife 202 stromabwärts vom AGR-Kühler 206 mit dem zweiten parallelen Einlasskanal 144 stromaufwärts des Kompressors 132 des zweiten Turboladers 130 verbindet. Ein Umschalt-Ventil 214 verbindet die AGR-Umschalt-Schleife 212 fluidtechnisch mit der LP-AGR-Schleife 202 und kann durch die Steuereinheit 12 gesteuert werden. Wie detaillierter unten erläutert, kann das Umschalt-Ventil 214 und der zugehörige AGR Abgasstrom durch die AGR Umschalt-Schleife 212 gesteuert werden, um die Mengen und/oder Anteile des AGR-Abgases, welches zu den Kompressoren 122 und 132 geliefert wird, zu variieren. Mit anderen Worten können das Umschalt-Ventil 214 und der zugehörige AGR Abgasstrom durch die AGR-Umschalt-Schleife 212 gesteuert werden, um eine(n) Menge/Anteil des AGR-Abgases, welches zum Kompressor 122 geliefert wird, im Vergleich zu einer(m) Menge/Anteil AGR-Abgas, welches zum Kompressor 132 geliefert wird, zu erhöhen oder zu verringern, wobei solch ein(e) Vergleichsmenge/anteil hierin im Folgenden als AGR-Differenz bezeichnet wird.
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Im dargestellten Beispiel umfasst der Motor 10 auch einen Staudruck-Ausgleichskanal 172, welcher fluidtechnisch die AGR-Schleife 202 mit dem abgezweigten parallelen Abgaskanal 180 verbindet. Der Staudruck-Ausgleichskanal 172 kann ein erstes Rückschlagventil 174, welches fluidtechnisch den Kanal mit der AGR-Schleife 202 verbindet, und ein zweites Rückschlagventil 176 aufweisen, welches den Kanal mit dem abgezweigten parallelen Abgaskanal 180 verbindet, wobei beide Ventile 174, 176 durch die Steuereinheit 12 gesteuert werden. Der Staudruck-Ausgleichskanal 172 kann bewirken, dass Unterschiede im Staudruck zwischen dem verzweigten parallelen Abgaskanal und der zugeordneten Turbine 134 und der AGR-Schleife 202 und der zugeordneten Turbine 124 ausgeglichen werden.
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Der Feuchtigkeitssensor 232, der Drucksensor 234 und der Temperatursensor 235 können in einem oder in beiden der parallelen Einlasskanäle (hierin dargestellt im ersten parallelen Ansaugluftkanal 142, aber nicht im zweiten parallelen Einlasskanal 144) stromabwärts der AGR Drosselklappe 230 vorhanden sein. Der Feuchtigkeitssensor 232 kann konfiguriert sein, eine relative Feuchtigkeit der Ansaugluft durch Erfassen einer Wasserdampfkonzentration in der Luft, welche in den Einlasskanal 140 eintritt, zu schätzen. Der Drucksensor 234 kann konfiguriert sein, einen Druck der Ansaugluft stromaufwärts vom Kompressor 122 zu schätzen. Der Temperatursensor 235 kann konfiguriert sein, die Temperatur der Luft, welche in den Ansaugluftkanal 142 eintritt, zu schätzen.
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Das Motorsystem 100 kann zumindest teilweise durch ein Steuersystem 19, welches die Steuereinheit 12 umfasst, und durch Eingabe von einem Fahrzeuglenker über eine Eingabevorrichtung (nicht gezeigt) gesteuert werden. Das Steuersystem 19 wird beim Empfangen von Informationen von einer Vielzahl von Sensoren 16, von denen verschiedene Beispiele hierin beschrieben sind, und beim Senden von Steuersignalen an eine Vielzahl von Stellgliedern 81, von denen verschiedene Beispiele ebenfalls hierin beschrieben sind, gezeigt. Als ein Beispiel können die Sensoren 16 den Feuchtigkeitssensor 232, den Ansaugluftdrucksensor 234, den Ansauglufttemperatursensor 235, den MAF-Sensor 152, den Kompressoraustrittstemperatursensor 162, den MAP-Sensor 182 und den MAT-Sensor 183 umfassen. In einigen Beispielen kann der gemeinsame Einlasskanal 149 einen Drossel-Einlassdruck(TIP)-Sensor zum Abschätzen eines Drossel-Einlassdrucks (TIP) und/oder einen Drossel-Eintrittstemperatursensor zum Abschätzen einer Drossel-Lufttemperatur (TCT) umfassen. In anderen Beispielen können eine oder mehrere der AGR-Schleifen Druck-, Temperatur- und/oder Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren zur Bestimmung von AGR-Strömungseigenschaften umfassen. Als ein weiteres Beispiel können die Stellglieder 81 Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 166, HP-AGR-Ventile 210 und 220, ein LP-AGR-Ventil 204, Drosselventile 158 und 230, Staudruck-Ausgleichs-Ventile 174 und 176 und Wastegates 128 und 138 umfassen. Andere Stellglieder, wie eine Vielzahl von zusätzlichen Ventilen und Drosseln, können mit verschiedenen Stellen im Motorsystem 100 verbunden werden.
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Die Steuereinheit 12 kann einen Prozessor, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) und einen Nur-Lese-Speicher (ROM) (nicht gezeigt) umfassen. In einem Beispiel kann der ROM-Speicher mit computerlesbaren Daten programmiert werden, die Anweisungen darstellen, welche durch den Prozessor zum Durchführen der hierin beschriebenen Verfahren ausführbar sind. Die Steuereinheit 12 kann Eingabedaten von einem oder mehreren Sensoren 16 erhalten, die eingehenden Daten verarbeiten und eines oder mehrere Stellglieder 81 in Reaktion auf die verarbeiteten Eingangsdaten auf Grundlage der Anweisungen oder des Codes, welcher darin entsprechend einer oder mehrerer Routinen programmiert wurde, auslösen. Die Steuereinheit 12 kann auch verschiedene Signale von anderen Sensoren, welche mit dem Motor 10 gekoppelt sind, zusätzlich zu den zuvor besprochenen Signalen empfangen, darunter zum Beispiel die Messung der Motorkühlmitteltemperatur, ein Signal zur profilgesteuerten Zündungsauslösung (PIP) und die Drosselklappenstellung (TP) von einem Drosselklappenpositionssensor. Ein Motordrehzahlsignal, RPM, kann auch durch die Steuereinheit 12 aus einem PIP-Signal, beispielsweise, erzeugt werden. Des Weiteren können die Kurbelwellenstellung sowie die Kurbelwellenbeschleunigung und die Kurbelwellenschwingungen auf der Grundlage des PIP-Signals identifiziert werden.
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2 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 300 zum Erhöhen und/oder Verringern einer AGR-Differenz zwischen einem ersten Kompressor, welcher einem ersten Turbolader zugeordnet ist, und einem zweiten Kompressor, welcher einem zweiten Turbolader zugeordnet ist. Bei 302 umfasst das Verfahren das Schätzen und/oder Messen der Motorbetriebsbedingungen einschließlich, zum Beispiel, Drehmomentbedarf, Zündfunkenzeitpunkt, Luft-Kraftstoff-Verhältnis, Motordrehzahl, Katalysatortemperatur, Kraftstofftyp, usw. Bei 304 können ein gewünschter AGR-Anteil und eine gewünschte AGR-Differenz basierend auf den geschätzten / gemessenen Motorbetriebsbedingungen bestimmt werden. Dies kann das Bestimmen einer Menge, eines Durchflusses und/oder einer Temperatur des Abgases, welches zu einem Motor-Ansaughub zurückgeführt werden soll (beispielsweise aus einem oder mehreren parallelen Abgaskanälen zu den jeweiligen parallelen Einlasskanälen in einem geteilten Motorsystem), umfassen. Dies kann des Weiteren das Bestimmen einer Menge an Abgas umfassen, welches über eine Umschalt-Schleife von einer AGR-Schleife, die einem ersten Turbolader zugeordnet ist, zu einem Kompressor, der einem zweiten Turbolader zugeordnet ist und nicht mit einer eigenen AGR-Schleife verbunden ist, geliefert werden soll. Darüber hinaus kann dies des Weiteren das Bestimmen umfassen, ob die gewünschte Menge an AGR als LP-AGR-Fluss, HP-AGR-Fluss oder als eine Kombination davon bereitgestellt wird.
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Bei 306 umfasst das Verfahren das Bestimmen, ob ein angemessener Pumpstoßgrenzabstand auf Basis, beispielsweise, geschätzter Motorbetriebsbedingungen, des AGR-Anteils und/oder der AGR-Differenz vorhanden ist. In einem Beispiel kann das Verfahren die Prüfung eines Motorladedrucks und eines Luftstroms stromabwärts vom Kompressor, welcher mit dem ersten Turbolader und der AGR-Schleife verbunden ist, umfassen. Wenn der Ladedruck einen Druckschwellenwert, welcher mit einem Stoßzustand verbunden ist, übersteigt und der Luftstrom unter einem Luftstromschwellenwert, welcher mit einem Stoßzustand einhergeht, liegt, kann das Verfahren bestimmen, dass ein angemessener Pumpstoßgrenzabstand nicht besteht (d.h. ein Stoßzustand vorliegt oder sein Auftreten wahrscheinlich ist). In diesem Fall umfasst das Verfahren bei 308 das Bestimmen einer verringerten AGR-Differenz, um einen ausreichenden Pumpstoßgrenzabstand zu erreichen und den gewünschten AGR-Anteil beizubehalten. Bei 310 wird die verringerte AGR-Differenz durch Öffnen des Umschalt-Ventils erreicht, um den AGR-Abgasstrom zum zweiten Kompressor zu erhöhen, um dadurch einen angemessenen Pumpstoßgrenzabstand unter Beibehaltung des gewünschten AGR-Anteils zu erhalten. Es versteht sich von selbst, dass die Anpassung der AGR-Differenz, um den AGR-Abgasstrom zum zweiten Kompressor zu erhöhen und dadurch einen ausreichenden Pumpstoßgrenzabstand unter Beibehaltung des gewünschten AGR-Anteils zu erzielen, auch das Einstellen einer Position von einem oder mehreren anderen AGR-Ventilen (z.B. LP-AGR-Ventile, HP-AGR-Ventile und/oder AGR-Drosselklappen) umfassen kann, um die gewünschte Menge an AGR-Abgasstrom zu erreichen.
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In einem Beispiel eines Otto-Verbrennungsmotor-Split-Motorsystems umfasst der Motor einen ersten Turbolader mit einem ersten Kompressor und eine zugeordnete LP-AGR-Schleife und einen zweiten Turbolader mit einem zweiten Kompressor, wobei der zweite Turbolader nicht einer eigenen LP-AGR-Schleife zugeordnet ist. Eine Umschalt-Schleife koppelt die LP-AGR-Schleife, welche dem ersten Turbolader zugeordnet ist, mit einem parallelen Einlasskanal stromaufwärts des zweiten Kompressors, der dem zweiten Turbolader zugeordnet ist. In diesem Beispiel wird der Motor bei einer Drehzahl von 1500 RPM, mit einem mittleren effektiven Druck (BMEP) von 13 bar (1,3 MPa), und einem AGR-Anteil von 15% betrieben. In einem ersten Beispiel unter diesen Betriebsbedingungen wird die gesamte Menge des AGR-Abgases, welche erforderlich ist, um einen AGR-Anteil von 15% zu erreichen, aus der LP-AGR-Schleife nur für den ersten Kompressor und den ersten Turbolader bereitgestellt. Mit anderen Worten, in diesem Beispiel fließt kein AGR-Abgas durch die Umschalt-Schleife des zweiten Turboladerkompressors und all das erforderliche AGR-Abgas wird an den Motoransaugkrümmer durch den ersten Kompressor geliefert. In diesem ersten Beispiel kann der erste Kompressor einen periodischen Punpstoßzustand erleben und einem zugehörigen instabilen Betrieb unterworfen sein, wie durch ein Druckverhältnis über den ersten Kompressor gemeinsam mit einer Massenstromrate in der Nähe des Kompressors dargestellt, das einen Pumpstoßzustand ergibt.
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In einem zweiten Beispiel unter den oben genannten Betriebsbedingungen wird die Menge des AGR-Abgases, welches erforderlich ist, um einen AGR-Anteil von 15% zu erreichen, sowohl durch den ersten Kompressor sowie den zweiten Kompressor durch Abzweigen wenigstens eines Teils des AGR-Abgases aus der AGR-Schleife durch die Umschalt-Schleife des zweiten Kompressors bereitgestellt. Zum Beispiel können unter einem Satz von Betriebsbedingungen des Motors sowohl der erste Kompressor als auch der zweite Kompressor 7,5% AGR-Abgas für insgesamt 15% AGR-Abgas erhalten, was an den Ansaugkrümmer geliefert werden soll. Mit anderen Worten, in diesem zweiten Beispiel wird die AGR-Differenz im Vergleich zum ersten Beispiel oben reduziert. Dementsprechend vermeidet, da die Menge an AGR, welche vom ersten Kompressor empfangen wird, 7,5% gegenüber 15% beträgt, der erste Kompressor einen Pumpstoßzustand und arbeitet in einem stabilen Zustand, wie dargestellt durch ein Druckverhältnis über den ersten Kompressor hinweg, gekoppelt mit einer Massenstromrate benachbart dem Kompressor, welche den stabilen Betrieb durch den Kompressor ermöglicht. Wie oben erwähnt, können andere Betriebsparameter des Motors, wie ein Motorladedruck (MAP), verwendet werden, um festzustellen, ob ein Pumpstoßzustand besteht oder möglicherweise eintreten wird.
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Es versteht sich von selbst, dass, wenn die AGR-Differenz eingestellt wird, Druckschwankungen und/oder -transienten im Motor-Ansaugkrümmer auftreten können. Dementsprechend können andere Betriebsparameter des Motors, wie Zündzeitpunkt, Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt, Luft-Kraftstoff-Verhältnis (AFR), usw. eingestellt werden, um jegliche Druckschwankungen und/oder -transienten im Motor-Ansaugkrümmer zu korrigieren. Unter Bezugnahme auf 3, umfasst das Verfahren bei 312 dann das Einstellen der Motorbetriebsparameter, um die Änderung in der AGR-Differenz zu kompensieren. Zum Beispiel kann die Anpassung der Strömung durch das Umschalt-Rohr die momentane Menge an AGR, welche an den Ansaugkrümmer und folglich an die Zylinder geliefert wird, bis sich die Kompressordrehzahlen und -flussgeschwindigkeiten auf ihre stetigen Werte stabilisieren, dynamisch verändern. Der transiente AGR-Fluss kann verursachen, dass sich die AGR-Rate in den Zylindern vorübergehend erhöht und/oder abnimmt. Als solches können die Motorparameter, wie Zündzeitpunkt, in Abstimmung mit der transienten AGR-Rate während des Einstellens des AGR-Flusses durch das Umschalt-Rohr angepasst werden. In einem Beispiel kann die Zündverzögerung beim Öffnen des Umschalt-Ventils 214 vorübergehend verzögert werden, und umgekehrt.
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Zurückkehrend zu 2, umfasst das Verfahren, wenn der Kompressor-Pumpstoßgrenzabstand bei 306 als ausreichend bestimmt wird, dann bei 314 das Bestimmen, ob eine Lufteinlasstemperatur geringer ist als ein Einlasstemperaturschwellenwert. Wie oben erwähnt, kann sich, wenn der Motor bei niedrigen Umgebungstemperaturen betrieben wird, Kondensatvon Wasserdampf auf Innenflächen von Motorkomponenten, wie eines AGR-Luftkühlers, niederschlagen, wenn jene Oberflächen kühler sind als die Sättigungstemperatur (Taupunkt) des Abgases. In einem Beispiel kann ein Einlasstemperaturschwellenwert empirisch durch Testen des Motors unter verschiedenen Betriebsbedingungen, und Identifizieren für jede der Bedingungen eines Einlasstemperaturschwellenwerts, welcher der Kondensatansammlung auf Oberflächen der einen oder mehreren Motorkomponenten entspricht, bestimmt werden.
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Wenn das Verfahren bei 314 bestimmt, dass die Temperatur der Umgebungsluft geringer ist als ein Einlasstemperaturschwellenwert, dann umfasst das Verfahren unter Bezugnahme auf 3 bei 316 das Bestimmen einer erhöhten AGR-Differenz, um eine erhöhte Ansauglufttemperatur zu erzielen, welche den Einlasstemperaturschwellenwert überschreitet, und um den gewünschten AGR-Anteil zu erhalten. Bei 318 wird die erhöhte AGR-Differenz durch teilweises oder vollständiges Schließen des Umschalt-Ventils erzielt, um den AGR-Abgasstrom zum zweiten Kompressor zu verringern oder zu beseitigen und um dadurch eine erhöhte Ansauglufttemperatur zu erzielen, während gleichzeitig der gewünschte AGR-Anteil erhalten bleibt. Es versteht sich von selbst, dass, zusätzlich zu oder anstelle der Analyse einer Ansauglufttemperatur, das Verfahren auch andere Motorbetriebsbedingungen und/oder Umweltfaktoren, wie z.B. die relative Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft oder einer Luft / Abgas-Mischung, einsetzen kann, um abzuschätzen, ob eine Kondensationsbedingung besteht oder ob sie wahrscheinlich auftreten kann.
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Wie oben erwähnt, wird man zu schätzen wissen, dass die Anpassung der AGR-Differenz, um den AGR Abgasstrom zum zweiten Kompressor zu verringern und dadurch die AGR-Differenz zu erhöhen und die Ansauglufttemperatur zu erhöhen, während gleichzeitig der gewünschte AGR-Anteil beibehalten wird, auch das Einstellen einer Position eines oder mehrerer anderer AGR-Ventile (wie LP-AGR-Ventile, HP-AGR-Ventile und/oder AGR-Drosselklappen) umfassen kann, um die gewünschte Menge an AGR-Abgasstrom zu erzielen. Des Weiteren und auch, wie oben erwähnt, ist klar, dass, wenn die AGR-Differenz eingestellt wird, Druckschwankungen und/oder -transienten im Motor-Ansaugkrümmer auftreten können. Dementsprechend können andere Betriebsparameter des Motors, wie Zündzeitpunkt, Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt, Luft-Kraftstoff-Verhältnis (AFR), usw. eingestellt werden, um jegliche Druckschwankungen und/oder -transienten im Motor-Ansaugkrümmer zu korrigieren. Im vorliegenden Fall kann das Verfahren bei 312 das Einstellen der Motorbetriebsparameter umfassen, um die Erhöhung der AGR-Differenz zu kompensieren.
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Zurückkehrend zu 2, umfasst das Verfahren, wenn die Ansauglufttemperatur als größer oder gleich dem Einlasstemperaturschwellenwert bei 314 bestimmt wird, dann bei 320 das Bestimmen, ob eine Kompressoraustrittstemperatur einen Austrittstemperaturschwellenwert überschreitet. Wie oben erwähnt, können Komponenten eines Kompressors beschädigt werden, wenn der Kompressor bei einer Temperatur oberhalb eines Temperaturschwellenwerts betrieben wird. In einem Beispiel kann die Kompressoraustrittstemperatur geschätzt oder gemessen werden, um festzustellen, ob sie einen Austrittstemperaturschwellenwert überschreitet, welcher mit einer Beschädigung von Kompressorkomponenten in Verbindung steht.
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Unter Bezugnahme auf 3 umfasst das Verfahren, wenn die Kompressoraustrittstemperatur als den Austrittstemperaturschwellenwert überschreitend bestimmt wird, dann bei 322 das Bestimmen einer verringerten AGR-Differenz, um eine Kompressoraustrittstemperatur zu erreichen, die kleiner ist als der Austrittstemperaturschwellenwert und um den gewünschten AGR-Anteil aufrecht zu erhalten. Bei 324 wird die verringerte AGR-Differenz durch Öffnen des Umschalt-Ventils erreicht, um den AGR-Abgasstrom zum zweiten Kompressor zu erhöhen und dementsprechend die Menge an erwärmtem AGR-Abgasstrom zum ersten Kompressor zu verringern. Auf diese Weise wird die Temperatur des Umgebungsansaugluft / AGR-Gemisches, welches dem ersten Kompressoreinlass zugeführt wird, verringert, was dementsprechend die Temperatur des komprimierten Umgebungsansaugluft / AGR-Gemisches am ersten Kompressorauslass verringert und dadurch eine geringere Kompressoraustrittstemperatur unter Beibehaltung des gewünschten AGR-Anteils erreichen lässt.
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In einem Beispiel eines Otto-Verbrennungsmotor-Split-Motorsystem mit Zündkerzenzündung umfasst der Motor einen ersten Turbolader mit einem ersten Kompressor und einer zugeordneten LP-AGR-Schleife und einen zweiten Turbolader mit einem zweiten Kompressor, wobei dem zweiten Turbolader keine eigene LP-AGR-Schleife zugeordnet ist. Eine Umschalt-Schleife koppelt die LP-AGR-Schleife, welche dem ersten Turbolader zugeordnet ist, mit einem parallelen Einlasskanal stromaufwärts des zweiten Kompressors, welcher dem zweiten Turbolader zugeordnet ist. In diesem Beispiel wird der Motor mit einer Drehzahl von 3000 RPM, mit einem mittleren effektiven Druck (BMEP) von 13 bar (1,3 MPa) und einem AGR-Anteil von 15% betrieben. Der erste Kompressor hat eine Betriebstemperaturgrenze von 150° C, oberhalb derer die Bauteile des Kompressors beschädigt werden können. In einem ersten Beispiel unter diesen Betriebsbedingungen wird die gesamte Menge des AGR-Abgases, welches erforderlich ist, um einen AGR-Anteil von 15% zu erreichen, nur aus der LP-AGR-Schleife für den ersten Kompressor und den ersten Turbolader bereitgestellt. Mit anderen Worten, in diesem Beispiel gibt es keine AGR-Abgase, welche durch die Umschalt-Schleife des zweiten Turboladerkompressors strömen, und alles erforderliche AGR-Abgas wird dem Motoransaugkrümmer durch den ersten Kompressor geliefert. In diesem ersten Beispiel erfährt der erste Kompressor eine Kompressoraustrittstemperatur von 184° C und übertrifft damit seine 150° C Betriebstemperaturgrenze.
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In einem zweiten Beispiel unter den oben genannten Betriebsbedingungen wird die Menge des AGR-Abgases, welche erforderlich ist, um einen AGR-Anteil von 15% zu erreichen, sowohl durch den ersten Kompressor als auch den zweiten Kompressor über Umleiten zumindest eines Teils des AGR-Abgases von der AGR-Schleife durch die Umschalt-Schleife für den zweiten Kompressor bereitgestellt. In diesem zweiten Beispiel erfährt der erste Kompressor eine Kompressoraustrittstemperatur von 130° C, was unterhalb seiner 150° C Betriebstemperaturgrenze liegt.
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Wie oben erwähnt, wird es auch geschätzt werden, dass das Einstellen der AGR-Differenz, um den AGR-Abgasstrom zum zweiten Kompressor zu erhöhen und dadurch die AGR-Differenz zu verringern und die Kompressoraustrittstemperatur unter Beibehaltung des gewünschten AGR-Anteils zu verringern, auch das Einstellen einer Position von einem oder mehreren anderen AGR-Ventilen (wie LP-AGR-Ventile, HP-AGR-Ventile und/oder AGR-Drosselklappen) umfassen kann, um die gewünschte Menge an AGR-Abgasstrom zu erreichen. Des Weiteren und auch, wie oben erwähnt, wird geschätzt werden, dass, wenn die AGR-Differenz eingestellt wird, Druckschwankungen und/oder -transienten im Motoransaugkrümmer auftreten können. Dementsprechend können andere Motorbetriebsparameter, wie Zündzeitpunkt, Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt, Luft-Kraftstoff-Verhältnis (AFR), usw. eingestellt werden, um jegliche Druckschwankungen und/oder -transienten im Motoransaugkrümmer zu korrigieren. Im vorliegenden Fall kann das Verfahren bei 312 das Einstellen von Motorbetriebsparametern umfassen, um die Erhöhung der AGR-Differenz zu kompensieren.
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Es wird auch geschätzt werden, dass in Abwesenheit eines Pumpstoßzustandes oder einer Kompressoraustrittstemperatur über einem Austrittstemperaturschwellenwert, das gesamte AGR-Abgas zum ersten Kompressor geliefert werden kann, um eine höhere Gesamtluft/AGR-Abgas-Gemischtemperatur beizubehalten und damit die Wahrscheinlichkeit von Kondensat, die innerhalb des Motors auftreten kann, zu minimieren. Mit anderen Worten, kann die AGR-Differenz nur verringert werden, wenn der Ladedruck einen Druckschwellenwert überschreitet und der Luftstrom unter einem Luftströmungsschwellenwert liegt oder wenn die erste Kompressoraustrittstemperatur einen Austrittstemperaturschwellenwert übersteigt.
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Beachtet werden sollte, dass die beispielhaften Steuerungs- und Abschätzungsroutinen, welche hierin enthalten sind, mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die spezifischen Verfahren und Routinen, welche hierin beschrieben sind, können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie Ereignis-gesteuert, Unterbrechungs-gesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen darstellen. Als solche können verschiedene veranschaulichte Maßnahmen, Operationen oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge oder parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen auch weggelassen werden. Ebenso ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der beispielhaften Ausführungsformen, welche hierin beschrieben sind, zu erreichen, aber dies ist zur Vereinfachung der Darstellung und Beschreibung bereitgestellt worden. Eine oder mehrere der dargestellten Handlungen oder Funktionen können wiederholt ausgeführt werden, wobei dies von der speziellen Strategie, die verwendet wird, abhängt. Des Weiteren können die beschriebenen Handlungen einen graphischen Code darstellen, welcher in das computerlesbare Speichermedium im Motorsteuerungssystem programmiert werden kann.
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Es wird geschätzt werden, dass die Konfigurationen und Verfahren, welche hierin offenbart sind, beispielhafter Natur sind und dass diese besonderen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinn betrachtet werden dürfen, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die obige Technologie auf V-6, I-4, I-6, V-12, Boxer-4 und andere Motortypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart sind.
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Die folgenden Ansprüche weisen ausdrücklich darauf hin, bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen als neuartig und nicht nahe liegend anzusehen. Diese Ansprüche können sich auf "ein" Element oder "ein erstes" Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche müssen so verstanden werden, dass sie den Einbau eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen, dabei weder zwei oder mehrere solche Elemente erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, ob weiter, enger, gleich oder verschieden im Umfang der ursprünglichen Ansprüche, werden ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst betrachtet.
