DE102013108607A1

DE102013108607A1 - Verfahren und System zum Steuern von Stößen in einem zweistufigen Turbolader

Info

Publication number: DE102013108607A1
Application number: DE102013108607.1A
Authority: DE
Inventors: James Robert Mischler; Neil Xavier Blythe; Matthew John MALONE; Daniel Edward Loringer; Luke Henry; Greg Thomas Polkus
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: Transportation IP Holdings LLC
Priority date: 2012-08-09
Filing date: 2013-08-08
Publication date: 2014-05-22
Also published as: BR102013020221A2; US9822694B2; AU2013213730B2; AU2017203570B2; ZA201306001B; US20140041384A1; AU2017203570A1; AU2013213730A1

Abstract

Es werden verschiedene Verfahren und Systeme zur Steuerung eines Luftdurchsatzes in einem Zweistufen-Turbolader geschaffen. In einem Beispiel umfasst eine Motorverfahren das Regulieren eines oder mehrerer Abgasrückführungsventile, um einen ersten Turbolader innerhalb eines ersten Luftdurchsatzbereichs zu halten, und das Regulieren eines Turboladerumgehungsventils, um einen zweiten Turbolader innerhalb eines zweiten Luftdurchsatzbereichs zu halten.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands betreffen beispielsweise eine Kraftmaschine bzw. einen Motor, Motorkomponenten und ein Motorsystem.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Eine Abgasrückführung (AGR) kann in Dieselmotoren erzeugte NOx-Emissionen verringern. Die Anwendung der AGR benötigt hohe Ladedrücke, die von einem Turbolader bereitgestellt werden, und in Motoren, die dafür ausgelegt sind, mit stark variablen Abgasrückführungsraten zu arbeiten, ein breites Turbolader-Betriebskennfeld. Solche Anforderungen können von einem zweistufigen Turbolader bereitgestellt werden. Jedoch erhöht die Einbeziehung von zwei Stufen die Komplexität bei der Aufrechterhaltung des Turboladers innerhalb von dessen Stoß- und Drosselungsgrenzen während transienten Betriebsereignissen.
KURZE BESCHREIBUNG
In einer Ausführungsform umfasst eine Motortechnik das Regulieren eines oder mehrerer Abgasrückführungsventile, um einen ersten Turbolader innerhalb eines ersten Luftdurchsatzbereichs zu halten, und das Regulieren eines Turboladerumgehungsventils, um einen zweiten Turbolader innerhalb eines zweiten Luftdurchsatzbereichs zu halten. Auf diese Weise kann jeder Turbolader innerhalb entsprechender Luftdurchsatzbereiche gehalten werden, um Über- und Unterschreitungen der Pumpgrenzen zu vermeiden. In einem Beispiel können der erste Turbolader und der zweite Turbolader unterschiedlich auf verschiedene Motor-Betriebsparameter reagieren, beispielsweise auf Änderungen des Luftdurchsatzes aufgrund von vorübergehenden Laständerungen, und daher kann jeder Turbolader über ein Turbolader-Umgehungsventil oder über ein Abgasrückführungsventil unterschiedlich geregelt werden.
Es sei klargestellt, dass die obige Kurzbeschreibung der vereinfachten Einführung einer Auswahl von Konzepten dient, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben sind. Damit sollen keine wichtigen oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands identifiziert werden, dessen Bereich eindeutig von den Ansprüchen definiert wird, die auf die ausführliche Beschreibung folgen. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche der oben oder in irgendeinem Teil der Offenbarung beschriebenen Nachteile lösen.
Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren:
das Regulieren eines oder mehrerer Abgasrückführungsventile, um einen ersten Turbolader innerhalb eines ersten Luftdurchsatzbereichs zu halten; und
das Regulieren eines Turboladerumgehungsventils, um einen zweiten Turbolader innerhalb eines zweiten Luftdurchsatzbereichs zu halten.
Das Verfahren kann ferner das Regulieren der Motordrehzahl und/oder der Motorleistung umfassen, um die ersten und zweiten Turbolader im ersten Luftdurchsatzbereich bzw. im zweiten Luftdurchsatzbereich zu halten, und wobei die ersten und zweiten Turbolader in Reihe angeordnet sind.
Zusätzlich oder alternativ kann das Verfahren ferner das Regulieren des Turboladerumgehungsventils umfassen, um den Zylinderdruck unter einem Spitzen-Verbrennungsdruck zu halten.
Zusätzlich oder alternativ kann bei dem Verfahren und dem System vorgesehen sein, dass das Turboladerumgehungsventil ein Turbinenumgehungsventil des zweiten Turboladers beinhaltet.
Zusätzlich oder alternativ kann bei dem Verfahren und dem System vorgesehen sein, dass das Turboladerumgehungsventil ein Kompressorumgehungsventil des zweiten Turboladers beinhaltet.
Zusätzlich oder alternativ kann bei dem Verfahren und dem System vorgesehen sein, dass der erste Turbolader ein Niederdruck-Turbolader ist, und wobei der zweite Turbolader ein Hochdruck-Turbolader ist.
Zusätzlich oder alternativ kann bei dem Verfahren und dem System vorgesehen sein, dass das mindestens eine Abgasrückführungsventil ausgehend von einer Abgasrückführungs-Grundstellung reguliert wird, die eine Soll-Sauerstoffaufnahmemenge bereitstellt.
Zusätzlich oder alternativ kann bei dem Verfahren und dem System vorgesehen sein, dass der erste Luftdurchsatzbereich einen ersten Luftmassendurchsatz oberhalb einer Pumpgrenze und unterhalb einer Drosselgrenze für den ersten Turbolader beinhaltet, und der zweite Luftdurchsatzbereich einen zweiten Luftmassendurchsatz oberhalb einer Pumpgrenze und unterhalb einer Drosselgrenze für den zweiten Turbolader beinhaltet.
Zusätzlich oder alternativ kann bei dem Verfahren und dem System vorgesehen sein, dass der erste und zweite Turbolader mindestens einen Unterschied in Bezug aufeinander aufweisen, der ausgewählt ist aus: Luftabgabedruck, Drehzahl, Luftmassendurchsatz, Pumpschwellenwert und Abrissschwellenwert; und das Regulieren des einen oder der mehreren Gasrückführungsventile zumindest teilweise auf dem Luftabgabedruck, der Drehzahl, dem Luftmassendurchsatz, dem Pumpschwellenwert oder dem Abrissschwellenwert des ersten Turboladers, des zweiten Turboladers oder einer Kombination von sowohl dem ersten Turbolader als auch dem zweiten Turbolader basiert.
Die erfindungsgemäße Motorsteuerverfahren umfasst:
das Regulieren einer Abgasrückführungsmenge, um eine Soll-Sauerstoffaufnahmefraktion bereitzustellen,
das Regulieren eines Luftmassendurchsatzes durch eine Hochdruckstufe eines Zweistufen-Turboladers, um die Hochdruckstufe unterhalb eines maximalen Luftmassendurchsatzs zu halten; und
das Verringern der Abgasrückführungsmenge in zumindest einem Betriebsmodus, um ein Pumpereignis in der Niederdruckstufe des Zweistufen-Turboladers zu verhindern.
Zusätzlich oder alternativ kann bei dem Verfahren vorgesehen sein, dass das Regulieren des Luftmassenstroms durch die Hochdruckstufe ferner das Regulieren des Luftmassenstroms umfasst, um einen Soll-Spitzenverbrennungsdruck aufrechtzuerhalten.
Zusätzlich oder alternativ kann bei dem Verfahren vorgesehen sein, dass das Regulieren des Luftmassenstroms durch die Hochdruckstufe ferner das Regulieren eines Turbinenumgehungsventils der Hochdruckstufe umfasst.
Zusätzlich oder alternativ kann bei dem Verfahren vorgesehen sein, dass die Abgasrückführungsmenge verringert wird, um das Pumpereignis als Reaktion auf eine Verringerung der Motorlast zu verhindern.
Zusätzlich oder alternativ kann bei dem Verfahren vorgesehen sein, dass die Hochdruckstufe eine andere Übergangsreaktion auf die Verringerung der Motorlast beinhaltet als eine Niederdruckstufen-Übergangsreaktion auf eine Verringerung der Motorlast, und ferner während der Verringerung der Motorlast eine Verringerung der Abgasrückführungsmenge umfasst, um die unterschiedlichen Übergangsreaktionen auszugleichen.
Zusätzlich oder alternativ kann bei dem Verfahren vorgesehen sein, dass die Abgasrückführungsmenge verringert wird, um das Pumpereignis als Reaktion darauf, dass ein Turbinenumgehungsventil eine offene Stellung einnimmt, zu verhindern.
Zusätzlich oder alternativ kann bei dem Verfahren vorgesehen sein, dass die Abgasrückführungsmenge auf Basis einer Kurvenlinie aus Abgasrückführungsmengen verringert wird, die einer Pumpgrenze der Niederdruckstufe folgt.
Zusätzlich oder alternativ kann bei dem Verfahren vorgesehen sein, dass ferner während des mindestens einen Betriebsmodus eine Verzögerung der Kraftstoffeinspritzung in einem Umfang erfolgt, der proportional zur Verringerung der Abgasrückführungsmenge ist.
Zusätzlich oder alternativ kann bei dem Verfahren vorgesehen sein, dass ferner während des mindenstens einen Betriebsmodus eine Erhöhung der Motordrehzahl und eine Abgabe von überschüssiger Energie an ein Motorselbstladesystem erfolgt.
Das erfindungsgemäße Motorsystem weist auf:
einen Motor;
ein Zweistufen-Turboladersystem, das mit dem Motor verbunden ist;
ein Abgasrückführungssystem (AGR), das so ausgelegt ist, dass es Abgas von einer Untergruppe von Zylindern des Motors über ein AGR-Dosierungsventil zu einer Ansaugöffnung des Motors oder über ein AGR-Umgehungsventil nach außen leitet; und
eine Steuereinheit, die dafür ausgelegt ist,
unter einer ersten Bedingung das AGR-Dosierungsventil und das AGR-Umgehungsventil so zu regulieren, dass diese auf Basis einer gewünschten Sauerstoffansaugfraktion eine erste AGR-Menge zur Ansaugöffnung des Motors liefern; und
unter einer zweiten Bedingung das AGR-Dosierungsventil und das AGR-Umgehungsventil so zu regulieren, dass diese eine zweite AGR-Menge liefern, um ein Pumpen einer Niederdruckstufe des Zweistufen-Turboladers zu verhindern.
Zusätzlich oder alternativ kann bei dem Motorsystem vorgesehen sein, dass die erste Bedingung Gleichgewichtsbetriebsbedingungen umfasst, und wobei die zweite Bedingung eine verringerte Motorlast umfasst.
Zusätzlich oder alternativ kann bei dem Motorsystem vorgesehen sein, dass die erste Bedingung beinhaltet, dass ein Luftmassendurchsatz durch eine Hochdruckstufe des Zweistufen-Turboladers über einem Schwellenwert liegt, und wobei die zweite Bedingung beinhaltet, dass ein Luftmassendurchsatz durch eine Hochdruckstufe des Zweistufen-Turboladers unter dem Schwellenwert liegt.
Zusätzlich oder alternativ kann bei dem Motorsystem vorgesehen sein, dass die Steuereinheit ferner so gestaltet ist, dass sie den Luftmassendurchsatz durch die Hochdruckstufe auf Basis einer Solldrehzahl des Hochdruck-Turboladers und eines Soll-Zylinderdrucks steuert.
Zusätzlich oder alternativ kann bei dem Motorsystem vorgesehen sein, dass die Steuereinheit ferner dafür ausgelegt ist, ein Turbinenumgehungsventil der Hochdruckstufe so zu regulieren, dass der Luftmassendurchsatz durch die Hochdruckstufe unter einer maximalen Sollmenge Durchsatz gehalten wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird durch die Lektüre der folgenden Beschreibung nicht-beschränkender Ausführungsformen mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen besser verständlich, worin:
1 eine Skizze eines Schienenfahrzeugs mit einem Motor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
2 ist ein Ablaufschema, das ein Verfahren zum Steuern eines Luftdurchsatzs in einem zweistufigen Turbolader gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
3 ist ein Turboladerstrom-Kennfeld für einen Hochdruck-Turbolader gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Turboladerstrom-Kennfeld für einen Hochdruck-Turbolader gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine Skizze, die eine Steuerroutine zum Bestimmen einer Turbinenumgehungsventil- und Abgasrückführungsventilpositions gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung betrifft verschiedene Ausführungsformen zur Regulierung eines Luftdurchsatzes durch einen zweistufigen Turbolader. Turbolader werden zwischen einer Luftdurchsatz-Untergrenze, unterhalb derer es zu einem Pumpen bzw. Dröhnen kommt, und einer Luftdurchsatz-Obergrenze, oberhalb derer es zu einer ungenügenden Expansion kommt, betrieben. Jedoch kann es in Motoren mit stark variablen Abgasrückführungs-(AGR-)Raten als Reaktion auf Änderungen der AGR zu Schwankungen des Luftdurchsatzes kommen, was unter manchen Bedingungen zu einem Pumpen oder einer ungenügenden Expansion führen kann. Um sicherzustellen, dass Luftdurchsatz- und Druckschwankungen kein Pumpen und keine ungenügende Expansion verursachen, kann ein Luftdurchsatz durch eine Hochdruckstufe des Turboladers über ein Turbinenumgehungsventil gesteuert werden. Außerdem können AGR-Raten so gesteuert werden, dass sie eine gewünschte Sauerstoffaufnahme ermöglichen, und unter ausgewählten Bedingungen können die AGR-Raten so gesteuert werden, dass ein Schwall in einer Niederdruckumgebung des Turboladers vermieden wird. Die ausgewählten Bedingungen können eine Abnahme der Motorlast und/oder ein Öffnen des Turbinenumgehungsventils beinhalten, die beide zu einem verringerten Luftdurchsatz durch den Niederdruck-Turbolader führen können.
Der hierin beschriebene Ansatz kann in einer Reihe von Motortypen und in einer Reihe von motorbetriebenen Systemen verwendet werden. Einige dieser Systeme können ortsfest sein, während andere semi-mobile oder mobile Plattformen sein können. Semi-mobile Plattformen können zwischen Betriebsperioden verlagert werden, beispielsweise montiert auf Tierflader. Mobile Plattformen beinhalten Fahrzeuge mit Eigenantrieb. Solche Fahrzeuge können Bergbauausrüstung, Schiffe, Straßentransportfahrzeuge, Geländefahrzeuge (OHV) und Schienenfahrzeuge beinhalten. Um die Darstellung zu vereinfachen, wird eine Lokomotive als Beispiel für eine mobile Plattform genommen, die ein System trägt, das eine Ausführungsform der Erfindung beinhaltet.
Bevor der Ansatz zur Vermeidung eines Turboladerpumpens während Übergängen näher erörtert wird, wird ein Beispiel für eine Plattform offenbart, in der das Motorsystem in einem Fahrzeug, beispielsweise einem Schienenfahrzeug, installiert werden kann. Beispielsweise zeigt 1 ein Blockschema einer Ausführungsform eines Fahrzeugsystems 100 (z.B. eines Lokomotivsystems), hier als Schienenfahrzeug 106 dargestellt, das dafür ausgelegt ist, über eine Mehrzahl von Rädern 110 auf einer Schiene 102 zu laufen. Wie dargestellt, weist das Schienenfahrzeug 106 einen Motor 104 auf. In anderen nicht-beschränkenden Ausführungsformen kann der Motor 104 ein ortsfester Motor, beispielsweise zur Verwendung in einem Kraftwerk, oder ein Motor in einem Schiff oder einem Antriebssystem für Geländefahrzeuge sein, wie oben beschrieben.
Der Motor 104 erhält Ansaugluft zur Verbrennung von einer Ansaugöffnung, beispielsweise einem Ansaugkrümmer 115. Bei der Ansaugöffnung kann es sich um irgendeine geeignete Leitung bzw. irgendwelche geeignete Leitungen handeln, durch die Gase strömen, um in der Motor zu gelangen. Zum Beispiel kann der Einlass den Ansaugkrümmer 115, die Ansaugleitung 114 und dergleichen umfassen. Die Ansaugleitung 114 erhält Außenluft von einem (nicht dargestellten) Luftfilter, der Luft aus der Umgebung eines Fahrzeugs filtert, in dem der Motor 104 angeordnet sein kann. Abgas, das aus einer Verbrennung im Motor 104 entsteht, wird zu einem Auslass, beispielsweise einer Abgasleitung 116 geliefert. Bei dem Auslass kann es sich um irgendeine Leitung handeln, durch die Gase aus dem Motor strömen. Zum Beispiel kann der Auslass einen Abgaskrümmer 117, die Abgasleitung 116 und dergleichen umfassen. Abgas strömt durch die Abgasleitung 116 und aus einem Abgaskamin des Schienenfahrzeugs 106. In einem Beispiel ist der Motor ein Dieselmotor, der Luft und Dieselkraftstoff durch Kompressionszündung verbrennt. In anderen nicht-beschränkenden Ausführungsformen kann der Motor 104 Kraftstoff, bei dem es sich unter anderem um Benzin, Kerosin, Biodiesel oder andere Erdöldestillate von ähnlicher Dichte handelt, durch Kompressionszündung (und/oder Fremdzündung) verbrennen.
In einer Ausführungsform ist das Schienenfahrzeug 106 ein Diesel-Elektrofahrzeug. Wie in 1 dargestellt ist, ist der Motor 104 mit einem Stromerzeugungssystem verbunden, das einen Wechselstromerzeuger/Generator 140 und elektrische Fahrmotoren 112 aufweist. Beispielsweise ist der Motor 104 ein Dieselmotor, der ein Ausgangsdrehmoment erzeugt, das auf den Wechselstromerzeuger/Generator 140 übertragen wird, der mechanisch mit dem Motor 104 verkuppelt ist. Der Wechselstromerzeuger/Generator 140 erzeugt elektrische Leistung, die gespeichert und für die Weitergabe an eine Reihe von nachgelagerten elektrischen Komponenten verwendet werden kann. Beispielsweise kann der Wechselstromerzeuger/Generator 140 elektrisch mit einer Mehrzahl von Fahrmotoren 112 verbunden sein, und der Generator 140 kann elektrische Leistung zu der Mehrzahl von Fahrmotoren 112 liefern. Wie dargestellt, ist jeder von der Mehrzahl von Fahrmotoren 112 mit einem aus einer Mehrzahl von Rädern 110 verbunden, um Traktionsleistung zu liefern, um das Schienenfahrzeug 106 anzutreiben. Ein Gestaltungsbeispiel weist einen Fahrmotor pro Rad auf. Wie hierin dargestellt, entsprechend sechs Paare von Fahrmotoren jeweils sechs Paaren von Rädern des Schienenfahrzeugs. In einem anderen Beispiel kann der Wechselstromerzeuger/Generator mit einem oder mehreren Gitterwiderständen 142 verkoppelt sein. Die Gitterwiderstände 142 können so gestaltet sein, dass sie überschüssiges Motordrehmoment über Wärme ableiten, die von den Gittern aus vom Wechselstromerzeuger/Generator 140 erzeugter Elektrizität produziert wird.
In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist der Motor 104 ein V-12-Motor mit zwölf Zylindern. In anderen Beispielen kann es sich bei dem Motor um einen V-6-, V-8-, V-10-, V-16-, I-4-, I-6-, I-8, Vierzylinderboxer- oder anderen Motortyp handeln. Wie dargestellt, weist der Motor 104 eine Untergruppe von Nicht-Geberzylindern 105 mit sechs Zylindern, die Abgas ausschließlich zu einem Nicht-Geberzylinder-Abgaskrümmer 117 liefern, und eine Untergruppe von Geberzylindern 107 auf mit sechs Zyindern, die Abgas ausschließlich zu einem Geberzylinder-Abgaskrümmer 119 liefern. In anderen Ausführungsformen kann der Motor mindestens einen Geberzylinder und mindestens einen Nicht-Geberzylinder aufweisen. Zum Beispiel kann der Motor vier Geberzylinder und acht Nicht-Geberzylinder oder drei Geberzylinder und neun Nicht-Geberzylinder aufweisen. Es sei klargestellt, dass der Motor jede gewünschte Zahl an Geberzylindern und Nicht-Geberzylindern aufweisen kann, wobei die Anzahl der Geberzylinder in der Regel niedriger ist als die Anzahl der Nicht-Geberzylinder.
Wie in 1 dargestellt ist, sind die Nicht-Geberzylinder 105 mit der Abgasleitung 116 verbunden, um Abgas aus dem Motor nach außen zu leiten (nachdem es ein Abgasbehandlungssystem 130 und erste und zweite Turbolader 120 und 124 passiert hat). Die Geberzylinder 107, die für eine Motorabgasrückführung (AGR) sorgen, sind ausschließlich mit einer AGR-Leitung 162 eines AGR-Systems 160 verbunden, die Abgas von den Geberzylindern 107 zum Ansaugkrümmer 114 des Motor 104 und nicht nach außen leitet. Durch Einführen von gekühltem Abgas in den Motor 104 wird die Menge an für eine Verbrennung verfügbarem Sauerstoff verringert, wodurch Verbrennungsflammentemperauren gesenkt werden und die Bildung von Stickoxiden (z.B. NOx) verringert wird.
Abgas, das von den Geberzylindern 107 zur Ansaugleitung 114 strömt, passiert einen Wärmetauscher, beispielsweise einen AGR-Kühler 166, um eine Temperatur des Abgases zu senken (z.B. zu kühlen), bevor das Abgas zur Ansaguleitung zurückkehrt. Der AGR-Kühler 166 kann beispielsweise ein Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher sein. In einem solchen Beispiel können einer oder mehrere Ladeluftkühler 132 und 134, die in der Ansaugleitung 114 angeordnet sind (z.B. stromaufwärts von der Stelle, wo das zurückgeführte Abgas eintritt), so angepasst sein, dass sie ein Kühlen der Ladeluft noch verstärken, so dass eine Mischtemperatur von Ladeluft und Abgas bei einer gewünschten Temperatur gehalten wird. In anderen Beispielen kann das AGR-System 160 eine AGR-Kühlerumgehung aufweisen. Alterantiv dazu kann das AGR-System ein AGR-Kühlersteuerelement aufweisen. Das AGR-Kühlersteuerelement kann so betätigt werden, dass der Abgasstrom durch den AGR-Kühler verringert ist; jedoch wird in einem solchen Aufbau Abgas, das nicht durch den AGR-Kühler strömt, zur Abgasleitung 116 statt zur Ansaugleitung 114 gelenkt.
Außerdem kann das AGR-System 160 in manchen Ausführungsformen eine AGR-Umgehungsleitung 161 aufweisen, die so gestaltet ist, dass sie Abgas von den Geberzylindern zurück zur Abgasleitung lenkt. Die AGR-Umgehungsleitung 161 kann über ein Ventil 163 gesteuert werden. Das Ventil 163 kann mit einer Mehrzahl von Begenzungspunkten gestaltet sein, so dass eine variable Menge an Abgas zum Auslass geleitet wird, um eine variable AGR-Menge zum Einlass zu liefern.
In einer alternativen Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist, können die Geberzylinder 107 mit einer alternativen AGR-Leitung 165 verbunden sein (von den gestrichelten Linien dargestellt), die so gestaltet ist, dass sie Abgas selektiv zur Ansaug- oder zur Abgasleitung leitet. Zum Beispiel kann Abgas, wenn ein zweites Ventil 170 offen ist, von den Geberzylindern zum AGR-Kühler 166 und/oder zusätzlichen Elementen geleitet werden, bevor es zur Ansaugleitung 114 geleitet wird.
Ferner weist das alternative AGR-System ein erstes Ventil 164 auf, das zwischen der Abgasleitung 116 und der alternativen AGR-Leitung 165 angeordnet ist. Das zweite Ventil 170 kann ein Ein/Aus-Ventil sein, das von der Steuereinheit 180 gesteuert wird (um den AGR-Strom an- oder abzustellen), oder es kann beispielsweise eine variable AGR-Menge steuern. In manchen Beispielen kann das erste Ventil 164 so betätigt werden, dass eine AGR-Menge verringert wird (Abgas von der AGR-Leitung 165 zur Abgasleitung 116 strömt). In anderen Beispielen kann das erste Ventil 164 so betätigt werden, dass eine AGR-Menge vergrößert ist (Abgas von der Abgasleitung 165 zur AGR-Leitung 116 strömt). Im manchen Ausführungsformen kann das alternative AGR-System eine Mehrzahl von AGR-Ventilen oder anderen Durchflusssteuerelementen aufweisen, um die AGR-Menge zu steuern.
Bei einer solchen Gestaltung dient das erste Ventil 164 dazu, Abgas von den Geberzylindern zum Abgaskrümmer 116 des Motor 104 zu leiten, und das zweite Ventil 170 dient dazu, Abgas von den Geberzylindern zum Ansaugkrümmer 114 des Motor 104 zu leiten. Somit kann das erste Ventil 164 als AGR-Umgehungsventil bezeichnet werden, während das zweite Ventil 170 als AGR-Dosierventil bezeichnet werden kann. In der Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist, können das erste Ventil 164 und das zweite Ventil 170 durch Motoröl- oder hydraulisch betätigte Ventile sein, beispielsweise mit einem (nicht dargestellten) Wechselventil, um das Motoröl zu modulieren. In manchen Beispielen können die Ventile so betätigt werden, dass eines von den ersten und zweiten Ventilen 164 und 170 normalerweise offen ist und das andere normalerweise geschlossen ist. In anderen Beispielen können die ersten und zweiten Ventile 164 und 10 pneumatische Ventile, elektrische Ventile oder ein anderes geeignetes Ventil sein.
Man beachte, dass der Begriff "Ventil" eine Vorrichtung bezeichnet, die so gesteuert werden kann, dass sie eine Leitung selektiv ganz öffnet, ganz schließt oder teilweise öffnet, um einen Gasstrom durch die Leitung zu steuern. Darüber hinaus kann das Ventil auf eine beliebige Stellung zwischen offen und geschlossen gesteuert werden, um einen Gasstrom in einen Soll-Gasstrom zu ändern. Es sei klargestellt, dass ein Ventil nur ein Beispiel für eine Steuervorrichtung ist, und dass jedes geeignete Steuerelement verwendet werden kann, um einen Gasstrom zu steuern, ohne den Bereich der Offenbarung zu verlassen.
Wie in 1 dargestellt ist, weist das Fahrzeugsystem 100 ferner eine AGR-Mischer 172 auf, der das zurückgeführte Abgas mit Ladeluft mischt, so dass das Abgas gleichmäßig in der Mischung aus Ladeluft und Abgas verteilt sein kann. In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist das AGR-System 160 ein Hochdruck-AGR-System, das Abgas von einer Stelle stromaufwärts von Turboladern 120 und 124 in der Abgasleitung 116 zu einer Stelle stromabwärts von Turboladern 120 und 124 in der Ansaugleitung 114 leitet. In anderen Ausführungsformen kann das Fahrzeugsystem 100 außerdem oder alternativ ein Niederdruck-AGR-System aufweisen, das Abgas von einer Stelle stromabwärts von den Turboladern 120 und 124 in der Abgasleitung 116 zu einer Stelle stromaufwärts von den Turboladern 120 und 124 in der Ansaugleitung 114 leitet.
Wie in 1 dargestellt ist, weist das Fahrzeugsystem 100 ferner einen Zweistufen-Turbolader auf, mit dem ersten Turbolader 120 und dem zweiten Turbolader 124, die in Reihe angeordnet sind, wobei jeder von den Turboladern 120 und 124 zwischen der Ansaugleitung 114 und der Abgasleitung 116 angeordnet ist. Der Zweistufen-Turbolader erhöht die Luftladung aus Außenluft, die in die Ansaugleitung 114 gesaugt wird, um eine größere Ladungsdichte während der Verbrennung zu ermöglichen, um einen Wirkungsgrad der Leistungsausgabe und oder des Motorbetriebs zu erhöhen. Der erste Turbolader 120 arbeitet bei einem relativ niedrigeren Druck und weist eine erste Turbine 121 auf, die einen ersten Kompressor 122 antreibt. Die erste Turbine 121 und der erste Kompressor 122 sind über eine erste Welle 123 mechanisch verbunden. Der erste Turbolader kann als "Niederdruckstufe" des Turboladers bezeichnet werden. Der zweite Turbolader 124 arbeitet bei einem relativ höheren Druck und weist eine zweite Turbine 125 auf, die einen zweiten Kompressor 126 antreibt. Der zweite Turbolader kann als "Hochdruckstufe" des Turboladers bezeichnet werden. Die zweite Turbine 121 und der zweite Kompressor 122 sind über eine zweite Welle 127 mechanisch verbunden.
Wie oben erläutert ist, sind die Ausdrücke "hoher Druck" und "niedriger Druck" relativ, das heißt, ein "hoher" Druck ist ein Druck, der höher ist als ein "niedriger" Druck. Dagegen ist ein "niedriger" Druck ein Druck, der niedriger ist als ein "hoher" Druck.
Wie hierin verwendet, kann "Zweistufen-Turoblader" allgemein eine mehrstufige Turboladergestaltung bezeichnen, die zwei oder mehr Turbolader aufweist. Beispielsweise kann ein Zweistufen-Turbolader einen Hochdruck-Turbolader und einen Niederdruck-Turbolader, die in Reihe angeordnet sind, drei Turbolader, die in Reihe angeordnet sind, zwei Niederdruck-Turbolader, die einen Hochdruck-Turbolader speisen, einen Niederdruck-Turbolader, der zwei Hochdruck-Turbolader speist, usw. beinhalten. In einem Beispiel werden drei Turbolader in Reihe verwendet. In einem anderen Beispiel werden nur zwei Turbolader in Reihe verwendet.
In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist der zweite Turbolader 124 mit einem Turbinenumgehungsventil 128 versehen, das es dem Abgas ermöglicht, den zweiten Turbolader 124 zu umgehen. Das Turbinenumgehungsventil 128 kann beispielswise geöffnet werden, um den Abgasstrom weg von der zweiten Turbine 125 zu lenken. Auf diese Weise können die Drehzahl des Kompressors 126 und somit der Ladedruck, der von den Turboladern 120, 124 zum Motor 104 geliefert wird, während Gleichgewichts-Betriebsbedingungen reguliert werden. Außerdem kann der erste Turbolader auch mit einem Turbinenumgehungsventil ausgestattet sein. In anderen Ausführungsformen kann auch nur der erste Turbolader 120 mit einem Turbinenumgehungsventil ausgestattet sein, oder es kann auch nur der zweite Turbolader 124 mit einem Turbinenumgehungsventil ausgestattet sein. Außerdem kann der zweite Turbolader mit einem Kompressorumgehungsventil 129 ausgestattet sein, dass es einem Gas ermöglicht, den zweiten Kompressor 126 zu umgehen, um beispielsweise einen Kompressorschwall zu vermeiden. In manchen Ausführungsformen kann auch nur der erste Turbolader 120 mit einem Turbinenumgehungsventil ausgestattet sein, oder es kann auch nur der zweite Turbolader 120 mit einem Turbinenumgehungsventil ausgestattet sein.
Gemäß hierin offenbarten Ausführungsformen können als Reaktion auf ein Übergangsbetriebsereignis, beispielsweise eine Erhöhung der Motorlast, unterschiedliche Luftdurchsatzanforderungen an den ersten Turbolader und den zweiten Turbolader gestellt werden. Somit kann der Luftdurchsatz durch den ersten Turbolader und den zweiten Turbolader unterschiedlich gesteuert werden. Beispielsweise kann ein Turbinenumgehungsventil des zweiten Turboladers so reguliert werden, dass es den Luftdurchsatz durch den zweiten Turbolader steuert, und wenn der erste Turbolader in der Nähe einer Pumpgrenze arbeitet, kann ein Abgasrückführungsventil so reguliert werden, dass der Luftdurchsatz durch den ersten Turbolader gesteuert wird. Das Abgasrückführungsventil kann auf Basis einer Bahnkurve von AGR-Mengen reguliert werden, die eine Schwallmenge des ersten Turboladers nachverfolgen. Weitere Einzelheiten in Bezug auf das Steuern des Luftdurchsatzs durch die Turbolader werden nachstehend mit Bezug auf 2–5 angegeben.
Das Fahrzeugsystem 100 weist ferner ein Abgasbehandlungssystem 130 auf, das in der Abgasleitung angeschlossen ist, um regulierte Emissionen zu verringern. Wie in 1 dargestellt ist, ist das Abgasbehandlungssystem 130 stromabwärts von der Turbine 121 des ersten (Niederdruck-)Turboladers 120 angeordnet. In anderen Ausführungsformen kann ein Abgasbehandlungssystem außerdem oder alternativ dazu stromaufwärts vom ersten Turbolader 120 angeordnet sein. Das Abgasbehandlungssystem 130 kann eine oder mehrere Komponenten aufweisen. Beispielsweise kann das Abgasbehandlungssystem 130 einen Dieselpartikelfilter (DPF), einen Dieseloxidationskatalysator (DOC), einen selektiv katalytischen Reduktions-(SCR-)Katalysator, einen Dreiwegekatalysator und/oder eine NOx-Falle und/oder verschiedene andere Emissionsteuervorrichtungen oder Kombinationen davon aufweisen.
Das Fahrzeugsystem 100 kann auch ein selbstladendes System beinhalten, welches den Motor 104, den Wechselstromerzeuger/Generator 140, Gitterwiderstände 142 und/oder zusätzliche Komponenten aufweisen kann. Das selbstladende System kann überschüssige Motorleistung über den Wechselstromerzeuger/Generator 140 in Elektrizität umwandeln, die dann an eine oder mehrere Fahrzeugbatterien oder andere Energiespeichervorrichtungen abgegeben, über das elektrische System des Motor entladen und/oder zum Gitterwiderstand 142, der die Energie als Wärme abgibt, geleitet werden kann. Somit wird im Selbstlademodus der Motor so betätigt, dass er überschüssiges Drehmoment und/oder überschüssige Leistung jenseits der Fahrmotoranforderungen erzeugt, indem er bei einer Drehzahl und Last arbeitet, die höher sind als nötig, wobei die überschüssige Energie an das selbstladende System abgegeben wird. Beispielsweise kann der Betrieb des selbstladenden Systems die Abgabe von überschüssiger Stromerzeugung durch verschiedene Vorrichtungen, einschließlich der Gitterwiderstände 142 und/oder das Laden einer oder mehrerer von den Batterien beinhalten.
Das Fahrzeugsystem 100 weist ferner die Steuereinheit 180 auf, die vorgesehen und gestaltet ist, um verschiedene Komponenten mit Bezug auf das Fahrzeugsystem 100 zu steuern. In einem Beispiel weist die Steuereinheit 180 ein Computersteuersystem auf. Die Steuereinheit 180 weist ferner nicht-flüchtige, computerlesbare Speichermedien (nicht dargestellt) auf, die einen Code beinhalten, mit dem eine On-board-Überwachung und Steuerung des Motorbetriebs ermöglicht wird. Die Steuereinheit 180, die die Steuerung und Verwaltung des Fahrzeugsystems 100 insgesamt überwacht, kann so konfiguriert sein, dass sie Signale von einer Reihe von Motorsensoren erhält, wie hierin näher ausgeführt, um Betriebsparameter und Betriebsbedingungen zu bestimmen und verschiedene Motoraktoren entsprechend zu regulieren, um den Betrieb des Fahrzeugsystems 100 zu steuern. Zum Beispiel kann die Steuereinheit 180 Signale von verschiedenen Motorsensoren erhalten, einschließlich eines Sensors 181, der in der Ansaugöffnung der Hochdruckturbine angeordnet ist, eines Sensors 182, der in der Ansaugöffnung der Niederdruckturbine angeordnet ist, eines Sensors 183, der in der Ansaugöffnung des Niederdruckkompressors angeordnet ist, und eines Sensors 184, der in der Ansaugöffnung des Hochdruckkompressors angeordnet ist. Die Sensoren, die in den Einlässen der Turbolader angeordnet sind, können Lufttemperatur und/oder -druck erfassen. Zusätzliche Sensoren können unter anderem Motordrehzahl, Motorlast, Ladedruck, Umgebungsdruck, Abgastemperatur, Abgasdruck usw. beinhalten. Dementsprechend kann die Steuereinheit 180 das Fahrzeugsystem 100 dadurch steuern, dass sie Befehle an verschiedene Komponenten wie Fahrmotoren, Wechselstromerzeugern, Zylinderventilen, Drosseln, Wärmetauschern, Ladedruckregelventilen oder anderen Ventilen oder Durchflussregelungselementen sendet.
Das System von 1 kann ein Motorsystem schaffen, das aufweist: einen Bi- bzw. Zweistufen-Turbolader, ein AGR-System, das so gestaltet ist, dass es Abgas selektiv von einer Untergruppe von Zylindern des Motor über ein AGR-Dosierventil zu einer Ansaugöffnung des Motors oder über ein AGR-Umgehungsventil nach außen leitet, und eine Steuereinheit, die so gestaltet ist, dass sie unter einer ersten Bedingung das AGR-Dosierventil und das AGR-Umgehungsventil so reguliert, dass diese eine erste AGR-Menge auf Basis einer gewünschten Sauerstoffansaugfraktion abgeben, und unter einer zweiten Bedingung das AGR-Dosierventil und das AGR-Umgehungsventil so reguliert, dass diese eine zweite AGR-Menge abgeben, um auf einer Niederdruckstufe des Zweistufen-Turboladers ein Pumpen zu verhindern.
Die erste Bedingung kann Gleichgewichtsbetriebsbedingungen beinhalten, und die zweite Bedingung kann eine vorübergehende Abnahme der Motorlast beinhalten. In anderen Ausführungsformen kann die erste Bedingung beinhalten, dass ein Luftmassendurchsatz durch eine Hochdruckstufe des Zweistufen-Turboladers über einem Schwellenwert liegt, und die zweite Bedingung kann beinhalten, dass ein Luftmassendurchsatz durch eine Hochdruckstufe des Zweistufen-Turboladers unter dem Schwellenwert liegt. Der Schwellenwert kann der Luftmassendurchsatz an der Pumpgrenze der Niederdruckstufe sein. Der Luftmassendurchsatz durch die Hochdruckstufe kann eine Funktion einer gewünschten Drehzahl des Hochdruck-Turboladers und eines gewünschten Zylinderdrucks sein. Die Steuereinheit kann ferner Befehle zum Regulieren eines Turbinenumgehungsventils der Hochdruckstufe beinhalten, um einen Luftmassendurchsatz durch die Hochdruckstufe unter einem maximalen Durchsatz zu halten.
2 ist ein Ablaufschema, das ein Verfahren 200 zum Steuern eines Luftmassendurchsatzs durch einen Zweistufen-Turbolader darstellt. Das Verfahren 200 kann von einer Steuereinheit 180 gemäß in dieser gespeicherten Befehlen ausgeführt werden. Der Zweistufen-Turbolader kann zwei in Reihe angeordnete Turbolader beinhalten, beispielsweise Turbolader 10 und 124, wobei ein Turbolader ein Hochdruck-Turbolader ist und ein Turbolader ein Niederdruck-Turbolader ist. Die beiden Turboladerstufen können unterschiedlich auf Schwankungen des Luftdurchsatzs reagieren und können somit auf unterschiedliche Weise gesteuert werden.
Bei 202 beinhaltet das Verfahren 200 das Bestimmen von Motor-Betriebsparametern. Die bestimmten Motor-Betriebsparameter können eine Motordrehzahl, eine Motorlast, Kraftstoffeinspritzungsparameter, ein Brennstoff/ Luft-Verhältnis (OFR) und andere Parameter beinhalten. Bei 204 wird der AGR-Strom reguliert, um eine gewünschte Sauerstoffaufnahme zu ermöglichen. Die gewünschte Sauerstoffaufnahme kann bereitgestellt werden, um NOx-Emissionen unter einer gewünschten Menge zu halten. Die gewünschte Sauerstoffaufnahme kann beispielsweise auf Motordrehzahl und -last basieren. Außerdem kann OFR reguliert werden, um Partikelemissionen unter einer Sollmenge zu halten, und wenn OFR erhöht wird, um die Partikelemissionen zu steuern, kann auch die AGR-Menge, die zum Einlass geliefert wird, erhöht werden. Somit kann die AGR-Menge, mit der eine gewünschte Sauerstoffaufnahme bereitgestellt wird, eine Funktion aus Motordrehzahl, Motorlast, OFR und/oder anderen Parametern sein.
Bei 206 kann ein Hochdruck-Turboladerventil so reguliert werden, dass es einen gewünschten Luftdurchsatz für eine maximale Drehzahl des Hochdruck-Turboladers, einen Spitzen-Verbrennungsdruck (PCP) oder einen Kraftstoffwir-kungsgrad bereitstellt. Das Hochdruck-Turboladerventil kann ein Turbinenumgehungsventil (wie das Ventil 128) und/oder ein Hochdruckkompressor-Umgehungsventil (wie das Ventil 129) sein. Das Hochdruck-Turboladerventil kann so reguliert werden, dass ein überschüssiger Luftdurchsatz durch den Hochdruck-Turbolader vermieden wird, insbesondere während eines Übergangsereignisses, und ein hocheffizienter Betrieb des Hochdruck-Turboladers aufrechterhalten wird. Außerdem oder alternativ dazu kann das Hochdruck-Turboladerventil so reguliert werden, dass es einen Frischluftstrom in die Zylinder in einer Menge bereitstellt, mit der ein Verbrennungsdruck in der Nähe eines Spitzen-Verbrennungsdrucks gehalten werden kann. Weitere Einzelheiten in Bezug auf die Regulierung des Turboladerventils werden nachstehend mit Bezug auf 5 angegeben.
Bei 208 wird bestimmt, ob der Luftdurchsatz durch den Niederdruck-Turbolader bei oder unter einer Pumpgrenze liegt. Das Druckverhältnis, der Luftmassendurchsatz und die Drehzahl des Niederdruck-Turboladers können verwendet werden, um zu bestimmen, ob der Niederdruck-Turbolader bei oder unter der Pumpgrenze arbeitet. Beispielsweise kann die Steuereinheit ein Durchsatzkennfeld beinhalten, das Druckverhältnis gegen Massendurchsatz für eine Mehrzahl von Turboladerdrehzahlen anzeigt, und die Steuereinheit kann den minimalen Luftdurchsatz, mit dem ein Pumpen vermieden werden kann, aus dem Durchsatzkennfeld bestimmen.
Wie oben erläutert, reagieren die Hochdruck- und Niederdruck-Turbolader unterschiedlich auf ähnliche Luftdurchsatzereignisse. Auch wenn das Hochdruck-Turboladerventil so reguliert wird, dass es den Hochdruck-Turbolader bei einem gewünschten Luftmassendurchsatz hält, um ein Pumpen oder eine ungenügende Expansion zu vermeiden, kann es sein, dass diese Regulierung nicht zu einem gewünschten Luftdurchsatz durch den Niederdruck-Turbolader führt, mit dem ein Pumpen oder eine ungenügende Expansion im Niederdruck-Turbolader vermieden werden kann. Wenn das Hochdruck-Turboladerventil geöffnet wird, um den gewünschten Luftdurchsatz durch den Hochdruck-Turbolader bereitzustellen, kann der Niederdruck-Turbolader in einem Beispiel dazu gebracht werden, seine Pumpgrenze zu überschreiten.
3 und 4 sind Beispiele für Turbolader-Kennfelder für einen Hochdruck- und einen Niederdruck-Turbolader, die die unterschiedlichen Antworten der beiden Turbolader darstellen. 3 zeigt ein Kennfeld 300 für einen Hochdruck-Turbolader, und 4 zeigt ein Kennfeld 400 für einen Niederdruck-Turbolader. Bei beiden Kennfeldern 300 und 400 ist das Druckverhältnis über dem jeweiligen Turbolader auf der vertikalen Achse dargestellt, während der Massendurchsatz durch den jeweiligen Turbolader auf der horizontalen Achse dargestellt ist.
Wie in 3 dargestellt ist, weist das Kennfeld 300 eine Mehrzahl von Turbolader-Drehzahllinien auf, beispielsweise eine Drehzahllinie 302, die als durchgezogenen Linien dargestellt sind. Für jede Drehzahllinie kann jeweils der für den Turbolader optimale Luftdurchsatz rechts von der Pumpgrenze 304 und links von der Region 306 der ungenügenden Expansion liegen (deren Begrenzung als Expansionsgrenze bezeichnet werden kann). Innerhalb der Region des optimalen Luftdurchsatzs gibt es Zonen, in denen der Wirkungsgrad erhöht ist und die mit den gestrichelten Linien dargestellt sind; Zone 308 ist ein Beispiel für eine Zone eines höchsten Wirkungsgrads. Somit kann ein Luftdurchsatz durch den Hochdruck-Turbolader so gesteuert werden, dass der Turbolader innerhalb der Zone 308 des hohen Wirkungsgrads gehalten wird.
Jedoch kann es sein, dass der Turbolader während eines vorübergehenden Abfalls der Motorlast mit einem Betrieb innerhalb einer Übergangszone 310 reagiert. Wie in 3 dargestellt ist, liegt die Übergangszone 310 für den Hochdruck-Turbolader innerhalb der Grenzen des Schwallpegels 304 und der Drosselregion 306. Ebenfalls in 3 ist ein Beispiel für eine Reaktion auf ein Öffnen des Hochdruck-Turbinenumgehungsventils dargestellt. Wenn das Turbinenumgehungsventil einen Luftstrom um den Hochdruck-Turbolader herum leitet, reagiert der Turbolader mit einer Verringerung des Massendurchsatzs und einem verringerten Druckverhältnis, wie von einer Linie 312 dargestellt.
Im Gegensatz dazu reagiert der Niederdruck-Turbolader anders auf ein Übergangsereignis als der Hochdruck-Turbolader. Ein Kennfeld 400 in 4 beinhaltet eine Mehrzahl von Turbolader-Drehzahllinien 420, einen Schwallpegel 404 und eine Drosselregion 406, ähnlich wie das Hochdruck-Kennfeld 300. Das Kennfeld 400 beinhaltet auch Zonen verschiedener Wirkungsgrade, beispielsweise eine Zone 408 eines hohen Wirkungsgrads. Die Wirkungsgradzonen des Niederdruck-Kennfelds sind ebenso wie der Schwallpegel 404 im Niederdruck-Kennfeld anders als im Hochdruck-Kennfeld.
Ferner arbeitet der Niederdruck-Turbolader als Reaktion auf einen vorübergehenden Abfall der Motorlast in einer Übergangszone 410, die, wie in 4 dargestellt ist, einen Bereich links vom Schwallpegel 404 beinhaltet. Ferner ist in 4 auch ein Beispiel für eine Reaktion darauf, dass das Turbinenumgehungsventil der Hochdruckstufe geöffne wird, dargestellt. Im Unterschied zu der von der Lnie 312 von 3 dargestellte Reaktion wird der Niederdruck-Turbolader in Richtung auf den Schwallpegel gedrängt, wenn das Turbinenumgehungsventil des Hochdruck-Turboladers geöffnet wird, wie von einer Linie 412 dargestellt ist.
Somit kann der Nidederdruck-Turbolader während eines vorübergehenden Lastabfalls unter Schwallbedingungen arbeiten. Außerdem kann der Niederdruck-Turbolader durch Öffnen des Turbinenumgehungsventils des Hochdruck-Turboladers so gedrängt werden, dass er unter Schwallbedingungen arbeitet. Daher können zusätzliche Steuermechanismen zur Vermeidung eines Schwalls im Niederdruck-Turbolader als Reaktion auf eine Abnahme der Motorlast und/oder als Reaktion auf ein Öffnen des Turbinenumgehungsventils des Hochdruck-Turboladers implementiert werden.
Wenn der Luftdurchsatz durch den Niederdruck-Turbolader nicht bei oder unter der Pumpgrenze liegt, wie in 2 dargestellt, kehrt das Verfahren 200 zum Ausgangspunkt zurück. Wenn der Luftdurchsatz jedoch bei oder unter der Pumpgrenze liegt, schreitet das Verfahren 200 zu 210 fort, um die AGR-Menge zu regulieren, die zur Ansaugöffnung geliefert wird, um ein Pumpen im Turbolader zu vermeiden. Beispielsweise kann AGR, die für die Ansaugöffnung bereitgestellt wird, vorübergehend von einer Basis-AGR-Menge, die eine gewünschte Sauerstoffaufnahme bereitstellt, abgesenkt werden, um den Luftdurchsatz durch den Niederdruck-Turbolader zu erhöhen und den Niederdruck-Turbolader wieder über seine Pumpgrenze zu bringen. Eine Regulierung der AGR-Menge kann bei 212 das Regulieren der AGR auf Basis einer Kurvenlinie aus AGR-Mengen, die dem Schwallpegel des Niederdruck-Turboladers nachfolgen, beinhalten. In einem Beispiel kann die Kurvenlinie eine Spur durch das Kompressorkennfeld beinhalten, die eine Reihe von Druckverhältnis- und Strömungsverhältnispunkten beinhaltet, und die Spur kann parallel zum Schwallpgel verlaufen. Somit kann es für bestimmte Betriebsbedingungen des Niederdruck-Turboladers (die einen Luftmassendurchsatz, ein Druckverhältnis und/oder eine Turboladerdrehzahl beinhalten können) eine vorgegebene AGR-Menge geben, die einen Luftdurchsatz durch den Niederdruck-Turbolader oberhalb der Pumpgrenze hält. In einigen Ausführungsformen kann die Regulierung der AGR-Menge eine Regulierung der Stellung des AGR-Ventils 163 beinhalten, während sie in anderen Ausführungsformen eine koordinierte Regulierung der Stellung eines AGR-Dosierventils 170 ebenso wie eins AGR-Umgehungsventils 164 beinhaltet, wie nachstened ausführlicher mit Bezug auf 5 erläutert wird.
Wenn die AGR-Menge verringert wird, um ein Pumpen des Turboladers zu vermeiden, können die aus dem Motor nach außen abgegebenen Emissionen zunehmen. Beispielsweise kann eine AGR-Menge zum Einlass geliefert werden, die die Sauerstoffaufnahme auf eine Menge senkt, die NOx-Emissionen auf eine Sollmenge steuert. Durch Senken der AGR-Menge, können die Sauerstoffaufnahme und die Verbrennungstemperatur steigen, wodurch NOx steigt. Um Emissionen zu begrenzen, kann das Verfahren 200 optional bei 214 eine Verzögerung der Kraftstoffeinspritzung und/oder eine Erhöhung der Motordrehzahl beinhalten. Der Kraftstoffeinspritzung kann in einem Umfang verzögert werden, der proportional zur AGR-Verringerung ist. Die Motordrehzahl kann erhöht werden, ohne die Fahrzeuggeschwindigkeit zu erhöhen, indem die überschüssige Motorleistung an das selbstladende Motorsystem abgegeben wird. Durch Verzögern der Kraftstoffeinspritzung und/oder Erhöhen der Motordrehzahl können Emissionen auf bei einer Sollmenge gehalten werden, wenn die AGR-Menge verringert wird.
Obwohl das Verfahren 200 von 2 eine Regulierung der AGR-Menge als Reaktion auf ein Schwallereignis des Niederdruck-Turboladers darstellt, kann die AGR in manchen Fällen auch ohne die Erfassung eines Schwallereignisses reguliert werden. Beispielsweise kann die AGR-Menge vorsorglich reguliert werden, um einen Schwall zu verhindern, wenn ein Übergangsereignis erfasst wird, beispielsweise ein Abfall der Motorlast. Alternativ dazu oder zusätzlich kann die AGR reguliert werden, wenn ein Luftmassendurchsatz durch den Hochdruck-Turbolader unter einem Schwellenwert liegt, oder als Reaktion auf ein Öffnen des Turbinenumgehungsventils des Hochdruck-Turboladers.
5 ist eine Skizze, die ein Beispiel für eine Steuerroutine 500 zur Regulierung der Stellung des Turbinenumgehungsventils und des Abgasrückführungsventils darstellt. Eine Routine 500 kann beispielsweise von der Steuereinheit 180 während der Durchführung des Verfahrens 200 ausgeführt werden. Die Routine 500 bestimmt die Stellung für ein Turbinenumgehungsventil eines Hochdruck-Turboladers, beispielsweise des Ventils 128. Jedoch kann die Routine 500 auch verwendet werden, um eine Stellung eines Kompressorumgehungsventils des Hochdruck-Turboladers zu regulieren, wie des Ventils 129.
Die Stellung des Hochdruck-Turbinenumgehungsventils kann so reguliert werden, dass ein gewünschter Luftdurchsatz für einen oder mehrere Betriebsparameter bereitgestellt wird. Bei 502 wird der maximale Luftdurchsatz für eine gewünschte Drehzahl des Hochdruck-Turboladers bestimmt. Die Solldrehzahl des Hochdruck-Turboladers kann eine maximale Turbolader-Drehzahl sein, beispielsweise die Drehzahllinie 302, die im Kennfeld 300 dargestellt ist. Der Massendurchsatz für die maximale Drehzahl ist eine Funktion des aktuellen Druckverhältnisses und kann aus dem Turbolader-Kennfeld ausgewählt werden. Jedoch kann der Luftmassendurchsatz im Turbolader-Kennfeld einen korrigierten Luftmassendurchsatz darstellen, der die Temperatur und den Druck der Luft, die in den Turbolader eintritt, berücksichtigt, daher kann der Luftmassendurchsatz, der aus dem Kennfeld ausgewählt wird, unkorrigiert sein, um den tatsächlichen zulässigen maximalen Luftdurchsatz für den Hochdruck-Turbolader zu bestimmen.
Bei 504 wird der maximale Luftdurchsatz für einen Spitzen-Verbrennungsdruck bestimmt. Der maximale Luftdurchsatz für einen Spitzen-Verbrennungsdruck kann der Luftmassendurchsatz im Ansaugkrümmer sein, der ein Zylnderluftvolumen für einen bestimmten maximalen Druck im Zylinder während der Verdichtung und anschließenden Verbrennung zur Folge hat. Der Spitzen-Verbrennungsdruck ist ebenfalls eine Funktion von Kraftstoffeinspritzungs-Parametern wie einem Kraftstoffleitungsdruck, einem Einspritzzeitpunkt und einer Sauerstoffaufnahme, und kann auch eine Funktion des Zylinderverdichtungsverhältnisses, der Einlasskrümmertemperatur und der maximalen Ansaugkrümmerdrucks sein.
Bei 506 wird der maximale Luftdurchsatz für einen optimalen Kraftstoffwirkungsgrad bestimmt. Der Kraftstoffwirkungsgrad kann eine Funktion einer Reihe von Motorbetriebsparametern sein, einschließlich einer Motorlast, einer Motordrehzahl usw., und er kann auch vom Luftmassendurchsatz beeinflusst werden. Somit kann ein maximaler Luftdurchsatz für einen Kraftstoffwirkungsgrad auch bei der Bestimmung des gewünschten Luftdurchsatzs berücksichtigt werden.
Bei 508 wird der minimale Luftmassendurchsatz aus dem maximalen Luftdurchsatz für eine maximale Turboladerdrehzahl, einem maximalen Luftdurchsatz für einen Spitzen-Verbrennungsdruck und einem maximalen Luftdurchsatz für einen Kraftstoffwirkungsgrad als bestimmter Luftmassendurchsatz ausgewählt. Durch Auswählen des minimalen Luftmassendurchsatzs aus den drei verschiedenen Luftmassendurchsätzen wird sichergestellt, dass keiner der betrachteten Betriebsparameter oberhalb eines maximalen zulässigen Luftmassendurchsatzes arbeitet.
Der Luftmassendurchsatz, der bei 508 ausgegeben wird, wird zusammen mit dem tatsächlich gemessenen Luftmassendurchsatz 510 in einen Luftdurchsatz-Controller 512 eingegeben. Der Luftdurchsatz-Controller kann als Teil einer Steuereinheit 180 enthalten sein und kann spezifisch dafür verwendet werden, eine Stellung des Turbinenumgehungsventils zu bestimmen. In einem Beispiel kann die Stellung des Turbinenumgehungsventils auf dem Unterschied zwischen dem gewünschten Luftmassendurchsatz, der bei 508 ausgegeben wird, und dem aktuellen Luftmassendurchsatz bei 510 basieren. Andere Mechanismen zur Bestimmung der Stellung des Turbinenumgehungsventils sind ebenfalls mögich, beispielsweise die Einbeziehung einer Vorwärtsregelung.
Der Luftdurchsatz-Controller 512 gibt ein Ventilstellungs-Befehlssignal an einen Ventilsättigungsregler 514 aus. Unter bestimmten Bedingungen kann der Luftdurchsatz-Controller 512 eine Ventilstellung ausgeben, die wegen physischer Beschränkungen des Ventils nicht erreicht werden kann, beispielsweise kann das Ventil nur zwischen seinen vollständig offenen und vollständig geschlossenen Stellungen reguliert werden und kann außerhalb dieser Stellungen nicht reguliert werden. Wenn das Ventil beispielsweise bereits ganz offen ist, aber der Luftdurchsatz-Controller 512 dem Ventil befiehlt, sich weiter zu öffnen, um den Luftdurchsatz durch den Turbolader zu verringern, dann gibt der Ventilsättigungsregler 514 an das Ventil aus, seine vollständig offene Stellung beizubehalten. Wenn der Luftdurchsatz-Controller 512 dem Ventil jedoch befiehlt, eine Stellung zwischen ganz offen und ganz geschlossen einzunehmen, dann gibt der Ventilsättigungsregler 514 das gleiche Signal wie der Controller aus.
Wenn das Ventil bereits eine ganz offene oder ganz geschlossene Stellung einnimmt und trotzdem weitere Luftdurchsatzregulierungen angezeigt werden, kann der Luftdurchsatz vom Turbinenumgehungsventil nicht weiter reguliert werden. Zum Ausgleich kann die Motorleistung reguliert werden. Der Unterschied zwischen der zuvor befohlenen Ventilstellung und nach dem Ventilsättigungsregler 514 wird bei 516 bestimmt, und dieser Unterschied wird in in einen Lead-Lag-Regler 518 eingegeben. Wenn der Unterschied zwischen den Ventilstellungen nicht gleich null ist, gibt der Lead-Lag-Regler 518 ein Signal zur Regulierung der Motorleistung, beispielsweise der PS, des Drehmoments usw. aus, um den Luftdurchsatz auf den gewünschten Luftdurchsatz zu bringen.
Die Steuerroutine 500 bestimmt außerdem die Stellung eines AGR-Ventils oder in manchen Ausführungsformen die Stellung eines AGR-Dosierventils und eines AGR-Umgehungsventils, die koordiniert reguliert werden können, um eine gewünschte Abgasmenge von einer Untergruppe der Zylinder (der Geberzylindergruppe) zur Ansaug- und/oder zur Abgasleitung zu leiten. Um die AGR-Ventilstellung zu bestimmen, wird bei 520 ein AGR-Massendurchsatz für eine Soll-Sauerstoffaufnahme bestimmt. Wie oben erläutert, kann der AGR-Strom für eine Soll-Sauerstoffaufnahme auf Basis der Motordrehzahl, der Motorlast und des OFR bestimmt werden. Außerdem kann der AGR-Strom für eine Soll-Sauerstoffaufnahme im Zylinder eingeschlossene Sauerstoffmengen berücksichtigen. Die Sauerstoffmenge, die in den Zylindern eingeschlossen ist, kann auf Basis von Einlass- und Auslassventilsteuerzeiten, Abgasgegendruck und/oder anderen Parametern bestimmt werden.
Bei 522 wird der maximale AGR-Massendurchsatz bestimmt, der zulässig ist, ohne ein Pumpen des Niederdruck-Turboladers zu verursachen. Der maximale AGR-Massendurchsatz ohne Pumpen ist eine AGR-Menge, die im geringsten Luftmassendurchsatz zur Vermeidung eines Pumpens im Niederdruck-Turbolader resultiert. Der minimale Luftdurchsatz zur Vermeidung eines Pumpens ist eine Funktion der Turboladerdrehzahl. Der minimale Luftmassendurchsatz kann auf Basis eines Niederdruck-Turboladerkennfelds, beispielsweise des Kennfelds 400 bestimmt werden. Beispielsweise kann die aktuelle Turboladerdrehzahl in das Kennfeld eingegeben werden, und der Luftmassendurchsatz auf oder nahe der Pumpgrenze kann für diese Drehzahl bestimmt werden. Die Turboladerdrehzahl im Kennfeld kann eine korrigierte Turboladerdrehzahl sein, die die Temperatur und den Druck der Luft, die in den Turbolader eintritt, berücksichtigt, und somit kann der minimale Luftdurchsatz, der aus dem Kennfeld ausgewählt wird, unkorrigiert sein, um den tatsächlichen minimalen Luftmassendurchsatz zu bestimmen. Die maximale AGR-Menge kann durch Subtrahieren des minimalen Luftmassendurchsatzes vom aktuellen Luftmassendurchsatz bestimmt werden.
In anderen Ausführungsformen kann die AGR-Menge auf Basis einer gespeicherten Kurvenlinie von AGR-Mengen bestimmt werden, die im Wesentlichen parallel mit dem Schwallpegel des Niederdruck-Turboladers ausgerichtet werden. Beispielsweise kann für eine bestimmte Turboladerdrehzahl und/oder ein bestimmtes Druckverhältnis ein AGR-Massendurchsatz aus der gespeicherten AGR-Mengenkurve ausgewählt werden. Jede AGR-Menge aus der gespeicherten Kurve kann den Turbolader aus der Schwallregion heraushalten. Bei 524 wird die minimale AGR-Menge der AGR für eine gewünschte Sauerstoffaufnahme und der AGR für eine Schwallvermeidung als gewünschte AGR-Menge ausgewählt. Durch Auswählen der minimalen AGR-Menge aus der AGR für die Sauerstoffaufnahme und der AGR zur Schwallvermeidung kann der AGR-Strom unter einer Menge gehalten werden, die einen Schwall im Niederdruckschwall bewirken kann, während unter den meisten Bedingungen eine gewünschte Emissionssteuerung bereitgestellt werden kann. Der gewünschte AGR-Massendurchsatz, der bei 524 ausgewählt wird, wird zusammen mit einem tatsächlich gemessenen AGR-Massendurchsatz 526 in einen AGR-Strom-Controller 528 eingegeben. Ähnlich wie beim Luftdurchsatz-Controller 512 kann der AGR-Strom-Controller 528 Teil der Steuereinheit 180 sein und kann die Stellung des AGR-Ventils oder der AGR-Ventile bestimmen, um die gewünschte AGR-Menge bereitzustellen. In einem Beispiel kann der aktuelle AGR-Luftdurchsatz vom gewünschten AGR-Massendurchsatz subtrahiert werden, und dieser Unterschied oder Fehler zwischen den tatsächlichen und gewünschten AGR-Mengen kann vom AGR-Strom-Controller 528 verwendet werden, um eine Regulierung des AGR-Ventils oder der AGR-Ventile zu bestimmen.
Ferner kann der AGR-Strom-Controller 528 mit dem Luftdurchsatz-Controller 512 in Verbindung stehen. Beispielsweise kann der AGR-Strom-Controller 528 die Stellung des Turbinenumgehungsventils vom Luftdurchsatz-Controller 512 erhalten und zumindest teilweise die Stellung des AGR-Ventils auf Basis der Stellung des Turbinenumgehungsventils bestimmen. Wie bereits erläutert worden ist, kann das Turbinenumgehungsventil, wenn es sich öffnet, den Niederdruck-Turbolader zu einem Schwall drängen, und die AGR-Ventilstellung kann weiter reguliert werden, wenn die ursprüngliche AGR-Bestimmung zur Schwallvermeidung die Stellung des Turbinenumgehungsventils nicht berücksichtigt hat.
Der AGR-Strom-Controller 528 gibt einen Befehl für die Stellung des AGR-Ventils aus. In anderen Ausführungsformen kann der AGR-Strom-Controller 528 einen Befehl für die Stellung des AGR-Umgehungsventils, der das Abgas reguliert, das zur Abgasleitung und nach außen geleitet wird, und einen Befehl für die Stellung des AGR-Dosierventils, der das Leiten des Abgases zurück zum Einlass reguliert, ausgeben. Die koordinierte Steuerung der AGR-Umgehungs- und -Dosierungsventile stellt eine gewünschte AGR-Menge zum Steuern von Emissionen unter den meisten Bedingungen (z.B. Gleichgewichtsbedingungen) aus. Wenn diese AGR-Menge eine Verringerung des Luftdurchsatzes durch den Niederdruck-Turbolader jenseits der Pumpgrenze bewirken würde, können die AGR-Umgehungs- und -Dosierungsventile jedoch statt dessen so gesteuert werden, dass sie die gewünschte AGR-Menge zur Pumpvermeidung bereitstellen.
Somit stellen das Verfahren von 2 und die Steuerroutine 500 von 5 eine Motortechnik bereit, die das Regulieren eines oder mehrerer Abgasrückführungsventile, um einen ersten Turbolader innerhalb eines ersten Luftdurchsatzbereichs zu halten, und das Regulieren eines Turboladerumgehungsventils, um einen zweiten Turbolader innerhalb eines zweiten Luftdurchsatzbereichs zu halten, umfasst. Der erste Luftdurchsatzbereich kann einen ersten Luftmassendurchsatz oberhalb einer Pumpgrenze und unterhalb einer Drosselgrenze für den ersten Turbolader beinhalten, und der zweite Luftdurchsatzbereich kann einen zweiten Luftmassendurchsatz oberhalb einer Pumpgrenze und unterhalb einer Drosselgrenze für den zweiten Turbolader beinhalten. In Ausführungsformen kann der Luftdurchsatz durch einen von den Turboladern so gesteuert werden, dass der Turbolader innerhalb seines Luftdurchsatzbereichs gehalten wird, und der andere Turbolader kann relativ zu diesem Turbolader gesteuert werden. In manchen Ausführungsformen kann der erste Luftdurchsatzbereich einen ersten Luftmassendurchsatz oberhalb einer Pumpgrenze und unterhalb eines Luftmassendurchsatzes, der eine maximale Turboladerdrehzahl für den ersten Turbolader bereitstellt, beinhalten, und der zweite Luftdurchsatzbereich kann einen zweiten Luftmassendurchsatz oberhalb einer Pumpgrenze und unterhalb eines Luftmassendurchsatzes, der eine maximale Turboladerdrehzahl für den zweiten Turbolader bereitstellt, beinhalten.
In Ausführungsformen weisen die ersten und zweiten Turbolader relativ zueinander mindestens einen Unterschied auf, der ausgewählt ist aus: Luftausgangsdruck, Drehzahl, Luftmassendurchsatz, Schwallschwellenwert und Abrissschwellenwert. Die Regulierung des einen oder mehreren Abgasrückführungsventile kann zumindest zum Teil auf dem Luftausgabedruck, der Drehzahl, dem Luftmassendurchsatz, dem Schwallschwellenwert oder dem Abissschwellenwert des ersten Turboladers, des zweiten Turboladers oder einer Kombination aus sowohl dem ersten als auch dem zweiten Turbolader basieren. Der Abissschwellenwert kann dem oben beschriebenen Drosselpegel ähnlich sein.
In anderen Ausführungsformen beinhaltet eine Motortechnik die Regulierung einer Abgasrückführungsmenge, um eine gewünschte Sauerstoffaufnahmefraktion bereitzustellen, die Regulierung eines Luftmassendurchsatzs durch eine Hochdruckstufe eines Zweistufen-Turboladers, um die Hochdruckstufe unter einem maximalen Luftmassendurchsatz zu halten, und in mindestens einem Betriebsmodus die Verringerung der Abgasrückführungsmenge, um ein Pumpereignis in einer Niederdruckstufe des Zweistufen-Turboladers zu verhindern. Die Abgasrückführungsmenge kann in manchen Ausführungsformen vorübergehend gesenkt werden.
Die mindestens eine Betriebsbedingung kann eine Abnahme der Motorlast beinhalten. Somit kann die Abgasrückführungsmenge als Reaktion auf eine Verringerung der Motorlast verringert werden. Die Hochdruckstufe und die Niederdruckstufe können unterschiedliche Reaktionen auf die vorübergehende Abnahme der Motorlast aufweisen, und die Abgasrückführungsmenge kann verringert werden, um die unterschiedlichen Übergangsreaktionen auszugleichen. In anderen Ausführungsformen kann die mindestens eine Betriebsbedingung beinhalten, dass ein Luftdurchsatz durch die Hochdruckstufe unter einem Schwellenwert liegt. Somit kann die Abgasrückführungsmenge als Reaktion darauf, dass der Luftdurchsatz durch die Hochdruckstufe unter dem Schwellenwert liegt, verringert werden. Der Schwellenwert kann ein Luftmassendurchsatz bei einer Pumpgrenze für die Niederdruckstufe bei einem bestimmten Druckverhältnis und einer bestimmten Drehzahl der Niederdruckstufe sein und kann daher auf dem Druckverhältnis und der Drehzahl des Niederdruck-Turboladers basieren.
Eine andere Ausführungsform betrifft ein Motorsystem. Das System weist einen Motor, einen ersten Turbolader, einen zweiten Turbolader und eine Steuereinheit auf. Der erste Turbolader ist mit einer Abgasleitung stromabwärts vom Motor verbunden, und der zweite Turbolader ist mit der Abgasleitung stromabwärts vom ersten Turbolader verbunden. Das System weist ferner eines oder mehrere Abgasrückführungsventile und ein Turboladerumgehungsventil auf. Das eine oder die mehreren Abgasrückführungsventile sind mit einer Abgasrückführungsleitung verbunden. Das Turboladerumgehungsventil ist mit einer Turbinenumgehungsleitung verbunden, die in einer Ausführungsform mit der Abgasleitung verbunden ist. Die Steuereinheit ist so gestaltet, dass sie das eine oder die mehreren Abgasrückführungsventile reguliert, um den ersten Turbolader innerhalb eines ersten Luftmassendurchsatzbereichs zu halten und das Turboladerumgehungsventil so zu regulieren, dass der zweite Turbolader innerhalb eines zweiten Luftmassendurchsatzbereichs gehalten wird.
Eine andere Ausführungsform betrifft ein Motorsystem. Das System beinhaltet einen Motor, eine Steuereinheit und einen Zweistufen-Turbolader, der einen Hochdruckstufe (die stromabwärts vom Motor angeschlossen ist) und eine Niederdruckstufe (die stromabwärts von der Hochdruckstufe angeschlossen ist) beinhaltet. Die Steuereinheit ist so gestaltet, dass eine Abgasrückführungsmenge so reguliert wird, dass eine gewünschte Sauerstoffaufnahmefraktion bereitgestellt wird. Um die Abgasrückführungsmenge zu regulieren, kann die Steuereinheit so gestaltet sein, dass sie ein Abgasrückführungsventil, das mit einer Abgasrückführungsleitung verbunden ist, steuert. Die Steuereinheit ist ferner so gestaltet, dass sie einen Luftmassendurchsatz durch die Hochdruckstufe des Zweistufen-Turboladers so reguliert, dass die Hochdruckstufe unterhalb eines maximalen Luftmassendurchsatzs gehalten wird. Um den Luftmassendurchsatz durch die Hochdruckstufe zu regulieren, kann die Steuereinheit so gestaltet sein, dass sie ein Turbinenumgehungsventil (das mit einer Turbinenumgehungsleitung verbunden ist, die mit der Abgasleitung in einer Ausführungsform verbunden ist) steuert. Die Steuereinheit ist ferner so gestaltet, dass sie in mindestens einem Betriebsmodus so arbeitet, dass sie die Abgasrückführungsmenge verringert, um ein Schwallereignis der Niederdruckstufe des Zweistufen-Turboladers zu verhindern.
Wie hierin verwendet, ist ein Element oder ein Schritt, der bzw. das in der Singularform angeführt wird und dem das Wort "ein" vorangestellt ist, nicht so zu verstehen, als würde es den Plural des Elements oder Schritts ausschließen, solange solch eine Ausschließung nicht ausdrücklich angegeben wird. Ferner sind Bezugnahmen auf "eine Ausführungsform" der vorliegenden Erfindung nicht so zu interpretieren, als würden Sie die Existenz weiterer Ausführungsformen, die die genannten Merkamel ebenfalls beinhalten, ausschließen. Darüber hinaus können Ausführungsformen, die ein Element oder eine Mehrzahl von Elementen mit einer bestimmten Eigenschaft aufweisen, "beinhalten", "einschließen" oder "aufweisen" weitere solcher Elemente beinhalten, die diese Eigenschaft nicht aufweisen. Die Ausdrücke "umfassend" und "in welcher", die verwendet werden, werden als allgemeinsprachige Entsprechungen der Ausdrücke "aufweisend" und "worin" verwendet. Darüber hinaus werden die Ausdrücke "erster/erste/erstes", "zweiter/zweite/zweites" und "dritter/dritte/drittes" nur kennzeichnend verwendet und sollen keine numerischen Bedingungen oder eine bestimmte Reihenfolge der Anordnung für ihre Objekte auferlegen.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung zu offenbaren, einschließlich ihre besten Weise, und auch, um einen Durchschnittsfachmann auf dem relevanten Gebiet in die Lage zu versetzen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, wozu die Herstellung und Verwendung etwaiger Vorrichtungen oder Systeme und die Durchführung etwaiger darin enthaltener Verfahren gehören. Der patentwürdige Bereich der Erfindung wird von den Ansprüchen definiert und kann andere Beispiele beinhalten, die für einen Durchschnittsfachmann naheliegen können. Diese anderen Beispiele sollen im Bereich der Ansprüche eingeschlossen sein, wenn sie Strukturelmente aufweisen, die sich vom Wortlaut der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie gleichwertige Sturkturelemente aufweisen, die sich vom Wortlaut der Ansprüche nur unwesentlich unterscheiden.
Es werden verschiedene Verfahren und Systeme zur Steuerung eines Luftdurchsatzes in einem Zweistufen-Turbolader geschaffen. In einem Beispiel umfasst eine Motorverfahren das Regulieren eines oder mehrerer Abgasrückführungsventile, um einen ersten Turbolader innerhalb eines ersten Luftdurchsatzbereichs zu halten, und das Regulieren eines Turboladerumgehungsventils, um einen zweiten Turbolader innerhalb eines zweiten Luftdurchsatzbereichs zu halten.

Claims

Verfahren, umfassend: das Regulieren eines oder mehrerer Abgasrückführungsventile, um einen ersten Turbolader innerhalb eines ersten Luftdurchsatzbereichs zu halten; und das Regulieren eines Turboladerumgehungsventils, um einen zweiten Turbolader innerhalb eines zweiten Luftdurchsatzbereichs zu halten.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner das Regulieren der Motordrehzahl und/oder der Motorleistung umfassend, um die ersten und zweiten Turbolader im ersten Luftdurchsatzbereich bzw. im zweiten Luftdurchsatzbereich zu halten, und wobei die ersten und zweiten Turbolader in Reihe angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner das Regulieren des Turboladerumgehungsventils umfassend, um den Zylinderdruck unter einem Spitzen-Verbrennungsdruck zu halten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Turboladerumgehungsventil ein Turbinenumgehungsventil des zweiten Turboladers beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Turboladerumgehungsventil ein Kompressorumgehungsventil des zweiten Turboladers beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Turbolader ein Niederdruck-Turbolader ist, und wobei der zweite Turbolader ein Hochdruck-Turbolader ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine Abgasrückführungsventil ausgehend von einer Abgasrückführungs-Grundstellung reguliert wird, die eine Soll-Sauerstoffaufnahmemenge bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Luftdurchsatzbereich einen ersten Luftmassendurchsatz oberhalb einer Pumpgrenze und unterhalb einer Drosselgrenze für den ersten Turbolader beinhaltet, und der zweite Luftdurchsatzbereich einen zweiten Luftmassendurchsatz oberhalb einer Pumpgrenze und unterhalb einer Drosselgrenze für den zweiten Turbolader beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste und der zweite Turbolader mindestens einen Unterschied in Bezug aufeinander aufweisen, der ausgewählt ist aus: Luftabgabedruck, Drehzahl, Luftmassendurchsatz, Pumpschwellenwert und Abrissschwellenwert; und das Regulieren des einen oder der mehreren Gasrückführungsventile zumindest teilweise auf dem Luftabgabedruck, der Drehzahl, dem Luftmassendurchsatz, dem Pumpschwellenwert oder dem Abrissschwellenwert des ersten Turboladers, des zweiten Turboladers oder einer Kombination von sowohl dem ersten Turbolader als auch dem zweiten Turbolader basiert.
Motorsteuertechnik, umfassend: das Regulieren einer Abgasrückführungsmenge, um eine Soll-Sauerstoffaufnahmefraktion bereitzustellen; Regulieren eines Luftmassendurchsatzes durch eine Hochdruckstufe eines Zweistufen-Turboladers, um die Hochdruckstufe unterhalb eines maximalen Luftmassendurchsatzs zu halten; und Verringern der Abgasrückführungsmenge in zumindest einem Betriebsmodus, um ein Pumpereignis in der Niederdruckstufe des Zweistufen-Turboladers zu verhindern.