DE102013206365A1 - Aufgeladener motor mit variablem ventilbetrieb - Google Patents

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James Douglas Ervin
Kim Hwe Ku Ku
Gregory Patrick McConville
Brad Alan Boyer
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Ford Global Technologies LLC
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Abstract

Ausführungsformen zum Lenken von Abgasen in einer Maschine sind bereitgestellt. Bei einem Beispiel weist ein Maschinenverfahren während einer ersten Bedingung das Zünden eines Subsatzes von Zylindern und Lenken der gesamten Abgase von dem Subsatz von Zylindern durch einen ersten Auspuffkrümmer, der direkt mit einem Katalysator und nicht mit einem Turbolader gekuppelt ist, auf, und, während einer zweiten Bedingung, das Zünden aller Zylinder, Lenken eines ersten Teils der Abgase durch einen zweiten Auspuffkrümmer, der mit dem Turbolader gekuppelt ist, und Lenken eines zweiten Teils der Abgase durch den ersten Auspuffkrümmer. Derart können die Abgase unter bestimmten Bedingungen direkt zu einem Katalysator gelenkt werden.

Description

  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Nockenwellenprofilschaltsystem in einer Maschine.
  • Das Aufladen einer Maschine erlaubt es der Maschine, Leistung ähnlich der einer Maschine mit größerem Hubraum zu liefern, während die Maschinenpumparbeit nahe der Pumparbeit einer normal ansaugenden Maschine mit ähnlichem Hubraum beibehalten wird. Daher kann das Aufladen den Betriebsbereich einer Maschine erweitern. Aufgeladene Maschinen können jedoch Schwierigkeiten damit haben, schnelle Katalysator-Anspringzeiten nach einem Maschinenstart zu erzielen. Die zusätzliche Masse und der zusätzliche Oberflächenbereich, die durch das Turbinengehäuse eingeführt werden, können die Katalysatoreinlasstemperatur signifikant verringern. Vorhergehende Lösungen zum Erzielen schneller Katalysatoraufwärmung haben hohe Hitzeströmungs-Verbrennungsstrategien und/oder Turbinenbypassventile herangezogen, um die Temperatur des Abgases, das den Katalysator erreicht, zu steigern.
  • Die Erfinder haben jedoch einige Probleme mit einem solchen Ansatz erkannt. Die Verbrennung mit großer Hitze verwendet übermäßigen Kraftstoff, was die Kraftstoffeinsparung verringert. Ferner kann der Gebrauch von Turbinenbypassventilen komplex sein und Abdicht- und höhere Betätigungskraftforderungen stellen.
  • Daher kann bei einem Beispiel einigen der obenstehenden Probleme wenigstens teilweise durch ein Maschinenverfahren begegnet werden, das während einer ersten Bedingung das Zünden eines Subsatzes von Zylindern und Leiten der gesamten Abgase von dem Subsatz von Zylindern durch einen ersten Auspuffkrümmer, der direkt mit einem Katalysator und nicht mit einem Turbolader gekuppelt ist, und, während einer zweiten Bedingung, das Zünden aller Zylinder, Leiten eines ersten Teils der Abgase durch einen zweiten Auspuffkrümmer, der mit dem Turbolader gekuppelt ist, und Leiten eines zweiten Teils der Abgase durch den ersten Auspuffkrümmer aufweist.
  • Auf diese Art kann Abgas während Maschinenkaltstartbedingungen von den gezündeten Zylindern direkt unter Umgehen der Turbine zu dem Katalysator geleitet werden. Die Maschine kann konfiguriert werden, so dass der Abgasöffnungsoberflächenbereich zwischen den Auslassventilen und der Katalysatorfläche verringert ist, die Maschine kann zum Beispiel eine Reihenvierzylinder-Maschine mit einer Abgasöffnung von jedem der inneren Zylinder sein, die direkt mit dem Katalysator über den ersten Auspuffkrümmer gekuppelt sind. Während des Kaltstartbetriebs kann ein Nockenwellenprofil derart eingestellt werden, dass nur die Abgasöffnungen, die mit dem ersten Auspuffkrümmer gekuppelt sind, geöffnet werden. Während des warmgelaufenen Standardbetriebs werden alle Zylinder gezündet und das Nockenwellenprofil wird umgeschaltet, so dass jede Abgasöffnung jedes Zylinders geöffnet wird, was es einem Großteil der Abgase erlaubt, zu der Turbine geleitet zu werden.
  • Die obenstehenden Vorteile und weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung gehen klar aus der folgenden ausführlichen Beschreibung allein oder in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen hervor.
  • Es ist klar, dass die obenstehende Zusammenfassung gegeben wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden, einzuführen. Sie bezweckt nicht, Hauptmerkmale oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, dessen Geltungsbereich allein durch die Ansprüche, die auf die ausführliche Beschreibung folgen, definiert ist. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die irgendwelche Nachteile, die oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung festgehalten wurden, lösen.
  • 1 zeigt ein beispielhaftes Maschinenwirkbild.
  • 2 zeigt eine beispielhafte Maschine, die einen Turbolader und ein Nockenprofilschaltsystem enthält.
  • 3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Betreiben einer Maschine, die ein Nockenprofilschaltsystem aufweist, veranschaulicht.
  • 4 bis 6 veranschaulichen beispielhafte Abgasventilsteuerungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • Bei aufgeladenen Maschinen werden die Abgase typischerweise durch den Turbolader geleitet, bevor sie einen oder mehrere stromabwärtige Auspuffbauteile, wie zum Beispiel Katalysatoren, erreichen. Das Strömen durch den Turbolader kann die Abgase aufgrund zusätzlicher Oberfläche und eines längeren Abgasweges, der durch den Turbolader bereitgestellt wird, abkühlen, was die Katalysatoreinlasstemperatur verringert und die Katalysatoranspringzeit während kalter Maschinenstarts steigert. Um die Katalysatoreinlasstemperatur unter Kaltstartbedingungen zu steigern, kann ein Nockenprofilschaltsystem mit einem segmentierten integrierten Auspuffkrümmer und Maschine mit veränderlichem Hubraumbetrieb (VIDE) kombiniert werden, um einen direkten, verkürzten Abgasweg zu dem Katalysator vorzusehen. Bei einer Reihenvierzylinder-Maschine können die inneren Zylinder zum Beispiel jeweils eine Auspufföffnung haben, die über getrennte Auspuffkrümmer direkt mit dem Katalysator gekuppelt ist, und eine Auspufföffnung, die direkt mit dem Turbolader gekuppelt ist, während die äußeren Zylinder nur mit dem Turbolader gekuppelt sein können. Während Kaltstartbedingungen kann ein Nockenprofil aktiviert werden, wobei nur die Abgasventile, die die Öffnungen steuern, die direkt mit dem Katalysator gekuppelt sind, geöffnet werden, während alle restlichen Abgasöffnungen (zum Beispiel die Abgasöffnungen, die direkt mit dem Turbolader gekuppelt sind) verschlossen gehalten werden. Ferner kann die Maschine während dieser Bedingungen im VDE-Betrieb betrieben werden, um die äußeren Zylinder zu deaktivieren. Derart können die Abgase direkt zu dem Katalysator und nicht zu dem Turbolader geleitet werden, um den Katalysator rasch aufzuwärmen. 1 und 2 bilden eine beispielhafte Maschine ab, die einen integrierten segmentierten Auspuffkrümmer, Systeme zum Betreiben mit Nockenprofilumschalten und VDE und einen Controller aufweisen, der das Verfahren der 3 ausführen kann. Beispielhafte Abgasventilsteuerungen während der Ausführung des Verfahrens der 3 sind in den 4–6 abgebildet.
  • Unter spezifischer Bezugnahme auf 1, enthält sie ein Prinzipschaltbild, das einen Zylinder des Mehrzylinder-Verbrennungsmotors 10 zeigt. Die Maschine 10 kann wenigstens teilweise durch ein Steuersystem gesteuert werden, das den Controller 12 aufweist, und durch Eingabe von einem Fahrzeugfahrer 132 über eine Eingabevorrichtung 130. Bei diesem Beispiel weist die Eingabevorrichtung 130 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 auf, um ein anteilsmäßiges Pedalpositionssignal PP zu erzeugen.
  • Der Verbrennungszylinder 30 der Maschine 10 kann Verbrennungszylinderwände 32 mit einem Kolben 36, der darin positioniert ist, aufweisen. Der Kolben 36 kann mit der Kurbelwelle 40 gekuppelt sein, so dass Hin- und Herbewegung des Kolbens in Drehbewegung der Kurbelwelle umgewandelt wird. Die Kurbelwelle 40 kann mit wenigstens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs über ein Zwischenübertragungssystem gekuppelt sein. Ferner kann ein Anlassermotor mit der Kurbelwelle 40 über ein Schwungrad gekuppelt sein, um einen Startvorgang der Maschine 10 zu ermöglichen.
  • Der Verbrennungszylinder 30 kann Einlassluft von dem Ansaugrohr 44 über die Einlasspassage 42 erhalten und Verbrennungsabgase über die Auspuffpassage 48 ableiten. Das Ansaugrohr 44 und die Auspuffpassage 48 können selektiv mit dem Verbrennungszylinder 30 über ein jeweiliges Einlassventil 52 und Auslassventil 54 kommunizieren. Bei bestimmten Ausführungsformen kann der Verbrennungszylinder 30 zwei oder mehrere Einlassventile und/oder zwei oder mehrere Auslassventile aufweisen.
  • Bei diesem Beispiel können das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 durch Nockenbetätigung über jeweilige Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 gesteuert werden. Die Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 können jeweils eine oder mehrere Nocken aufweisen und eine oder mehrere Nockenprofilschaltungen (CPS), variable Nockensteuerung (VCT), variable Ventilsteuerung (VVT) und/oder variable Ventilhubsysteme (VVL) aufweisen, die von dem Controller 12 betrieben werden, um den Ventilbetrieb zu variieren. Die Position des Einlassventils 52 und Auslassventils 54 kann jeweils durch Positionssensoren 55 und 57 oder über Nockenwellensensoren bestimmt werden. Bei alternativen Ausführungsformen können das Einlassventil 52 und/oder Auslassventil 54 durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Der Zylinder 30 kann zum Beispiel alternativ ein Einlassventil aufweisen, das über elektrische Ventilbetätigung gesteuert wird, und ein Auslassventil, das über Nockenbetätigung inklusive CPS- und/oder VCT-Systeme gesteuert wird.
  • Der Verbrennungszylinder 30 weist einen Kraftstoffinjektor 66 auf, der in der Einlasspassage 42 in einer Konfiguration eingerichtet ist, die das bereitstellt, was als Saugrohreinspritzung von Kraftstoff in die Einlassöffnung stromaufwärts des Verbrennungszylinders 30 bekannt ist. Der Kraftstoffinjektor 66 spritzt Kraftstoff darin anteilsmäßig zu der Pulsbreite des FPW-Signals, das von dem Controller 12 über den elektronischen Treiber 68 empfangen wird, ein. Alternativ oder zusätzlich kann der Kraftstoffinjektor bei bestimmten Ausführungsformen zum Beispiel auf der Seite des Verbrennungszylinders oder in dem oberen Bereich des Verbrennungszylinders installiert werden, um das bereitzustellen, was als Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Verbrennungszylinder 30 bekannt ist. Kraftstoff kann zu dem Kraftstoffinjektor 66 durch ein Kraftstoffzuführsystem (nicht gezeigt) geliefert werden, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und eine Kraftstoffverteilerleiste aufweist.
  • Die Einlasspassage 42 kann ein Drosselventil 62 aufweisen, das eine Drosselklappe 64 hat. Bei diesem speziellen Beispiel kann die Position der Drosselklappe 64 durch den Controller 12 über ein Signal variiert werden, das zu einem Elektromotor oder Stellantrieb, der in dem Drosselventil 62 enthalten ist, geliefert wird, eine Konfiguration, die elektronische Drosselsteuerung (ETC) genannt werden kann. Auf diese Art kann das Drosselventil 62 betrieben werden, um die Einlassluft zu variieren, die zu dem Verbrennungszylinder 30 unter anderen Verbrennungszylindern geliefert wird. Die Einlasspassage 42 kann einen Massenluftströmungssensor 120 und einen Ansaugrohrluftdrucksensor 122 zum Bereitstellen jeweiliger Signale MAF und MAP zu dem Controller 12 aufweisen.
  • Das Zündsystem 88 kann einen Zündfunken zu der Brennkammer 30 über eine Zündkerze 92 als Reaktion auf ein Vorzündungssignal SA von dem Controller 12 unter ausgewählten Betriebsmodi bereitstellen. Obwohl Funkenzündungsbauteile gezeigt sind, kann bei bestimmten Ausführungsformen die Brennkammer 30 oder können eine oder mehrere andere Brennkammern der Maschine 10 in einem Kompressionszündungsmodus mit oder ohne einen Zündfunken betrieben werden.
  • Der Abgassensor 126 ist mit der Abgaspassage 48 stromaufwärts des Katalysators 70 gezeigt. Der Sensor 126 kann jeder geeignete Sensor zum Bereitstellen einer Anzeige eines Abgasluft-/Kraftstoffverhältnisses sein, wie zum Beispiel ein linearer Sauerstoffsensor oder ein UEGO (Universal oder Wide Range Exhaust Gas Oxygen), ein bistabiler Sauerstoffsensor oder EGO, ein HEGO (erhitzter EGO), ein NO-, HC- oder CO-Sensor. Das Auspuffsystem kann Lightoff-Katalysatoren und Unterbodenkatalysatoren sowie Auspuffkrümmer-, stromaufwärtige und/oder stromabwärtige Luft-Kraftstoffverhältnissensoren aufweisen. Der Katalysator 70 kann bei einem Beispiel mehrfache Katalysatorziegel aufweisen. Bei einem anderen Beispiel können mehrere Emissionssteuervorrichtungen, jede mit mehreren Ziegeln, verwendet werden. Der Katalysator 70 kann bei einem Beispiel ein Katalysator des Dreiwege-Typs sein. Der Controller 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangsschnittstellen 104, einen elektronischen Datenträger für ausführbare Programme und Kalibrierung, in diesem besonderen Beispiel als Nurlese-Speicherchip 106 gezeigt, Direktzugriffsspeicher 108, KAM (Keep Alive Memory) (batteriebetriebener Speicher für diagnostische Informationen in Kraftfahrzeugen) 110 und einen Datenbus aufweist. Der Controller 12 kann unterschiedliche Signale und Informationen von Sensoren empfangen, die mit der Maschine 10 gekuppelt sind, zusätzlich zu den oben besprochenen Signalen, darunter Messung des induzierten Massenluftstroms (MAF) von einem Luftmassestromsensor 120, Maschinenkühlmitteltemperatur (ECT) von dem Temperatursensor 112, der mit der Kühlhülse 114 gekuppelt ist, ein Profil-Zündabnehmersignal (PIP) von einem Halleffektsensor 118 (oder einem anderen Typ), der mit der Kurbelwelle 40 gekuppelt ist, die Drosselklappenposition (TP) von einem Drosselklappenpositionssensor und ein Ansaugrohr-Absolutdrucksignal MAP von dem Sensor 122. Der Datenträger-Direktzugriffsspeicher 106 kann mit computerlesbaren Daten programmiert sein, die Anweisungen darstellen, die von dem Prozessor 102 zum Ausführen der unten beschriebenen Verfahren sowie von Variationen davon ausgeführt werden können. Die Maschinenkühlhülse 114 kann mit einem Fahrzeuginnenraum-Heizsystem gekuppelt sein.
  • Die Maschine 10 kann ferner eine Kompressionsvorrichtung, wie zum Beispiel einen Turbolader oder Supercharger aufweisen, der wenigstens einen Verdichter 162, der entlang des Ansaugrohrs 44 angeordnet ist, aufweist. Bei einem Turbolader kann der Verdichter 162 wenigstens teilweise von einer Turbine 164 (zum Beispiel über eine Welle), die entlang der Abgaspassage 48 eingerichtet ist, angetrieben werden. Bei einem Supercharger kann der Verdichter 162 wenigstens teilweise von der Maschine und/oder von einem Elektromotor angetrieben sein und keine Turbine aufweisen. Daher kann durch den Controller 12 die Menge an Verdichtung (zum Beispiel Laden), die einem oder mehreren Zylindern der Maschine über einen Turbolader oder Supercharger geliefert wird, variiert werden. Ferner kann ein Sensor 123 in dem Ansaugrohr 44 zum Liefern eines BOOST-Signals an den Controller 12 angeordnet sein.
  • 2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Maschine 200, die die Maschine 10 sein kann, die ein variables Nockensteuerungssystem (VCT) 202, ein Nockenprofilschaltsystem (CPS) 204, einen Turbolader 206, einen Katalysator 208 und einen Zylinderkopf 210 mit einer Vielzahl von Zylindern 212 aufweist. Die Maschine 200 kann ein Beispiel der Maschine 10, wie oben beschrieben, sein. Die Maschine 200 ist mit einem Ansaugrohr 214 gezeigt, das konfiguriert ist, um Ansaugluft und/oder Kraftstoff zu den Zylindern 212 zu liefern, und einen segmentierten integrierten Auspuffkrümmer 216, der konfiguriert ist, um die Verbrennungsprodukte von den Zylindern 212 abzuleiten. Der segmentierte Auspuffkrümmer 216 kann eine Vielzahl von Auslässen aufweisen, die jeweils mit unterschiedlichen Auspuffbauteilen gekuppelt sind. Ein Auslass kann zum Beispiel mit dem Katalysator 208 gekuppelt sein, und ein Auslass kann mit dem Turbolader 206 gekuppelt sein. Zusätzliche Einzelheiten in Zusammenhang mit dem Auspuffkrümmer 216 werden unten präsentiert. Während das Ansaugrohr 214 bei der in 2 abgebildeten Ausführungsform von dem Zylinderkopf 210 getrennt ist, während der Auspuffkrümmer 216 in dem Zylinderkopf 210 integriert ist, kann das Ansaugrohr 214 bei anderen Ausführungsformen integriert sein und/oder der Auspuffkrümmer 216 kann von dem Zylinderkopf 210 getrennt sein.
  • Der Zylinderkopf 210 weist vier Zylinder auf, die mit C1 bis C4 bezeichnet sind. Die Zylinder 212 können jeweils eine Zündkerze und einen Kraftstoffinjektor zum Liefern von Kraftstoff direkt zu der Brennkammer, wie oben in 1 gezeigt, aufweisen. Bei alternativen Ausführungsformen kann jeder Zylinder jedoch auch keine Zündkerze und/oder keinen direkten Kraftstoffinjektor aufweisen. Die Zylinder können jeweils von einem oder mehreren Ventilen versorgt werden. Bei dem vorliegenden Beispiel weisen die Zylinder 212 jeweils zwei Einlassventile und zwei Auslassventile auf. Jedes Einlassventil und jedes Auslassventil ist konfiguriert, um jeweils eine Einlassöffnung und Auslassöffnung zu öffnen bzw. zu schließen. Die Einlassventile sind mit I1 bis I8 bezeichnet, und die Auslassventile sind mit E1 bis E8 bezeichnet. Der Zylinder C1 weist Einlassventile I1 und I2 und Auslassventile E1 und E2, der Zylinder C2 weist Einlassventile I3 und I4 und Auslassventile E3 und E4 auf, der Zylinder C3 weist Einlassventile I5 und I6 und Auslassventile E5 und E6 auf, und der Zylinder C4 weist Einlassventile I7 und I8 und Auslassventile E7 und E8 auf. Jede Auslassöffnung jedes Zylinders kann einen gleichen Durchmesser haben. Bei bestimmten Ausführungsformen können jedoch bestimmte der Auslassöffnungen einen unterschiedlichen Durchmesser haben. Die Auslassöffnungen, die von den Auslassventilen E4 und E5 gesteuert werden, können zum Beispiel einen kleineren Durchmesser haben als die restlichen Auslassöffnungen.
  • Jedes Einlassventil kann zwischen einer offenen Position, die Einlassluft in einen jeweiligen Zylinder einlässt, und einer geschlossenen Position, die Einlassluft im Wesentlichen von dem jeweiligen Zylinder blockiert, betätigt werden. Ferner zeigt 2, wie die Einlassventile I1 bis I8 von einer gemeinsamen Einlassnockenwelle 218 betätigt werden können. Die Einlassnockenwelle 218 weist eine Vielzahl von Einlassnocken auf, die konfiguriert sind, um das Öffnen und das Schließen der Einlassventile zu steuern. Jedes Einlassventil kann von ersten Einlassnocken 220 und zweiten Einlassnocken 222 gesteuert werden. Ferner können bei bestimmten Ausführungsformen ein oder mehrere zusätzliche Einlassnocken enthalten sein, um die Einlassventile zu steuern. Bei dem vorliegenden Beispiel haben die ersten Einlassnocken 220 ein erstes Nockenbuckelprofil zum Öffnen der Einlassventile für eine erste Einlassdauer. Ferner haben bei dem vorliegenden Beispiel die zweiten Einlassnocken 222 ein zweites Nockenbuckelprofil zum Öffnen des Einlassventils für eine zweite Einlassdauer. Die zweite Einlassdauer kann eine kürzere Einlassdauer sein (kürzer als die erste Einlassdauer), die zweite Einlassdauer kann eine längere Einlassdauer sein (länger als die erste Einlassdauer) oder die erste und die zweite Einlassdauer können gleich sein. Zusätzlich kann die Einlassnockenwelle 218 einen oder mehrere Null-Nockenbuckel aufweisen. Null-Nockenbuckel können konfiguriert sein, um jeweilige Einlassventile in der geschlossenen Position zu halten.
  • Jedes Auslassventil kann zwischen einer offenen Positionen, die Abgas aus einem jeweiligen Zylinder der Zylinder 212 auslässt, und einer geschlossenen Position, die Gase im Wesentlichen innerhalb des jeweiligen Zylinders zurückhält, betätigt werden. Ferner zeigt 2, wie die Auslassventile E1 bis E8 von einer gemeinsamen Auslassnockenwelle 224 betätigt werden können. Die Auslassnockenwelle 224 weist eine Vielzahl von Auslassnocken auf, die konfiguriert sind, um das Öffnen und das Schließen der Auslassventile zu steuern. Jedes Auslassventil kann von ersten Auslassnocken 226 und zweiten Auslassnocken 228 gesteuert werden. Ferner können bei bestimmten Ausführungsformen ein oder mehrere zusätzliche Auslassnocken enthalten sein, um die Auslassventile zu steuern. Bei dem vorliegenden Beispiel haben die ersten Auslassnocken 226 ein erstes Nockenbuckelprofil zum Öffnen der Auslassventile für eine erste Auslassdauer. Ferner haben bei dem vorliegenden Beispiel die zweiten Auslassnocken 228 ein zweites Nockenbuckelprofil zum Öffnen des Auslassventils für eine zweite Auslassdauer. Die zweite Auslassdauer kann kürzer, länger oder gleich sein wie die erste Auslassdauer. Zusätzlich kann die Auslassnockenwelle 224 einen oder mehrere Null-Nockenbuckel aufweisen. Null-Nockenbuckel können konfiguriert sein, um jeweilige Auslassventile in der geschlossenen Position zu halten.
  • Zusätzliche Elemente, die nicht gezeigt sind, können ferner Stößelstangen, Kipphebel, Stößel usw. aufweisen. Solche Vorrichtungen und Merkmale können das Betätigen der Einlassventile und der Auslassventile steuern, indem sie Drehbewegung der Nocken in Verschiebungsbewegung der Ventile umwandeln. Bei anderen Beispielen können die Ventile über zusätzliche Nockenbuckelprofile auf den Nockenwellen betätigt werden, wobei die Nockenbuckelprofile zwischen den unterschiedlichen Ventilen unterschiedliche Nockenhubhöhen, Nockendauer und/oder Nockensteuersystem bereitstellen können. Alternative Nockenwellenanordnungen (obenliegende und/oder Stößelstangen-Nockenwellen) könnten jedoch nach Wunsch verwendet werden. Bei bestimmten Beispielen können die Zylinder 212 zum Beispiel jeweils nur ein Auslassventil und/oder Einlassventil oder mehr als zwei Einlass- und/oder Auslassventile haben. Bei noch weiteren Beispielen können die Auslassventile und Einlassventile durch eine gemeinsame Nockenwelle betätigt werden. Bei einer alternativen Ausführungsform kann jedoch mindestens eines der Einlassventile und/oder Auslassventile von seiner eigenen unabhängigen Nockenwelle oder einer anderen Vorrichtung betätigt werden.
  • Ein Subsatz der Auslassventile von Zylindern 212 kann nach Wunsch über einen oder mehrere Mechanismen deaktiviert werden. Die Auslassventile E4 und E5, die mit dem Auspuffkrümmer 234 gekuppelt sind (unten ausführlicher erklärt), können zum Beispiel über Schaltstößel, Schaltkipphebel oder Rollfingerkurvenrollen deaktiviert werden. Während Betriebsarten, bei welchen VDE aktiviert ist, können die Einlassventile unter Gebrauch ähnlicher Mechanismen deaktiviert werden.
  • Die Maschine 200 kann variable Ventilbetätigungssysteme, zum Beispiel das CPS-System 204 und das variable Nockensteuerungssystem VCT 202 aufweisen. Ein variables Ventilbetätigungssystem kann konfiguriert sein, um in Multibetriebsarten zu funktionieren. Die erste Betriebsart kann im Anschluss an einen Maschinenkaltstart auftreten, zum Beispiel, wenn die Maschinentemperatur unterhalb eines Schwellenwerts liegt oder während einer gegebenen Dauer im Anschluss an einen Maschinenstart. Während der ersten Betriebsart kann das variable Ventilbetätigungssystem konfiguriert sein, um nur einen Subsatz von Auslassöffnungen eines Subsatzes von Zylindern zu öffnen, wobei alle anderen Auslassöffnungen geschlossen sind. Zum Beispiel können nur die Auslassventile E4 und E5 der Zylinder C2 und C3 geöffnet werden. Eine zweite Betriebsart kann während des warmgelaufenen Standardmaschinenbetriebs auftreten. Während der zweiten Betriebsart kann das variable Ventilbetätigungssystem konfiguriert sein, um alle Auslassöffnungen aller Zylinder zu öffnen. Ferner kann das variable Ventilbetätigungssystem während der zweiten Betriebsart konfiguriert sein, um den Subsatz von Auslassöffnungen des Subsatzes von Zylindern während einer kürzeren Dauer als die restlichen Auslassöffnungen zu öffnen. Eine dritte Betriebsart kann während des warmgelaufenen Maschinenbetriebs mit einer niedrigen Maschinendrehzahl und hoher Last auftreten. Während der dritten Betriebsart kann das variable Ventilbetriebssystem konfiguriert sein, um den Subsatz von Auslassöffnungen des Subsatzes von Zylindern geschlossen zu halten, während die restlichen Auslassöffnungen geöffnet werden, zum Beispiel entgegengesetzt zu der ersten Betriebsart. Zusätzlich kann das variable Ventilbetätigungssystem konfiguriert sein, um selektiv die Einlassöffnungen in Entsprechung zu dem Öffnen und Schließen der Auslassöffnungen während den unterschiedlichen Betriebsarten zu öffnen und zu schließen.
  • Das CPS-System 204 kann konfiguriert sein, um spezifische Teile der Einlassnockenwelle 218 längs zu verschieben, wodurch der Betrieb der Einlassventile I1 bis I8 zwischen ersten Einlassnocken 220 und zweiten Einlassnocken 222 und/oder anderen Einlassnocken variiert wird. Ferner kann das CPS-System 204 konfiguriert sein, um spezifische Teile der Einlassnockenwelle 224 längs zu verschieben, wodurch der Betrieb der Einlassventile E1 bis E8 zwischen ersten Einlassnocken 226 und zweiten Einlassnocken 228 und/oder anderen Einlassnocken variiert wird. Derart kann das CPS-System 204 zwischen mehrfachen Profilen umschalten. Während der ersten Betriebsart, die oben besprochen ist, kann das CPS-System 204 zum Beispiel auf ein erstes Profil geschaltet werden. Ferner kann das CPS-System 204 während der zweiten Betriebsart auf ein zweites Profil und während der dritten Betriebsart auf ein drittes Profil geschaltet werden. Dabei kann das CPS-System 204 zwischen einer ersten Nocke zum Öffnen eines Ventils während einer ersten Dauer, einer zweiten Nocke zum Öffnen des Ventils während einer zweiten Dauer und/oder zusätzlich oder Null-Nocken umschalten. Das CPS-System 204 kann über Signalleitungen von dem Controller (201) gesteuert werden (der Controller 201 ist ein nicht einschränkendes Beispiel des Controllers 12 der 1).
  • Die Konfiguration von Nocken, die oben beschrieben ist, kann verwendet werden, um Steuerung der Menge und des Timings von Luft bereitzustellen, die zu den Zylindern 212 geliefert und von ihnen abgeleitet wird. Andere Konfigurationen können jedoch verwendet werden, um es dem CPS-System 204 zu ermöglichen, die Ventilsteuerung zwischen zwei oder mehreren Nocken umzuschalten. Ein umschaltbarer Stößel oder Kipphebel kann zum Beispiel verwendet werden, um die Ventilsteuerung zwischen zwei oder mehreren Nocken zu variieren.
  • Der Motor 200 kann ferner das VCT-System 202 aufweisen. Das VCT-System 202 kann ein doppeltes unabhängiges variables Ventilsteuersystem zum Ändern der Einlassventilzeitsteuerung und Auslassventil-Zeitsteuerung unabhängig voneinander sein. Das VCT-System 202 weist einen Einlassnockenwellenversteller 230 und einen Auslassnockenwellenversteller 232 zum Ändern der Ventilzeitsteuerung auf. Das VCT-System 202 kann konfiguriert sein, um die Ventilzeitsteuerung vorlaufen zu lassen oder zu verzögern, indem die Nockenzeitsteuerung vorgestellt oder verzögert wird (ein beispielhafter Maschinenbetriebspararameter), und kann über Signalleitungen durch den Controller 201 gesteuert werden. Das VCT-System 202 kann konfiguriert sein, um die Zeitsteuerung der Ventilöffnungs- und Schließereignisse zu variieren, indem die Beziehung zwischen der Kurbelwellenposition und der Nockenwellenposition variiert wird. Das VCT-System-System 202 kann zum Beispiel konfiguriert sein, um die Einlassnockenwelle 218 und/oder die Auslassnockenwelle 224 unabhängig von der Kurbelwelle zu drehen, um die Ventilzeitsteuerung vorlaufen zu lassen oder zu verzögern. Bei bestimmten Ausführungsformen kann das VCT-System 202 eine nockenmomentbetätigte Vorrichtung sein, die konfiguriert ist, um die Nockenzeitsteuerung schnell zu variieren. Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Ventilzeitsteuerung, wie zum Beispiel das Einlassventilschließen (IVC) und das Auslassventilschließen (EVC) durch eine stufenlos variable Ventilhubvorrichtung (CVVL) variiert werden. Die Ventil- /Nockensteuervorrichtungen und -systeme, die oben beschrieben sind, können hydraulisch, elektrisch oder kombiniert angetrieben werden. Signalleitungen können Steuersignale zu dem CPS-System 204 und dem VCT-System 202 senden und Nockenzeitsteuerung und/oder Nockenauswahlmessung von ihnen empfangen.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf den integrierten Auspuffkrümmer 216, kann dieser mit mehrfachen Auslässen konfiguriert sein, um selektiv Abgase zu verschiedenen Auspuffbauteilen zu lenken. Der integrierte Auspuffkrümmer 216 kann ein einfacher, segmentierter Auspuffkrümmer sein, der bei bestimmten Ausführungsformen mehrere Auslässe aufweist. Bei anderen Ausführungsformen kann der Zylinderkopf 210 mehrere getrennte Auspuffkrümmer, die jeder einen Auslass haben, aufweisen. Ferner können die getrennten Auspuffkrümmer in einem gemeinsamen Guss im Zylinderkopf 210 enthalten sein. Bei der Ausführungsform der 2 weist der Auspuffkrümmer 216 einen ersten Auspuffkrümmer 234, zweiten Auspuffkrümmer 236 und, bei bestimmten Ausführungsformen, einen dritten Auspuffkrümmer 238 auf.
  • Der erste Auspuffkrümmer 234 kuppelt einen Subsatz von Auslassöffnungen eines Subsatzes der Zylinder direkt mit dem Katalysator 208 und nicht mit dem Turbolader 206. Wie in 2 gezeigt, sind die Auslassöffnungen der Auslassventile E4 und E5 der Zylinder C2 und C3 jeweils mit dem ersten Auspuffkrümmer 234 gekuppelt. Der erste Auslasskrümmer 234 weist einen ersten Einlass 240 auf, der nur mit der Auslassöffnung, die von dem Auslassventil E4 gesteuert wird, gekuppelt ist, und einen zweiten Einlass 242, der nur mit der Auslassöffnung, die von dem Auslassventil E5 gesteuert wird, gekuppelt ist. Ferner weist der erste Auslasskrümmer 234 einen Auslass 244 auf, der mit dem Katalysator 208 gekuppelt ist. Wenn die Auslassventile E4 und E5 öffnen, werden die Abgase daher durch den ersten Auspuffkrümmer 234 zu dem Katalysator 208 gelenkt, ohne durch den Turbolader 206 durchzugehen. Während die in 2 abgebildete Ausführungsform den Auslass 244 direkt mit dem Katalysator 208 kuppelt, kann der Auslass 244 bei bestimmten Ausführungsformen mit einer gemeinsamen Auslasspassage 246 stromaufwärts des Katalysators 208 aber nicht stromabwärts des Turboladers 206 gekuppelt werden.
  • Der zweite Auslasskrümmer 236 weist einen Auslass 248 auf, der mit dem Turbolader 206 gekuppelt ist. Der zweite Auslasskrümmer 236 kuppelt wenigstens einen Subsatz der Zylinder mit dem Turbolader 206. Wie in 2 gezeigt, ist jede restliche Auslassöffnung, die nicht mit dem ersten Auspuffkrümmer 234 gekuppelt ist, mit einem Einlass des zweiten Auspuffkrümmers 236 gekuppelt (zum Beispiel sind die Auslassöffnungen der Auslassventile E1, E2, E3, E6, E7 und E8 nur mit dem zweiten Auslasskrümmer 236 gekuppelt). Der zweite Auslasskrümmer weist zum Beispiel einen ersten Einlass 250, der nur mit der Auslassöffnung des Auslassventils E1 gekuppelt ist, und einen zweiten Einlass 252 auf, der nur mit der Auslassöffnung des Auslassventils E2, beide des äußeren Zylinders C1, gekuppelt ist. Die Auslassöffnung, die von dem Auslassventil E3 des inneren Zylinders C2 gesteuert wird, ist nur mit dem dritten Einlass 254 des zweiten Auspuffkrümmers 236 gekuppelt. Der innere Zylinder C3 und der äußere Zylinder C4 weisen ähnliche Einlässe auf, die ihre jeweiligen Auslassöffnungen mit dem zweiten Auspuffkrümmer 236 kuppeln. Jede Auslassöffnung der äußeren Zylinder ist daher mit dem zweiten Auspuffkrümmer 236 gekuppelt, während nur eine Auslassöffnung der inneren Zylinder mit dem zweiten Auslasskrümmer 236 gekuppelt ist.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen kann der Turbolader 206 jedoch ein Twin-Scroll-Turbolader sein. Daher kann ein dritter Auspuffkrümmer 238 vorhanden sein, um einen Subsatz von Zylindern mit einem Sammelgehäuse des Twin-Scroll-Turboladers zu kuppeln. Der zweite Auspuffkrümmer 236 kann mit einem ersten Sammelgehäuse des Twin-Scroll-Turboladers gekuppelt sein, und daher kann nur ein Teil der Auslassöffnungen, die nicht mit dem ersten Auspuffkrümmer gekuppelt sind, mit dem zweiten Auspuffkrümmer gekuppelt werden (zum Beispiel die Auslassöffnungen von E1, E2, E7 und E8). Bei solchen Ausführungsformen kann der dritte Auspuffkrümmer 238 einen anderen Subsatz der restlichen Auslassöffnungen (zum Beispiel die Auslassöffnungen von E3 und E6) mit einem zweiten Sammelgehäuse des Twin-Scroll-Turboladers kuppeln.
  • Um den Aufladedruck weiter zu regeln, weist der Turbolader 206 ein Turbinenbypassventil 256 auf. Während bestimmter Bedingungen kann das Turbinenbypassventil 256 geöffnet werden, um einen Teil der Abgase von dem zweiten und/oder dritten Auspuffkrümmer um den Turbolader umzuleiten. Das Turbinenbypassventil 256 kann geöffnet werden, um als Reaktion auf Signale von dem Controller 201 den Abgasrückdruck zu verringern, den Aufladedruck zu senken, usw.
  • Ein Abgasrückführsystem (EGR) kann einen Teil der Abgase durch die EGR-Passagen 258, 260 zu dem Einlass lenken. Die Menge an EGR, die zu dem Einlass gelenkt wird, kann von den EGR-Ventilen 262 und 264 geregelt werden, die Signale von dem Controller 201 erhalten. Wie in 2 gezeigt, ist das EGR-System konfiguriert, um Abgase in einer Hochdruck-EGR-Konfiguration nur von stromaufwärts des Turboladers zu dem Einlass zu lenken. Andere Konfigurationen sind jedoch möglich. Das EGR-System kann zum Beispiel konfiguriert sein, um Abgase von stromabwärts des Turboladers zu dem Einlass bei dem zu lenken, was als ein Niederdruck-EGR bezeichnet wird. Durch Einschluss mehrerer EGR-Passagen, einer, die Abgase von dem ersten Auspuffkrümmer 234 lenkt, und einer, die Abgase von dem zweiten Abgaskammer 236 lenkt, kann das EGR-System selektiv Abgase basierend auf Betriebsbedingungen lenken. Unter Bedingungen, bei welchen heißes EGR erwünscht ist, kann EGR zum Beispiel von der EGR-Passage 258 selektiv zu dem Einlass gelenkt werden. Wenn jedoch kühleres EGR erwünscht ist, kann EGR von der EGR-Passage 260 selektiv zu dem Einlass gelenkt werden.
  • Wie oben beschrieben, zeigt 2 ein nicht einschränkendes Beispiel eines Verbrennungsmotors und dazugehörende Einlass- und Auslasssysteme. Man muss verstehen, dass die Maschine bei bestimmten Ausführungsformen unter anderem mehr oder weniger Verbrennungszylinder, Steuerventile, Drosselventile und Verdichtungsvorrichtungen haben kann. Beispielhafte Maschinen haben Zylinder, die in einer „V“-Konfiguration eingerichtet sind. Ferner kann eine ersten Nockenwelle die Einlassventile für eine erste Gruppe oder Reihe von Zylindern steuern, und eine zweite Nockenwelle kann die Einlassventile für eine zweite Gruppe von Zylindern steuern. Auf diese Art kann ein einziges CPS-System und/oder VCT-System verwendet werden, um den Ventilbetrieb einer Gruppe von Zylindern zu steuern, oder getrennte CPS- und/oder VCT-Systeme können verwendet werden.
  • 3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 300 zum Steuern der Abgasströmung in einer Maschine veranschaulicht. Das Verfahren 300 kann gemäß Anweisungen ausgeführt werden, die in dem Speicher eines Controllers, wie zum Beispiel dem Controller 12 oder 201, gespeichert sind. Das Verfahren 300 kann als Reaktion auf Maschinenbetriebspararameter ausgeführt werden, die von verschiedenen Maschinensensoren bestimmt werden, wie zum Beispiel dem ECT-Sensor 112, und kann unterschiedliche Maschinenstellglieder steuern, wie zum Beispiel das CPS-System 204 und das VCT-System 202.
  • Das Verfahren 300 weist bei 302 das Bestimmen der Maschinenbetriebspararameter auf. Die Maschinenbetriebspararameter können Maschinendrehzahl, Last, Temperatur, Anzahl der Maschinenzyklen seit dem Starten der Maschine, Nockenwellenzeitsteuerung, Nockenwellenprofil usw. aufweisen. Bei 304 wird bestimmt, ob die Maschine im Kaltstartbetrieb ist. Der Kaltstartbetrieb kann eine Maschinentemperatur unter einem Schwellenwert, wie zum Beispiel 200 °C, aufweisen. Bei anderen Ausführungsformen kann der Kaltstartbetrieb basierend auf einer Zeit seit einem Maschinenstart bestimmt werden, wie zum Beispiel innerhalb von 30 Sekunden nach dem Maschinenstart. Wenn bestimmt wird, dass die Maschine nicht im Kaltstartbetrieb ist, geht das Verfahren 300 weiter zu 310, was unten ausführlicher besprochen wird. Wenn die Maschine im Kaltstartbetrieb ist, geht das Verfahren 300 weiter zu 306, um ein Nockenwellenprofilschaltsystem, wie zum Beispiel das CPS-System 204, auf ein erstes Profil zu stellen. Das erste Profil ist konfiguriert, um nur einen Subsatz von Auslassöffnungen der Maschine zu öffnen. Spezifisch öffnet das erste Profil nur die Auslassöffnungen, die mit einem Katalysator über einen ersten Auspuffkrümmer gekuppelt sind, wie zum Beispiel den ersten Auspuffkrümmer 234, und nicht mit einem Turbolader gekuppelt sind. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „Öffnen einer Auslassöffnung“ auf das Ventilbetätigungssystem, das ein Auslassventil während einer vorbestimmten Dauer des Maschinenzyklus öffnet, wie zum Beispiel des Auspuffhubs, um es der Auslassöffnung zu erlauben, geöffnet zu werden und Abgase auszustoßen. Während der restlichen Teile des Maschinenzyklus, in welchen die Auslassöffnung normalerweise geschlossenen wäre, werden die Auspufföffnungen, welchen es erlaubt ist, während des Auspuffhubs zu öffnen, geschlossen gehalten. Weiter weist das erste Profil nur einen Subsatz der Einlassöffnungen des Subsatzes von Zylindern, denen das Öffnen erlaubt ist, auf. Nur ein Einlassventil des Zylinders C2 und ein Einlassventil des Zylinders C3 dürfen zum Beispiel während des Ansaughubs geöffnet werden, während die restlichen Einlassventile geschlossen gehalten werden.
  • Bei 308 wird der Subsatz von Zylindern, der mit dem ersten Auspuffkrümmer gekuppelt ist (zum Beispiel die Zylinder C2 und C3 der 2) gezündet, wobei die restlichen Zylinder deaktiviert bleiben. Wie zuvor erklärt, kann die Maschine konfiguriert sein, um in einem VDE-Modus zu funktionieren, bei dem nur ein Subsatz der Zylinder gezündet wird. Die gezündeten Zylinder erhalten Kraftstoff, Einlassluft und Funkenzündung, um die Verbrennung auszulösen. Die deaktivierten Zylinder erhalten weder Kraftstoff noch Funkenzündung. Ferner weist das erste CPS-Profil nur das Öffnen der Einlassventile des Subsatzes von Zylindern, die mit dem Katalysator gekuppelt sind, auf. Dabei erhalten die nicht gezündeten Zylinder (zum Beispiel die Zylinder C1 und C4 der 2) keine Einlassluft. Das Zünden nur des Subsatzes von Zylindern, der mit dem ersten Auspuffkrümmer gekuppelt ist, kann das Einstellen der Kraftstoffverteilung auf die Zylinder aufweisen. Beim Standardbetrieb, bei dem alle Zylinder gezündet werden, kann der Kraftstoff zum Beispiel gleichmäßig auf alle Zylinder verteilt werden. Während des VDE-Betriebs, bei dem nur ein Subsatz der Zylinder Kraftstoff erhält, kann die Menge an Kraftstoff, die zu den gezündeten Zylindern geliefert wird, jedoch gesteigert werden, so dass dieselbe Menge an Gesamtkraftstoff zu der Maschine während des VDE-Betriebs im Vergleich zum Nicht-VDE-Betrieb geliefert wird.
  • Bei 310 wird bestimmt, ob die Maschinentemperatur einen Schwellenwert erreicht hat. Der Schwellenwert kann die Temperatur der warmgelaufenen Maschine sein, wobei die Abgase heiß genug sind, um den Katalysator an oder oberhalb seiner Anspringtemperatur zu halten, wie zum Beispiel 200 °C. Wenn die Maschine den Schwellenwert nicht erreicht hat, kehrt das Verfahren 300 zurück, um den Betrieb mit dem ersten Nockenprofil fortzusetzen, und nur einen Subsatz der Zylinder zu zünden. Wenn die Maschine die Schwellenwerttemperatur erreicht hat, das heißt, wenn die Maschine nicht mehr im Kaltstartbetrieb ist, geht das Verfahren 300 weiter zu 312, um zu bestimmen, ob die Maschine unter hoher Last, niedrigen Drehzahlbedingungen läuft. Während Bedingungen mit hoher Last und niedriger Drehzahl, funktioniert die Maschine mit Spitzenmoment und verwendet daher eine große Menge an Aufladung, um das Spitzenmoment zu erreichen. Bei niedriger Maschinendrehzahl wird jedoch weniger Abgasdruck erzeugt, und daher werden die gesamten verfügbaren Abgase verwendet, um die Turbine anzutreiben, um die hohe Menge an Aufladung zu erzeugen. Hohe Last kann eine geeignete Last sein, wie zum Beispiel eine Last oberhalb 50 %, und die niedrige Drehzahl kann eine geeignete Drehzahl sein, wie zum Beispiel unter 1000 Umdrehungen pro Minute. Andere Last- und Drehzahlbereiche sind jedoch möglich. Ferner können hohe Last- und niedrige Drehzahlbedingungen zum Beispiel basierend auf erwünschtem Ladedruck und bestimmtem Auslassdruck bestimmt werden.
  • Wenn die Maschine nicht unter hoher Last, niedrigen Drehzahlbedingungen läuft, geht das Verfahren 300 weiter zu 314, um das Nockenprofil auf ein zweites Profil zu stellen. Das zweite Profil kann während Standardbedingungen mit warmgelaufener Maschine verwendet werden, wobei die Drehzahl- und Lastbedingungen abgestimmt sind (zum Beispiel niedrige Drehzahl, niedrige Last), oder die Maschine erzeugt anderenfalls ausreichend Auslassdruck, um die Turbine anzutreiben. Das zweite Nockenprofil kann konfiguriert sein, um es jeder Auslassöffnung jedes Zylinders zu erlauben, zu ihrem vorgeschriebenen Zeitpunkt zu öffnen. Jedes Auslassventil kann zum Beispiel während jedes jeweiligen Auspuffhubs geöffnet werden. Das zweite Nockenprofil kann ferner konfiguriert sein, um das Öffnen der Auslassöffnungen, die mit dem Katalysator über den ersten Auspuffkrümmer gekuppelt sind, zu verzögern. Die Auslassventile E4 und E5 der 2 können zum Beispiel 0–60° CA später geöffnet werden als die restlichen Auslassventile. Zusätzlich kann das zweite Nockenprofil konfiguriert sein, um es jeder Einlassöffnung jedes Zylinders zu erlauben, während eines jeweiligen Ansaughubs zu öffnen.
  • Bei 318 enthält das Verfahren 300 das Zünden aller Zylinder. Das Zünden aller Zylinder enthält das Einspritzen von Kraftstoff zu jedem Zylinder und das Bereitstellen von Funkenzündung zu jedem Zylinder. Wenn die Maschine zuvor im VDE-Modus lief, kann der Kraftstoff neu verteilt werden, so dass jeder Zylinder dieselbe Kraftstoffmenge erhält. Ferner kann das Verfahren 300 bei 320 das Kompensieren für irgendwelche Momentstörungen aufweisen, die während des Übergangs aus dem VDE-Modus auftreten. Vor dem Zünden jedes Zylinders kann die Drosselplattenposition eingestellt werden, um den Luftstrom zu den Zylindern zu erhöhen, so dass gewünschte Einlassluft in dem Ansaugrohr vorhanden ist, wenn den Einlassventilen der zuvor deaktivierten Zylinder das Öffnen erlaubt wird. Um sicherzustellen, dass ein Überdrehungsereignis nicht auftritt, wenn der Zylinderluftstrom erhöht wird, kann der Zündzeitpunkt in den gezündeten Zylindern verzögert werden. Sobald der Übergang aufgetreten ist und alle Zylinder zünden, kann der Zündzeitpunkt auf MBT zurückgestellt werden.
  • Während des Betriebs mit dem zweiten Nockenprofil wird ein Teil der Abgase zu dem Turbolader über den zweiten Auspuffkrümmer gelenkt (zum Beispiel zweiter Auspuffkrümmer 236 der 2), und der Ladedruck wird durch Steuern der Position des Turbinenbypassventils geregelt. Da die Auslassöffnungen, die mit dem ersten Auspuffkrümmer gekuppelt sind, ebenfalls öffnen, wird ein Teil der Abgase zu dem Katalysator und nicht zu dem Turbolader über den ersten Auspuffkrümmer gelenkt. Dieser Teil kann jedoch kleiner sein als der Teil, der zu dem Turbolader gelenkt wird, aufgrund des späteren Öffnungszeitpunkts der Auslassventile E4 und E5 und/oder aufgrund der Tatsache, dass diese Auslassöffnungen einen kleineren Durchmesser haben als die anderen Auslassöffnungen. Nach dem Stellen des zweiten Nockenprofils und Zünden aller Zylinder kehrt das Verfahren 300 zurück.
  • Unter Rückkehr zu 321, wenn bestimmt wird, dass die Maschine mit hohen Last-, niedrigen Drehzahlbedingungen läuft, wird das Nockenprofil bei 316 auf ein drittes Profil geschaltet. Das dritte Profil ist konfiguriert, um die Auslassöffnungen, die mit dem ersten Auspuffkrümmer gekuppelt sind, geschlossen zu halten, während den restlichen Auslassöffnungen das Öffnen erlaubt wird. Zusätzlich kann bei bestimmten Ausführungsformen von den restlichen Auslassöffnungen nur eine Auslassöffnung pro Zylinder geöffnet werden. Bei dem dritten Nockenprofil können zum Beispiel nur die Auslassöffnungen E2, E3, E6 und E7 geöffnet werden, um das Verbrennungsgleichgewicht zwischen den Zylindern aufrechtzuerhalten. Das dritte Profil ist konfiguriert, um alle Abgase zu dem Turbolader zu lenken, bevor der Katalysator erreicht wird (zum Beispiel werden keine Abgase durch den ersten Auspuffkrümmer gelenkt). Ferner kann das Turbinenbypassventil unter diesen Bedingungen geschlossen werden, um ein Maximum an Laden zu erzeugen. Ähnlich wie beim zweiten Nockenprofil, schließt der Betrieb mit dem dritten Nockenprofil bei 318 das Zünden jedes Zylinders und das Kompensieren von Momentstörungen während des Übergangs aus dem VDE-Modus heraus bei 320 ein. Beim Aktivieren des dritten Nockenprofils und Zünden aller Zylinder, kehrt das Verfahren 300 zurück.
  • Daher stellt das Verfahren 300 das Umschalten zwischen mehreren Nockenwellenprofilen in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen bereit. Die Nockenwellenprofile ermöglichen das selektive Lenken von Abgasen zu einem Katalysator, entweder durch einen Turbolader oder unter Umgehen des Turboladers. Wie unten in Tabelle 1, die jedes Nockenprofil und alle Auslassventilzustände während jeweiliger Auspuffhübe für jedes Auslassventil der in 2 abgebildeten Maschine auflistet, kann das CPS-System zwischen drei Nockenprofilen umschalten, um den Abgasstrom während der verschiedenen Betriebsarten, die oben unter Bezugnahme auf 3 beschrieben sind, zu optimieren.
    Nockenprofil E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8
    1 Geschlossen Geschlossen Geschlossen Offen Offen Geschlossen Geschlossen Geschlos sen
    2 Offen Offen Offen Verzögerung Verzögerung Offen Offen Offen
    3 Optional Offen Offen Geschlossen Geschlossen Offen Offen Optional
    Tabelle 1
  • Die 4 bis 6 bilden Auslassventil-Zeitsteuerungsdiagramme für zwei repräsentative Zylinder während jedes der drei Betriebsmodi ab (inklusive die drei CPS-Profile, die in Tabelle 1 abgebildet sind). Die Auslassventil-Zeitsteuerungen für die Ventile des äußeren Zylinders C1 und inneren Zylinders C2 sind abgebildet. Für jedes Diagramm ist die Zeitsteuerung in Kurbelwellenwinkelgrad auf der X-Achse abgebildet. Der Auslassventil-Öffnungszustand ist jeweils auf der Y-Achse abgebildet. Eine beispielhafte Zündreihenfolge 1-3-4-2 ist in den 4 bis 6 abgebildet, wobei Verbrennungsereignisse mit einem Stern gekennzeichnet sind. Jeder Hub des Maschinenzyklus ist entlang der X-Achse gekennzeichnet. Für jeden Zylinder ist ein Auslassventil-Zeitsteuerungsdiagramm (E1 und E3) durch eine durchgehende Linie abgebildet, während ein Auslassventil-Zeitsteuerungsdiagramm (E2 und E4) durch eine gestrichpunktete Linie abgebildet ist.
  • 4 veranschaulicht die Auslassventilzeitsteuerung für die Auslassventile des Zylinders 1 und des Zylinders 2 während des ersten Kaltstartbetriebs, mit dem ersten Nockenprofil aktiviert. Bei Kaltstartbedingungen wird ein erstes Nockenprofil aktiviert und ein VDE-Betrieb wird ermöglicht, so dass nur die Auslassöffnungen, die mit einem ersten Auspuffkrümmer gekuppelt sind, geöffnet werden. Der erste Auspuffkrümmer ist mit dem Katalysator und nicht mit dem Turbolader gekuppelt. Unter Kaltstartbedingungen mit dem ersten Nockenprofil werden daher sämtliche Abgase direkt zu dem Katalysator und nicht zu dem Turbolader gelenkt. Das erlaubt ein schnelles Erwärmen des Katalysators, indem die Abgase zu dem Katalysator auf dem kürzesten verfügbaren Abgasweg gelenkt werden. Wie in 4 gezeigt, läuft die Maschine im VDE-Betrieb mit dem ersten Zylinder deaktiviert, und die Auslassventile des Zylinders 1 bleiben während der Dauer des Maschinenzyklus geschlossen. Für den Zylinder 2 ist während jedes Auspuffhubs ein Auslassventil (E4) geöffnet, das als eine gestrichpunktete Linie dargestellt ist. Das andere Auslassventil (E3) bleibt geschlossen.
  • 5 veranschaulicht die Auslassventilzeitsteuerung für die Auslassventile des Zylinders 1 und des Zylinders 2 während des zweiten Standardbetriebsmodus. Sobald die Maschine warmgelaufen ist, wird das zweite Nockenprofil aktiviert, um das Öffnen aller Auslassöffnungen zu ermöglichen. Dies erlaubt es einem Teil der Abgase, durch den Turbolader gelenkt zu werden, und einem kleineren Teil, zu dem Katalysator und nicht zu dem Turbolader gelenkt zu werden. Derart wird der Großteil der Abgase zu dem Turbolader gelenkt, um es dem Turbolader zu ermöglichen, eine gewünschte Lademenge bereitzustellen. Wie in 5 abgebildet, öffnen während des Auspuffhubs beide Auslassventile des Zylinders 1 (E1 und E2, jeweils durchgehende Linie bzw. gestrichpunktete Linie). Zusätzlich öffnen während des Auspuffhubs beide Auslassventile des Zylinders 2 (E3 und E4, jeweils durchgehende Linie bzw. gestrichpunktete Linie). Das Auslassventil E4 hat jedoch im Vergleich zu dem Auslassventil E3 einen verzögerten Öffnungszeitpunkt.
  • 6 veranschaulicht die Auslassventilzeitsteuerung für die Auslassventile des Zylinders 1 und des Zylinders 2 während der dritten Betriebsart, der Spitzenmomentbetriebsart. Ein drittes Nockenprofil ermöglicht es, die gesamten Abgase zu dem Turbolader zu lenken. Das dritte Profil kann während Bedingungen aktiviert werden, bei welchen maximales Laden angezeigt ist, wie zum Beispiel Bedingungen mit niedriger Drehzahl, hoher Last. Das dritte Profil kann die Auslassöffnungen, die direkt mit dem Katalysator gekuppelt sind, am Öffnen hindern, während die restlichen Auslassöffnungen geöffnet werden. Wie in 6 abgebildet, öffnen während des Auspuffhubs beide Auslassventile des Zylinders 1 (E1 und E2, jeweils durchgehende Linie und gestrichpunktete Linie). Für den Zylinder 2 öffnet jedoch nur ein Auslassventil (E3, durchgehende Linie), während das Auslassventil E4 geschlossen bleibt.
  • Es ist klar, dass die Konfigurationen und Verfahren, die hier offenbart sind, beispielhafter Art sind, und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht einschränkend betrachtet werden dürfen, denn zahlreiche Variationen sind möglich. Die obenstehende Technologie kann zum Beispiel an Motoren des Typs V-6, I-4, I-6, V-12, 4-Zylinder-Boxermotoren und anderen Motortypen angewandt werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie weitere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart sind.
  • Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen auf, die als neu und nicht offensichtlich betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder Gleichwertiges beziehen. Solche Ansprüche müssen als das Einbauen eines oder mehrerer solcher Elemente aufweisend verstanden werden, die zwei oder mehrere solcher Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können anhand einer Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch die Präsentation neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Ansprüche, seien sie im Vergleich zu den ursprünglichen Ansprüchen im Geltungsbereich weiter, enger, gleich oder unterschiedlich, werden auch als innerhalb des Gegenstands der vorliegenden Offenbarung liegend betrachtet.

Claims (20)

  1. Maschinenverfahren, das Folgendes aufweist: während einer ersten Bedingung, Zünden eines Subsatzes von Zylindern und Lenken der gesamten Abgase von dem Subsatz von Zylindern durch einen ersten Auspuffkrümmer, der direkt mit einem Katalysator und nicht mit einem Turbolader gekuppelt ist, und während einer zweiten Bedingung, Zünden aller Zylinder, Lenken eines ersten Teils der Abgase durch einen zweiten Auspuffkrümmer, der mit dem Turbolader gekuppelt ist, und Lenken eines zweiten Teils der Abgase durch den ersten Auspuffkrümmer.
  2. Maschinenverfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Bedingung eine Maschinentemperatur unter einem Schwellenwert aufweist.
  3. Maschinenverfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Bedingung eine Maschinentemperatur oberhalb eines Schwellenwerts und mittlere bis hohe Maschinenlast aufweist.
  4. Maschinenverfahren nach Anspruch 1, das ferner während einer dritten Bedingung das Zünden aller Zylinder und das Lenken der gesamten Abgase von jedem Zylinder durch den zweiten Auspuffkrümmer aufweist.
  5. Maschinenverfahren nach Anspruch 4, wobei die dritte Bedingung eine Maschinentemperatur oberhalb eines Schwellenwerts, niedrige Drehzahl und mittlere bis hohe Maschinenlast aufweist.
  6. Maschinenverfahren nach Anspruch 1, wobei die Maschine ein Reihenmotor ist und wobei der Subsatz von Zylindern wenigstens einen inneren Zylinder aufweist.
  7. Maschinenverfahren nach Anspruch 1, wobei das Lenken der gesamten Abgase von dem Subsatz von Zylindern durch den ersten Auspuffkrümmer ferner das Aktivieren eines Nockenwellenprofils aufweist, das konfiguriert ist, um nur einen Subsatz von Auslassöffnungen des Subsatzes von Zylindern zu öffnen, während alle anderen Auslassöffnungen geschlossen sind.
  8. Maschinenverfahren nach Anspruch 1, wobei das Lenken des ersten Teils der Abgase durch den zweiten Auspuffkrümmer und das Lenken des zweiten Teils der Abgase durch den ersten Auspuffkrümmer ferner das Aktivieren eines Nockenwellenprofils aufweist, das konfiguriert ist, um jede Auslassöffnung jedes Zylinders zu öffnen.
  9. Maschinenverfahren nach Anspruch 8, wobei das Aktivieren des Nockenwellenprofils, das konfiguriert ist, um jede Auslassöffnung jedes Zylinders zu öffnen, ferner das Aktivieren eines Nockenwellenprofils aufweist, das konfiguriert ist, um einen Subsatz von Auslassöffnungen des Subsatzes von Zylindern später als alle anderen Auslassöffnungen zu öffnen.
  10. Maschinenverfahren nach Anspruch 1, wobei der Turbolader ein Twin-Scroll-Turbolader ist, wobei das Lenken des ersten Teils der Abgase durch den zweiten Auspuffkrümmer, der mit dem Turbolader gekuppelt ist, ferner das Lenken des ersten Teils der Abgase zu einem ersten Sammelgehäuse des Turboladers aufweist, und ferner das Lenken eines dritten Teils der Abgase durch einen dritten Auspuffkrümmer, der mit einem zweiten Sammelgehäuse des Turboladers gekuppelt ist, aufweist.
  11. Maschinensystem, das Folgendes aufweist: einen ersten Zylinder, der zwei Auslassöffnungen enthält, die mit einem Turbolader über einen integrierten Auspuffkrümmer gekuppelt sind, einen zweiten Zylinder, der eine erste Auslassöffnung enthält, die mit dem Turbolader über den integrierten Auspuffkrümmer gekuppelt ist, und eine zweite Auslassöffnung, die mit einem Katalysator und nicht mit dem Turbolader gekuppelt ist, und ein Nockenprofilschaltsystem, das konfiguriert ist, um: es nur den zweiten Auslassöffnungen zu erlauben, während einer ersten Bedingung zu öffnen, und es allen Auslassöffnungen zu erlauben, während einer zweiten Bedingung zu öffnen.
  12. Maschinensystem nach Anspruch 11, wobei die erste Bedingung den Betrieb mit kalter Maschine aufweist.
  13. Maschinensystem nach Anspruch 11, wobei die zweite Bedingung den Betrieb mit warmgelaufener Maschine aufweist.
  14. Maschinensystem nach Anspruch 11, das ferner zwei Einlassöffnungen auf jedem Zylinder aufweist, und wobei das Nockenwellenprofilschaltsystem ferner konfiguriert ist, um es jeder Einlassöffnung zu erlauben, während des ersten und der zweiten Bedingung zu öffnen.
  15. Maschinensystem nach Anspruch 11, das ferner zwei Einlassöffnungen auf jedem Zylinder aufweist, und wobei das Nockenwellenprofilschaltsystem ferner konfiguriert ist, um: es jeder Einlassöffnung des ersten Zylinders zu erlauben, während der ersten und der zweiten Bedingung zu öffnen, es nur einer Einlassöffnung des zweiten Zylinders zu erlauben, während der ersten Bedingung zu öffnen, und es jeder Einlassöffnung des zweiten Zylinders zu erlauben, während der zweiten Bedingung zu öffnen.
  16. Maschinensystem nach Anspruch 11, wobei die erste Auslassöffnung des zweiten Zylinders einen größeren Durchmesser hat als die zweite Auslassöffnung des zweiten Zylinders.
  17. Maschinensystem nach Anspruch 11, wobei das Nockenprofilschaltsystem ferner konfiguriert ist, um während der zweiten Bedingung die zweite Auslassöffnung später zu öffnen als die erste Auslassöffnung.
  18. Verfahren für eine Maschine, die eine Vielzahl von Zylindern hat, wobei jeder Zylinder zwei Auslassventile hat, das Folgendes aufweist: während einer Bedingung mit niedriger Drehzahl, hoher Last, Deaktivieren eines Subsatzes von Auslassventilen und Aktivieren wenigstens eines Teils der restlichen Auslassventile, wobei der Subsatz von Auslassventilen Auslassöffnungen, die mit einem Katalysator über einen ersten Auspuffkrümmer gekuppelt sind, steuert, und die restlichen Auslassventile Auslassöffnungen, die mit einem Turbolader über einen zweiten Auspuffkrümmer gekuppelt sind, steuert, und während der Bedingung mit mittlerer bis hoher Last und Drehzahl, Aktivieren aller Auslassventile der Maschine.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Aktivieren mindestens eines Teils der restlichen Auslassventile ferner das Aktivieren aller restlichen Auslassventile aufweist.
  20. Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Deaktivieren eines Subsatzes von Auslassventilen und Aktivieren von mindestens einem Teil der restlichen Auslassventile ferner das Aktivieren eines Auslassventils pro Zylinder aufweist, während ein Auslassventil pro Zylinder deaktiviert wird.
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