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Diese Anmeldung betrifft das Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik und insbesondere die Lufteinleitung in Kraftfahrzeug-Motorsysteme.
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Ein aufgeladener Motor kann eine höhere Kraftstoffausnutzung und geringere Emissionen bieten als ein natürlich angesogener Motor ähnlicher Leistung. Während transienter Bedingungen können die Leistung, die Kraftstoffausnutzung und die Emissionssteuerleistung eines aufgeladenen Motors jedoch leiden. Diese transienten Bedingungen können das schnelle Erhöhen oder Verringern der Motorbelastung, der Motorgeschwindigkeit oder des Luftmassenstroms einschließen. Wenn die Motorbelastung beispielsweise schnell zunimmt, kann ein Turboladerkompressor ein höheres Drehmoment benötigen, um einen erhöhten Luftstrom zu liefern. Dieses Drehmoment kann allerdings nicht verfügbar sein, falls die den Kompressor antreibende Turbine nicht ganz hochgefahren ist. Dadurch kann eine unerwünschte Leistungsverzögerung auftreten, bevor sich ein Ansaugluftstrom mit dem erforderlichen Niveau aufgebaut hat.
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Es wurde bereits früher erkannt, dass ein turbogeladenes Motorsystem angepasst werden kann, um Druckluft zu speichern und die gespeicherte Druckluft zu verwenden, um die Luftladung vom Turboladerkompressor zu ergänzen. Beispielsweise beschreiben Pursifull u.a. in
US 2011/0132335 ein System, bei dem Druckluft in einem Aufladevorratsbehälter gespeichert wird und abgegeben wird, wenn nicht genügend Druckluft vom Turboladerkompressor verfügbar ist. Durch Abgeben zusätzlicher Druckluft vom Aufladevorratsbehälter kann das der abgegebenen Luft entsprechende Drehmoment bereitgestellt werden, um die Drehmomentanforderung zu erfüllen, während die Turbine hochfährt.
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Die Erfinder haben jedoch mögliche Probleme bei einem solchen System identifiziert. Als ein Beispiel kann der Turboverzögerung infolge niedriger Abgastemperaturen, die das Hochfahren der Turbine verzögern, nicht ausreichend Rechnung getragen werden, selbst nachdem die abgegebene Luft für das Erzeugen von Drehmoment verwendet wurde. Falls das Aufladeniveau zur Zeit des Einsetzens beispielsweise höher als ein Schwellenwert ist, kann die Drehmomentkompensation durch die abgegebene Luft ausreichen, um der Turboverzögerung Rechnung zu tragen. Falls das Aufladeniveau zur Zeit des Einsetzens jedoch niedriger als der Schwellenwert ist, kann die Turbinengeschwindigkeit niedrig sein, und die Drehmomentkompensation durch die abgegebene Luft kann unzureichend sein, um der Turboverzögerung Rechnung zu tragen. Als ein weiteres Beispiel kann die Aufladeluft, falls der Aufladevorratsbehälter ein kleines Volumen hat, verhältnismäßig schnell aufgebraucht werden, insbesondere bei hohen Motorgeschwindigkeiten, und es kann nicht genügend Zeit geben, um der Turboverzögerung Rechnung zu tragen. Dabei kann die Motorleistung beeinträchtigt werden.
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Demgemäß können zumindest einige der vorstehenden Probleme durch ein Verfahren für einen turbogeladenen Motor adressiert werden, bei dem, ansprechend auf ein Einsetzen, die Abgastemperatur durch Abgeben von Druckluft aus einem Aufladevorratsbehälter an einen Ansaugstutzen, während die Zündzeit verzögert wird, erhöht wird. Auf diese Weise kann die Turbinengeschwindigkeit schnell erhöht werden.
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Beispielsweise kann ansprechend auf ein Einsetzen eine Motorsteuereinrichtung die Abgastemperatur durch Abgeben einer Druckluftmenge aus einem Aufladevorratsbehälter außerhalb einer Ventilüberlappungsperiode (beispielsweise während eines Ansaug- oder Kompressionstakts) erhöhen, während die Zündung um einen Betrag verzögert wird, der auf der abgegebenen Druckluftmenge beruht. Dadurch kann das Luft-Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder verbrennen, was zu erhöhten Abgastemperaturen und zu einem beschleunigten Hochfahren der Turbine führt. Der verwendete Zündverzögerungsbetrag kann so begrenzt werden, dass das Nettomotorverbrennungsdrehmoment aufrechterhalten oder erhöht wird. Folglich kann die Turboverzögerung verringert werden, während zumindest eine gewisse Drehmomentkompensation bereitgestellt wird. Insgesamt wird die Motorleistung verbessert.
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Es sei bemerkt, dass die vorstehende Zusammenfassung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten einzuleiten, die in der folgenden detaillierten Beschreibung weiter beschrieben werden. Sie soll keine Schlüsselmerkmale oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands, dessen Schutzumfang in den der detaillierten Beschreibung folgenden Ansprüchen definiert ist, identifizieren. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementationen begrenzt, die jegliche vorstehend erwähnte Nachteile lösen.
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1 zeigt schematisch Aspekte eines als Beispiel dienenden Motorsystems gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung.
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2 zeigt ein als Beispiel dienendes Verfahren zum Abgeben von Druckluft aus einem Aufladevorratsbehälter, während die Zündung verzögert wird, um das Hochfahren der Turbine zu beschleunigen, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
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3 zeigt ein Kennfeld zur Darstellung als Beispiel dienender Motorzeitpunkte, zu denen Druckluft abgegeben werden kann, während die Zündung verzögert wird, um die Abgaserwärmung zu beschleunigen.
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4 zeigt als Beispiel dienende Kombinationen einer Luftabgabe aus einem Aufladevorratsbehälter mit einer Zündverzögerung zum Verringern der Turboverzögerung.
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Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Verringern der Turboverzögerung in einem aufgeladenen Motor in der Art des Motors aus 1, der einen Aufladeluftvorratsbehälter aufweist. Durch Abgeben von Luft aus dem Aufladevorratsbehälter an den Ansaugstutzen, während die Zündung verzögert wird, können die Abgastemperaturen schnell erhöht werden, und eine Aufladevorrichtungsturbine kann schnell hochgefahren werden. Eine Motorsteuereinrichtung kann dafür ausgelegt sein, eine Steuerroutine beispielsweise nach dem Verfahren aus 2 ansprechend auf ein Einsetzereignis auszuführen, um Druckluft aus dem Vorratsbehälter in den Ansaugstutzen abzugeben oder freizugeben, während die Zündung außerhalb einer Ventilüberlappungsperiode verzögert wird (3). Das Luft-Kraftstoff-Gemisch kann in den Motorzylindern verbrannt werden, um erwärmtes Abgas zu erzeugen, das dann für das Hochfahren einer Turbine verwendet wird. Durch Einstellen des Betrags der Zündverzögerung auf der Grundlage der vom Aufladevorratsbehälter abgegebenen Druckluftmenge können die Abgastemperaturen angehoben werden, während auch das Nettoverbrennungsdrehmoment erhöht wird. Als Beispiel dienende Einstellungen sind mit Bezug auf 4 dargestellt. Durch Erhöhen der Abgastemperatur und Beschleunigen des Hochfahrens der Turbine können die Turboverzögerung verringert und die Aufladeleistung des Motors verbessert werden.
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1 zeigt schematisch Aspekte eines als Beispiel dienenden Motorsystems 100 mit einem Motor 10. Gemäß der dargestellten Ausführungsform ist der Motor 10 ein aufgeladener Motor, der mit einem Turbolader 13 gekoppelt ist, der einen durch eine Turbine 16 angetriebenen Kompressor 14 aufweist. Insbesondere wird Frischluft über einen Luftreiniger 12 in den Motor 10 eingebracht und strömt zum Kompressor 14. Der Kompressor kann ein beliebiger geeigneter Ansaugluftkompressor in der Art eines motorgetriebenen oder antriebswellengetriebenen Ladekompressors sein. In dem Motorsystem 10 ist der Kompressor jedoch ein Turboladerkompressor, der mechanisch mit der Turbine 16 gekoppelt ist, wobei die Turbine durch sich ausdehnende Motorabgase angetrieben wird. Gemäß einer Ausführungsform können der Kompressor und die Turbine innerhalb eines Twin-Scroll-Turboladers gekoppelt sein. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Turbolader ein Turbolader mit veränderlicher Geometrie ("variable geometry turbocharger (VGT)") sein, wobei die Turbinengeometrie als Funktion der Motorgeschwindigkeit aktiv geändert wird. Wie in 1 dargestellt ist, ist der Kompressor 14 durch einen Ladeluftkühler 18 mit einem Drosselventil 20 gekoppelt. Das Drosselventil 20 ist mit dem Motoransaugstutzen 22 gekoppelt. Vom Kompressor strömt die Druckluftladung durch den Ladeluftkühler und das Drosselventil zum Ansaugstutzen. Der Ladeluftkühler kann beispielsweise ein Luft-zu-Luft-Wärmetauscher oder ein Luft-zu-Wasser-Wärmetauscher sein. Gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform wird der Druck der Luftladung innerhalb des Ansaugstutzens durch einen Verteilerluftdrucksensor ("manifold air pressure (MAP) sensor") 24 gemessen.
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Im Motorsystem 10 sind ein Kompressorumgehungsventil 26 und ein Feststrombegrenzer 28 in Reihe zwischen den Einlass und den Auslass des Kompressors 14 geschaltet. Das Kompressorumgehungsventil kann ein normalerweise geschlossenes Ventil sein, das dafür ausgelegt ist, sich unter ausgewählten Betriebsbedingungen zu öffnen, um überschüssigen Ladedruck zu vermindern. Beispielsweise kann das Kompressorumgehungsventil während Bedingungen einer abnehmenden Motorgeschwindigkeit geöffnet werden, um ein Kompressorpumpen zu verhindern.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Kompressorumgehungsventil 26 ein Zweizustandsventil mit einem ganz offenen Zustand und einem ganz geschlossenen Zustand sein. Daher ist, wie in 1 dargestellt ist, der Feststrombegrenzer 28 in Reihe mit dem Kompressorumgehungsventil geschaltet. Gemäß einer Ausführungsform kann der Feststrombegrenzer ein Öffnungs-Strombegrenzer sein, und gemäß einer anderen Ausführungsform kann er ein Laminarströmungs-Strombegrenzer mit einem oder mehreren Laminarströmungselementen sein. In jedem Fall kann der Feststrombegrenzer so ausgelegt sein, dass, wenn das Kompressorumgehungsventil geöffnet wird, ein ausreichender Luftstrom vom Auslass zum Einlass abgegeben wird, um ein Pumpen zu verhindern, während noch ermöglicht wird, dass sich ein gewisser Aufladedruck am Auslass aufbaut. Dementsprechend können die Abmessungen des Feststrombegrenzers so gewählt werden, dass stromabwärts des Kompressors 14 ein so hoher Druck wie möglich beibehalten wird, um eine schnelle Druckwiederherstellung bereitzustellen, während der Kompressor aus Pumpbedingungen herausgehalten wird.
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Der Ansaugstutzen 22 ist durch eine Reihe von Ansaugventilen 32 mit einer Reihe von Verbrennungskammern 30 verbunden. Die Verbrennungskammern sind ferner über eine Reihe von Abgasventilen 34 mit einem oder mehreren Abgaskrümmerabschnitten gekoppelt. In der dargestellten Ausführungsform sind Abgaskrümmerabschnitte 36A und 36B dargestellt. Andere Ausführungsformen können mehr oder weniger Abgaskrümmerabschnitte aufweisen. Konfigurationen mit mehr als einem Abgaskrümmerabschnitt können es ermöglichen, dass Ausfluss von verschiedenen Verbrennungskammern zu verschiedenen Orten in dem Motorsystem gerichtet wird.
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Gemäß einer Ausführungsform kann jedes der Abgas- und Ansaugventile elektronisch betätigt oder gesteuert werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann jedes der Abgas- und Ansaugventile durch eine Nocke betätigt oder gesteuert werden. Ob elektronisch oder durch eine Nocke betätigt, können die Zeitpunkte des Öffnens und Schließens des Abgas- und des Ansaugventils so eingestellt werden, wie es für eine gewünschte Verbrennungs- und Emissionssteuerwirkung erforderlich ist.
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1 zeigt ein elektronisches Steuersystem 38, das ein beliebiges elektronisches Steuersystem des Fahrzeugs sein kann, in dem das Motorsystem 10 installiert ist. Gemäß Ausführungsformen, bei denen zumindest ein Ansaugoder Abgasventil dafür ausgelegt ist, sich zu einstellbaren Zeitpunkten zu öffnen und zu schließen, können die einstellbaren Zeitpunkte durch das elektronische Steuersystem gesteuert werden, um die Abgasmenge zu regeln, die während der Zündung in einer Verbrennungskammer vorhanden ist. Das elektronische Steuersystem kann auch dafür ausgelegt sein, das Öffnen, Schließen und/oder Einstellen verschiedener anderer elektronisch betätigter Ventile in dem Motorsystem, beispielsweise Drosselventile, Kompressorumgehungsventile, Ladedruckregelklappen, AGR-Ventile und Absperrventile, vorzuschreiben, je nachdem, wie es erforderlich ist, um beliebige der hier beschriebenen Steuerfunktionen zu verwirklichen. Ferner kann das elektronische Steuersystem zum Beurteilen von Betriebsbedingungen in Zusammenhang mit den Steuerfunktionen des Motorsystems wirkungsmäßig mit mehreren über das Motorsystem angeordneten Sensoren gekoppelt sein, wie Strömungssensoren, Temperatursensoren, Pedalpositionssensoren, Drucksensoren usw.
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Den Verbrennungskammern 30 können ein oder mehrere Kraftstoffe, wie Benzin, Alkoholkraftstoffmischungen, Diesel, Biodiesel, komprimiertes Erdgas usw., zugeführt werden. Der Kraftstoff kann den Verbrennungskammern durch Direkteinspritzung, Saugrohreinspritzung, Drosselventilkörpereinspritzung oder eine Kombination davon zugeführt werden. In den Verbrennungskammern kann die Verbrennung durch Funkenzündung und/oder Kompressionszündung eingeleitet werden.
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Gemäß Ausführungsformen, bei denen Kraftstoff durch Direkteinspritzung zugeführt wird, können verschiedene Verbrennungskammern 30 während ausgewählter Betriebsbedingungen mit ungleichen Kraftstoffmengen geladen werden. Beispielsweise kann das Motorsystem 10 für einen DFSO-Modus ausgelegt sein, bei dem einige der Verbrennungskammern keinen Kraftstoff empfangen und lediglich die durch ihre jeweiligen Ansaugventile eingelassene Luft pumpen. Unter diesen Bedingungen kann das Motorsystem dafür ausgelegt sein, die durch die nicht mit Kraftstoff versorgten Verbrennungskammern gepumpte und dadurch komprimierte Luft zu speichern. Dementsprechend zeigt 1 ein mit dem Abgaskrümmerabschnitt 36B gekoppeltes Zweiwegeventil 40. Wenn die mit dem Abgaskrümmerabschnitt 36B gekoppelten Verbrennungskammern infolge des DFSO-Betriebs nicht mit Kraftstoff versorgt werden, kann das Zweiwegeventil positioniert werden, um den Ausstrom der Verbrennungskammern, d.h. die gepumpte komprimierte Luft, zu einem Ort des Motorsystems zu leiten, wo die Luft gespeichert werden kann. Auf diese Weise können eine oder mehrere nicht mit Kraftstoff versorgte Verbrennungskammern des Motors als eine Luftpumpe verwendet werden, wobei es sich um eine funktionale Entsprechung anderer nachstehend beschriebener Luftpumpen handelt. Unter anderen Bedingungen, wenn die mit dem Abgaskrümmerabschnitt 36B gekoppelten Verbrennungskammern mit Kraftstoff versorgt werden, kann das Zweiwegeventil positioniert werden, um den Ausstrom der Verbrennungskammern zur Turbine 16 zu leiten.
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Wie in 1 dargestellt ist, wird Abgas von dem einen oder mehreren Abgaskrümmerabschnitten zur Turbine 16 geleitet, um die Turbine anzutreiben. Wenn ein geringeres Turbinendrehmoment erwünscht ist, kann ein Teil des Abgases stattdessen unter Umgehung der Turbine durch die Ladedruckregelklappe 42 geleitet werden. Der kombinierte Strom von der Turbine und von der Ladedruckregelklappe strömt dann durch die Abgasnachbehandlungsstufe 44. Im Allgemeinen können eine oder mehrere Abgasnachbehandlungsstufen einen oder mehrere Abgasnachbehandlungskatalysatoren aufweisen, die dafür ausgelegt sind, den Abgasstrom katalytisch zu behandeln und dabei die Menge einer oder mehrerer Substanzen in dem Abgasstrom zu verringern. Beispielsweise kann ein Abgasnachbehandlungskatalysator dafür ausgelegt sein, NOx aus dem Abgasstrom einzufangen, wenn der Abgasstrom mager ist, und das eingefangene NOx zu reduzieren, wenn der Abgasstrom reich ist. Bei anderen Beispielen kann ein Abgasnachbehandlungskatalysator dafür ausgelegt sein, den Anteil von NOx zu ändern oder NOx mit Hilfe eines Reduziermittels selektiv zu reduzieren. Bei wieder anderen Beispielen kann ein Abgasnachbehandlungskatalysator dafür ausgelegt sein, restliche Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenmonoxid im Abgasstrom zu oxidieren. Verschiedene Abgasnachbehandlungskatalysatoren mit einer solchen Funktionalität können, entweder getrennt oder gemeinsam, in Wash-Coats oder anderswo in den Abgasnachbehandlungsstufen angeordnet sein. Gemäß einigen Ausführungsformen können die Abgasnachbehandlungsstufen einen regenerierbaren Rußfilter aufweisen, der dafür ausgelegt ist, Rußteilchen im Abgasstrom einzufangen und zu oxidieren.
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Das gesamte von der Abgasnachbehandlungsstufe 44 abgegebene behandelte Abgas oder ein Teil davon kann über eine Abgasleitung 46, in die auch ein Schalldämpfer 48 aufgenommen ist, an die Atmosphäre abgegeben werden. Abhängig von den Betriebsbedingungen, kann jedoch ein Teil des behandelten Abgases statt durch einen AGR-Kühler 50 und ein AGR-Ventil 52 zum Einlass des Kompressors 14 umgelenkt werden. Auf diese Weise ist der Kompressor dafür ausgelegt, stromabwärts der Turbine 16 abgezweigtes Abgas aufzunehmen. Das AGR-Ventil kann geöffnet werden, um eine gesteuerte Menge gekühlten Abgases dem Kompressoreinlass zuzuführen, um eine wünschenswerte Verbrennungsund Emissionssteuerleistung zu erzielen. Auf diese Weise ist das Motorsystem 10 dafür eingerichtet, eine externe Niederdruck-(LP)-AGR bereitzustellen. Die Drehung des Kompressors stellt, zusätzlich zu dem verhältnismäßig langen LP-AGR-Strömungsweg im Motorsystem 10, eine ausgezeichnete Homogenisierung des Abgases für die Ansaugluftzufuhr bereit. Ferner bietet die Anordnung von AGR-Entnahmepunkten und Mischpunkten eine sehr wirksame Kühlung des Abgases, um eine erhöhte verfügbare AGR-Masse und eine verbesserte Funktionsweise zu erzielen. Wie in 1 dargestellt ist, durchläuft das rückgeführte Abgas die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 44, den AGR-Kühler 50 sowie den Ladeluftkühler 18.
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Im Motorsystem 10 ist der Kompressor 14 die Primärquelle komprimierter Ansaugluft, unter manchen Bedingungen kann jedoch die Menge der vom Kompressor verfügbaren Ansaugluft unzureichend sein. Diese Bedingungen umfassen Perioden einer schnell zunehmenden Motorlast, wie beispielsweise sofort nach dem Anlassen, beim Einsetzen oder beim Verlassen des DFSO-Modus. Während zumindest einiger dieser Bedingungen kann die Menge der vom Kompressor verfügbaren komprimierten Ansaugluft dadurch begrenzt sein, dass die Turbine nicht auf eine ausreichend hohe Drehgeschwindigkeit hochgefahren ist. Dabei wird die Zeit, die die Turbine benötigt, um hochzufahren und den Kompressor anzutreiben, um die erforderliche Menge an komprimierter Ansaugluft bereitzustellen, als Turboverzögerung bezeichnet. Während der Turboverzögerung kann der bereitgestellte Drehmomentbetrag nicht mit der Drehmomentanforderung übereinstimmen, was zu einem Abfall der Motorleistung führt.
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Angesichts der vorstehend erwähnten Probleme weist das Motorsystem 100 einen Aufladevorratsbehälter 54 auf. Der Aufladevorratsbehälter kann ein beliebiger Vorratsbehälter einer geeigneten Größe sein, der dafür ausgelegt ist, Druckluft für eine spätere Abgabe zu speichern. Gemäß einer Ausführungsform kann der Aufladevorratsbehälter dafür ausgelegt sein, Luft beim maximalen vom Kompressor 14 erzeugten Druck zu speichern. Verschiedene Einlässe, Auslässe und Sensoren können mit dem Aufladevorratsbehälter gekoppelt sein. Gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform ist ein Drucksensor 56 mit dem Aufladevorratsbehälter gekoppelt und dafür ausgelegt, auf den Luftdruck darin anzusprechen.
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Beim Motorsystem 100 wird der Aufladevorratsbehälter 54 wählbar mit dem Ansaugstutzen 22 gekoppelt. Insbesondere ist der Aufladevorratsbehälter dafür ausgelegt, Druckluft über ein Aufladevorratsbehälter-Abgabeventil 60 an den Ansaugstutzen abzugeben. Das Aufladevorratsbehälter-Abgabeventil kann ein normalerweise geschlossenes Ventil sein, das durch einen Befehl geöffnet wird, wenn ein Luftstrom vom Aufladevorratsbehälter zum Ansaugstutzen erwünscht ist. Gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform ist ein Druckwiederherstellungskegel 58 in einer Fluidkopplung zwischen dem Aufladevorratsbehälter und dem Ansaugstutzen angeordnet. Demgemäß wird Druckluft bei einer Abgabe aus dem Aufladevorratsbehälter durch den Druckwiederherstellungskegel geleitet. Der Druckwiederherstellungskegel kann ein beliebiger Leitungsabschnitt mit einer allmählich zunehmenden Querschnittsfläche senkrecht zur Strömungsrichtung sein. Der Druckwiederherstellungskegel kann an einer beliebigen Stelle zwischen dem Aufladevorratsbehälter und dem Ansaugstutzen angeordnet werden und in einer gekrümmten (beispielsweise nautilusartigen) Form gebogen sein, falls dies für eine wirksame räumliche Anordnung erforderlich ist. Verglichen mit einer Leitung gleicher Länge, die eine konstante Querschnittsfläche aufweist, wandelt der Druckwiederherstellungskegel Strömungsenergie während Strömungsbedingungen wieder in Druckenergie um, indem er die Strömungsablösung von den Leitungswänden unterdrückt. Gemäß einer Ausführungsform kann der Druckwiederherstellungskegel 58 einen Kegelwinkel von 15 Grad aufweisen und die Strömungsgeschwindigkeit der Druckluft von 200 Metern pro Sekunde auf 50 Meter pro Sekunde verringern. Auf der Grundlage bekannter Prinzipien der Strömungsdynamik kann diese Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit einen Druck von 47 Kilopascal für anfänglich auf 200 Kilopascal komprimierte Luft bewahren. Gemäß alternativen Ausführungsformen kann der Druckwiederherstellungskegel jedoch nicht aufgenommen sein.
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Druckluft aus dem Aufladevorratsbehälter 54 wird hinter dem Drosselventil 20 zugeführt. Bei einigen Szenarien kann die Druckluft zugeführt werden, wenn das Drosselventil zumindest teilweise offen ist. Daher kann das Rückschlagventil 60 vor dem Drosselventil angeschlossen werden und orientiert werden, um die Abgabe von Druckluft aus dem Aufladevorratsbehälter rückwärts durch das Drosselventil zu verhindern. Gemäß anderen Ausführungsformen kann das Rückschlagventil fortgelassen werden, und es können andere Maßnahmen ergriffen werden, um einen Rückstrom durch das Drosselventil zu verhindern.
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Wie vorstehend erwähnt wurde, bietet das Pumpen von Luft durch nicht mit Kraftstoff versorgte Verbrennungskammern des Motors während der DFSO-Phase einen Weg, um dem Aufladevorratsbehälter 54 Druckluft zuzuführen. Gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform kann das Zweiwegeventil 40 so orientiert sein, dass der Ausstrom von einem oder mehreren nicht mit Kraftstoff versorgten Zylindern durch das Rückschlagventil 62 in den Aufladevorratsbehälter strömt. Das Rückschlagventil ermöglicht es, dass Druckluft aus dem Abgaskrümmerabschnitt 36B in dem Aufladevorratsbehälter gespeichert wird, verhindert jedoch, dass gespeicherte Druckluft zum Abgaskrümmerabschnitt zurückströmt.
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Das turbogeladene Motorsystem 100 kann weitere Strukturen aufweisen, um das Füllen eines Aufladevorratsbehälters unter ausgewählten Betriebsbedingungen zu ermöglichen. Beispielsweise ist der Aufladevorratsbehälter 54 wie dargestellt über ein Rückschlagventil 64 mit dem Kompressor 14 gekoppelt. Das Rückschlagventil ermöglicht es, dass Druckluft unter Bedingungen eines hohen Drosseleinlassdrucks ("throttle-inlet pressure (TIP)") vom Kompressor in den Aufladevorratsbehälter strömt und darin gespeichert wird, es verhindert jedoch, dass gespeicherte Druckluft unter Bedingungen eines niedrigen TIP zum Kompressor zurückströmt.
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Der Aufladevorratsbehälter 54 ist ferner über das Rückschlagventil 68 mit einer Luftpumpe 66 gekoppelt. Dieses Rückschlagventil ermöglicht es, dass Druckluft von der Luftpumpe in den Aufladevorratsbehälter strömt und darin gespeichert wird, wenn der Auslassdruck der Luftpumpe hoch ist, es verhindert jedoch, dass gespeicherte Druckluft zur Luftpumpe zurückströmt, wenn der Auslassdruck niedrig ist. Die Luftpumpe 66 kann praktisch jede beliebige Luftpumpe des Fahrzeugs sein, in dem das Motorsystem 10 installiert ist. Gemäß einer Ausführungsform kann die Luftpumpe durch einen Elektromotor angetrieben werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Luftpumpe durch eine Kurbelwelle oder eine andere rotierende oder sich hin- und herbewegende Welle des Motorsystems angetrieben werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Luftpumpe durch ein Rad des Fahrzeugs angetrieben werden, in dem das Motorsystem installiert ist. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Luftpumpe ein abgasgetriebener oder kompressorgetriebener Druckverstärker, d.h. ein durch den Gasstrom getriebener Luftkompressor, sein.
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Gemäß der in 1 dargestellten speziellen Ausführungsform ist die Luftpumpe 66 ferner über ein Rückschlagventil 72 mit einem Vakuumkrümmer 70 des Motorsystems 10 gekoppelt. Demgemäß kann die Luftpumpe 66 dafür ausgelegt werden, unter bestimmten Betriebsbedingungen als eine Vakuumpumpe zu arbeiten und unter anderen Betriebsbedingungen als eine Druckpumpe zu arbeiten. Während beider Bedingungen wird die Luftpumpe betrieben, um Luft von der mit dem Rückschlagventil 72 gekoppelten Seite zu der mit dem Rückschlagventil 68 gekoppelten Seite zu befördern. Für den Vakuumbetrieb wird das Absperrventil 74 geöffnet und das Absperrventil 76 geschlossen. Der Vakuumkrümmer wird dabei evakuiert und stellt ein Vakuum für Bremsvorgänge und andere Vorgänge des Fahrzeugs bereit. In dieser Konfiguration stellt die Luftpumpe eine minimale mechanische oder elektrische Last für das Motorsystem dar. Für den Druckbetrieb wird das Absperrventil 76 geöffnet und das Absperrventil 74 geschlossen. Der Aufladevorratsbehälter 54 wird dabei mit aus dem Luftreiniger 12 abgesogener Luft unter Druck gesetzt.
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Es sei bemerkt, dass auch andere Ausführungsformen des Motorsystems 100 möglich sind. Beispielsweise kann der Aufladetank 54 gemäß einer Ausführungsform vor und nicht hinter dem Drosselventil 20 angeschlossen sein. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Aufladetank 54 über einen Luftausstoßer (nicht dargestellt) mit dem Druckwiederherstellungskegel 58 gekoppelt sein. Der Luftausstoßer kann einen über das Aufladetank-Abgabeventil 60 mit dem Aufladetank gekoppelten Primäreinlass, einen mit dem Ansaugstutzen 22 gekoppelten Auslass und einen außerhalb des Hauptstroms angeordneten Sekundäreinlass aufweisen. Wenn Luft vom Primäreinlass durch den Auslass strömt, entwickelt sich am Sekundäreinlass ein Teilvakuum, das bewirkt, dass zusätzliche Luft in den Auslass gesogen und von diesem ausgestoßen wird. Wenngleich die dem Ansaugstutzen zugeführte Luftladung einen niedrigeren Druck aufweist als die vom Aufladetank abgegebene Luft, kann die zugeführte Gesamtluftmasse erheblich größer sein. Die Verwendung des Luftausstoßers auf diese Weise bietet bei Motorsystemen mit einem Aufladetank mindestens zwei Vorteile. Erstens kann das Volumen des Aufladetanks verringert werden, um Platz zu sparen, während der Gesamtbetrag der verfügbaren Aufladung aufrechterhalten wird. Zweitens kann die für das Füllen des Aufladetanks erforderliche Zeit wegen seines geringeren Volumens verringert werden.
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Bei den verschiedenen vorstehend erörterten Motorsystemen und bei anderen, die mit dieser Offenbarung vollständig vereinbar sind, kann Druckluft oder eine Luft/Abgas-Mischung in einem Aufladetank bewirken, dass Wasserdampf innerhalb des Aufladetanks kondensiert. Daher kann gemäß einigen Ausführungsformen ein Ablassventil (nicht dargestellt) mit dem Aufladetank 54 gekoppelt sein. Das Ablassventil kann bei Bedarf geöffnet werden, um Kondensat aus dem Aufladetank auf die Straßenoberfläche unter dem Fahrzeug in flüssiger Form abzugeben, oder es zum Abgassystem des Fahrzeugs leiten, verdampfen und als Dampf abgeben. Gemäß einer Ausführungsform kann das Ablassventil ein elektronisch gesteuertes, normalerweise geschlossenes Ventil sein, das dafür ausgelegt ist, auf Befehl des elektronischen Steuersystems 38 zu öffnen. Das elektronische Steuersystem kann dafür ausgelegt sein, das Ablassen des Kondensats zu einer Zeit vorzuschreiben, zu der das Kondensat aufgetaut wird, und wenn es unwahrscheinlich ist, dass das Ablassereignis von den Fahrgästen des Fahrzeugs bemerkt wird, beispielsweise nachdem das Geräusch- oder Geschwindigkeitsniveau in dem Fahrzeug oberhalb eines Schwellenwerts liegt und das Kondensat aufgetaut ist (oder vorhergesehen ist, dass es aufgetaut ist).
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Die vorstehend beschriebenen Konfigurationen ermöglichen verschiedene Verfahren, um Luft einer Verbrennungskammer eines Motors zuzuführen. Demgemäß werden nun einige dieser Verfahren beispielhaft unter weiterem Bezug auf die vorstehende Konfiguration beschrieben. Es wird jedoch verstanden werden, dass die hier beschriebenen Verfahren und andere, die vollständig innerhalb des Schutzumfangs dieser Offenbarung liegen, auch durch andere Konfigurationen ermöglicht werden können. Die hier präsentierten Verfahren umfassen verschiedene Mess- und/oder Erfassungsereignisse, die durch einen oder mehrere in dem Motorsystem angeordnete Sensoren ausgeführt werden. Die Verfahren umfassen auch verschiedene Rechen-, Vergleichs- und Entscheidungsfällungsereignisse, die in einem operativ mit den Sensoren gekoppelten elektronischen Steuersystem verwirklicht werden können. Die Verfahren weisen ferner verschiedene Hardwarebetätigungsereignisse auf, die das elektronische Steuersystem, ansprechend auf die Entscheidungsfällungsereignisse, selektiv vorschreiben kann.
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Bei den vorstehend beschriebenen Konfigurationen kann Druckluft zum Füllen eines Aufladetanks unter manchen Bedingungen über einen Turboladerkompressor und unter anderen Bedingungen über eine oder mehrere Luftpumpen zugeführt werden. Diese Konfigurationen ermöglichen es, dass im Aufladetank gespeicherte Luft ansprechend auf mindestens eine Einsetzbedingung abgegeben wird, wobei sich das Drosselventil plötzlich öffnet und der Kompressor sich zu langsam dreht, um den gewünschten MAP bereitzustellen. Wie hier nachstehend dargelegt wird, kann zumindest während einiger Einsetzbedingungen (beispielsweise wenn das Aufladeniveau beim Einsetzen niedriger ist und die vorhergesehene Turboverzögerung höher ist), während Luft aus dem Aufladevorratsbehälter abgegeben wird, ein höherer Betrag der Zündverzögerung verwendet werden, um die Temperatur des Abgases schnell zu erhöhen und das Hochfahren der Turbine zu beschleunigen. Während anderer Einsetzbedingungen (beispielsweise wenn das Aufladeniveau beim Einsetzen höher ist und die vorhergesehene Turboverzögerung niedriger ist), während Luft aus dem Aufladevorratsbehälter abgegeben wird, kann ein kleinerer Betrag der Zündverzögerung (beispielsweise keine Zündverzögerung) verwendet werden, um zusätzliches Motordrehmoment bereitzustellen (entsprechend der abgegebenen Aufladeluftmenge), um die Drehmomentanforderung zu erfüllen, während der Kompressor die gewünschte Kapazität erreicht.
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Gemäß einigen Ausführungsformen können zumindest einige Zylinder des Motors dafür ausgelegt werden, eine verzögerte Zündzeit zu haben, während Aufladeluft in den Ansaugstutzen abgegeben wird, um das Abgas zu erwärmen und die Turbinenrotation zu beschleunigen. Gleichzeitig können andere Zylinder dafür ausgelegt werden, die Zündzeit beizubehalten, während Aufladeluft zur Erzeugung von Drehmoment abgegeben wird. Um mögliche Probleme zu verringern, die sich aus einer Drehmomentdifferenz zwischen den Zylindern ergeben, können die Zylinder, die eine Abgaserwärmung ermöglichen, und der Zylinder, der eine Drehmomenterzeugung ermöglicht, auf der Grundlage ihrer Zündreihenfolge ausgewählt werden. Auf diese Weise kann die Turboverzögerung durch Beschleunigen des Hochfahrens der Turbine, während Drehmoment bereitgestellt wird, verringert werden, während das Nettomotorverbrennungsdrehmoment erhöht wird.
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Nun wird mit Bezug auf 2 ein als Beispiel dienendes Verfahren 200 zum Ermöglichen des Abgebens von Druckluft aus einem Aufladevorratsbehälter, während die Zündung verzögert wird, um Abgas zu erwärmen und das Hochfahren der Turbine zu beschleunigen, dargestellt. Auf diese Weise ermöglicht das Verfahren eine Verringerung der Turboverzögerung.
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Bei 202 umfasst das Verfahren das Schätzen und/oder Messen von Motorbetriebsbedingungen. Diese können beispielsweise die Motorgeschwindigkeit, die Fahrerdrehmomentanforderung, die Motorkühlmitteltemperatur, die Abgastemperatur, das Aufladevorratsbehälterluftniveau usw. einschließen. Bei 204 kann festgestellt werden, ob eine Einsetzbedingung vorhanden ist. Bei einem Beispiel kann ein Einsetzen bestätigt werden, falls die Gaspedalposition über eine Schwellenposition bewegt wird oder falls die Position mit einer Rate geändert wird, die höher als eine Schwellenrate ist. Bei einem anderen Beispiel kann das Einsetzen auf der Grundlage einer Änderung der Drosselventilposition oder einer Änderung der Ansaugluftströmungsrate bestätigt werden. Falls kein Einsetzen bestätigt wird, kann die Routine dabei enden.
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Falls ein Einsetzen bestätigt wird, kann bei 206 festgestellt werden, ob die Temperatur des Abgases (Texh) höher als ein Schwellenwert ist. Hier kann die Abgasschwellentemperatur einer Temperatur entsprechen, oberhalb derer die Turbine gedreht und hochgefahren werden kann, um den Kompressor anzutreiben und eine gewünschte Aufladung bereitzustellen. Beispielsweise kann die Schwellentemperatur auf einer Turbinengeschwindigkeit beruhen. Falls die Abgastemperatur demgemäß bei 208 oberhalb der Schwellentemperatur liegt, kann die Turbine gedreht werden und kann der Turboladerkompressor betrieben werden, um den erforderlichen Aufladebetrag zum Erfüllen der Drehmomentanforderung bereitzustellen.
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Falls die Abgastemperatur verglichen damit unterhalb der Schwellentemperatur liegt, kann eine Verzögerung beim Hochfahren der Turbine und beim Antreiben des Kompressors auftreten. Demgemäß umfasst das Verfahren bei 210, ansprechend auf das Einsetzen, das Erhöhen der Abgastemperatur durch Abgeben von Druckluft aus dem Aufladevorratsbehälter an den Motoransaugstutzen, während die Zündzeit verzögert wird. Hier beruht die verwendete Zündverzögerung auf der Menge der vom Aufladevorratsbehälter abgegebenen Druckluft. Die angewendete Zündverzögerung ist jedoch kleiner als eine Zündverzögerungsgrenze auf der Grundlage eines der abgegebenen Menge Druckluft entsprechenden Verbrennungsdrehmoments. Das heißt, dass die Zündung nicht über ein Maß hinaus verzögert werden kann, bei dem das Nettoverbrennungsdrehmoment verringert wird. Beispielsweise kann die Zündverzögerung das Drehmoment bei dem während des Zylinderbetriebs bei Abwesenheit zusätzlicher vom Aufladevorratsbehälter abgegebener Druckluft erzeugten Drehmomentniveau halten oder über dieses hinaus erhöhen. Dies ermöglicht es, dass das Nettoverbrennungsdrehmoment des Motors während der Verzögerung der Zündzeit erhöht oder zumindest beibehalten wird.
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Wie in 3 dargelegt, kann die Abgabe außerhalb einer Ventilüberlappungsperiode geschehen. Beispielsweise kann die Abgabe während eines Ansaugtakts und/oder eines Kompressionstakts geschehen. Dabei ermöglicht dies, dass das Luft-Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder (während eines ersten Verbrennungsereignisses) verbrannt wird, so dass das erwärmte Abgas nach der Freigabe verwendet werden kann, um die Turbine bei einem zweiten Verbrennungsereignis, das dem ersten Verbrennungsereignis unmittelbar folgt, zu drehen. Durch die Abgabe des Druckgases außerhalb der Überlappungsperiode statt innerhalb von dieser können eine stärkere Luft-Kraftstoff-Mischung und eine bessere Abgaserwärmung erreicht werden.
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Bei 212 kann während des Abgebens die Menge des vom Abgaskrümmer an den Ansaugstutzen zurückgeführten Abgases verringert werden. Insbesondere kann die AGR-Verringerung auf der abgegebenen Druckluftmenge beruhen. Dies ermöglicht das Verbessern der Verbrennungsstabilität und die Verwendung einer erhöhten Zündverzögerung für das Erwärmen des Abgases. Bei einem Beispiel, bei dem das Motorsystem einen AGR-Durchgang mit einem AGR-Ventil zum Rückführen einer Abgasmenge vom Motorabgaskrümmer zum Motoransaugstutzen hat, kann eine Motorsteuereinrichtung das Öffnen des AGR-Ventils verringern, um die Menge des über den AGR-Durchgang zum Motoreinlass zurückgeführten Abgases zu verringern.
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Bei 214 kann die Abgastemperatur wieder bewertet werden, um festzustellen, ob die Abgastemperatur nun nach der Abgabe von Druckluft bei verzögerter Zündzeit höher ist als die Schwellentemperatur. Falls dies nicht der Fall ist, wird die Abgabe während einer Verzögerung fortgesetzt, bis die Abgastemperatur oberhalb der Schwellentemperatur liegt. Nachdem bestätigt wurde, dass das Abgas heiß genug ist, kann bei 216 das Abgeben von Druckluft aus dem Aufladevorratsbehälter unterbrochen werden. Die Routine kann dann zu 208 springen, um die Turbine zu drehen und den Turbolader zu betreiben, um die erforderliche Aufladung bereitzustellen und die Drehmomentanforderung zu erfüllen.
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Es sei bemerkt, dass, wenngleich in 2 das Verzögern der Zündung in allen Motorzylindern, während Luft an den Motoransaugstutzen abgegeben wird, erörtert ist, gemäß alternativen Ausführungsformen die Steuereinrichtung dafür ausgelegt sein kann, Druckluft von dem Aufladeluftvorratsbehälter an einen Motoransaugstutzen abzugeben, während die Zündverzögerung in einem ersten Motorzylinder (oder einer ersten Anzahl oder Gruppe von Motorzylindern) erhöht wird, während die Zündverzögerung in einem zweiten Motorzylinder (oder einer zweiten Anzahl von Motorzylindern) beibehalten wird. Gleichzeitig kann das Nettomotorverbrennungsdrehmoment erhöht werden. Gemäß dieser Ausführungsform können der erste Motorzylinder (oder eine erste Anzahl oder Gruppe von Zylindern) und der zweite Motorzylinder (oder eine zweite Anzahl oder Gruppe von Zylindern) auf der Grundlage der Zylinderzündordnung ausgewählt werden, um die Drehmomentdifferenz zwischen den Zylindern zu verringern. Insbesondere können durch Verzögern der Zündung in einigen Zylindern, während die Zündzeit in anderen Zylindern beibehalten wird, die Zylinder mit der Zündverzögerung die abgegebene Druckluft verwenden, um das Abgas zu erwärmen und die Turbine zu drehen, während die Zylinder ohne Zündverzögerung die abgegebene Druckluft verwenden können, um zusätzliches Drehmoment zum Erfüllen der Drehmomentanforderung zu erzeugen.
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Bei einem Beispiel kann das Motorsystem einen Doppelturbolader aufweisen, der eine mit einer ersten Gruppe von Motorzylindern gekoppelte erste Turbine und eine mit einer zweiten Gruppe von Motorzylindern gekoppelte zweite Turbine aufweist. Hier kann der erste Zylinder, bei dem die Zündung verzögert ist, in die erste Gruppe von Motorzylindern aufgenommen sein, während der zweite Zylinder, bei dem die Zündung beibehalten ist, in die zweite Gruppe von Motorzylindern aufgenommen sein kann. Ferner kann die Temperatur der ersten Turbine höher sein als die Temperatur der zweiten Turbine. Folglich kann die während des Betriebs der ersten Turbine vorhergesehene Turboverzögerung höher sein als die während des Betriebs der zweiten Turbine vorhergesehene Turboverzögerung. Demgemäß kann, um den Differenzen in der Turboverzögerung Rechnung zu tragen, Druckluft vom Aufladevorratsbehälter abgegeben werden, während die Zündung im ersten Zylinder verzögert wird (um Wärme zu erzeugen und die Turboverzögerung zu verringern), während die Zündung im zweiten Zylinder beibehalten wird (um zusätzliches Drehmoment zu erzeugen und die Turboverzögerung zu verringern). Dabei kann die erhöhte Zündverzögerung auf der abgegebenen Druckluftmenge beruhen, während die Zündverzögerung auf einen Betrag begrenzt wird, der niedriger ist als eine auf dem Verbrennungsdrehmoment beruhende Zündverzögerungsgrenze. Das heißt, dass die Zündung nicht über einen Betrag hinaus verzögert werden kann, der das Nettoverbrennungsdrehmoment unter das Drehmomentniveau verringert, das während des Zylinderbetriebs bei Abwesenheit der vom Aufladevorratsbehälter abgegebenen zusätzlichen Druckluft erzeugt wird.
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s sei auch bemerkt, dass, wenngleich das vorstehende Verfahren angibt, dass die Druckluft des Aufladevorratsbehälters zum Ansaugstutzen geleitet wird, gemäß alternativen Ausführungsformen das Motorsystem dafür ausgelegt sein kann, dass die vom Aufladevorratsbehälter abgegebene Druckluft zu einzelnen Zylindern oder Zylindergruppen geleitet wird. Hierbei kann die Menge der zu jedem Zylinder geleiteten Luft besser gesteuert werden. Ferner kann mehr Zeit verfügbar sein, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch zu mischen und zu verbrennen und Wärme zu erzeugen. Gemäß diesen Ausführungsformen kann durch Einstellen der Zeit der Abgabe der Druckluft von dem Aufladevorratsbehälter mit der Zündzeit oder der Zündverzögerung eine weitere Steuerung des Drehmoments und der Turboverzögerung erreicht werden.
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In 3 zeigt ein Kennfeld 300 als Beispiel dienende Ventilzeiten, während derer Druckluft von dem Aufladeluftvorratsbehälter abgegeben werden kann, während die Zündung verzögert ist, um eine Abgaserwärmung zu ermöglichen. Die Luftabgabezeit ist bei 306 dargestellt und wird bei 304 mit Ansaug- und Abgasventilzeiten verglichen. Die Luftabgabezeit wird ferner mit einer entlang einer x-Achse in Kurbelwinkelgrad ("crank angle degrees (CAD)") dargestellten Motorposition, einer Kolbenposition entlang der y-Achse mit Bezug auf seinen Ort vom oberen Totpunkt ("top dead center (TDC)") und/oder vom unteren Totpunkt ("bottom dead center (BDC)") und weiter mit Bezug auf seinen Ort innerhalb der vier Takte (Ansaugtakt, Kompressionstakt, Arbeitstakt und Ausstoßtakt) eines Motorzyklus an einer Kurve 302 verglichen. Wie durch die Sinuskurve 302 angegeben ist, bewegt sich ein Kolben vom TDC allmählich nach unten und gelangt am Ende des Arbeitstakts am Boden an den BDC. Der Kolben kehrt dann am Ende des Ausstoßtakts oben an den TDC zurück. Der Kolben bewegt sich dann wieder während des Ansaugtakts abwärts zum BDC zurück und kehrt am Ende des Kompressionstakts zu seiner ursprünglichen oberen Position am TDC zurück.
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Bei 304 ist eine Standardventilzeitsteuerung dargestellt. Insbesondere zeigen die Kurven 305 und 306 Ventilzeitsteuerungen für ein Abgasventil (gestrichelte Kurve 305) und ein Ansaugventil (durchgezogene Kurve 306) bei einer Standardventilzeitsteuerung (nicht eingestellten Ventilzeitsteuerung). Wie dargestellt ist, kann ein Abgasventil gerade dann geöffnet werden, wenn der Kolben am Ende des Arbeitstakts den Boden erreicht. Das Abgasventil kann dann geschlossen werden, wenn der Kolben den Ausstoßtakt beendet, und bleibt zumindest bis zum Beginn eines nachfolgenden Ansaugtakts offen. Auf die gleiche Art kann ein Ansaugventil zu oder vor Beginn eines Ansaugtakts geöffnet werden und zumindest bis zum Beginn eines nachfolgenden Kompressionstakts offen bleiben.
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Infolge der Zeitdifferenzen zwischen dem Schließen des Abgasventils und dem Öffnen des Ansaugventils können vor dem Ende des Ausstoßtakts und nach Beginn des Ansaugtakts während einer kurzen Zeitdauer sowohl das Ansaugventil als auch das Abgasventil offen sein. Dieser Zeitraum, während dessen beide Ventile offen sein können, wird als positive Ansaugventil-Abgasventil-Überlappung 307 (oder einfach Ventilüberlappung) bezeichnet, welche am Schnitt der Kurven 305 und 306 durch einen schraffierten Bereich dargestellt ist.
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Um eine schnelle Abgaserwärmung zu ermöglichen, kann Druckluft vom Aufladevorratsbehälter abgegeben werden, während die Zündzeit verzögert wird. Insbesondere kann die Druckluft zu einer Luftabgabezeit abgegeben werden, so dass die Abgabe außerhalb der Ventilüberlappungsperiode 307 auftritt. Dabei wird ermöglicht, dass die Luft-Kraftstoff-Mischung innerhalb des Zylinders verbrannt wird und für das Drehen der Turbine nach der Abgabe in den Abgaskrümmer verwendet wird. Verglichen damit kann die Druckluft, falls sie während der Ventilüberlappung abgegeben wird, durch die Zylinder und aus diesen heraus in den Auspuff laufen, ohne sich geeignet mit dem Kraftstoff zu mischen. Dadurch kann keine ausreichende Verbrennung zur Erhöhung der Abgastemperatur erreicht werden.
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Bei einem Beispiel, beispielsweise wenn die Aufladeluft in den Ansaugstutzen abgegeben wird, kann die Abgabe zu einer Luftabgabezeit geschehen, die eine beliebige Zeit während eines Intervalls 308 ist, welches ein Intervall abdeckt, das während des Ansaugtakts abläuft, jedoch nachdem die Ventilüberlappung 307 abgeschlossen wurde. Bei einem anderen Beispiel, beispielsweise wenn die Aufladeluft direkt in die Zylinder abgegeben wird, kann die Abgabe zu einer Luftabgabezeit geschehen, die eine beliebige Zeit während des Intervalls 310 ist, welches ein Intervall abdeckt, das während des Ansaugtakts abläuft, jedoch nachdem die Ventilüberlappung 307 abgeschlossen wurde, und zumindest während eines Teils des Kompressionstakts. Insbesondere kann das Intervall 310 eine Zeit bis zu einer einstellbaren Zeit 311 des Kompressionstakts abdecken, wobei die Zeit 311 auf dem Druck im Aufladetank beruht. Insbesondere kann der Druck im Zylinder im Laufe des Kompressionstakts zuzunehmen beginnen.
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Oberhalb einer Kolbenschwellenposition 309 kann der Druck im Zylinder höher als der Druck im Aufladeluftvorratsbehälter werden und bewirken, dass das Luft-Kraftstoff-Gemisch zum Ansaugstutzen zurückströmt. Demgemäß kann die Zeit 311, wenn sich der Aufladedruck im Vorratsbehälter verringert, so eingestellt werden, dass sie später im Kompressionstakt liegt (d.h. näher beim Kompressionstakt-TDC und weiter weg vom Kompressionstakt-BDC). Folglich kann Luft während eines längeren Intervalls 310, einschließlich des Ansaugtakts (außerhalb der Ventilüberlappung) und eines größeren Abschnitts des Kompressionstakts, abgegeben werden. Wenn der Aufladedruck zum Vergleich im Vorratsbehälter höher ist, kann die Zeit 311 früher im Kompressionstakt eingestellt werden (d.h. näher beim Kompressionstakt-BDC und weiter weg vom Kompressionstakt-TDC). Folglich kann Luft während eines kürzeren Intervalls 310, einschließlich des Ansaugtakts (außerhalb der Ventilüberlappung) und eines kleineren Abschnitts des Kompressionstakts, abgegeben werden.
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In 4 zeigt ein Kennfeld 400 als Beispiel dienende Kombinationen zum Abgeben von Druckluft von einem Aufladevorratsbehälter mit einem veränderlichen Betrag einer Zündverzögerung (bei 401–403), ansprechend auf ein Einsetzen. Insbesondere zeigt das Kennfeld 400 Ansaugstutzenluft bei 402, Zündverzögerungsbeträge bei 404, das resultierende Nettoverbrennungsdrehmoment bei 406 und die resultierende Abgastemperatur bei 408.
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Insbesondere vergleichen die Beispiele 402–403 das Drehmoment und die Wärme, die unter Verwendung einer Kombination einer Zündverzögerung und einer Aufladeluftentladung erzeugt werden, mit dem Beispiel 401, bei dem die Zündung nicht verzögert wird und keine zusätzliche Aufladeluft abgegeben wird. In Beispiel 401 wird der Motor mit Ansaugluft betrieben, die nach dem Durchgang durch einen Kompressor (durch eine durchgezogene Linie 411 dargestellt) komprimiert sein kann, jedoch ohne die Hinzufügung weiterer Aufladeluft von einem Aufladevorratsbehälter. Es kann auch keine Zündverzögerung verwendet werden. Dadurch kann ein Nettoverbrennungsdrehmoment 431 erzeugt werden, und die Abgastemperatur kann auf eine erste Temperatur 441 erhöht werden.
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Beispiel 402 zeigt eine ansprechend auf ein erstes Einsetzen ausgeführte Einstellung. Während des ersten Einsetzens kann die Steuereinrichtung, zusätzlich zu der über den Kompressor bereitgestellten Ansaugluft, eine Druckluftmenge (durch einen schraffierten Bereich 412 dargestellt) aus dem Aufladevorratsbehälter an den Ansaugstutzen hinter dem Kompressor mit einem ersten, kleineren Zündverzögerungsbetrag 422 abgeben. Dadurch kann ein Nettoverbrennungsdrehmoment 432 erzeugt werden und kann die Abgastemperatur auf eine zweite Temperatur 442 erhöht werden. Hierbei können sowohl das Nettoverbrennungsdrehmoment als auch die Abgastemperatur verglichen mit den Niveaus erhöht werden, die bei Nichtvorhandensein abgegebener Luft und einer Zündverzögerung erhalten werden (Beispiel 401).
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Beispiel 403 zeigt eine ansprechend auf ein zweites Einsetzen ausgeführte Einstellung. Während des zweiten Einsetzens kann das Luftniveau in dem Aufladevorratsbehälter niedriger sein als das Luftniveau in dem Aufladevorratsbehälter während des ersten Einsetzens. Alternativ kann der Aufladevorratsbehälter während des ersten Einsetzens ein erster, kleinerer Aufladevorratsbehälter sein, während der Aufladevorratsbehälter während des zweiten Einsetzens ein zweiter, größerer Aufladevorratsbehälter sein kann. Bei einem weiteren Beispiel kann das Verstärkungsniveau zur Zeit des Einsetzens während des ersten Einsetzens höher sein, während das Verstärkungsniveau zur Zeit des Einsetzens während des zweiten Einsetzens niedriger sein kann. Folglich kann der Betrag der Turboverzögerung während des ersten Einsetzens niedriger sein (beispielsweise niedriger als ein Schwellenwert), während der Betrag der Turboverzögerung während des zweiten Einsetzens höher sein kann (beispielsweise höher als der Schwellenwert). Um der höheren Turboverzögerung Rechnung zu tragen, kann der in Kombination mit der abgegebenen Druckluft verwendete Zündverzögerungsbetrag eingestellt werden, um das Erreichen einer höheren Abgastemperatur zu ermöglichen, wodurch das Hochfahren der Turbine während des zweiten Einsetzens beschleunigt wird.
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Dementsprechend kann die Steuereinrichtung während des zweiten Einsetzens, zusätzlich zu der durch den Kompressor bereitgestellten Ansaugluft, eine Druckluftmenge (durch einen schraffierten Bereich 413 dargestellt) mit einem zweiten, größeren Zündverzögerungsbetrag 423 aus dem Aufladevorratsbehälter an den Ansaugstutzen abgeben. Daher kann ein Nettoverbrennungsdrehmoment 433 erzeugt werden und kann die Abgastemperatur auf eine dritte Temperatur 443 erhöht werden. Hierbei können sowohl das Nettoverbrennungsdrehmoment als auch die Abgastemperatur verglichen mit den Niveaus erhöht werden, die bei Nichtvorhandensein der abgegebenen Luft und der Zündverzögerung erhalten werden (Beispiel 401). Allerdings kann das Nettoverbrennungsdrehmoment 433 (unter Verwendung des größeren Zündverzögerungsbetrags erzeugt) niedriger sein als das Nettoverbrennungsdrehmoment 432 (unter Verwendung des kleineren Zündverzögerungsbetrags erzeugt), die dritte Abgastemperatur 443 kann jedoch höher sein als die zweite Abgastemperatur 442.
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Dabei können während jedem von dem ersten und dem zweiten Einsetzen der erste und der zweite angewendete Zündverzögerungsbetrag (Zündverzögerungen 422, 423) auf kleinere Werte eingestellt werden als eine Zündverzögerungsgrenze, die auf einem Verbrennungsdrehmoment beruht, das der abgegebenen Druckluft entspricht. Das heißt, dass die Zündverzögerungen 422, 423 eingestellt werden können, um zu ermöglichen, dass die Nettoverbrennungsdrehmomente 432 und 433 bei dem bei Nichtvorhandensein jeglicher abgegebener Aufladedruckluft erhaltenen Nettoverbrennungsdrehmoment 421 gehalten oder über dieses hinaus erhöht werden.
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Es sei bemerkt, dass, wenngleich Beispiel 402 ein erstes Einsetzen mit einem gewissen Zündverzögerungsbetrag zeigt (wenn auch kleiner als der in Beispiel 403 verwendete Zündverzögerungsbetrag), gemäß einer alternativen Ausführungsform Beispiel 402 eine Kombination aufweisen kann, bei der die Zündzeit beibehalten wird und keine Zündverzögerung angewendet wird, während Aufladeluft vom Aufladevorratsbehälter abgegeben wird. Hierbei kann das erzeugte Nettoverbrennungsdrehmoment erhöht werden, um zu ermöglichen, dass die Einsetzdrehmomentanforderung (zumindest zeitweise) erfüllt wird, die Erhöhung der Abgastemperatur kann jedoch unzureichend sein, um die Turboverzögerung zu verringern. Es sei auch bemerkt, dass, wenngleich die Beispiele 402 und 403 die Verwendung der gleichen Menge abgegebener Druckluft zeigen, gemäß alternativen Ausführungsformen die Menge der abgegebenen Luft geändert werden kann. Insbesondere kann die Motorsteuereinrichtung durch Ändern der vom Aufladevorratsbehälter abgegebenen Aufladeluftmenge, während der während der Abgabe angewendete Zündverzögerungsbetrag geändert wird, das Nettoverbrennungsdrehmoment erhöhen, während die Abgastemperatur erhöht wird, wobei eine Präferenz für die Erhöhung des Verbrennungsdrehmoments gegenüber der Erhöhung der Abgastemperatur auf der Grundlage zumindest des Aufladeniveaus (oder der Turbinengeschwindigkeit) beim Einsetzen vorgenommen wird.
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Auf diese Weise kann die Abgastemperatur durch Abgeben einer Druckluftmenge, die von einem Aufladeluftvorratsbehälter abgegeben wird, während der Zündverzögerungsbetrag erhöht wird, schnell erhöht werden, um das Hochfahren der Turbine und eine Verringerung der Turboverzögerung zu ermöglichen. Durch die Verwendung einer größeren Zündverzögerung, wenn die verfügbaren Aufladeniveaus niedriger sind, können eine größere Abgaswärme und ein geringeres Verbrennungsdrehmoment erzeugt werden, um die Turbine schnell hochzufahren. Durch die Verwendung einer geringeren Zündverzögerung, wenn die verfügbaren Aufladeniveaus höher sind, können verhältnismäßig wenig Abgaswärme und ein verhältnismäßig großes Verbrennungsdrehmoment erzeugt werden, um eine erhöhte Drehmomentanforderung zu erfüllen. Auf diese Weise kann der Turboverzögerung besser Rechnung getragen werden und kann die Leistungsfähigkeit eines aufgeladenen Motors verbessert werden.
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Es sei bemerkt, dass die hier aufgenommenen als Beispiel dienenden Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die spezifischen hier beschriebenen Routinen können eine oder mehrere von einer Anzahl von Verarbeitungsstrategien in der Art einer ereignisgesteuerten Verarbeitungsstrategie, einer Interruptgesteuerten Verarbeitungsstrategie, einer Multitasking-Verarbeitungsstrategie, einer Multi-Threading-Verarbeitungsstrategie und dergleichen repräsentieren. Dabei können verschiedene erläuterte Tätigkeiten, Operationen oder Funktionen in der erläuterten Sequenz oder parallel ausgeführt werden oder in manchen Fällen fortgelassen werden. Ebenso ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht unbedingt erforderlich, um die hier beschriebenen Merkmale und Vorteile der als Beispiel dienenden Ausführungsformen zu erreichen, sondern sie ist zur Vereinfachung der Erläuterung und Beschreibung vorgesehen. Eine oder mehrere der erläuterten Tätigkeiten oder Funktionen können, abhängig von der bestimmten verwendeten Strategie, wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Tätigkeiten graphisch einen Code darstellen, der in das computerlesbare Speichermedium im Motorsteuersystem zu programmieren ist.
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Es sei bemerkt, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen als Beispiel dienen und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht als einschränkend anzusehen sind, weil zahlreiche Abänderungen möglich sind. Beispielsweise kann die vorstehende Technologie auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, Gegenüberliegende-4- und andere Motortypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart sind.
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Die folgenden Ansprüche legen besonders bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen dar, die als neu und nicht offensichtlich angesehen werden. Diese Ansprüche können sich auf "ein" Element oder "ein erstes" Element oder die Entsprechung davon beziehen. Diese Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Aufnahme von einem oder mehreren solcher Elemente einschließen, wobei zwei oder mehr solcher Elemente weder erforderlich sind noch ausgeschlossen werden. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorstellung neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Diese Ansprüche, ob sie breiter, enger, gleich oder verschieden in Bezug auf die ursprünglichen Ansprüche sind, werden auch als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten angesehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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