DE102013208970B4

DE102013208970B4 - Druckluftspeichersteuerung

Info

Publication number: DE102013208970B4
Application number: DE102013208970.8A
Authority: DE
Inventors: John Eric Rollinger; Adam J. Richards; Alex O'Connor Gibson; David Bell; Julia Helen Buckland
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-05-17
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2020-02-06
Anticipated expiration: 2033-05-16
Also published as: CN103423000B; US8997484B2; US20130305709A1; RU2013122606A; RU2578265C2; CN103423000A; DE102013208970A1

Abstract

Verfahren für einen turbogeladenen Motor, umfassend:während eines ersten Tip-In Ablassen mit Druck beaufschlagter Ladung aus einem Druckluftspeicher in einen Ansaugkrümmer undwährend eines zweiten Tip-In Ablassen mit Druck beaufschlagter Ladung aus dem Druckluftspeicher in einen Auslasskrümmer, dadurch gekennzeichnet, dasswährend des ersten Tip-In die abgelassene Ladung einen geringeren AGR-Prozentsatz wie ein Schwellenwert aufweist, undwährend des zweiten Tip-In die abgelassene Ladung einen höheren AGR-Prozentsatz wie der Schwellenwert aufweist.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft das Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik und insbesondere das Ansaugen von Luft in Kraftfahrzeug-Motorsystemen.
Ein aufgeladener Motor kann eine höhere Kraftstoffeffizienz und geringere Emissionen bieten als ein selbstansaugender Motor mit ähnlicher Leistung. Während Übergangsbedingungen können jedoch Leistung, Kraftstoffeffizienz und Emissionssteuerungsleistung eines aufgeladenen Motors leiden. Solche Übergangsbedingungen können u. a. schnell steigende oder abnehmende Motorlasten, Motordrehzahlen oder Luftmassendurchsätze sein. Wenn beispielsweise die Motorlast schnell steigt, benötigt der Kompressor eines Turboladers möglicherweise ein erhöhtes Drehmoment, um einen erhöhten Luftmassendurchsatz zu liefern. Ein solches Drehmoment ist jedoch unter Umständen nicht verfügbar, wenn die Turbine, die den Kompressor antreibt, nicht vollständig hochgedreht hat. Infolgedessen kann eine unerwünschte Leistungsverzögerung auftreten, bevor sich der Ansaugluftstrom zur erforderlichen Stärke aufbaut.
Es wurde bereits erkannt, dass ein turbogeladenes Motorsystem dafür eingerichtet sein kann, komprimierte Luft zu speichern und die gespeicherte komprimierte Luft zur Ergänzung der Luftladung vom Kompressor des Turboladers zu verwenden.
Die EP 5 312 77 A2 offenbart ein Motorsystem mit einem Druckluftspeicher, der in Schubabschaltphasen aus dem Auslasskrümmer aufgeladen wird und seine Ladung zur Überbrückung/Verkleinerung des Turbolochs in den Einlass- oder Auslasskrümmer abgeben kann.
Die US 2012 / 0 192 558 A1 offenbart einen Druckspeicher, der mit Abgas gefüllt werden kann und bei Bedarf seine Ladung an die Turbine des Turboladers oder an die Abgasseite des Druckwellenladers abgeben kann.
Des Weiteren beschreibt zum Beispiel Pursifull u. a. in der US-Patentanmeldung US 2011 / 0 132 335 A1 ein System, in dem komprimierte Luft in einem Druckluftspeicher gespeichert und in den Ansaugkrümmer abgegeben wird, wenn vom Kompressor des Turboladers zu wenig komprimierte Luft verfügbar ist. Insbesondere wird der Druckluftspeicher mit angesaugter Frischluft und/oder Abgas von einem oder mehreren nicht mit Kraftstoff versorgten Zylindern geladen. Durch Abgeben zusätzlicher komprimierter Luft aus dem Druckluftspeicher in den Ansaugkrümmer kann ein Drehmoment, das der abgegebenen Luft entspricht, bereitgestellt werden, um den Drehmomentbedarf während des Hochdrehens der Turbine zu erfüllen.
Die Erfinder des Vorliegenden haben jedoch potentielle Probleme in diesem System erkannt. Beispielsweise wird die Ladeluft stromabwärts von einem Kompressor unter Umständen schneller verbraucht als stromaufwärts von einer Turbine. Infolgedessen kann die Ladeluft, wenn sie in den Ansaugkrümmer abgegeben wird, möglicherweise anfangs genügend Luft zuführen, um das gewünschte erhöhte Drehmoment bereitzustellen, doch hat die Turbine nach dem Ausschöpfen der Luftzufuhr, beispielsweise bei höheren Motordrehzahlen, möglicherweise immer noch nicht hochgedreht, und somit kann das Drehmoment nach dem anfänglichen Anstieg wieder abfallen. Eine solche Leistung kann schlimmer sein als gar kein Ausgleich. Das Ausschöpfen kann noch schneller vonstattengehen, wenn der Druckluftspeicher ein kleines Volumen aufweist. Wenn außerdem die Ladung im Speicher einen hohen Prozentsatz an Abgas aufweist, kann das Abgeben der Ladeluft in den Ansaugtrakt unter Umständen das Turboloch aufgrund eines mangelnden Sauerstoffüberschusses in der abgelassenen Ladeluft nicht kompensieren.
Somit können mindestens einige der oben beschriebenen Probleme mit einem Verfahren für einen turbogeladenen Motor behoben werden. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren während eines ersten Tip-In das Ablassen mit Druck beaufschlagter Ladung aus einem Druckluftspeicher in einen Ansaugkrümmer, und während eines zweiten Tip-In das Ablassen mit Druck beaufschlagter Ladung aus einem Druckluftspeicher in einen Auslasskrümmer nach dem im Anspruch 1 vorgeschlagenen Verfahren. Auf diese Weise wird mit Druck beaufschlagte Ladung in den Ansaug- oder den Auslasskrümmer abgelassen, um die Abgastemperatur oder den Abgasdruck schnell zu erhöhen und das Hochdrehen der Turbine zu beschleunigen.
Zum Beispiel kann eine Steuerung basierend auf der Zusammensetzung von im Druckluftspeicher gespeicherter Ladung entscheiden, ob die Ladung als Reaktion auf ein Tip-In in den Ansaugkrümmer oder den Absaugkrümmer abgegeben werden soll. Wenn wie nach der Erfindung, der Druckluftspeicher mit einem höheren Prozentsatz an Frischluft geladen ist, kann die Ladeluft auf den Ansaugkrümmer angewandt werden, um ein erhöhtes Drehmoment bereitzustellen, um dem Turboloch während des Hochdrehens der Turbine abzuhelfen. Wenn im Vergleich dazu der Druckluftspeicher mit einem höheren Prozentsatz an Verbrennungsabgas geladen ist, kann die Ladeluft auf den Auslasskrümmer angewandt werden, um zu ermöglichen, dass Energie aus dem Luftladungsdruck extrahiert und vorteilhaft zur Beschleunigung des Hochdrehens der Turbine angewandt wird. Es kann eine gleichzeitige Drosselklappenjustierung durchgeführt werden, um den erhöhten Abgasdruck zu kompensieren, der die Luftmenge reduziert, die in den Ansaugtrakt des Motors gesaugt werden kann, und damit die Höhe des abgegebenen Drehmoments. Zum Beispiel kann eine Öffnung der Drosselklappe gleichzeitig vergrößert werden, um die angesaugte Luftmenge und die Drehmomentleistung des Motors zu erhöhen.
Die Wahl, ob die Ladeluft in den Ansaugkrümmer oder in den Auslasskrümmer abgelassen werden soll, kann auch auf einem Druck der im Speicher gespeicherten Ladung basieren. Wenn zum Beispiel der Druck höher als ein Grenzwert ist, kann die Ladung mit höherem Druck in den Ansaugkrümmer abgelassen werden, um die Abgastemperaturen schnell anzuheben und das Turboloch zu verringern. Wenn im Vergleich dazu der Druck geringer als der Grenzwert ist, kann die Ladung mit geringerem Druck in den Auslasskrümmer abgelassen werden, um den Abgasdruck schnell anzuheben und das Turboloch zu verringern. Alternativ kann die Wahl auf einer Aufladungsstärke zum Zeitpunkt des Tip-In basieren. Wenn zum Beispiel die Aufladungsstärke höher als ein Grenzwert ist, kann die Ladung des Druckluftspeichers in den Ansaugkrümmer abgelassen werden, wohingegen, wenn die Aufladungsstärke geringer als der Grenzwert ist, die Ladung in den Auslasskrümmer abgelassen werden kann. Des Weiteren kann die Wahl auf anderen Motorbetriebsbedingungen wie der Motordrehzahl, der Abgastemperatur usw. basieren.
In noch weiteren Ausführungsformen kann mit Druck beaufschlagte Ladung während eines einzigen Tip-In sowohl in den Ansaugkrümmer als auch in den Auslasskrümmer abgelassen werden. Konkret kann ein Teil der im Druckluftspeicher gespeicherten Ladung in den Ansaugkrümmer abgelassen werden und ein verbleibender Teil der gespeicherten Ladung kann in den Auslasskrümmer abgelassen werden. In diesem Fall kann die Steuerung basierend auf den vorstehend erläuterten Faktoren entscheiden, ob zuerst in den Ansaugkrümmer oder in den Auslasskrümmer abgelassen werden soll.
Auf diese Weise kann durch Vorabspeichern einer Menge an Ansaugluft und/oder Verbrennungsabgas in einem Speicher und durch Ablassen derselben in den Ansaug- oder Auslasskrümmer basierend auf Betriebsbedingungen das Turboloch verringert werden, selbst wenn bereits Aufladung vorhanden ist. Die Motorleistung kann insgesamt verbessert werden.
Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzbeschreibung der Vorstellung einer Auswahl von Konzepten, die in der detaillierten Beschreibung im Einzelnen beschrieben sind, in vereinfachter Form dient. Sie soll keine entscheidenden oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstandes aufzeigen, dessen Umfang durch die auf die detaillierte Beschreibung folgenden Ansprüche eindeutig definiert wird. Ferner ist der Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, mit denen im Vorangegangenen oder in einem Teil dieser Offenbarung erwähnte Nachteile beseitigt werden.

1 stellt schematisch Aspekte eines beispielhaften Motorsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
2 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren zum Laden eines Druckluftspeichers mit Verbrennungsabgas und/oder angesaugter Frischluft.
3 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren zum Ablassen von mit Druck beaufschlagter Ladung aus einem Druckluftspeicher in einen Ansaug- oder Auslasskrümmer.
4 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren zum Ablassen von mit Druck beaufschlagter Ladung aus einem Druckluftspeicher, um Hochdruck-AGR bereitzustellen.
5 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren zum Ablassen von mit Druck beaufschlagter Ladung aus einem Druckluftspeicher in einen Ansaugkrümmer, während der Ladedruck des Kompressors vorab geladen wird.
6 bis 8 zeigen beispielhafte Lade- und Ablassvorgänge eines Druckluftspeichers gemäß der vorliegenden Offenbarung.

Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zur Verringerung des Turbolochs in einem aufgeladenen Motor, der einen Druckluftspeicher beinhaltet, wie beispielsweise in dem Motorsystem von 1. Durch das Ablassen von mit Druck beaufschlagter Ladung aus dem Druckluftspeicher in den Ansaugkrümmer oder den Auslasskrümmer als Reaktion auf ein Tip-In können die Abgastemperaturen und -drücke schnell angehoben werden und die Turbine einer Aufladevorrichtung kann schnell hochgedreht werden. Eine Motorsteuerung kann dafür gestaltet sein, ein Steuerungsprogramm wie das beispielhafte Verfahren von 2 auszuführen, um den Druckluftspeicher mit Verbrennungsabgas aus dem Auslasskrümmer und/oder angesaugter Frischluft aus dem Ansaugkrümmer zu laden, wenn Ladegelegenheiten zur Verfügung stehen. Die Steuerung kann ferner dafür gestaltet sein, ein Steuerungsprogramm wie das beispielhafte Verfahren von 3 auszuführen, um die mit Druck beaufschlagte Ladung aus dem Druckluftspeicher in den Ansaugkrümmer und/oder den Auslasskrümmer abzulassen, basierend auf Motorbetriebsbedingungen sowie der Zusammensetzung der im Speicher verfügbaren Ladung. Die Steuerung kann dafür gestaltet sein, beim Ablassen in den Ansaugkrümmer ein Steuerungsprogramm wie das beispielhafte Verfahren von 4 auszuführen, um mit Druck beaufschlagte Ladung aus dem Speicher in den Ansaugkrümmer abzulassen, während eine Ansaugdrosselklappe geschlossen gehalten wird, und dann die Drosselklappe zu öffnen, sobald die Drosselklappen-ansaugdrücke ausreichend angehoben wurden. Diese Abstimmung ermöglicht die vorteilhafte Anhebung der Drosselklappenansaugdrücke, während der Drehmomentbedarf durch Ladung befriedigt wird, die aus dem Druckluftspeicher abgelassen wird. Wie in 5 dargestellt, kann die Steuerung auch dafür gestaltet sein, während ausgewählter Aufladungsbedingungen, wenn eine Hochdruck-AGR angefordert ist, einen Druck von im Speicher gespeichertem Verbrennungsabgas anzuheben, indem es mit komprimierter Ansaugluft gemischt und die Hoch-druck-Lademischung dann in den Ansaugkrümmer abgegeben wird. Beispielhafte Lade- und Ablassvorgänge sind unter Bezugnahme 6 bis 8 dargestellt. Durch Erhöhen der Abgastemperatur und -drücke kann das Hochdrehen der Turbine beschleunigt werden, um das Turboloch zu verringern. Durch Verwenden des Druckluftspeichers, um die Bereitstellung von Hochdruck-AGR während aufgeladener Betriebsbedingungen zu ermöglichen, kann die Leistung des aufgeladenen Motors verbessert werden.
1 zeigt schematisch Aspekte eines beispielhaften Motorsystems 100, das einen Motor 10 beinhaltet. In der abgebildeten Ausführungsform ist der Motor 10 ein aufgeladener Motor, der an einen Turbolader 13 angeschlossen ist, der einen von einer Turbine 16 angetriebenen Kompressor 14 beinhaltet. Konkret wird Frischluft entlang der Ansaugleitung 42 über den Luftreiniger 12 zum Motor 10 geführt und strömt zum Kompressor 14. Der Kompressor kann jeder geeignete Ansaugluftkompressor sein, wie beispielsweise ein motorbetriebener oder ein über eine Antriebswelle angetriebener Laderkompressor. In dem Motorsystem 10 jedoch ist der Kompressor ein Turboladerkompressor, der über eine Welle 19 mechanisch an eine Turbine 16 angeschlossen ist, wobei die Turbine 16 durch sich ausdehnendes Motorabgas angetrieben wird. In einer Ausführungsform können Kompressor und Turbine innerhalb eines Twin-Scroll-Laders angeschlossen sein. In einer anderen Ausführungsform kann der Turbolader ein Variable-Turbinengeometrie-Lader (VTG-Lader) sein, in dem die Turbinengeometrie in Abhängigkeit von der Motordrehzahl aktiv variiert wird.
Wie in 1 dargestellt, ist der Kompressor 14 durch den Ladeluftkühler 18 an das Drosselklappenventil 20 angeschlossen. Das Drosselklappenventil ist an den Ansaugkrümmer 22 des Motors angeschlossen. Vom Kompressor strömt die komprimierte Luftladung durch den Ladeluftkühler und das Drosselklappenventil in den Ansaugkrümmer. Der Ladeluftkühler kann beispielsweise ein Luft/Luft- oder ein Luft/Wasser-Wärmetauscher sein. In der in 1 dargestellten Ausführungsform wird der Druck der Luftladung im Ansaugkrümmer durch den Krümmerluftdruck-Sensor (MAP-Sensor) 24 gemessen. Zwischen dem Einlass und dem Auslass des Kompressors 14 kann ein Umgehungsventil (nicht dargestellt) in Reihe geschaltet sein. Das Umgehungsventil des Kompressors kann ein normal geschlossenes Ventil sein, das dafür gestaltet ist, sich unter ausgewählten Betriebsbedingungen zu öffnen, um überschüssigen Ladedruck abzubauen. Zum Beispiel kann das Umgehungsventil des Kompressors während Bedingungen einer sinkenden Drehzahl geöffnet werden, um ein Pumpen des Kompressors abzuwenden.
Der Ansaugkrümmer 22 ist über eine Reihe von Ansaugventilen (nicht dargestellt) an eine Reihe von Brennkammern 30 angeschlossen. Die Brennkammern sind ferner über eine Serie von Auslassventilen (nicht dargestellt) an den Auslasskrümmer 36 angeschlossen. In der dargestellten Ausführungsform ist ein einziger Auslasskrümmer 36 dargestellt. In anderen Ausführungsformen kann der Auslasskrümmer jedoch mehrere Auslasskrümmerabschnitte beinhalten. Gestaltungen mit mehreren Auslasskrümmerabschnitten können die Leitung von Abgasen aus verschiedenen Brennkammern zu verschiedenen Stellen im Motorsystem ermöglichen.
In einer Ausführungsform können die Auslass- und die Ansaugventile jeweils elektronisch betätigt oder gesteuert werden. In einer anderen Ausführungsform können das Auslass- und das Ansaugventil jeweils über eine Nockenwelle betätigt oder gesteuert werden. Gleich ob sie elektronisch oder über eine Nockenwelle betätigt werden, kann die Taktung des Öffnens und Schließens des Auslass- und des Ansaugventils so justiert werden, wie es für die gewünschte Verbrennungs- und Emissionssteuerungsleistung erforderlich ist.
1 zeigt das elektronische Steuerungssystem 38, bei dem es sich um ein beliebiges elektronisches Steuerungssystem des Fahrzeugs, in welches das Motorsystem 10 eingebaut ist, handeln kann. In Ausführungsformen, in denen mindestens ein Ansaug- oder Auslassventil dafür gestaltet ist, sich gemäß einer justierbaren Taktung zu öffnen und zu schließen, kann die justierbare Taktung über das elektronische Steuerungssystem gesteuert werden, um eine Abgasmenge in einer Brennkammer während der Zündung zu steuern. Das elektronische Steuerungssystem kann auch dafür gestaltet sein, das Öffnen, Schließen und/oder Justieren verschiedener anderer elektronisch betätigter Ventile in dem Motorsystem zu regeln - beispielsweise Drosselklappenventile, Umgehungsventile des Kompressors, Ladedruckregelventile, AGR-Ventile und Absperrventile, verschiedene Speicheransaug- und -auslassventile, die zur Ausführung der hierin beschriebenen Steuerungsfunktionen benötigt werden.
Ferner kann zur Bewertung von Betriebsbedingungen im Zusammenhang mit den Steuerungsfunktionen des Motorsystems das elektronische Steuerungssystem funktionsmäßig an mehrere Sensoren angeschlossen sein, die im gesamten Motorsystem angeordnet sind - Strömungssensoren, Temperatursensoren, Pedalpositionssensoren, Drucksensoren usw.
Den Brennkammern 30 können ein oder mehrere Kraftstoffe zugeführt werden, wie beispielsweise Benzin, Alkoholkraftstoffgemische, Diesel, Biodiesel, komprimiertes Erdgas usw. Der Kraftstoff kann über Direkteinspritzung, Saugrohreinspritzung, Drosselklappeneinspritzung oder eine beliebige Kombination aus diesen in die Brennkammern geführt werden. In den Brennkammern kann die Verbrennung durch Zündung über Zündfunken und/oder durch Selbstzündung initiiert werden.
Wie in 1 dargestellt, wird Abgas von dem einen oder den mehreren Auslasskrümmerabschnitten zur Turbine 16 geleitet, um die Turbine anzutreiben. Wird ein verringertes Turbinendrehmoment gewünscht, kann ein Teil des Abgases stattdessen unter Umgehung der Turbine durch ein Ladedruckregelventil (nicht dargestellt) geleitet werden. Die kombinierte Strömung von der Turbine und dem Ladedruckregelventil strömt dann durch die Emissionssteuerungsvorrichtung 70. Im Allgemeinen können eine oder mehrere Emissionssteuerungsvorrichtungen 70 einen oder mehrere Abgasnachbehandlungskatalysatoren beinhalten, die dafür gestaltet sind, den Abgasstrom katalytisch zu behandeln und dadurch die Menge einer oder mehrerer Substanzen in dem Abgasstrom zu verringern. Zum Beispiel kann ein Abgasnachbehandlungskatalysator dafür gestaltet sein, NO_x aus dem Abgasstrom aufzufangen, wenn der Abgasstrom mager ist, und das aufgefangene NO_x zu reduzieren, wenn der Abgasstrom fett ist. In anderen Beispielen kann ein Abgasnachbehandlungskatalysator dafür gestaltet sein, NO_x zu disproportionieren oder NO_x mit Hilfe eines Reduktionsmittels selektiv zu reduzieren. In noch weiteren Beispielen kann ein Abgasnachbehandlungskatalysator dafür gestaltet sein, restliche Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenmonoxid im Abgasstrom zu oxidieren. Verschiedene Abgasnachbehandlungskatalysatoren mit einer derartigen Funktionsweise können in Sonderbeschichtungen (Washcoats) oder an anderer Stelle in den Abgasnachbehandlungsstufen entweder getrennt oder zusammen angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen können die Abgasnachbehandlungsstufen einen regenerierbaren Rußpartikelfilter beinhalten, der dafür gestaltet ist, Rußpartikel im Abgasstrom aufzufangen und zu oxidieren.
Das gesamte behandelte Abgas aus der Emissionssteuerungsvorrichtung 70 oder ein Teil davon kann über die Abgasleitung 35 in die Umgebung abgegeben werden. Je nach den Betriebsbedingungen kann aber auch ein Teil des Abgases stattdessen in die AGR-Leitung 51, durch den AGR-Kühler 50 und das AGR-Ventil 52 zum Einlass des Kompressors 14 umgeleitet werden. Auf diese Weise ist der Kompressor dafür gestaltet, Abgas einzulassen, das stromabwärts von der Turbine 16 abgezweigt wurde. Das AGR-Ventil kann geöffnet werden, um zwecks einer wünschenswerten Verbrennungs- und Emissionssteuerungsleistung eine gesteuerte Menge abgekühlten Abgases in den Kompressoreinlass einzulassen. Auf diese Weise ist das Motorsystem 10 dafür gestaltet, eine externe Niederdruck(ND)-AGR bereitzustellen. Die Drehung des Kompressors zusätzlich zu dem relativ langen Strömungsweg der ND-AGR im Motorsystem 10 stellt eine ausgezeichnete Homogenisierung des Abgases in die Ansaugluftladung bereit. Ferner stellt die Anordnung der AGR-Abnahme- und -Mischpunkte eine sehr effektive Abkühlung des Abgases zum Zweck einer erhöhten verfügbaren AGR-Masse und einer verbesserten Leistung bereit.
In dem Motorsystem 10 ist der Kompressor 14 die Hauptquelle für komprimierte Ansaugluft, doch unter einigen Bedingungen kann die Menge an Ansaugluft, die vom Kompressor verfügbar ist, unzureichend sein. Zu solchen Bedingungen gehören Zeiten schnell steigender Motorlast, wie etwa unmittelbar nach dem Start, bei einem Tip-In oder nach Verlassen der Schubabschaltung. An sich wird während eines Schubabschaltungsvorgangs die Kraftstoffeinspritzung in einen oder mehrere Motorzylinder als Reaktion auf ausgewählte Fahrzeugverlangsamungs- oder -abbremsbedingungen selektiv deaktiviert. Während mindestens eines Teils dieser Bedingungen schnell steigender Motorlast kann die Menge komprimierter Ansaugluft, die vom Kompressor verfügbar ist, aufgrund dessen begrenzt sein, dass die Turbine nicht auf eine ausreichend hohe Drehzahl hochgedreht hat (zum Beispiel aufgrund einer geringen Abgastemperatur oder eines geringen Abgasdrucks). Daher wird die erforderliche Zeit, bis die Turbine hochdreht und den Kompressor antreibt, damit dieser die erforderliche Menge an komprimierter Ansaugluft bereitstellt, als Turboloch bezeichnet. Während des Turbolochs entspricht die Höhe des Drehmoments unter Umständen nicht dem Drehmomentbedarf, was zu einem Abfall der Motorleistung führt.
Angesichts der vorstehend erwähnten Probleme beinhaltet das Motorsystem 100 einen Druckluftspeicher 54. Bei dem Druckluftspeicher kann es sich um jeden beliebigen Speicher geeigneter Größe handeln, der dafür gestaltet ist, mit Druck beaufschlagte Ladung zum späteren Ablassen zu speichern. Im Rahmen des Vorliegenden wird als die mit Druck beaufschlagte Ladung das im Speicher 54 gespeicherte Gas bezeichnet. Daher kann die mit Druck beaufschlagte Ladung, die im Druckluftspeicher gespeichert ist, ausschließlich saubere Ansaugluft (z. B. komprimierte Ansaugluft, die aus dem Ansaugkrümmer gezogen wurde), ausschließlich Verbrennungsabgas (z. B. Verbrennungsabgase, die aus dem Auslasskrümmer gezogen wurden) oder eine Kombination davon beinhalten (z. B. eine Mischung aus Ansaugluft und Abgas mit einem definierten AGR-Prozentsatz). In einer Ausführungsform kann der Druckluftspeicher dafür gestaltet sein, Ladung mit einem vom Kompressor 14 erzeugten Maximaldruck zu speichern. An den Druckluftspeicher können verschiedene Einlässe, Auslässe und Sensoren angeschlossen sein, wie im Weiteren erläutert wird. In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist der Drucksensor 56 an den Druckluftspeicher angeschlossen und dafür gestaltet, auf den Ladungsdruck darin zu reagieren.
In dem Motorsystem 100 ist der Druckluftspeicher 54 auswählbar stromaufwärts und stromabwärts vom Ansaugdrosselklappenventil 20 an den Ansaugkrümmer 22 angeschlossen. Konkreter ist der Druckluftspeicher 54 dafür gestaltet, stromabwärts vom Ansaugdrosselklappenventil 20 über das Druckluftspeicher-Ansaugablassventil 84 mit Druck beaufschlagte Ladung in den Ansaugkrümmer abzulassen. Das Druckluftspeicher-Ansaugablassventil kann ein normal geschlossenes Ventil sein, das angewiesen wird, sich zu öffnen, wenn ein Strom aus Ladung vom Druckluftspeicher zum Ansaugkrümmer erwünscht ist. In einigen Szenarios kann die mit Druck beaufschlagte Ladung abgegeben werden, wenn das Drosselklappenventil mindestens teilweise geöffnet ist. Daher kann das Rückschlagventil 94 stromaufwärts vom Drosselklappenventil angeschlossen und so ausgerichtet sein, dass die Abgabe von mit Druck beaufschlagter Ladung aus dem Druckluftspeicher rückwärts durch das Drosselklappenventil unterbunden wird. In anderen Ausführungsformen kann auf das Rückschlagventil verzichtet werden und es können andere Maßnahmen ergriffen werden, um einen Rückstrom durch das Drosselklappenventil zu unterbinden. In einigen Ausführungsformen kann ein Druckerholungskonus (nicht dargestellt) in Fluidverbindung zwischen dem Druckluftspeicher und dem Ansaugkrümmer angeschlossen sein, so dass mit Druck beaufschlagte Ladung nach dem Ablassen aus dem Druckluftspeicher durch den Druckerholungskonus geleitet wird. Sofern vorhanden, wandelt der Druckerholungskonus unter Strömungsbedingungen Strömungsenergie zurück in Druckenergie um, indem er die Ablösung der Strömung von der Wand der Leitung unterbindet. In alternativen Ausführungsformen ist der Druckerholungskonus jedoch unter Umständen nicht enthalten.
In noch weiteren Ausführungsformen, beispielsweise wenn die mit Druck beaufschlagte Ladung während aufgeladener Motorbetriebsbedingungen zum Ansaugkrümmer geführt wird, kann die mit Druck beaufschlagte Ladung abgegeben werden, während das Ansaugdrosselklappenventil für eine Zeitdauer geschlossen gehalten wird. Wie in 5 näher dargestellt ist, kann die Drosselklappe geschlossen gehalten werden, bis der Druckluftspeicher vollständig geladen ist oder bis ein Grenzwert für den Drosselansaugdruck erreicht wird. Dann kann das Ansaugablassventil geschlossen werden, während das Ansaugdrosselklappenventil geöffnet wird, um das Ablassen komprimierter Ansaugluft aus dem Kompressor in den Ansaugkrümmer zu gestatten. Durch das zeitweilige Geschlossenhalten der Drosselklappe, während die mit Druck beaufschlagte Ladung in den aufgeladenen Motor abgelassen wird, kann ein Rückstrom in den Speicher verringert werden, während außerdem ein Anheben des Drucks der komprimierten Ansaugluft über das sonst mögliche Maß hinaus gestattet wird. Eine Kombination aus dem Ablassen aus dem Speicher unter hohem Druck gefolgt von Hochdruckluft aus dem Kompressor ermöglicht eine bessere Befriedigung eines Drehmomentbedarfs zum Zeitpunkt des Tip-In, während außerdem das Hochdrehen der Turbine beschleunigt und das Turboloch verringert wird.
In einigen Ausführungsformen kann das Geschlossenhalten des Drosselklappenventils für die Zeitdauer zu Problemen hinsichtlich des Pumpens des Kompressors führen, wenn die Drosselklappe anschließend geöffnet wird. Ist der aufgeladene Betrieb bei Öffnung der Drosselklappe durch Pumpen begrenzt, kann die Steuerung während des Öffnens der Drosselklappe ein Überdruckventil öffnen, um dem Pumpen des Kompressors abzuhelfen.
Der Druckluftspeicher 54 kann auch mit Luft geladen werden, die stromabwärts vom Kompressor 14 und Ladeluftkühler 18 aus dem Ansaugkrümmer gezogen wird. Konkreter ist der Druckluftspeicher 54 dafür eingerichtet, über das Druckluftspeicher-Ansaugladeventil 82 mit komprimierter Ansaugluft vom Ansaugkrümmer geladen zu werden, die stromabwärts vom Kompressor 14 und stromaufwärts vom Ansaugdrosselklappenventil 20 gezogen wird. Das Druckluftspeicher-Ansaugladeventil 82 kann ein normal geschlossenes Ventil sein, das angewiesen wird, sich zu öffnen, wenn ein Strom aus mit Druck beaufschlagter Ansaugluftladung vom Ansaugkrümmer zum Druckluftspeicher erwünscht ist. In einem Beispiel kann während Bedingungen mit geringer Aufladung das Ansaugladeventil geöffnet werden, um mindestens etwas vom Kompressor mit Druck beaufschlagte Ansaugluft in den Druckluftspeicher 54 zu drücken. Als weiteres Beispiel kann während Bedingungen mit hoher Aufladung das Ansaugladeventil geöffnet werden, um etwas komprimierte Ansaugluft in den Druckluftspeicher 54 zu drücken, wo sie mit vorab gespeichertem Verbrennungsabgas gemischt wird, um Hochdruck-AGR zu erzeugen. Wenn dann unter aufgeladenen Bedingungen eine vorübergehende AGR-Anforderung empfangen wird, wird die Hochdruck-AGR über das Ansaugablassventil 84 in den Ansaugkrümmer abgelassen, um die angeforderte Hochdruck-AGR bereitzustellen. Ein stromaufwärts vom Ansaugladeventil 82 angeschlossenes Rückschlagventil 92 ermöglicht, dass unter Bedingungen eines hohen Drosselansaugdrucks (TIP, throttle inlet pressure) komprimierte Luft vom Kompressor in den Druckluftspeicher strömt und darin gespeichert wird, verhindert jedoch, dass komprimierte Luft unter Bedingungen eines geringen Drosselansaugdrucks in den Kompressor zurück strömt.
Der Druckluftspeicher 54 ist auch als auswählbar an den Auslasskrümmer 36 stromaufwärts von der Turbine 16 anschließbar dargestellt. Konkreter ist der Druckluftspeicher 54 dafür eingerichtet, über das Druckluftspeicher-Abgasauslassventil 88 mit Druck beaufschlagte Ladung stromaufwärts von der Turbine 16 in den Auslasskrümmer abzulassen. Das Druckluftspeicher-Abgasauslassventil 88 kann ein normal geschlossenes Ventil sein, das angewiesen wird, sich zu öffnen, wenn ein Strom aus Ladung vom Druckluftspeicher zum Auslasskrümmer erwünscht ist. Ein Rückschlagventil 98 kann stromabwärts vom Abgasauslassventil angeschlossen und so ausgerichtet sein, dass es das Zurückströmen der mit Druck beaufschlagten Ladung in den Druckluftspeicher verhindert. In anderen Ausführungsformen kann auf das Rückschlagventil verzichtet werden und andere Maßnahmen können ergriffen werden, um das Zurückströmen in den Speicher zu verhindern.
Der Druckluftspeicher 54 kann auch mit Verbrennungsabgasen geladen werden, die stromaufwärts von der Turbine 16 aus dem Auslasskrümmer gezogen werden. Konkreter ist der Druckluftspeicher 54 dafür eingerichtet, mit Verbrennungsabgasen geladen zu werden, die über das Druckluftspeicher-Abgasladeventil 86 stromaufwärts von der Turbine 16 aus dem Auslasskrümmer gezogen wurden. Das Druckluftspeicher-Abgasladeventil 86 kann ein normal geschlossenes Ventil sein, das angewiesen wird, sich zu öffnen, wenn ein Strom aus Verbrennungsabgas vom Auslasskrümmer zum Druckluftspeicher erwünscht ist. In einem Beispiel kann während Bedingungen mit geringer Aufladung oder Bedingungen mit geringer Motordrehzahllast das Abgasladeventil geöffnet werden, um mindestens etwas Verbrennungsabgas in den Druckluftspeicher 54 zu drücken. Auf diese Weise kann der AGR-Prozentsatz der Druckluftspeicherladung erhöht werden. Ein Rückschlagventil 96, das stromaufwärts vom Abgasladeventil 86 angeschlossen ist, ermöglicht, dass Verbrennungsabgas vom Auslasskrümmer in den Druckluftspeicher strömt und dort gespeichert wird, verhindert jedoch, dass das Abgas zurück strömt.
Auf diese Weise kann der Druckluftspeicher während einer ersten Bedingung selektiv ausschließlich mit Ansaugluft aus dem Ansaugkrümmer stromabwärts von einem Kompressor geladen werden, wohingegen der Druckluftspeicher während einer zweiten Bedingung selektiv ausschließlich mit Verbrennungsabgas aus dem Auslasskrümmer stromaufwärts von einer Turbine geladen werden kann.
Genauer gesagt ermöglicht die Gestaltung des Druckluftspeichers 54 gegenüber dem Ansaug- und Auslasskrümmer des Motors verschiedene Optionen für das Laden und Ablassen des Druckluftspeichers. Als erstes Beispiel kann der Speicher, beispielsweise wenn das Motorsystem in einem ersten Modus betrieben wird, mit komprimierter Ansaugluft aus dem Ansaugkrümmer geladen werden, und dann kann die komprimierte Ansaugluft als Reaktion auf ein Tip-In (oder während Bedingungen mit hoher Aufladung) in den Ansaugkrümmer abgelassen werden, um das Turboloch zu verringern und das Hochdrehen der Turbine zu unterstützen. Als zweites Beispiel kann der Speicher, beispielsweise wenn das Motorsystem in einem zweiten Modus betrieben wird, mit komprimierter Ansaugluft aus dem Ansaugkrümmer geladen werden, und die komprimierte Ansaugluft kann in den Auslasskrümmer abgelassen werden, um die Abgastemperaturen anzuheben und das Hochdrehen der Turbine zu unterstützen. Als drittes Beispiel kann der Speicher, beispielsweise wenn das Motorsystem in einem dritten Modus betrieben wird, mit Verbrennungsabgas aus dem Auslasskrümmer geladen werden, und dann kann während aufgeladener Bedingungen, wenn AGR angefordert wird, das Verbrennungsabgas in den Ansaugkrümmer abgelassen werden, um die gewünschte AGR bereitzustellen. Als viertes Beispiel kann der Speicher, beispielsweise wenn das Motorsystem in einem vierten Modus betrieben wird, mit Verbrennungsabgas aus dem Auslasskrümmer geladen werden, und dann kann als Reaktion auf ein Tip-In das Verbrennungsabgas in den Auslasskrümmer abgelassen werden, um den Abgasdruck stromaufwärts von der Turbine anzuheben und das Hochdrehen der Turbine zu unterstützen. In noch weiteren Beispielen kann der Speicher mit mindestens etwas Verbrennungsabgas und mindestens etwas komprimierter Ansaugluft geladen werden, um eine Aufladungsladung einer ausgewählten Zusammensetzung bereitzustellen (z. B. gewünschter AGR-Prozentsatz, gewünschtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis usw.), und dann kann zu einem späteren Zeitpunkt die mit Druck beaufschlagte Ladung entweder in den Ansaugkrümmer (zum Beispiel um AGR bereitzustellen) oder in den Auslasskrümmer (zum Beispiel um den Abgasdruck anzuheben) abgelassen werden.
In einigen Ausführungsformen kann der Druckluftspeicher 54 auch mit den Reststoffen aus einem oder mehreren nicht mit Kraftstoff versorgten Zylindern geladen werden (das heißt, mit kraftstofffreien, unverbrannten Abgasen). Konkret wenn der Motor 10 im Schubabschaltungsmodus betrieben wird, in dem einige der Brennkammern keinen Kraftstoff erhalten und lediglich die eingelassene Luft durch ihre jeweiligen Ansaugventile pumpen, kann die von den nicht mit Kraftstoff versorgten Brennkammern gepumpte und dadurch komprimierte Luft über das Abgasladeventil 86 aus dem Auslasskrümmer gezogen und im Druckluftspeicher 54 gespeichert werden.
In den vorstehend erläuterten verschiedenen Motorsystemen sowie in anderen Systemen, die uneingeschränkt dieser Offenbarung entsprechen, kann das Beaufschlagen von Luft oder eines Luft/Abgas-Gemischs in einem Druckluftspeicher mit Druck bewirken, dass Wasser im Inneren des Druckluftspeichers kondensiert. Daher kann in einer Ausführungsform ein Entwässerungsventil (nicht dargestellt) an den Druckluftspeicher 54 angeschlossen sein. Das Entwässerungsventil kann bei Bedarf durch das elektronische Steuerungssystem 38 geöffnet werden, um das Kondensat in flüssiger Form aus dem Druckluftspeicher auf die Straßenoberfläche unter dem Fahrzeug ablaufen zu lassen oder es zum Abgassystem des Fahrzeugs zu leiten, zu verdampfen und als Dampf abzulassen.
Die Gestaltung von 1 ermöglicht das Ablassen von Luft, die im Druckluftspeicher gespeichert ist, in Reaktion mindestens auf eine Tip-In-Bedingung, bei der sich das Drosselklappenventil plötzlich öffnet und der Kompressor zu langsam dreht, um den gewünschten Krümmerluftdruck (MAP) bereitzustellen. Wie im Weiteren ausführlich erläutert wird, kann während mindestens einiger Tip-In-Bedingungen (beispielsweise wenn die Aufladungsstärke beim Tip-In geringer und das erwartete Turboloch stärker ist) während des Ablassens von Luft aus dem Druckluftspeicher ein größerer Umfang der Zündverzögerung verwendet werden, um die Temperatur des Abgases schnell anzuheben und das Hochdrehen der Turbine zu unterstützen. Während anderer Tip-In-Bedingungen (beispielsweise wenn die Aufladungsstärke beim Tip-In höher und das erwartete Turboloch schwächer ist) kann während des Ablassens von Luft aus dem Druckluftspeicher ein kleinerer Umfang der Zündverzögerung verwendet werden (z. B. keine Zündverzögerung), um zusätzliches Motordrehmoment (entsprechend der abgelassenen Menge an Ladeluft) bereitzustellen, um den Drehmomentbedarf zu befriedigen, während der Kompressor die gewünschte Kapazität erreicht.
In einigen Ausführungsformen können mindestens einige der Zylinder des Motors so gestaltet sein, dass ihre Zündtaktung während des Ablassens von Ladeluft in den Ansaugkrümmer verzögert wird, um das Abgas zu erhitzen und das Hochdrehen der Turbine zu unterstützen. Gleichzeitig können andere Zylinder so gestaltet sein, dass sie ihre Zündtaktung während des Ablassens von Ladeluft beibehalten, um Drehmoment zu erzeugen. Um mögliche Probleme aufgrund eines Drehmomentunterschieds zwischen den Zylindern zu vermindern, können die Zylinder, die die Abgaserhitzung ermöglichen, und die Zylinder, die die Drehmomenterzeugung ermöglichen, auf Basis ihrer Zündreihenfolge ausgewählt werden. Auf diese Weise kann durch die Beschleunigung des Hochdrehens der Turbine während der Bereitstellung von Drehmoment das Turboloch verringert werden, während das Nettoverbrennungsdrehmoment des Motors erhöht wird.
Die vorstehend beschriebenen Gestaltungen ermöglichen verschiedene Verfahren zur Bereitstellung von Ladung aus Luft und/oder Verbrennungsabgas für eine Brennkammer eines Motors oder für das Hochdrehen einer Turbine. Dementsprechend werden nun weiterhin unter Bezugnahme auf die vorstehende Gestaltung einige dieser Verfahren beispielhaft beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die hier beschriebenen Verfahren sowie andere, die uneingeschränkt im Geltungsbereich dieser Offenbarung liegen, auch über andere Gestaltungen ermöglicht werden. Die hierin vorgestellten Verfahren beinhalten verschiedene Mess- und/oder Erfassungsvorgänge, die über einen oder mehrere im Motorsystem angeordnete Sensoren ausgeführt werden können. Die Verfahren beinhalten auch verschiedene Berechnungs-, Vergleichs- und Entscheidungsvorgänge, die in einem funktionsmäßig an diese Sensoren angeschlossenen elektronischen Steuerungssystem ausgeführt werden können. Die Verfahren beinhalten ferner verschiedene Hardwarebetätigungsvorgänge, die das elektronische Steuerungssystem als Reaktion auf die Entscheidungsvorgänge selektiv anweisen kann.
Nun unter Bezugnahme auf 2 ist ein beispielhaftes Programm 200 zum Laden des Druckluftspeichers von 1 dargestellt. Durch Laden des Druckluftspeichers mit Verbrennungsabgas aus dem Auslasskrümmer kann Abgasenergie vorab in dem Speicher gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt abgelassen werden, um entweder AGR bereitzustellen (wenn in den Ansaugkrümmer abgelassen wird) oder die Abgastemperatur anzuheben (wenn in den Auslasskrümmer abgelassen wird). Durch Laden des Druckluftspeichers mit Druck beaufschlagter Ansaugluft aus dem Ansaugkrümmer kann Ladeenergie vorab im Speicher gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt abgelassen werden, um entweder zusätzliche Aufladung bereitzustellen (wenn in den Ansaugkrümmer abgelassen wird) oder die Abgastemperatur anzuheben (wenn in den Auslasskrümmer abgelassen wird). Insbesondere kann die Turbinenenergie durch Erhöhen des Abgasdrucks vor der Turbine erhöht werden. In jedem Fall kann durch Speichern von Ladung im Druckluftspeicher zur späteren Verwendung die Leistung eines aufgeladenen Motors verbessert werden.
In Schritt 202 beinhaltet das Programm 200 das Schätzen und/oder Ableiten von Motorbetriebsbedingungen. Zu diesen können beispielsweise die Motordrehzahl, der Drehmomentbedarf, der Aufladungsbedarf, die Abgastemperatur, der Barometerdruck, die Druckluftspeicherbedingungen usw. gehören.
In einem Beispiel können die Druckluftspeicherbedingungen mit Hilfe eines oder mehrerer an den Speicher angeschlossenen Sensoren geschätzt werden, beispielsweise mit Druck-, Temperatur- und Luft-Kraftstoff-Sensoren. In anderen Beispielen jedoch können eine oder mehrere Druckluftspeicherbedingungen aus einem Datenspeicher der Steuerung abgeleitet oder abgerufen werden, statt direkt gemessen zu werden. Wenn zum Beispiel der Druckluftspeicher vorher mit Luft aus dem Ansaugkrümmer geladen wurde, kann ein Zustand der Ladung im Druckluftspeicher anhand der Kompressorbedingungen, der Ansauglufttemperatur und der Druckbedingungen sowie anhand des AGR-Bedarfs zum Zeitpunkt des Ladens abgeleitet werden. Als anderes Beispiel kann anhand der Motorbetriebsbedingungen, der Abgasbedingungen und des AGR-Bedarfs zum Zeitpunkt des Ladens ein Zustand der Ladung im Druckluftspeicher abgeleitet werden, wenn der Druckluftspeicher vorher mit Verbrennungsabgas aus dem Auslasskrümmer geladen wurde. In gleicher Weise kann anhand der Dauer des Ablassens sowie anhand der Aufladungsbedingungen während des Ablassens ein Zustand einer im Druckluftspeicher verbleibenden Ladung (falls zutreffend) abgeleitet werden, wenn der Druckluftspeicher vorher in den Ansaugkrümmer abgelassen wurde. In gleicher Weise kann anhand der Dauer des Ablassens sowie anhand der Motorbedingungen ein Zustand einer im Druckluftspeicher verbleibenden Ladung (falls zutreffend) abgeleitet werden, wenn der Druckluftspeicher vorher in den Auslasskrümmer abgelassen wurde.
In Schritt 204 kann basierend auf den geschätzten Bedingungen bestimmt werden, ob eine Gelegenheit zum Laden des Druckluftspeichers vorliegt. In einem Beispiel können Speicherladebedingungen vorliegen, wenn der Druckluftspeicher ausreichend leer ist (z. B. der Druck im Druckluftspeicher unter einem Grenzwert liegt). Als weiteres Beispiel können Speicherladebedingungen vorliegen, wenn der Motor mit einer ausreichend hohen Aufladungsstärke arbeitet (z. B. mit einer Aufladung arbeitet, die über einem Grenzwert liegt). Als noch weiteres Beispiel können Speicherladebedingungen während eines Betriebs des Motors in Schubabschaltung bestätigt werden. Als noch weiteres Beispiel können Speicherladebedingungen während eines Übergangs nach einem Tip-Out-Vorgang bestätigt werden. Somit kann basierend auf Motorbetriebsbedingungen zu dem Zeitpunkt, zu dem die Ladegelegenheit bestätigt wird, bestimmt werden, ob der Druckluftspeicher mit komprimierter Luft aus dem Ansaugkrümmer geladen werden soll und/oder mit Verbrennungsabgas aus dem Auslasskrümmer. Wie im Weiteren ausführlich erläutert wird, kann beispielsweise der Druckluftspeicher basierend auf der Motordrehzahl, der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Krümmerdruck usw. zum Zeitpunkt der Ladegelegenheit selektiv geladen werden.
Wenn die Ladebedingungen bestätigt werden, so kann in Schritt 206 der Druckluftspeicher mit komprimierter Ansaugluft aus dem Ansaugkrümmer und/oder mit Verbrennungsabgas aus dem Auslasskrümmer geladen werden. Konkret kann das Speicheransaugladeventil für eine Zeitdauer geöffnet werden, um den Speicher mit komprimierter Ansaugluft aus dem Ansaugkrümmer zu laden, und/oder das Speicherabgasladeventil kann für eine Zeitdauer geöffnet werden, um den Speicher mit Abgas aus dem Auslasskrümmer zu laden. Eine Dauer des Öffnens des Ansaugladeventils und/oder des Abgasladeventils kann justiert werden, um die Zusammensetzung der im Speicher gespeicherten Ladung zu justieren, um einen gewünschten AGR-Prozentsatz (oder eine gewünschte AGR-Verdünnung) der Druckluftspeicherladung bereitzustellen. In einem Beispiel kann der Druckluftspeicher mit Luft und Verbrennungsabgas geladen werden, um Ladung mit einem gewünschten AGR-Prozentsatz und einem gewünschten Druck bereitzustellen, sodass, wenn die mit Druck beaufschlagte Ladung schließlich während eines nachfolgenden aufgeladenen Motorbetriebs abgelassen wird, eine Hochdruck-AGR ermöglicht wird.
Zum Beispiel kann während einer ersten Bedingung, wenn bei hohen Motordrehzahlen ein Tip-In absehbar ist, der Druckluftspeicher ausschließlich mit Verbrennungsabgasen geladen werden. Dabei kann der Motor mit höheren Motordrehzahlen und mit einer Pedalposition nahe einer geschlossenen Position arbeiten sowie mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit über einem Geschwindigkeitsgrenzwert, jedoch mit einem Abgasdruck über einem Druckgrenzwert. Im Vergleich dazu kann der Druckluftspeicher während einer zweiten Bedingung, wenn bei geringen Motordrehzahlen ein Tip-In absehbar ist, mit angesaugter Frischluft und Verbrennungsabgasen geladen werden, wobei ein Verhältnis von angesaugter Frischluft zu Verbrennungsabgasen basierend auf einem gewünschten Druckluftspeicher-AGR-Prozentsatz justiert wird. Alternativ kann während der zweiten Bedingung der Druckluftspeicher ausschließlich mit angesaugter Frischluft beladen werden. Dabei kann der Motor mit geringeren Motordrehzahlen mit einer Pedalposition nahe einer geschlossenen Position und mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit unter einem Geschwindigkeitsgrenzwert arbeiten, jedoch mit einem Krümmerluftdruck über einem Druckgrenzwert. Zum Beispiel kann der Motor mit einem Krümmerüberdruck von der Ansaug- zur Auslassseite arbeiten.
Wie in 5 erläutert, kann während einiger Bedingungen der Druckluftspeicher mit einer ersten Menge an Verbrennungsabgas mit einem ersten, geringeren Druck aus dem Auslasskrümmer stromaufwärts von der Turbine geladen werden. Diese erste Ladung erhöht den AGR-Prozentsatz der Speicherladung, doch hat das gespeicherte Abgas einen geringeren Druck. Um den Druck der gespeicherten Ladung weiter anzuheben, kann der Druckluftspeicher anschließend ferner mit einer zweiten Menge an angesaugter Frischluft mit einem zweiten, höheren Druck aus dem Ansaugkrümmer stromabwärts vom Kompressor geladen werden. Diese spätere Ladung senkt den AGR-Prozentsatz der Speicherladung ein wenig, hebt jedoch den Ladungsdruck. Die erste und die zweite Menge können so justiert werden, dass ein gewünschter AGR-Prozentsatz der mit Druck beaufschlagten Ladung bereitgestellt wird. Die gespeicherte Ladung kann dann vorteilhaft während ausgewählter aufgeladener Motorbedingungen abgelassen werden, um die Vorteile einer Hochdruck-AGR bereitzustellen.
Als weiteres Beispiel kann der Druckluftspeicher während eines Tip-Out bei geringeren Motordrehzahlen mindestens mit etwas Verbrennungsabgas geladen werden (z. B. ausschließlich mit Verbrennungsabgasen). Im Vergleich dazu kann die Steuerung den Druckluftspeicher während eines Tip-Out mit höheren Motordrehzahlen mindestens mit etwas komprimierter Ansaugluft aus dem Ansaugkrümmer (z. B. ausschließlich mit komprimierter Ansaugluft) laden. Als noch weiteres Beispiel kann bei Bestätigung von Ladebedingungen während eines Betriebs des Motors mit Schubabschaltung der Speicher mit unverbranntem Abgas geladen werden, das aus Zylindern mit abgeschalteter Kraftstoffzufuhr freigesetzt wird.
Somit können nach dem Laden die Druckluftspeicherbedingungen im Datenspeicher der Steuerung aktualisiert werden. In einem Beispiel können die Druckluftspeicherbedingungen mit Hilfe eines oder mehrerer Sensoren aktualisiert werden, die an den Speicher angeschlossen sind, beispielsweise mit einem Druck-, Temperatur- und Luft-Kraftstoff-Sensor. In anderen Beispielen jedoch können die Druckluftspeicherbedingungen im Datenspeicher der Steuerung abgeleitet und aktualisiert werden, statt sie direkt zu messen. Wenn zum Beispiel der Druckluftspeicher vor kurzer Zeit mit Luft aus dem Ansaugkrümmer geladen wurde, kann ein Zustand der Ladung im Druckluftspeicher basierend auf den Kompressorbedingungen, der Ansauglufttemperatur und den Druckbedingungen sowie basierend auf dem AGR-Bedarf zum Zeitpunkt des Ladens abgeleitet und aktualisiert werden. Als anderes Beispiel kann basierend auf Motorbetriebsbedingungen, den Abgasbedingungen und dem AGR-Bedarf zum Zeitpunkt des Ladens ein Zustand der Ladung im Druckluftspeicher abgeleitet und aktualisiert werden, wenn der Druckluftspeicher vor kurzer Zeit mit Verbrennungsabgas aus dem Auslasskrümmer geladen wurde.
In einem Beispiel kann der AGR-Prozentsatz des Druckluftspeichers anhand eines oder mehrerer der Folgenden geschätzt oder abgeleitet werden: eine Ausgabe eines Abgas-Luft-Kraftstoff-Sensors, eines Luftmassensensors (MAF) und einer Pulsweite der Kraftstoffeinspritzdüse. Die Steuerung kann dafür gestaltet sein, basierend auf einem Druckluftspeicherdruck ein Gasvolumen zu schätzen, das im Speicher gespeichert wurde. Die Steuerung kann dann basierend auf Änderungen des Luftmassenstromes nach dem Ablassen der mit Druck beaufschlagten Ladung schätzen, wie viel von diesem Volumen Luft war, und basierend auf Kraftstoffeinspritzungsjustierungen nach dem Ablassen der mit Druck beaufschlagten Ladung, wie viel von diesem Volumen Kraftstoff beinhaltete (z. B. basierend auf einer Pulsweite der Kraftstoffeinspritzdüse). Auf den Schätzungen für Luft und Kraftstoff kann dann ein geschätztes Luft-Kraftstoff-Verhältnis basieren. In einem alternativen Beispiel kann das geschätzte Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der Ausgabe einer Lambdasonde basieren. Das geschätzte Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann dann mit einem gemessenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis verglichen werden, um eine Abweichung aufzuzeichnen. Die Abweichung kann dann zur Aktualisierung einer Schätzung des AGR-Prozentsatzes der Druckluftspeicherladung verwendet werden. Die gespeicherten Druckluftspeicherbedingungen können während eines späteren Ablassvorgangs von der Steuerung abgerufen werden. Es versteht sich, dass in allen Fällen das Laden während eines Motortaktes ausgeführt werden kann, der einem Tip-In-Vorgang vorausgeht, in dem die mit Druck beaufschlagte Ladung abgelassen wird.
Auf diese Weise kann der Druckluftspeicher selektiv mit angesaugter Frischluft aus einem Ansaugkrümmer und/oder Verbrennungsabgas aus einem Auslasskrümmer geladen werden. Das Laden mit angesaugter Frischluft und Verbrennungsabgas kann ausgeführt werden, um das Speichern einer Druckluftspeicherladung mit einem ausgewählten AGR-Prozentsatz zu ermöglichen. Wie hierin anhand von 3 erläutert wird, kann nach dem selektiven Laden, beispielsweise als Reaktion auf ein Tip-In, die mit Druck beaufschlagte Ladung aus dem Druckluftspeicher basierend auf Motorbetriebsbedingungen zum Zeitpunkt des Tip-In in den Ansaugkrümmer und/oder den Auslasskrümmer abgelassen werden, um damit das Turboloch zu verringern und die Leistung des aufgeladenen Motors zu verbessern.
Nun unter Bezugnahme auf 3 ist ein beispielhaftes Programm 300 zum Ablassen des Druckluftspeichers von 1 dargestellt. Durch Ablassen des Druckluftspeichers in den Ansaugkrümmer oder den Auslasskrümmer mindestens basierend auf einer Zusammensetzung der Ladung im Druckluftspeicher kann die Druckluftladung vorteilhaft verwendet werden, um die Abgastemperatur oder den Abgasdruck anzuheben. In jedem Fall kann durch das Ablassen aus dem Druckluftspeicher als Reaktion auf ein Tip-In das Turboloch verringert und die Leistung des aufgeladenen Motors verbessert werden.
In Schritt 302 können die Motorbetriebsbedingungen geschätzt und/oder abgeleitet werden. Dazu können zum Beispiel die Motordrehzahl, der Drehmomentbedarf, der Aufladungsbedarf, die Abgastemperatur, der Barometerdruck, die Druckluftspeicherbedingungen usw. gehören. In Schritt 304 können die Einzelheiten zur Druckluftspeicherladung abgerufen werden. Die mit Druck beaufschlagte Ladung kann an sich ein variables Gemisch aus Verbrennungsabgas und komprimierter Ansaugluft beinhalten, wodurch sie einen bestimmten Ladungsdruck und einen bestimmten Ladungs-AGR-Prozentsatz (oder eine bestimmte -AGR-Verdünnung) aufweist. Die abgerufenen Einzelheiten können zum Beispiel eine Ladungszusammensetzung beinhalten, die einen Frischluftgehalt der Ladung sowie einen Verbrennungsabgasgehalt der Ladung beinhaltet. Die abgerufenen Einzelheiten können ferner die Ladungstemperatur, den Ladungsdruck, den Ladungs-AGR-Prozentsatz usw. beinhalten. Wie bereits erläutert, können die Druckluftspeichereinzelheiten im Datenspeicher der Steuerung gespeichert werden und können nach jedem Ladevorgang abgeleitet und aktualisiert werden. Außerdem können nach jedem Ladevorgang die Druckluftspeichereinzelheiten aktualisiert werden, um den jüngsten Zustand der im Druckluftspeicher verbleibenden Ladung (sofern zutreffend) widerzuspiegeln.
In Schritt 306 kann ein Tip-In bestätigt werden. In einem Beispiel kann ein Tip-In als Reaktion darauf bestätigt werden, dass ein Gaspedal über eine Grenzwertposition hinaus verlagert wird und ein Drehmomentbedarf höher als ein Grenzwert ist. Wird kein Tip-In bestätigt, kann das Programm enden. Bei Bestätigung eines Tip-In beinhaltet das Programm in Schritt 308 das Bestimmen, ob die mit Druck beaufschlagte Ladung in den Ansaug- oder den Auslasskrümmer abgelassen werden soll.
In einem Beispiel kann die Wahl (ob in den Ansaug- oder den Auslasskrümmer abgelassen werden soll) auf einer Zusammensetzung (oder einem AGR-Prozentsatz) der im Druckluftspeicher gespeicherten Ladung basieren. Wenn zum Beispiel der Druckluftspeicher einen hohen Frischluftgehalt aufweist (z. B. wenn der Frischluftprozentsatz der gespeicherten Ladung höher als ein Grenzwert ist) oder einen geringen AGR-Gehalt (z. B. wenn der AGR-Prozentsatz der gespeicherten Ladung geringer als ein Grenzwert ist), kann die Ladeluft auf den Ansaugkrümmer angewandt werden, um ein erhöhtes Drehmoment bereitzustellen, um dem Turboloch abzuhelfen, während die Turbine hochdreht. Als weiteres Beispiel kann, wenn der Druckluftspeicher einen geringen Frischluftgehalt aufweist (z. B. wenn der Frischluftprozentsatz der gespeicherten Ladung geringer als ein Grenzwert ist) oder einen hohen AGR-Gehalt (z. B. wenn der AGR-Prozentsatz der gespeicherten Ladung höher als ein Grenzwert ist), die Ladeluft auf den Auslasskrümmer angewandt werden, um Energie aus der Druckluftladung ziehen und vorteilhaft für die Beschleunigung des Hochdrehens der Turbine anwenden zu können. So wird während eines ersten Tip-In, wenn die abgelassene Ladung einen geringeren AGR-Prozentsatz aufweist, in den Ansaugkrümmer abgelassen, wohingegen während eines zweiten Tip-In, wenn die abgelassene Ladung einen höheren AGR-Prozentsatz aufweist, in den Auslasskrümmer abgelassen wird.
In noch einem anderen Beispiel kann die Wahl, ob die Druckluft in den Ansaugkrümmer oder den Auslasskrümmer abgelassen werden soll, ferner auf einem Ladungsdruck der im Speicher gespeicherten mit Druck beaufschlagten Ladung basieren. Wenn zum Beispiel der Ladungsdruck des Druckluftspeichers höher als ein Grenzwertdruck ist, kann die Ladung mit höherem Druck selektiv in den Ansaugkrümmer abgelassen werden, um die Abgastemperatur schnell anzuheben und das Turboloch zu verringern. In einem alternativen Beispiel kann, wenn der Ladungsdruck des Druckluftspeichers geringer als der Grenzwertdruck ist, die Ladung mit geringerem Druck selektiv in den Auslasskrümmer abgelassen werden, um den Abgasdruck schnell anzuheben und das Turboloch zu verringern.
In einem weiteren Beispiel kann die Wahl auf einer Aufladungsstärke zum Zeitpunkt des Tip-In basieren. Wenn zum Beispiel die Aufladungsstärke zum Zeitpunkt des Tip-In höher als eine Grenzwert-Aufladungsstärke ist, kann die Druckluftspeicherladung in den Ansaugkrümmer abgelassen werden. Wenn im Vergleich dazu die Aufladungsstärke zum Zeitpunkt des Tip-In geringer als eine Grenzwertstärke ist, kann die Druckluftladung in den Auslasskrümmer abgelassen werden. In einem alternativen Beispiel kann eine Motoraufladungsstärke bei einem ersten Tip-In, bei dem die mit Druck beaufschlagte Ladung in den Ansaugkrümmer abgelassen wird, geringer sein als die Motoraufladungsstärke bei einem zweiten Tip-In, bei dem die mit Druck beaufschlagte Ladung in den Auslasskrümmer abgelassen wird. In noch weiteren Ausführungsformen kann die Wahl, ob die Druckluftladung in den Ansaugkrümmer oder den Auslasskrümmer abgelassen werden soll, auf anderen Motorbetriebsbedingungen basieren wie beispielsweise Motordrehzahl, Abgastemperatur und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Abgas usw.
Als noch ein anderes Beispiel kann die Wahl ferner auf einem AGR-Bedarf zum Zeitpunkt des Tip-In basieren. Zum Beispiel kann der Druckluftspeicher so mit Verbrennungsabgas und komprimierter Ansaugluft geladen werden, dass eine Ladung mit definiertem Ladungsdruck und definiertem Ladungs-AGR-Prozentsatz gespeichert wird. Wenn dann die Aufladungsstärke bei einem Tip-In geringer als der Ladungsdruck des Druckluftspeichers ist, kann die mit Druck beaufschlagte Ladung in den Ansaugkrümmer abgelassen werden, wenn AGR angefordert ist, und in den Auslasskrümmer, wenn keine AGR angefordert ist. Wenn im Vergleich dazu die Aufladungsstärke beim Tip-In höher als der Ladungsdruck des Druckluftspeichers ist, kann die mit Druck beaufschlagte Ladung ausschließlich in den Auslasskrümmer abgelassen werden.
Es versteht sich, dass zwar das dargestellte Programm das Ablassen während eines Tip-In entweder in den Ansaugkrümmer oder in den Auslasskrümmer nahelegt, in einigen Ausführungsformen jedoch die mit Druck beaufschlagte Ladung während eines gegebenen Tip-In sowohl in den Ansaugkrümmer als auch den Auslasskrümmer abgelassen werden kann. Konkret kann in diesen Ausführungsformen die mit Druck beaufschlagte Ladung während desselben Tip-In nacheinander sowohl in den Ansaugkrümmer als auch in den Auslasskrümmer abgelassen werden. Dementsprechend kann vor dem Ablassen bestimmt werden, ob die mit Druck beaufschlagte Ladung zuerst in den Ansaugkrümmer und dann in den Auslasskrümmer abgelassen werden soll oder ob die mit Druck beaufschlagte Ladung zuerst in den Auslasskrümmer und dann in den Ansaugkrümmer abgegeben werden soll. In einem Beispiel kann die Reihenfolge des aufeinanderfolgenden Ablassens beispielsweise auf dem Ladedruck, dem Abgasdruck und dem Druckluftspeicherdruck basieren.
In Schritt 310 kann bestätigt werden, ob die Druckluftspeicherladung in den Ansaugkrümmer abgelassen werden soll (z. B. ob die Druckluftspeicherladung nur in den Ansaugkrümmer oder zuerst in den Ansaugkrümmer abgelassen werden soll). Falls ja, beinhaltet das Programm in Schritt 312 das Ablassen von mit Druck beaufschlagter Ladung aus dem Druckluftspeicher in den Ansaugkrümmer. Konkret in den Ansaugkrümmer stromabwärts von einem Turboladerkompressor und stromabwärts von einer Ansaugdrosselklappe. Darüber hinaus kann während des Ablassens die Zündtaktung basierend auf der Menge der vom Druckluftspeicher abgelassenen mit Druck beaufschlagten Ladung verzögert werden. Die angewandte Zündverzögerung kann jedoch geringer als ein Grenzwert für die Zündverzögerung sein, basierend auf einem Verbrennungsdrehmoment, das der abgelassenen Menge an mit Druck beaufschlagter Luft entspricht. Das heißt, die Zündung kann nicht um einen Betrag hinaus verzögert werden, der das Nettoverbrennungsdrehmoment verringert. Zum Beispiel kann die Zündverzögerung das Drehmoment beibehalten oder es über die Drehmomenthöhe hinaus erhöhen, die während des Zylinderbetriebs ohne zusätzliche mit Druck beaufschlagte Luft, die aus dem Druckluftspeicher abgelassen wird, erzeugt wird. Dies ermöglicht das Erhöhen oder zumindest das Beibehalten eines Nettoverbrennungsdrehmoments des Motors während der Verzögerung der Zündtaktung.
In einem Beispiel kann das Ablassen in den Ansaugkrümmer außerhalb einer Ventilüberschneidungszeit erfolgen. Zum Beispiel kann das Ablassen während eines Ansaugtaktes und/oder eines Verdichtungstaktes erfolgen, jedoch nicht während Abschnitten dieser Takte, in denen sowohl das Ansaug- als auch das Auslassventil gleichzeitig offen sind. Dies ermöglicht das Verbrennen des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Zylinder derart, dass das erhitzte Abgas nach seiner Abgabe zum Antreiben der Turbine bei einem nachfolgenden Verbrennungsvorgang verwendet werden kann. Durch Ablassen des mit Druck beaufschlagten Gases außerhalb der Überschneidungszeit statt in der Überschneidungszeit können mehr Luft-Kraftstoff-Durchmischung und eine bessere Abgaserhitzung erreicht werden. In einem alternativen Beispiel kann jedoch das Ablassen in den Ansaugkrümmer während einer Ventilüberschneidungszeit erfolgen. Zum Beispiel kann eine Taktung des Ablassens derart justiert werden, dass es mit einer positiven Ventilüberschneidung zusammenfällt. Alternativ kann eine Nockenwellentaktung eines variablen Nockenwellentaktungsmechanismus basierend auf dem Ablassen derart justiert werden, dass eine hohe Ventilüberschneidung bereitgestellt wird, wenn der Druckluftspeicher abgelassen wird. Nach dem Ablassen kann dann die Nockenwellentaktung eines variablen Nockenwellentaktungsmechanismus basierend auf den Motorbetriebsbedingungen zurückgesetzt werden.
In einer Ausführungsform, die anhand von 4 erläutert wird, kann ein Teil der mit Druck beaufschlagten Ladung aus dem Druckluftspeicher stromabwärts von einer Ansaugdrosselklappe in den Ansaugkrümmer abgelassen werden, während die Ansaugdrosselklappe geschlossen gehalten wird (oder während eine Position der Drosselklappe mehr zu einer geschlossenen Position hin justiert wird). Dann kann ein verbleibener Teil der mit Druck beaufschlagten Ladung nach dem Öffnen der Drosselklappe abgelassen werden. Wie auch im Beispiel von 8 erläutert wird, kann die Drosselklappe geschlossen gehalten werden, bis stromaufwärts von der Drosselklappe ein Grenzwert-Drosselklappenansaugdruck vom Kompressor erzeugt wird. Durch Geschlossenhalten der Drosselklappe kann ein am Kompressor erzeugter Aufladedruck schneller angehoben werden als es sonst mit offener Drosselklappe möglich wäre. Gleichzeitig kann der Drehmomentbedarf befriedigt werden und das Hochdrehen der Turbine kann beschleunigt werden, indem mit Druck beaufschlagte Ladung in den Ansaugkrümmer abgelassen wird.
In Schritt 314 kann während des Ablassens eine Menge an Abgas, die vom Auslasskrümmer in den Ansaugkrümmer zurückgeführt wird, verringert werden. Insbesondere kann das Verringern der AGR auf der abgelassenen Menge an mit Druck beaufschlagter Luft basieren. Dies ermöglicht die Verbesserung der Verbrennungsstabilität und die Verwendung einer erhöhten Zündverzögerung zur Abgaserhitzung. In einem Beispiel, in dem das Motorsystem eine AGR-Leitung mit einem AGR-Ventil zum Zurückführen einer Abgasmenge vom Motorauslasskrümmer zum Motoransaugkrümmer aufweist, kann eine Motorsteuerung eine Öffnung des AGR-Ventils verringern, um die Abgasmenge zu verringern, die über die AGR-Leitung zur Motoransaugseite zurückgeführt wird.
In Schritt 316 kann bestimmt werden, ob eine Temperatur des Abgases (Texh) höher als ein Grenzwert ist. Hierbei kann die Abgasgrenzwerttemperatur einer Temperatur entsprechen, oberhalb derer die Turbine gedreht und hochgedreht werden kann, sodass sie den Kompressor antreibt und eine gewünschte Aufladung bereitstellt. Zum Beispiel kann die Grenzwerttemperatur auf einer Turbinendrehzahl basieren. So kann, wenn die Abgastemperatur über der Grenzwerttemperatur liegt, in Schritt 318 das Ablassen mit Druck beaufschlagter Ladung aus dem Druckluftspeicher in den Ansaugkrümmer ausgesetzt werden. Zusätzlich kann in Schritt 330 die Turbine gedreht und der Kompressor des Turboladers betrieben werden, um den zur Befriedigung des Drehmomentbedarfs erforderlichen Umfang an Aufladung bereitzustellen. Wenn in Schritt 316 die Abgasgrenzwerttemperatur nicht erreicht wurde, wird das Ablassen mit Druck beaufschlagter Ladung in den Ansaugkrümmer während der Zündverzögerung fortgesetzt, bis die Abgastemperatur über der Grenzwerttemperatur liegt.
Wenn im Rückgriff auf Schritt 310 das Ablassen der Druckluftspeicherladung in den Ansaugkrümmer nicht bestätigt wird, so kann in Schritt 320 bestätigt werden, ob die Druckluftspeicherladung in den Auslasskrümmer abgelassen werden soll (z. B. ob die Druckluftspeicherladung ausschließlich in den Auslasskrümmer oder zuerst in den Auslasskrümmer abgelassen werden soll). Falls ja, beinhaltet in Schritt 322 das Programm das Ablassen mit Druck beaufschlagter Ladung aus dem Druckluftspeicher in den Auslasskrümmer, während eine Zylinderkraftstoffeinspritzung (einschließlich einer Kraftstoffeinspritzmenge und/oder -taktung) während des Ablassens basierend auf der abgelassenen mit Druck beaufschlagten Ladung so justiert wird, dass ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Abgas insgesamt (z. B. ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Abgas, das an einem Abgaskatalysator gemessen wird) stöchiometrisch oder in etwa stöchiometrisch ist. Im Rahmen des Vorliegenden beinhaltet das Ablassen mit Druck beaufschlagter Ladung in den Auslasskrümmer das Ablassen in den Auslasskrümmer stromaufwärts von einer Turbine eines Turboladers. In einem Beispiel kann das Ablassen während eines aufgeladenen Motorbetriebs ausgeführt werden.
In einigen Ausführungsformen kann eine gleichzeitige Drosselklappenjustierung ausgeführt werden, um den erhöhten Abgasdruck auszugleichen, womit die Luftmenge verringert wird, die in den Ansaugtrakt des Motors gesaugt werden kann, und damit der Umfang des gelieferten Drehmoments. Zum Beispiel kann gleichzeitig eine Öffnung der Drosselklappe erhöht werden, um die angesaugte Luft und die Drehmomentausgabe vom Motor zu erhöhen.
Das Justieren der Zylinderkraftstoffeinspritzung während des Ablassens in den Auslasskrümmer kann beispielsweise das Ausführen einer fetten Kraftstoffeinspritzung und/oder einer späten Kraftstoffeinspritzung beinhalten, basierend auf einer Menge und einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis der mit Druck beaufschlagten Ladung. Durch Verzögern und/oder Anfetten der Kraftstoffeinspritzung derart, dass sie zur (Frisch-)Luftkomponente der aus dem Druckluftspeicher in den Auslasskrümmer abgegebenen Ladung passt, kann ein Abgasgesamtgemisch (z. B. an einem stromabwärtigen Abgaskatalysator) im Wesentlichen stöchiometrisch gehalten werden. Ferner erzeugt die exotherme Reaktion des zusätzlichen Sauerstoffs aus der Luft im Druckluftspeicher mit der fetten Kraftstoffeinspritzung zusätzliche Abgaswärme und zusätzlichen Abgasdruck, was ebenfalls die Verringerung des Turbolochs unterstützt. In einem Beispiel kann die fette Kraftstoffeinspritzung ausgeführt werden, wenn die Abgastemperatur höher als eine Grenzwerttemperatur ist, um besser zu gewährleisten, dass die exotherme Reaktion wie gewünscht im Auslasskrümmer auftritt und nicht weiter stromabwärts. In einem Beispiel kann die Kraftstoffeinspritzung mit Hilfe von Rückkopplung von einem oder mehreren Luft-Kraftstoff-Sensoren justiert werden, wie beispielsweise von Luft-Kraftstoff-Sensoren, die stromaufwärts und/oder stromabwärts von der Turbine und dem Abgaskatalysator im Auslasskrümmer angeordnet sind. An sich kann das Mischen von Luft und Kraftstoff ein Problem sein, wenn man sich auf Rückkopplung von einem stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Sensor verlässt. So kann in einigen Ausführungsformen während des Ablassens die Zylinderkraftstoffeinspritzung basierend auf Rückkopplung von einem Abgas-Luft-Kraftstoff-Sensor, der stromabwärts von der Turbine des Turboladers im Auslasskrümmer angeordnet ist, justiert werden, um den Empfang zuverlässigerer Rückkopplungssignale zu ermöglichen.
Danach kann in Schritt 324 bestimmt werden, ob ein Druck des Abgases (Pexh) stromaufwärts von der Turbine höher als ein Grenzwert ist. Hierbei kann der Abgasgrenzwertdruck einem Druck entsprechen, oberhalb dessen die Turbine gedreht und hochgedreht werden kann, sodass sie den Kompressor antreibt und eine gewünschte Aufladung bereitstellt. Zum Beispiel kann der Grenzwertdruck auf einer Turbinendrehzahl basieren. So kann, wenn der Abgasdruck über dem Grenzwertdruck liegt, in Schritt 328 das Ablassen mit Druck beaufschlagter Ladung aus dem Druckluftspeicher ausgesetzt werden. Zusätzlich kann in Schritt 330 die Turbine gedreht und der Kompressor des Turboladers betrieben werden, um den zur Befriedigung des Drehmomentbedarfs erforderlichen Umfang an Aufladung bereitzustellen. Wenn der Abgasgrenzdruck in Schritt 324 nicht erreicht wurde, wird das Ablassen mit Druck beaufschlagter Ladung in den Auslasskrümmer fortgesetzt, während die Zylinderkraftstoffeinspritzung verzögert und/oder angefettet wird, bis der Abgasdruck über dem Grenzwertdruck liegt.
Es versteht sich, dass zwar das abgebildete Programm das Ablassen in den Auslasskrümmer veranschaulicht, bis ein Abgasgrenzdruck erreicht ist, in alternativen Beispielen jedoch die Steuerung dafür gestaltet sein kann, das Ablassen in den Auslasskrümmer so lange fortzusetzen, bis die Turbinendrehzahl eine Grenzwertdrehzahl erreicht oder bis ein Ansaugladedruck (z. B. am Kompressor) einen Grenzwertladedruck erreicht. Zum Beispiel kann das Ablassen in den Auslasskrümmer während einer Bedingung des Überdrucks vom Ansaugkrümmer zum Auslasskrümmer ausgeführt werden. Wenn hierbei der Krümmerdruck einen Grenzwertdruck erreicht und die Bedingung des Überdrucks vom Ansaugkrümmer zum Auslasskrümmer nicht mehr besteht, wird das Ablassen in den Auslasskrümmer ausgesetzt. Das heißt, eine Motorsteuerung kann dafür gestaltet sein, in den Auslasskrümmer abzulassen, bis die Turbinendrehzahl eine Grenzwertdrehzahl erreicht oder bis der Ansaugladedruck einen Grenzwertladedruck erreicht.
Auf diese Weise kann ein Druckluftspeicher während eines Motortaktes, der einem Tip-In vorausgeht, mit mindestens etwas Verbrennungsabgas aus dem Auslasskrümmer geladen werden. Dann kann als Reaktion auf ein Tip-In das Turboloch verringert werden, indem mit Druck beaufschlagte Ladung aus dem Druckluftspeicher in den Auslasskrümmer abgelassen wird. Ein beispielhafter Motorbetrieb mit dem Ablassen einer Druckluftspeicherladung in einen Auslasskrümmer wird hierin anhand von 6 erläutert.
Es versteht sich, dass in einigen Beispielen die mit Druck beaufschlagte Ladung während desselben Tip-In sowohl in den Ansaugkrümmer als auch in den Auslasskrümmer abgelassen werden kann. Insbesondere kann bei einem einzigen Tip-In ein Teil (z. B. eine erste Menge) der im Druckluftspeicher gespeicherten mit Druck beaufschlagten Ladung in den Auslasskrümmer abgelassen werden, während der verbleibende Teil (z. B. eine zweite, andere Menge) der gespeicherten Ladung ferner in den Ansaugkrümmer abgelassen wird. Hierbei kann die Steuerung basierend auf den gleichen vorstehend beschriebenen Erwägungen entscheiden, ob zuerst in den Ansaugkrümmer oder in den Auslasskrümmer abgelassen werden soll. So kann in einem Beispiel, wenn der Druckluftspeicherdruck höher ist, ein Teil der mit Druck beaufschlagten Ladung zuerst in den Ansaugkrümmer abgelassen und dann ein verbleibender Teil später in den Auslasskrümmer abgelassen werden. In einem alternativen Beispiel, wenn die mit Druck beaufschlagte Ladung einen höheren AGR-Gehalt aufweist, kann ein Teil der mit Druck beaufschlagten Ladung zuerst in den Auslasskrümmer abgelassen und dann ein verbleibender Teil später in den Ansaugkrümmer abgelassen werden. Durch Ablassen sowohl in den Ansaugkrümmer als auch in den Auslasskrümmer während desselben Tip-In ist es möglich, die konkurrierenden Ziele des Mischens von Luft und Kraftstoff, des schnellen Hochdrehens und einer ausreichenden Dauer einer erhöhten Ausgabe vom Druckluftspeicher, um im Wesentlichen die gesamte Verzögerung durch das Turboloch auszufüllen, ins Gleichgewicht zu bringen.
Es versteht sich, dass ein Tip-Out nach dem Tip-In eine Gelegenheit zum erneuten Laden des Druckluftspeichers bereitstellen kann. Zum Beispiel kann während des Tip-Out die Motorsteuerung selektiv den Druckluftspeicher mit Ansaugluft aus dem Ansaugkrümmer oder mit Verbrennungsabgas aus dem Auslasskrümmer laden, wobei die Auswahl auf einer Zusammensetzung des Speichers zum Zeitpunkt des Tip-Out basiert. Die Auswahl kann ferner auf einer Motordrehzahl und einer Fahrzeuggeschwindigkeit zum Zeitpunkt des Tip-Out basieren, wie es bereits für 2 erläutert wurde.
Auf diese Weise wird während eines ersten Tip-In mit Druck beaufschlagte Ladung von einem Druckluftspeicher in einen Ansaugkrümmer abgelassen, wohingegen während eines zweiten Tip-In mit Druck beaufschlagte Ladung vom Druckluftspeicher in einen Auslasskrümmer abgelassen wird. Durch das Ablassen mit Druck beaufschlagter Ladung vom Druckluftspeicher in den Ansaugkrümmer während einiger Bedingungen und in den Auslasskrümmer während anderer Bedingungen können die Vorteile der Verwendung einer in einem Druckluftspeicher gespeicherten mit Druck beaufschlagten Ladung erweitert werden. Konkret kann mit Druck beaufschlagte angesaugte Frischluft besser zur Verringerung des Turbolochs verwendet werden, während auch ein zwischenzeitlicher Drehmomentbedarf befriedigt wird. In gleicher Weise kann mit Druck beaufschlagtes Abgas besser zur Verringerung des Turbolochs verwendet werden, während auch AGR-Bedarf befriedigt wird. Insgesamt kann die Leistung des aufgeladenen Motors verbessert werden.
In 4 ist nun ein beispielhaftes Programm 400 für das Ablassen mit Druck beaufschlagter Ladung von einem Druckluftspeicher in einen Ansaugkrümmer bei Steuerung einer Ansaugdrosselklappe dargestellt. Durch Abgabe eines Teils der mit Druck beaufschlagten Ladung in den Ansaugkrümmer bei geschlossener Ansaugdrosselklappe kann ein Ladedruck oder ein Drosselklappenansaugdruck schnell angehoben werden, was das „Vorabladen“ des Kompressors vor der Abgabe in den Ansaugkrümmer ermöglicht. Unterdessen kann ein Drehmomentbedarf befriedigt werden, indem mit Druck beaufschlagte Ladung aus dem Druckluftspeicher stromabwärts von der Drosselklappe abgelassen wird. In einem Beispiel kann das Programm von 4 als Teil des Programms von 3, beispielsweise in Schritt 312 ausgeführt werden.
In Schritt 402 beinhaltet das Programm 400 das Bestätigen, dass die mit Druck beaufschlagte Ladung vom Druckluftspeicher in den Ansaugkrümmer abgelassen werden soll. Falls nicht, kann das Programm enden. In einem Beispiel kann mit Druck beaufschlagte Ladung als Reaktion auf ein Tip-In während des aufgeladenen Motorbetriebs in den Ansaugkrümmer abgelassen werden. Hierbei kann während des Tip-In ein Drosselklappenansaugdruck (TIP), der stromaufwärts von einer Ansaugdrosselklappe geschätzt wird, unter einem Grenzwert liegen. Der Druckluftspeicher kann an sich während eines Motortaktes, der dem Tip-In vorausgeht, mit komprimierter Luft aus dem Ansaugkrümmer und/oder mit Verbrennungsabgasaus dem Auslasskrümmer geladen worden sein, um mit Druck beaufschlagte Ladung mit einem definierten AGR-Prozentsatz und einem definierten Ladungsdruck zu speichern.
Nach der Bestätigung beinhaltet das Programm in Schritt 404 das Öffnen des Druckluftspeicher-Ansaugablassventils, während die Ansaugdrosselklappe geschlossen wird. Die Steuerung kann dann die mit Druck beaufschlagte Ladung vom Druckluftspeicher in den Ansaugkrümmer ablassen, stromabwärts von der Ansaugdrosselklappe, während sie die Ansaugdrosselklappe geschlossen hält. Das Ablassen mit Druck beaufschlagter Ladung in den Ansaugkrümmer kann das Öffnen des Druckluftspeicher-Ansaugablassventils beinhalten, während das Speicher-Ansaugladeventil geschlossen gehalten wird.
In Schritt 406 beinhaltet das Programm das Betreiben des Kompressors, während ein Drosselklappenansaugdruck (TIP) überwacht wird (der auch einen Ladedruck angibt, der am Kompressor erzeugt wird, während die Drosselklappe geschlossen gehalten wird). In einem Beispiel kann der TIP aus einer Drucksensorposition im Ansaugkrümmer stromabwärts vom Kompressor und stromaufwärts von der Ansaugdrosselklappe geschätzt werden. Während die Turbine allmählich hochdreht, erhöht sich an sich allmählich auch der Kompressordruck. Dementsprechend steigt auch der TIP. Hierbei kann durch Geschlossenhalten der Drosselklappe der Anstieg des Ladedrucks oder des TIP beschleunigt werden. Infolgedessen kann bis zum Zeitpunkt des Öffnens der Drosselklappe vom Kompressor eine ausreichende Menge mit Druck beaufschlagter Ladeluft erzeugt und gespeichert oder stromaufwärts von der Drosselklappe vorabgeladen werden. Dieser Ladedruck kann dann in den Ansaugkrümmer abgegeben werden, sobald die Drosselklappe geöffnet wird.
So kann das Ablassen mit Druck beaufschlagter Ladung in den Ansaugkrümmer, während die Ansaugdrosselklappe geschlossen gehalten wird, für eine Zeitdauer fortgesetzt werden, bis der Drosselklappenansaugdruck den Grenzwert erreicht oder überschreitet. Alternativ kann das Ablassen bei geschlossen gehaltener Drosselklappe für eine Zeitdauer fortgesetzt werden, bis ein Krümmerluftdruck (MAP) stromabwärts von der Drosselklappe dem Drosselklappenansaugdruck stromaufwärts von der Drosselklappe entspricht.
In Schritt 408 kann bestimmt werden, ob der geschätzte TIP höher als der Grenzwert ist. In einem Beispiel kann der Grenzwert auf einer gewünschten Aufladungsstärke oder einem gewünschten Ladedruck basieren. Hat der TIP die gewünschte Aufladungsstärke erreicht, bevor der Druckluftspeicher vollständig abgelassen wurde (oder zu dem Zeitpunkt, zu dem der Druckluftspeicher vollständig abgelassen ist), so beinhaltet das Programm in Schritt 412 nach Ablauf der Zeitdauer das Schließen des Ansaugablassventils, während die Drosselklappe aus der geschlossenen Position geöffnet wird. Aufgrund des Öffnens der Ansaugdrosselklappe kann mit Druck beaufschlagte Luftladung, die gespeichert war und stromaufwärts von der Drosselklappe vorabgeladen wurde, von stromabwärts vom Kompressor in den Ansaugkrümmer abgelassen werden. Das heißt, komprimierte Luft kann bei geöffneter Drosselklappe vom Kompressor in den Ansaugkrümmer geführt werden. Das Führen komprimierter Luft in den Ansaugkrümmer bei geöffneter Drosselklappe beinhaltet an sich das Aussetzen des Ablassens mit Druck beaufschlagter Ladung in den Ansaugkrümmer. Dabei können das Speicheransaugladeventil und -ablassventil jeweils geschlossen gehalten werden.
Der Druckluftspeicher kann an sich sogar abgelassen werden, bevor der TIP den Grenzwert erreicht. So kann, wenn der TIP nicht über dem Grenzwert liegt, in Schritt 410 bestimmt werden, ob der Druckluftspeicher vollständig abgelassen wurde. Falls ja, fährt das Programm mit Schritt 412 fort, um das Absaugablassventil zu schließen und die Drosselklappe zu öffnen, um das Ablassen von Luftladung, die am Kompressor mit Druck beaufschlagt wurde, in den Ansaugkrümmer zu ermöglichen.
Die Steuerung kann ferner dafür gestaltet sein, eine Zündtaktung zu justieren, während die mit Druck beaufschlagte Ladung in den Ansaugkrümmer abgelassen wird und während komprimierte Luft in den Ansaugkrümmer geführt wird. Zum Beispiel kann die Zündtaktung auf eine erste Taktung während des Ablassens justiert werden, während die Ansaugdrosselklappe geschlossen gehalten wird, wohingegen die Zündtaktung während des Führens komprimierter Luft mit geöffneter Drosselklappe auf eine zweite, andere Taktung justiert wird. Hierbei kann die erste Taktung auf einer Menge und dem AGR-Prozentsatz der abgelassenen mit Druck beaufschlagten Ladung basieren. In gleicher Weise kann die zweite Taktung auf einer Menge und einem Druck komprimierter Luft, die in den Ansaugkrümmer geführt wird, basieren. Die zweite Taktung kann auch auf dem AGR-Prozentsatz der geführten komprimierten Luft basieren, falls eine AGR (z. B. eine Hochdruck-AGR oder eine Niederdruck-AGR über entsprechende AGR-Leitungen) ausgeführt wird, während komprimierte Luft vom Kompressor in den Ansaugkrümmer geführt wird.
Auf diese Weise kann während eines Tip-In, während ein Kompressor betrieben wird, der Zylinderdruck angehoben werden, indem mit Druck beaufschlagte Ladung von einem Druckluftspeicher in einen Ansaugkrümmer abgelassen wird, während eine Ansaugdrosselklappe geschlossen gehalten wird. Der Zylinderdruck kann dann während des Tip-In weiter angehoben werden, indem komprimierte Luft vom Kompressor in den Ansaugkrümmer geführt wird, während die geschlossene Drosselklappe geöffnet wird. Durch das Abgeben mit Druck beaufschlagter Ladung von einem Druckluftspeicher bei geschlossener Ansaugdrosselklappe kann die abgelassene Ladung verwendet werden, um das Hochdrehen der Turbine zu beschleunigen und das Turboloch zu verringern, während auch der Motordrehmomentbedarf während des Turbolochs befriedigt wird. Indem die Ansaugdrosselklappe für eine Zeitdauer geschlossen gehalten wird, während die Turbine hochdreht, kann ein Druck von Luft, die vom Kompressor komprimiert wird, schnell angehoben werden. Außerdem können höhere Ladedrücke erreicht werden. Indem dann die mit Druck beaufschlagte Aufladeladung in den Ansaugkrümmer abgegeben wird, nachdem die Drosselklappe geöffnet wurde, können Aufladungsvorteile erzielt werden. Insgesamt wird das Turboloch verringert, während die Aufladeleistung verbessert wird. Ein beispielhafter Motorbetrieb, bei dem mit Druck beaufschlagte Ladung von einem Druckluftspeicher in den Ansaugkrümmer abgelassen wird, während die Drosselklappe für eine Zeitdauer geschlossen ist, wird hierin anhand von 8 erläutert.
In 5 wird nun ein beispielhaftes Programm 500 für das Laden eines Druckluftspeichers mit Verbrennungsabgasen und mit Druck beaufschlagter Frischluft beschrieben, um ein mit Druck beaufschlagtes AGR-Gemisch zu erzeugen, das dann während aufgeladener Bedingungen in den Ansaugkrümmer abgelassen werden kann, um das Erzielen von Vorteilen einer Hochdruck-AGR zu ermöglichen.
In Schritt 502 können Motorbetriebsbedingungen geschätzt und/oder abgeleitet werden. In Schritt 504 kann bestätigt werden, dass der Motor mit Aufladung arbeitet, jedoch mit einer Aufladungsstärke, die geringer als eine Grenzwertstärke ist. In einem Beispiel kann bestätigt werden, dass die Aufladungsstärke über einem unteren Grenzwert liegt, aber unter einem oberen Grenzwert. Falls nicht, kann das Programm enden. Nach der Bestätigung beinhaltet das Programm in Schritt 506 während Bedingungen mit geringer Aufladung das Laden des Druckluftspeichers mit mindestens etwas Verbrennungsabgas bis zu einem ersten geringeren Druck. Zum Beispiel kann der Druckluftspeicher ausschließlich mit Verbrennungsabgasen aus dem Auslasskrümmer geladen werden, indem das Druckluftspeicher-Abgasladeventil (für eine Zeitdauer) geöffnet wird. Alternativ kann der Speicher mit Verbrennungsabgas aus dem Auslasskrümmer und angesaugter Frischluft aus dem Ansaugkrümmer geladen werden. Im Rahmen des Vorliegenden beinhaltet das Laden mit Verbrennungsabgas das Laden mit einem oder mehreren der Folgenden: Niederdruck-AGR, Hochdruck-AGR und Verbrennungsabgas, das über ein Ventil direkt aus dem Auslasskrümmer empfangen wird. Das Laden des Speichers mit Verbrennungsabgas beinhaltet das selektive Öffnen eines ersten Ventils, das zwischen Druckluftspeicher und Auslasskrümmer angeschlossen ist. Nach dem Laden kann die mit Druck beaufschlagte Ladung im Druckluftspeicher einen definierten AGR-Prozentsatz aufweisen (das heißt, der Speicher kann mit einem Verhältnis von Ansaugluft zu Verbrennungsabgas geladen sein, das den gewünschten AGR-Prozentsatz des Druckluftspeichers bereitstellen muss) und kann einen ersten, geringeren Druck aufweisen.
In Schritt 508 kann nach Abschluss des Ladens des Druckluftspeichers bestimmt werden, ob eine erhöhte Aufladung erforderlich ist. In einem Beispiel kann eine erhöhte Aufladung als Reaktion auf ein weiteres Tip-In angefordert werden, während der Motor bereits aufgeladen ist. Als Reaktion auf das Tip-In kann in Schritt 510 die Aufladung erhöht werden. Zum Beispiel kann eine Kompressordrehzahl erhöht werden. In Schritt 512 kann bestätigt werden, dass die Aufladung erhöht wurde und die Aufladungsstärke nun höher als der Grenzwert ist. Nach der Bestätigung kann während Bedingungen mit hoher Aufladung in Schritt 514 der Druckluftspeicher weiter mit komprimiertem Ansauggas geladen werden, um einen Druck der im Speicher gespeicherten Ladung auf einen zweiten, höheren Druck anzuheben. Das weitere Laden mit komprimierter Ansaugluft beinhaltet das selektive Öffnen eines zweiten Ventils, das zwischen dem Druckluftspeicher und dem Ansaugkrümmer angeschlossen ist, wobei das zweite Ventil stromabwärts von der Ansaugdrosselklappe zwischen dem Druckluftspeicher und dem Ansaugkrümmer angeschlossen ist. Durch Mischen der Verbrennungsabgase, die mit geringerem Druck im Speicher gespeichert sind, mit der komprimierten Ansaugluft mit höherem Druck kann in situ ein Hochdruck-AGR-Gemisch erzeugt und im Druckluftspeicher gespeichert werden, zum späteren Ablassen, wenn eine Hochdruck-AGR erforderlich ist. In einem anderen Beispiel kann das Ventil stromaufwärts von der Drosselklappe angeschlossen sein.
In Schritt 516 kann bestimmt werden, ob eine vorübergehende Erhöhung der AGR angefordert ist. In einem anderen Beispiel kann die vorübergehende Erhöhung der AGR zu einem späteren Zeitpunkt während des Motorbetriebs angefordert werden, wenn die Aufladungsstärke geringer als der Grenzwert ist (z. B. geringer als der zweite Druck) und der Bediener ein Tip-In veranlasst. Zum Beispiel kann, während der Motor aufgeladen ist, ein Tip-In hin zu Volllast empfangen werden. Infolgedessen kann eine vorübergehende Erhöhung der AGR erforderlich sein. Als Reaktion auf die vorübergehende Erhöhung der angeforderten AGR beinhaltet das Programm in Schritt 518 das Ablassen mit Druck beaufschlagter Ladung vom Druckluftspeicher in einen Motorkrümmer (z. B. das Ablassen in einen Ansaug- oder einen Auslasskrümmer). Zum Beispiel beinhaltet das Ablassen in den Ansaugkrümmer das Ablassen stromabwärts von einem Kompressor eines Turboladers und stromabwärts von einer Ansaugdrosselklappe. Auf diese Weise kann durch das Ablassen der vorab gespeicherten Hochdruck-AGR vom Druckluftspeicher in den Ansaugkrümmer als Reaktion auf eine vorübergehende Anforderung einer erhöhter AGR eine Hochdruck-AGR erzielt werden. Konkret kann die Steuerung selektiv ein drittes Ventil öffnen, das stromabwärts von der Ansaugdrosselklappe zwischen dem Druckluftspeicher und dem Ansaugkrümmer angeschlossen ist (das heißt das Druckluftspeicher-Ansaugablassventil), und die mit Druck beaufschlagte Ladung vom Druckluftspeicher stromabwärts von der Ansaugdrosselklappe in den Ansaugkrümmer ablassen. In einer Ausführungsform kann die Ansaugdrosselklappe zeitweilig geschlossen gehalten werden, während die Hochdruck-AGR vom Druckluftspeicher abgelassen wird. In einem Beispiel kann das Ablassen fortgesetzt werden, bis sich der Aufladungsdruck dem Druckluftspeicherdruck angleicht; danach kann das Ablassen ausgesetzt werden. Zum Beispiel kann das Ablassen fortgesetzt werden, bis der Ladedruck dem zweiten Druck entspricht.
Die Erfinder haben erkannt, dass während aufgeladener Bedingungen, wenn eine vorübergehende AGR erforderlich ist, die angeforderte AGR möglicherweise nicht immer so schnell verfügbar ist wie erforderlich. Insbesondere ist zurückgeführtes Abgas unter Umständen nicht sofort über Niederdruck-AGR verfügbar, aufgrund der langsameren Reaktionszeit der Niederdruck-AGR. Gleichzeitig ist zurückgeführtes Abgas unter Umständen auch über eine herkömmliche Hochdruck-AGR nicht sofort verfügbar, aufgrund des Druckunterschiedes zwischen dem Ansaug- und dem Auslasskrümmer, der bewirken würde, dass die Hochdruck-AGR in den Auslasskrümmer zurückströmt. Um diese Probleme zu überwinden und dennoch das Erzielen der Vorteile einer Hochdruck-AGR zu ermöglichen, kann ein Druck des Abgases im Speicher angehoben werden, indem es vor dem Ablassen mit einer Menge komprimierter Ansaugluft gemischt wird. Dies ermöglicht das Bereitstellen einer Hochdruck-AGR als Reaktion auf ein Tip-In, selbst wenn die Aufladungsstärke bereits hoch ist. Ein beispielhafter Motorbetrieb, bei dem ein Druckluftspeicher mit Hochdruck-AGR geladen und die Hochdruck-AGR während einer vorübergehenden AGR-Anforderung in den Ansaugkrümmer abgegeben wird, wird hierin anhand von 7 erläutert.
In 6 zeigt nun das Kennfeld 600 einen beispielhaften Motorbetrieb, bei dem ein Turboloch durch das Ablassen mit Druck beaufschlagter Ladung in einen Auslasskrümmer als Reaktion auf ein Tip-In verringert wird. Konkret zeigt das Kennfeld 600 eine Änderung der Pedalposition (PP) in der Kurve 602, eine Änderung des Ladedrucks in der Kurve 604, einen Zustand des Öffnens oder Schließens eines Druckluftspeicher-Abgasablassventils (Speicherventil_Abg) in der Kurve 606, eine Änderung des Abgasdrucks in der Kurve 608 und eine Änderung des Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (Zylinder-AFR) im Verhältnis zur Stöchiometrie in der Kurve 612. In einem Beispiel kann der Ladedruck mit einem Drucksensor geschätzt werden, der stromabwärts vom Kompressor eines Turboladers im Ansaugkrümmer angeordnet ist, der Abgasdruck kann mit einem Drucksensor geschätzt werden, der stromaufwärts von der Turbine im Auslasskrümmer angeordnet ist, und das Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann mit einem Luft-Kraftstoff-Sensor geschätzt werden, der an einen Abgaskatalysator im Auslasskrümmer angeschlossen ist.
Vor t1 kann der Motor mit einem geringen Ladedruck arbeiten. Zum Beispiel kann der Motor ohne Aufladung oder mit einer geringen Aufladungsstärke arbeiten. Bei t1 wird ein Tip-In bestätigt, wie durch die Änderung der Pedalposition (Kurve 602) angezeigt wird. Eine Steuerung kann dafür gestaltet sein, als Reaktion auf das Tip-In Ladung, die Luft und Verbrennungsabgas beinhaltet, von einem Druckluftspeicher in den Auslasskrümmer, stromaufwärts von einer Turbine, abzulassen, um das Turboloch zu verringern. Konkret kann ein Druckluftspeicher-Abgasablassventil zwischen t1 und t2 für eine Zeitdauer geöffnet werden (Kurve 606).
Wie in 1 erläutert, kann der Druckluftspeicher über ein erstes Abgasladeventil sowie ein zweites Abgasablassventil an den Auslasskrümmer angeschlossen sein. Dementsprechend beinhaltet das Ablassen von Ladung aus dem Speicher in den Auslasskrümmer das Öffnen des zweiten (Abgasablass-)Ventils, während das erste (Abgaslade-)Ventil geschlossen gehalten wird. Der Druckluftspeicher an sich kann während einer Ladegelegenheit vor dem Tip-In mit komprimierter Luft aus dem Ansaugkrümmer und/oder mit Verbrennungsabgas aus dem Auslasskrümmer geladen worden sein. Beim Laden des Speichers mit Verbrennungsabgas aus dem Auslasskrümmer kann dabei das zweite Ventil geöffnet worden sein, während das erste Ventil geschlossen gehalten wurde. Beim Laden des Speichers mit komprimierter Ansaugluft aus dem Ansaugkrümmer kann an sich ein Speicher-Ansaugladeventil geöffnet worden sein, während ein Ansaugablassventil geschlossen gehalten wurde.
Als Reaktion auf das Ablassen mit Druck beaufschlagter Ladung aus dem Druckluftspeicher in den Auslasskrümmer bei t1 kann ein Abgasdruck (Kurve 608) zu steigen beginnen. Hierbei kann durch das Ableiten mit Druck beaufschlagter Ladung aus dem Speicher in den Auslasskrümmer als Reaktion auf das Tip-In ein Abgasdruck stromaufwärts von der Turbine schneller angehoben werden als es sonst möglich wäre. Der schnelle Anstieg des Abgasdrucks ermöglicht ein schnelleres Hochdrehen der Turbine. Dies wiederum ermöglicht die Verringerung des Turbolochs und das schnelle Anheben eines Ladedrucks am Kompressor (Kurve 604). Im Vergleich dazu stellt Kurve 609 (Strichellinie) einen langsameren Anstieg des Abgasdrucks dar, der zu erwarten ist, wenn keine mit Druck beaufschlagte Ladung aus einem Druckluftspeicher in den Auslasskrümmer abgeleitet wird. Aufgrund des langsameren Anstiegs des Abgasdrucks kann sich das Hochdrehen der Turbine verzögern, was zum Turboloch führt, was sich in dem langsameren Anstieg des Ladedrucks (am Kompressor) widerspiegelt, wie in Kurve 605 (Strichellinie) dargestellt. Es versteht sich, dass in beiden Fällen der Abgasdruck auf die gleiche Höhe angehoben wird (siehe Kurven 608 und 609) und der Ladedruck ebenfalls auf die gleiche Höhe angehoben wird (siehe Kurven 604 und 605), allerdings mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Durch Ableiten mit Druck beaufschlagter Ladung in den Auslasskrümmer wird jedoch die Turbinendrehung beschleunigt, das Turboloch verringert und die Ladedrücke schnell erreicht. Dies ermöglicht die Verbesserung der Leistung des aufgeladenen Motors.
Während des Ablassens in den Auslasskrümmer und/oder später (nicht dargestellt) kann die Motorsteuerung eine Kraftstoffeinspritzung derart justieren, dass sie fetter ist (wie durch die Anfettung des Zylinder-AFR in Kurve 612 dargestellt wird). Hierbei kann eine Fettheit und eine Verzögerung der Kraftstoffeinspritzung auf der (abgelassenen) mit Druck beaufschlagten Ladung basieren, sodass an einem Abgaskatalysator ein Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis beibehalten wird, das im Wesentlichen stöchiometrisch oder in etwa stöchiometrisch ist 615. Konkret können die Fettheit und die Verzögerung der Zylinderkraftstoffeinspritzung derart justiert werden, dass sie zu der komprimierten Frischluftkomponente der Ladung passt, die aus dem Druckluftspeicher in den Auslasskrümmer angeleitet wird, sodass ein am Auslass (d. h. stromabwärts von der Turbine und stromabwärts von einem Abgaskatalysator im Auslasskrümmer) gemessenes Gesamtgemisch im Wesentlichen stöchiometrisch oder in etwa stöchiometrisch gehalten wird. Außerdem erzeugt die Reaktion des zusätzlichen Sauerstoffs in der Luftkomponente der Druckluftspeicherladung mit der fetten Kraftstoffeinspritzung zusätzliche Abgaswärme, die die Beschleunigung des Hochdrehens der Turbine und die Verringerung des Turbolochs weiter unterstützt. Zum Beispiel kann die Zylinderkraftstoffeinspritzung basierend auf einer AFR-Rückkopplung von einem oder mehreren Luft-Kraftstoff-Sensoren (oder Sauerstoffsensoren) justiert werden, die stromabwärts von der Turbine und dem Abgaskatalysator im Auslasskrümmer angeordnet sind. In noch anderen Beispielen kann die Kraftstoffeinspritzung basierend auf AFR-Rückkopplung von einem Sauerstoffsensor justiert werden, der im Auslasskrümmer stromaufwärts von der Turbine angeordnet ist.
Wie vorstehend erläutert wurde, kann der Fettheitsgrad der Kraftstoffeinspritzung (das heißt das in Kurve 612 dargestellte Zylinder-AFR) basierend auf der Menge mit Druck beaufschlagter Ladung, die aus dem Speicher freigesetzt wird (oder der Rate des Ablassens), und des AGR-Prozentsatzes der abgelassenen mit Druck beaufschlagten Ladung variieren. So kann mit abnehmendem AGR-Prozentsatz der Druckluftspeicherladung (das heißt, es liegt ein höheres Verhältnis von angesaugter Frischluft zu Verbrennungsabgas in der Ladung vor) eine fettere Zylinderkraftstoffeinspritzung erforderlich sein (wie in der Kurve 612 dargestellt, durchgehende Linie). Im Vergleich dazu kann mit fortschreitendem Ansteigen des AGR-Prozentsatzes der Druckluftspeicherladung (das heißt, es liegt ein fortschreitend Verhältnis von angesaugter Frischluft zu Verbrennungsabgas in der Ladung vor) eine Fettheit der Kraftstoffeinspritzung fortschreitend gesenkt werden (wie in Kurve 613 (Strichellinie) und Kurve 614 (Punktlinie) dargestellt).
Zwischen t1 und t2, während die mit Druck beaufschlagte Ladung aus dem Druckluftspeicher in den Auslasskrümmer abgelassen wird und der Abgasdruck stromaufwärts von der Turbine zunimmt, nimmt eine Rate des Ablassens aus dem Speicher in den Auslasskrümmer ab. Das heißt, wenn das Abgasablassventil bei t1 erstmals geöffnet wird, kann mit Druck beaufschlagte Ladung mit einer schnelleren Rate in den Auslasskrümmer abgelassen werden. Während dieser schnelleren Ablassrate, wenn eine größere Menge Ladung in den Auslasskrümmer abgelassen wird, kann somit die Fettheit der fetten Kraftstoffeinspritzung verhältnismäßig höher sein. Mit der Annäherung an den Zeitpunkt t2 beginnt dann der Abgasdruck (Kurve 608), sich dem Grenzwertdruck 610 zu nähern, und mit Druck beaufschlagte Ladung kann mit einer langsameren Rate in den Auslasskrümmer abgelassen werden. Während dieser langsameren Ablassrate, wenn eine geringere Menge Ladung in den Auslasskrümmer abgelassen wird, kann somit die Fettheit der fetten Kraftstoffeinspritzung verhältnismäßig geringer sein. Konkret tritt eine allmähliche Reduzierung der Fettheit (und/oder Verzögerung) der Kraftstoffeinspritzung auf, wie es durch die allmähliche Reduzierung der Zylinder-AFR-Fettheit hin zur Stöchiometrie 615 dargestellt ist.
Das Ablassen aus dem Speicher in den Auslasskrümmer wird an sich für eine Zeitdauer d1 (zwischen t1 und t2) fortgesetzt, bis ein Abgasdruck stromaufwärts von der Turbine dem Grenzwertdruck 610 entspricht. Bei t2, wenn der Abgasdruck stromaufwärts von der Turbine dem Grenzwertdruck 610 entspricht, kann das Druckluftspeicher-Abgasablassventil geschlossen werden (Kurve 606). Der Grenzwertdruck 610 kann auf dem Druckluftspeicherdruck (nicht dargestellt) basieren. Während der Speicher abgelassen wird, steigt an sich der Abgasdruck und der Druckluftspeicherdruck nimmt ab. Wenn Abgasdruck und Druckluftspeicherdruck gleich sind, ist unter Umständen kein weiteres Strömen möglich und es können keine weiteren Vorteile der Druckluftspeicherladung erzielt werden. Somit kann der Grenzwertdruck 610 auf einer voraussichtlichen Rate des Abfallens des Druckluftspeicherdrucks basieren und eine Differenz beinhalten, sodass das Abgasablassventil geschlossen wird, bevor der Abgasdruck den Druckluftspeicherdruck erreicht hat. Das heißt, um maximale Vorteile aus der Druckluftspeicherladung zu erzielen, kann das Abgasablassventil geschlossen werden, bevor der Speicher geleert ist und solange der Druckluftspeicherdruck noch über dem Abgasdruck liegt.
Bis zu dem Zeitpunkt, zu dem das Druckluftspeicher-Abgasablassventil bei t2 geschlossen wird, kann der Abgasdruck ausreichend hoch sein (z. B. höher als der Grenzwert 610) und das Hochdrehen der Turbine kann aktiviert worden sein. Als Ergebnis kann der Ladedruck des Kompressors ebenfalls ausreichend hoch sein. Das heißt, das Turboloch kann verringert worden sein. Infolgedessen kann nach t2 der Motordrehmomentbedarf vom Kompressor des Turboladers befriedigt werden.
In 7 stellt nun das Kennfeld 700 einen beispielhaften Motorbetrieb dar, bei dem ein Druckluftspeicher mit Hochdruck-AGR geladen wird und dann die Hochdruck-AGR während einer vorübergehenden Anforderung einer erhöhten AGR in den Ansaugkrümmer abgegeben wird. Konkret zeigt das Kennfeld 700 eine Änderung des Abgasdrucks in der Kurve 702, eine Änderung des Ladedrucks in der Kurve 704, einen Zustand des Öffnens oder Schließens eines Druckluftspeicher-Abgasladeventils (Speicher_Abg) in der Kurve 707, einen Zustand des Öffnens oder Schließens eines Druckluftspeicher-Ansauglade- und - ablassventils (Speicher_Ans)in den Kurven 708 - 709, eine Änderung des AGR-Prozentsatzes im Druckluftspeicher in Kurve 710 und eine Änderung des Ladedrucks in der Kurve 712. In einem Beispiel kann der Ladedruck mit einem Drucksensor geschätzt werden, der stromabwärts vom Kompressor eines Turboladers im Ansaugkrümmer angeordnet ist, der Abgasdruck kann mit einem Drucksensor geschätzt werden, der stromaufwärts von der Turbine im Auslasskrümmer angeordnet ist, und der Druckluftspeicherdruck kann mit einem an den Druckluftspeicher angeschlossenen Drucksensor geschätzt werden. Der AGR-Prozentsatz im Druckluftspeicher kann mit entsprechenden Sensoren geschätzt oder basierend auf Motorbetriebsbedingungen zum Zeitpunkt des Ladens und Ablassens des Speichers abgeleitet werden.
Vor t1 kann der Motor mit einem geringen Ladedruck arbeiten. Zum Beispiel kann der Motor ohne Aufladung oder mit einer geringen Aufladungsstärke arbeiten. Bei t1 kann die Aufladungsstärke erhöht werden (Kurve 712), zum Beispiel als Reaktion auf ein Tip-In, kann jedoch unter einer Grenzwertstärke 713 bleiben. Nach t1 kann während eines ersten Motortaktes, in dem der Motor aufgeladen wird, die Aufladungsstärke jedoch geringer als der Grenzwert 713 ist, der Druckluftspeicher mit mindestens etwas Verbrennungsabgas aus dem Auslasskrümmer auf einen ersten Druck 705 geladen werden (Kurve 704). Insbesondere kann ein Druckluftspeicher-Abgasladeventil für eine Zeitdauer zwischen t1 und t2 geöffnet werden (Kurve 707). Infolge des Ladens des Druckluftspeichers mit Verbrennungsabgas aus dem Auslasskrümmer kann ein AGR-Prozentsatz der Speicherladung zunehmen (Kurve 710).
Bei t2 kann während eines zweiten, späteren Motortaktes, wenn die Aufladungsstärke höher ist als der Grenzwert 713 (Kurve 712), der Druckluftspeicher mit komprimierter Ansaugluft weiter auf einen zweiten, höheren Druck 706 geladen werden. Konkret kann ein Druckluftspeicher-Ansaugladeventil für eine Zeitdauer zwischen t2 und t3 geöffnet werden (Kurve 708). Da Ladedruck verwendet wird, um den Speicher weiter zu laden, kann der Ladedruck stromabwärts vom Kompressor sinken (Kurve 712). Infolge des Ladens des Druckluftspeichers mit komprimierter Ansaugluft aus dem Ansaugkrümmer kann ein AGR-Prozentsatz der Speicherladung geringfügig sinken (Kurve 710). Das geringfügige Sinken des AGR-Prozentsatzes wird jedoch angesichts der erheblichen Zunahme an Druck als hinnehmbar betrachtet. So kann bei t2 ein Hochdruckgemisch aus Abgas und komprimierter Luft erzeugt und im Druckluftspeicher gespeichert werden. Dies kann an sich eine Quelle für Hochdruck-AGR bereitstellen, die vorteilhaft zur Befriedigung eines vorübergehenden AGR-Bedarfs verwendet werden kann, während sich der Motor im aufgeladenen Betrieb befindet.
Auf diese Weise kann eine Steuerung einen Turbolader derart betätigen, dass er eine Motoraufladung bereitstellt. Wenn dann die Motoraufladung geringer als ein Grenzwert ist, kann die Steuerung den Speicher mit mindestens etwas Verbrennungsabgas aus dem Auslasskrümmer auf einen ersten Druck laden. Ferner kann die Steuerung, wenn die Motoraufladung höher als der Grenzwert ist, den Speicher mit mindestens etwas komprimierter Ansaugluft aus dem Ansaugkrümmer auf einen zweiten höheren Druck laden. Infolgedessen wird ein Hochdruck-AGR-Gemisch im Druckluftspeicher gespeichert. Konkret kann, auch wenn der Abgasdruck sonst nicht hoch genug ist, um den Speicher auf einen ausreichenden Druck für die nachfolgende Abgabe in den Ansaugtrakt des Motors während eines aufgeladenen Motorbetriebs aufzuladen, der Zusatz von Ansauggasen mit höherem Druck den Druck anheben und somit ermöglichen, dass mindestens etwas Abgas in den Ansaugtrakt abgegeben wird, selbst wenn der Motor stark aufgeladen ist.
Zu einem späteren Zeitpunkt (t4), beispielsweise während eines dritten Motortaktes nach dem zweiten Motortakt, kann eine vorübergehende Anforderung einer erhöhten AGR empfangen werden. Als Reaktion auf diese Anforderung kann die mit Druck beaufschlagte Ladung mit dem zweiten, höheren Druck 706 aus dem Druckluftspeicher in den Ansaugkrümmer abgelassen werden. Konkret kann ein Druckluftspeicher-Ansaugablassventil für eine Zeitdauer zwischen t4 und t5 geöffnet werden (Kurve 709, Strichellinie). Das Ablassen während des dritten Motortaktes kann zum Beispiel als Reaktion auf ein Tip-In-Ereignis ausgeführt werden, das während des aufgeladenen Motorbetriebs empfangen wird, oder als Reaktion auf eine AGR-Anforderung, die während des aufgeladenen Motorbetriebs empfangen wird. Während des dritten Motortaktes ist die Aufladungsstärke an sich geringer als der zweite Druck des Druckluftspeichers. Das heißt, der Ladedruck ist unter Umständen nicht höher als ein Druck der Ladung (in diesem Fall der Hochdruck-AGR), die im Druckluftspeicher vorab gespeichert wurde. Durch Ablassen von Hochdruck-AGR in den Ansaugtrakt des Motors kann über einen Druckluftspeicher schnell eine Hochdruck-AGR bereitgestellt werden, um die Verbrennungssteuerung zu verbessern und die NO_x-Emissionen zu verringern. Konkret kann AGR während Bedingungen des aufgeladenen Motorbetriebs bereitgestellt werden, wenn weder herkömmliche Hochdruck-AGR noch herkömmliche Niederdruck-AGR schnell und zuverlässig an den Motor abgegeben werden kann.
Es versteht sich, dass zwar das vorstehende Beispiel das Vorabspeichern von Hochdruck-AGR und dann das Bereitstellen der Hochdruck-AGR als Reaktion auf eine vorübergehende Anforderung einer erhöhten AGR darstellt, die Motorsteuerung jedoch dafür gestaltet sein kann, zusätzlich Niederdruck-AGR bereitzustellen. Dabei kann Abgas über eine AGR-Leitung, die ein AGR-Ventil beinhaltet, zurückgeführt werden, wobei die AGR-Leitung zwischen dem Ansaugkrümmer und dem Auslasskrümmer des Motors angeschlossen ist. Konkret kann während eines gegebenen Motortaktes die Steuerung das AGR-Ventil der AGR-Leitung öffnen, um Abgas vom Auslasskrümmer in den Ansaugkrümmer zurückzuführen (im Vergleich zum Zurückführen von Hochdruck-AGR über den Druckluftspeicher über mehrere Motortakte hinweg).
Auf diese Weise kann Abgas über einen Druckluftspeicher von einem Auslasskrümmer stromaufwärts von der Turbine in einen Ansaugkrümmer stromabwärts von einem Kompressor zurückgeführt werden. Abgas kann ferner über eine AGR-Leitung (das heißt über eine Niederdruck-AGR-Leitung) vom Auslasskrümmer stromabwärts von der Turbine in den Ansaugkrümmer stromaufwärts vom Kompressor zurückgeführt werden. Konkret kann das Abgas, das über den Druckluftspeicher zurückgeführt wird, einen höheren Druck aufweisen (das heißt Hochdruck-AGR) als das Abgas, das über die AGR-Leitung zurückgeführt wird (das heißt Niederdruck-AGR). Auf diese Weise können sowohl Vorteile der Niederdruck-AGR als auch Vorteile der Hochdruck-AGR erzielt werden. Durch das Vorabspeichern von Verbrennungsabgas in einem Druckluftspeicher kann die mit Druck beaufschlagte Ladung bei Bedarf zu einem späteren Zeitpunkt abgelassen werden, um die herkömmliche Hochdruck- oder Niederdruck-AGR zu ergänzen.
In 8 stellt nun das Kennfeld 800 einen beispielhaften Motorbetrieb dar, wobei der Zylinderdruck durch das Ablassen mit Druck beaufschlagter Ladung aus einem Druckluftspeicher bei geschlossener Drosselklappe angehoben wird, während ein Kompressor betätigt wird, um den Ladedruck anzuheben. Dann wird die Drosselklappe geöffnet und komprimierte Luft wird in den Ansaugkrümmer geleitet. Konkret zeigt das Kennfeld 800 eine Änderung des Drosselklappenansaugdrucks (TIP) in der Kurve 802, eine Änderung des Krümmerdrucks (MAP) in der Kurve 804, eine Änderung der Drosselklappenposition in der Kurve 806, einen Zustand des Öffnens oder Schließens eines Druckluftspeicher-Ansaugablassventils in der Kurve 808, eine Änderung der Pedalposition in der Kurve 809, eine Änderung des Zylinderdrucks in der Kurve 810 und eine Änderung des Druckluftspeicherdrucks in der Kurve 812. In einem Beispiel kann der Drosselansaugdruck mit einem Drucksensor geschätzt werden, der im Ansaugkrümmer stromabwärts vom Kompressor eines Turboladers und stromaufwärts von der Luftansaugdrosselklappe angeordnet ist, der Krümmerdruck kann mit einem Drucksensor im Ansaugkrümmer stromabwärts von der Drosselklappe geschätzt werden und der Druckluftspeicherdruck kann mit einem Drucksensor geschätzt werden, der an den Druckluftspeicher angeschlossen ist.
Vor t1 kann der Motor mit einem geringen TIP arbeiten. Zum Beispiel kann der Motor ohne Aufladung oder mit einer geringen Aufladungsstärke arbeiten. Bei t1 kann als Reaktion auf ein Tip-In (angezeigt durch die Änderung der Pedalposition in Kurve 809) der Kompressor eines Turboladers betätigt werden. Infolge der Betätigung des Kompressors kann ein Ladedruck langsam zu steigen beginnen, was sich als der langsame Anstieg des TIP widerspiegelt (Kurve 802). Damit der Kompressordruck ausreichend steigt, ist an sich ein schnelles Hochdrehen der Turbine nötig. Bis dahin kann ein Turboloch auftreten. Um das schnellere Erreichen höherer Ladedrücke zu ermöglichen, wird bei t1 während des Tip-In mit Druck beaufschlagte Ladung (die komprimierte Luft und/oder Verbrennungsabgas beinhaltet) vom Druckluftspeicher in den Ansaugkrümmer stromabwärts von einer Ansaugdrosselklappe abgelassen. Das Ablassen wird für eine Zeitdauer (zwischen t1 und t2) ausgeführt, wobei die Drosselklappe geschlossen gehalten wird (Kurve 806). Um die mit Druck beaufschlagte Ladung aus dem Speicher abzulassen, wird das Ansaugablassventil, das den Speicher an den Ansaugkrümmer anschließt, für eine Zeitdauer zwischen t1 und t2 geöffnet (Kurve 808).
Während der Druckluftspeicher abgelassen wird (siehe Abfall des Druckluftspeicherdrucks in Kurve 812), steigt ein Krümmerdruck, der stromabwärts von der Drosselklappe geschätzt wird (Kurve 804). Ferner steigt eine Zylinderluftladung (Kurve 810). Diese mit Druck beaufschlagte Luft ermöglicht die Befriedigung eines Motordrehmomentbedarfs, während die Turbine hochdreht und während der Kompressor hochdreht, um den gewünschten Ladedruck bereitzustellen. Außerdem kann vorab Ladedruck geladen werden, indem die Drosselklappe während des Betriebs des Kompressors geschlossen gehalten wird. Konkret kann ein Ladedruck (und somit der TIP) schneller auf einen Grenzwert angehoben werden als es sonst möglich wäre. Wie aus Kurve 802 ersichtlich wird, steigt zwischen t1 und t2 der Kompressordruck (widergespiegelt durch TIP bei geschlossener Drosselklappe) mit einer ersten, langsameren Rate, während die Turbine langsam hochdreht, um den Kompressor zu drehen, und steigt dann mit einer zweiten, schnelleren Rate, während die Turbine schneller hochdreht und sich stromaufwärts von der geschlossenen Drosselklappe Ladedruck aufbaut. Dieser Betrieb mit geschlossener Drosselklappe ermöglicht an sich die Verringerung des Turbolochs, wie eine langsamere Rate des Erzielens des Grenzwert-TIP bei fehlendem Ablassen aus einem Speicher bei geschlossener Drosselklappe zeigt (Kurve 803, Strichellinie).
Bei t2 kann der Druck stromaufwärts von der Drosselklappe (TIP) dem Grenzwert entsprechen oder darüber liegen. Daher kann nach der Zeitdauer bei t2 das Ablassen aus dem Speicher ausgesetzt werden (Kurve 808) und es kann komprimierte Luft vom Kompressor in den Ansaugkrümmer bei geöffneter Ansaugdrosselklappe geleitet werden (Kurve 806). Konkret kann die Ansaugdrosselklappe aus der bisher geschlossenen Position geöffnet werden und die Kompressoraufladung (die stromaufwärts von der geschlossenen Drosselklappe vorab geladen wurde) kann in den Ansaugkrümmer geleitet werden. Infolgedessen kann der MAP schnell steigen und auch die Zylinderluftladung kann schnell steigen. Auf diese Weise wird das Turboloch verringert, während schnell Ladedrücke erzielt werden, indem bei geschlossener Drosselklappe zeitweilig mit Druck beaufschlagte Luft aus einem Druckluftspeicher in einen Ansaugkrümmer abgelassen wird.
Auf diese Weise kann ein Druckluftspeicher vorteilhaft verwendet werden, um mit Druck beaufschlagte Ladung, die komprimierte Luft und/oder Verbrennungsabgas beinhaltet, zur späteren Abgabe zu speichern. Basierend auf Motorbedingungen kann der Druckluftspeicher geladen werden, um einen gewünschten Ladungsdruck und AGR-Prozentsatz zu erreichen. Durch das Vorabspeichern einer Menge an Ansaugluft und/oder Verbrennungsabgas in einem Speicher und deren Ablassen in den Ansaugkrümmer oder Auslasskrümmer basierend auf Betriebsbedingungen kann das Turboloch verringert werden, selbst wenn bereits Aufladung vorhanden ist. Durch Führen der Ladung in den Ansaugkrümmer während einiger Bedingungen kann das Turboloch verringert werden, während ein vorübergehender Motordrehmomentbedarf befriedigt wird. Durch Führen der Ladung in den Auslasskrümmer während anderer Bedingungen kann die Verwendung der Ladung über eine längere Zeitdauer gestreckt werden, da die Turbine die Ladung mit einer geringeren Rate verbraucht als der Ansaugtrakt des Motors. Infolgedessen kann der erhöhte Abgasdruck den Ausgleich des Turbolochs unterstützen und während einer Reaktion auf ein Tip-In eine kontinuierlich steigende Motorleistung beibehalten. Durch Mischen von Verbrennungsabgas und komprimierter Ansaugluft im Speicher kann Hochdruck-AGR erzeugt und im Speicher zur Abgabe in den Ansaugkrümmer gespeichert werden, selbst während eines stark aufgeladenen Motorbetriebs. Die abgelassene Hochdruck-AGR kann während des aufgeladenen Betriebs die Verbrennungssteuerung verbessern und die NO_x-Emissionen verringern. Durch das Vorabladen einer Kompressorladeluft bei geschlossener Drosselklappe kann der TIP schneller angehoben werden als es sonst möglich wäre. Indem das Ablassen von Ladeluft aus dem Speicher in den Ansaugtrakt ermöglicht wird, während ein Druck der Kompressorladeluft angehoben wird, kann dem Turboloch besser abgeholfen werden, während auch der Drehmomentbedarf befriedigt wird. Insgesamt wird die Leistung des aufgeladenen Motors verbessert.
Es ist zu beachten, dass die beispielhaften Steuerungs- und Schätzungsprogramme im Vorliegenden mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemgestaltungen verwendet werden können. Die hierin beschriebenen konkreten Programme können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen, wie beispielsweise ereignisgesteuerte, interruptgesteuerte, Mehrprozessbetrieb (Multitasking), Mehrsträngigkeit (Multithreading) und dergleichen. Somit können verschiedene dargestellte Vorgänge, Handlungen oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge oder parallel ausgeführt oder in einigen Fällen ausgelassen werden. Dergleichen ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung zu erzielen, sondern sie ist der einfachen Darstellung und Beschreibung halber angegeben. Eine(r) oder mehrere der dargestellten Vorgänge oder Funktionen kann je nach der verwendeten spezifischen Strategie wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Vorgänge einen in das computerlesbare Speichermedium im Motorsteuerungssystem zu programmierenden Code grafisch darstellen.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Gestaltungen und Programme in ihrem Wesen beispielhaft sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in beschränkendem Sinn zu verstehen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die oben beschriebene Technologie auf V6-, 14-, 16-, V12-, Boxer- und andere Arten von Motoren angewandt werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Gestaltungen und andere hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften ein.
Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen auf, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein Element“ oder „ein erstes“ Element oder eine Entsprechung dazu beziehen. Solche Ansprüche sollten dahingehend aufgefasst werden, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente einschließen und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Weitere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche gelten ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten, unabhängig davon, ob ihr Schutzumfang weiter, enger, gleich oder ein anderer als der der ursprünglichen Ansprüche ist.

Claims

Verfahren für einen turbogeladenen Motor, umfassend: während eines ersten Tip-In Ablassen mit Druck beaufschlagter Ladung aus einem Druckluftspeicher in einen Ansaugkrümmer und während eines zweiten Tip-In Ablassen mit Druck beaufschlagter Ladung aus dem Druckluftspeicher in einen Auslasskrümmer, dadurch gekennzeichnet, dass während des ersten Tip-In die abgelassene Ladung einen geringeren AGR-Prozentsatz wie ein Schwellenwert aufweist, und während des zweiten Tip-In die abgelassene Ladung einen höheren AGR-Prozentsatz wie der Schwellenwert aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mit Druck beaufschlagte Ladung ein Gemisch aus Verbrennungsabgas und komprimierter Ansaugluft beinhaltet, wobei die mit Druck beaufschlagte Ladung einen Ladungsdruck und einen Ladungs-AGR-Prozentsatz aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ablassen in den Ansaugkrümmer das Ablassen stromabwärts von einem Kompressor und stromabwärts von einer Ansaugdrosselklappe beinhaltet und wobei das Ablassen in den Auslasskrümmer das Ablassen stromaufwärts von einer Turbine beinhaltet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: während des ersten Tip-In, während des Ablassens in den Ansaugkrümmer das Geschlossenhalten einer Ansaugdrosselklappe und während des zweiten Tip-In, während des Ablassens in den Auslasskrümmer das Justieren einer Kraftstoffeinspritzung in einen Motorzylinder basierend auf der abgelassenen mit Druck beaufschlagten Ladung, um ein Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Wesentlichen stöchiometrisch zu halten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Motoraufladungsstärke beim ersten Tip-In geringer ist als die Motoraufladungsstärke beim zweiten Tip-In.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner während eines Tip-Out nach dem ersten oder zweiten Tip-In das selektive Laden des Druckluftspeichers mit Ansaugluft aus dem Ansaugkrümmer oder mit Verbrennungsabgas aus dem Auslasskrümmer umfassend, wobei die Auswahl auf einer Speicherzusammensetzung beim Tip-Out basiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei während des ersten Tip-In das Ablassen fortgesetzt wird, bis eine Abgastemperatur über einer Grenzwerttemperatur liegt, und wobei während des zweiten Tip-In das Ablassen fortgesetzt wird, bis ein Abgasdruck über einem Grenzwertdruck liegt.
Motorverfahren, umfassend: Laden eines an den Motor angeschlossenen Druckluftspeichers mit angesaugter Frischluft aus einem Ansaugkrümmer und/oder Verbrennungsabgas aus einem Auslasskrümmer und während eines Tip-In selektives Ablassen mit Druck beaufschlagter Ladung aus dem Druckluftspeicher in den Ansaugkrümmer oder den Auslasskrümmer, wobei die Auswahl auf einem AGR-Prozentsatz der mit Druck beaufschlagten Ladung basiert.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Auswahl ferner auf einem Ladungsdruck der mit Druck beaufschlagten Ladung basiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 oder 9, wobei das Auswählen basierend auf dem Ladungsdruck der mit Druck beaufschlagten Ladung das selektive Ablassen in den Ansaugkrümmer beinhaltet, wenn der Ladungsdruck höher als ein Grenzwert ist, und das selektive Ablassen in den Auslasskrümmer, wenn der Ladungsdruck niedriger als der Grenzwert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 10, wobei die Auswahl ferner auf einer Aufladungsstärke beim Tip-In basiert, wobei die Auswahl das selektive Ablassen in den Ansaugkrümmer beinhaltet, wenn die Aufladungsstärke geringer als eine Grenzwertstärke ist, und das selektive Ablassen in den Auslasskrümmer, wenn die Aufladungsstärke höher als die Grenzwertstärke ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Laden während eines Motortaktes ausgeführt wird, der dem Tip-In vorangeht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 12, wobei das Laden des Druckluftspeichers das selektive Laden des Druckluftspeichers ausschließlich mit Ansaugluft aus dem Ansaugkrümmer stromabwärts von einem Kompressor während einer ersten Bedingung beinhaltet und das selektive Laden des Druckluftspeichers ausschließlich mit Verbrennungsabgas aus dem Auslasskrümmer stromaufwärts von einer Turbine während einer zweiten Bedingung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 13, wobei das Laden des Druckluftspeichers das Laden des Druckluftspeichers mit einer ersten Menge an Verbrennungsabgas mit einem ersten, geringeren Druck aus dem Auslasskrümmer stromaufwärts von der Turbine und ferner das Laden des Druckluftspeichers mit einer zweiten Menge an angesaugter Frischluft mit einem zweiten, höheren Druck aus dem Ansaugkrümmer stromabwärts vom Kompressor beinhaltet, wobei die erste und die zweite Menge derart justiert werden, dass der AGR-Prozentsatz der mit Druck beaufschlagten Ladung bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 14, wobei der AGR-Prozentsatz der mit Druck beaufschlagten Ladung basierend auf einem der Folgenden abgeleitet wird: einer Ausgabe eines Abgas-Luft-Kraftstoff-Sensors, eines Luftmassensensors (MAF) und einer Pulsweite der Einspritzdüse.
Motorsystem, umfassend: einen Motor, der einen Ansaugkrümmer und einen Auslasskrümmer beinhaltet, einen Turbolader, der einen Kompressor und eine Turbine beinhaltet, einen Druckluftspeicher, der jeweils über ein Ansaugladeventil und ein Ansaugablassventil an den Ansaugkrümmer angeschlossen ist, wobei der Druckluftspeicher ferner jeweils über ein Abgasladeventil und ein Abgasablassventil an den Auslasskrümmer angeschlossen ist, und eine Steuerung mit computerlesbaren Befehlen zum Laden des Druckluftspeichers mit Verbrennungsabgas und komprimierter Ansaugluft, um eine mit Druck beaufschlagte Ladung mit einem Ladungsdruck und einem Ladungs-AGR-Prozentsatz zu speichern, und während eines Tip-In Ablassen der mit Druck beaufschlagten Ladung aus dem Druckluftspeicher entweder in den Ansaugkrümmer oder in den Auslasskrümmer basierend auf einer Aufladungsstärke bei dem Tip-In.
System nach Anspruch 16, wobei das Ablassen basierend auf der Aufladungsstärke Folgendes beinhaltet: wenn die Aufladungsstärke bei dem Tip-In höher als der Ladungsdruck ist, Ablassen in den Auslasskrümmer, und wenn die Aufladungsstärke geringer als der Ladungsdruck ist, Ablassen in den Ansaugkrümmer, wenn AGR angefordert ist, und Ablassen in den Auslasskrümmer, wenn keine AGR angefordert ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 16 oder 17, wobei das Laden des Druckluftspeichers mit Verbrennungsabgas das Öffnen des Abgasladeventils beinhaltet, um Verbrennungsabgas von stromaufwärts von der Turbine abzuziehen, wobei das Ablassen des Druckluftspeichers in den Auslasskrümmer das Öffnen des Abgasablassventils beinhaltet, um mit Druck beaufschlagte Ladung stromaufwärts von der Turbine abzulassen, wobei das Laden des Druckluftspeichers mit komprimierter Ansaugluft das Öffnen des Ansaugladeventils beinhaltet, um Ansaugluft von stromaufwärts von einer Drosselklappe abzuziehen, und wobei das Ablassen des Druckluftspeichers in den Ansaugkrümmer das Öffnen des Ansaugablassventils beinhaltet, um mit Druck beaufschlagte Ladung stromabwärts von der Drosselklappe abzulassen.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 16 bis 18, wobei die Steuerung ferner Befehle für Folgendes beinhaltet: Justieren einer Drosselklappenposition hin zu einer geschlosseneren Drosselklappenposition, während in den Ansaugkrümmer abgelassen wird, und Justieren einer Kraftstoffeinspritzmenge und/oder Kraftstoffeinspritztaktung, während in den Auslasskrümmer abgelassen wird.