-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladedruckregelklappe für einen Turbolader.
-
Vor Erreichen seiner Betriebstemperatur können einige Abgase einen Katalysator unbehandelt passieren, der in einem Motorauspuff angeordnet ist. Daher ist eine allgemeine Strategie zum Verbessern von Kaltstartemissionen die Erhöhung der Wärmeströmung durch den Motor, um den Katalysator auf die Betriebstemperatur zu bringen. Ein Abgassystem kann jedoch Wärme zwischen dem Motor und dem Katalysator verlieren, weil die Weglänge, der Oberflächenbereich, die Anzahl und Form von Krümmungen, die Wärmeströmung, die Wärmetransferkoeffizienten usw. zwischen der Verbrennungskammer und der Katalysatorfläche Gelegenheiten für den Wärmeverlust bieten. Ein Turbolader, der entlang dieses Weges angeordnet ist, nimmt eine messbare Menge Wärme auf, die ferner die Katalysatoranspringzeit verzögern kann. Der Turbolader kann auch negative Auswirkungen auf die Kaltstart-Kraftstoffökonomie aufweisen, weil mehr Luft und Kraftstoff benötigt werden, um diesen zusätzlichen Wärmeverlust zu überwinden.
-
Eine Lösung zur Minimierung des Wärmeverlusts mittels des Turboladers ist das Umleiten einiges oder des gesamten Abgases um den Turbolader herum und direkt zum Katalysator, zum Beispiel durch Öffnen einer Ladedruckregelklappe, die mit einer Turbine verbunden ist, die im Auspuff angeordnet ist. Diese Ladedruck-regelklappen sind jedoch typischerweise bemessen, um eine optimale Strömungssteuerung zum Regeln der Ladedruckmenge, die vom Turbolader bereitgestellt wird, bereitzustellen und können, selbst wenn sie vollständig geöffnet sind, keine ausreichende Umleitung zum schnellen Erwärmen eines Katalysators bieten.
-
Erfindungsgemäß weist ein Verfahren zum Steuern eines Turboladers eines Motors über eine Mehrstufen-Ladedruckregelklappe während des Betätigens einer ersten Stufe der Ladedruckregelklappe basierend auf dem Ladedruck auf, der wiederum von dem Turbolader erzeugt wird, sowie das Betätigen einer zweiten Stufe der Ladedruckregelklappe basierend auf einer Temperatur eines Katalysators stromabwärts des Turboladers.
-
Auf diese Weise können sowohl die Ladedruckregelung als auch die schnelle Katalysatorerwärmung von einer herkömmlichen Ladedruckregelklappe bereitgestellt werden. Beispielsweise kann die Ladedruckregelklappe eine erste Stufe aufweisen, die auf einer zweiten Stufe angeordnet ist. Die erste Stufe kann basierend auf dem gewünschten Ladedruck geöffnet werden. Die zweite Stufe kann geschlossen bleiben, während die erste Stufe geöffnet ist, und kann eine Öffnung aufweisen, die von der ersten Stufe geregelt wird. Die zweite Stufe kann geöffnet werden, wenn eine maximale Turbinenumgehung gewünscht wird, wenn zum Beispiel die Katalysatortemperatur unter der Anspringtemperatur liegt. Dadurch kann eine relativ große Menge von Abgas die Turbine umgehen, um den Katalysator schnell zu erwärmen, und gleichzeitig eine präzise Steuerung des Ladedrucks ermöglichen, ohne dass zusätzliche Umgehungsleitungen bereitgestellt werden müssen.
-
Die oben genannten Vorteile und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung allein genommen oder in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen hervor.
-
Man wird verstehen, dass die obige Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten bereitzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Es sollen keine Hauptmerkmale oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstandes identifiziert werden, dessen Umfang einzig und allein in den Ansprüchen definiert ist, die der ausführlichen Beschreibung folgen. Des Weiteren ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die mögliche Nachteile, die oben oder in einem beliebigen Teil der Offenbarung erwähnt sind, beseitigen.
-
Die Figuren zeigen:
-
1 beispielhaft einen Mehrzylindermotor mit einem Turbolader.
-
2A bis 2C beispielhaft eine Zweistufen-Ladedruckregelklappe in verschiedenen Positionen.
-
3 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern einer Mehrstufen-Ladedruckregelklappe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
-
4 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern einer Mehrstufen-Ladedruckregelklappe gemäß eines anderen Verfahrens der vorliegenden Erfindung darstellt.
-
5 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Bestimmen der Beeinträchtigung einer Mehrstufen-Ladedruckregelklappe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
-
Eine Ladedruckregelklappe kann in einem Motorablasssystem zur Ermöglichung der Umgehung von Abgas um eine Turboladerturbine bereitgestellt werden, zum Beispiel, damit der Ladedruck, der von dem Turbolader erzeugt wird, einen gewünschten Grenzwert nicht überschreitet. Ladedruckregelklappen sind typischerweise bemessen, um eine präzise Steuerung des Ladedrucks bereitzustellen. Aufgrund dieser Beschränkung sind Ladedruckregelklappen oftmals in ihrer Menge der Umgehung, die sie bereitstellen können, eingeschränkt. Unter bestimmten Bedingungen, zum Beispiel beim Erwärmen eines Katalysators, kann eine zusätzliche Umgehung über die von der Ladedruckregelklappe zulässige Menge hinaus gewünscht sein, um das Abkühlen von Abgas auf dem Weg durch die Turbine zu vermeiden. Eine Mehrstufen-Ladedruckregelklappe kann mit einer ersten Stufe konfiguriert sein, die bemessen und gesteuert wird, um die gewünschte Ladedruckregelung bereitzustellen, aber auch mit einer zweiten Stufe, die größer ist als die erste, um eine zusätzliche Umgehung bereitzustellen. Die Zweistufen-Ladedruckregelklappe kann als Doppelabblasventil oder in einer anderen geeigneten Konfiguration konfiguriert sein. 1 zeigt ein Motorsystem mit einer Mehrstufen-Ladedruckregelklappe, die ausführlicher in den 2A bis 2C dargestellt ist, und mit einer Steuerung, die zum Ausführen der in 3 bis 5 dargestellten Verfahren konfiguriert ist.
-
1 ist ein schematisches Diagramm, das einen Beispielmotor 10 darstellt, der in einem Antriebssystem eines Automobils vorgesehen sein kann. Der Motor 10 ist mit vier Zylindern 30 dargestellt. Dennoch können erfindungsgemäß andere Zylinderzahlen verwendet werden. Der Motor 10 kann zumindest teilweise von einem Steuersystem mit einer Steuerung 12 und durch Eingabe eines Fahrzeugbedieners 132 über eine Eingabevor-richtung 130 gesteuert werden. In diesem Beispiel beinhaltet die Eingabevorrichtung 130 ein Beschleunigungspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Jede Verbrennungskammer (z. B. Zylinder) 30 des Motors 10 kann Verbrennungskammerwände mit einem Kolben (nicht dargestellt) darin angeordnet enthalten. Die Kolben können mit einer Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, sodass die reziproke Bewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle 40 kann mit mindestens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs über ein zwischengeschaltetes Getriebesystem (nicht dargestellt) gekoppelt sein. Ferner kann ein Startermotor mit der Kurbelwelle 40 über ein Schwungrad gekoppelt sein, um einen Startbetrieb des Motors 10 zu ermöglichen.
-
Die Verbrennungskammern 30 können die Ansaugluft von dem Ansaugkrümmer 44 über den Ansaugkanal 42 erhalten und die Verbrennungsgase über den Abgaskanal 48 ausstoßen. Der Ansaugkrümmer 44 und der Abgaskanal 48 können selektiv über das entsprechende Ansaugventil oder Ablassventil (nicht dargestellt) mit der Verbrennungskammer 30 in Kommunikation stehen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Verbrennungskammer 30 zwei oder mehr Ansaugventile und/oder zwei oder mehr Ablassventile enthalten.
-
Die Kraftstoffeinspritzdüsen 50 sind direkt mit der Verbrennungskammer 30 zum Einspritzen von Kraftstoff gekoppelt, je nach der Pulsweite des Signals FPW, das von der Steuerung 12 empfangen wird. Auf diese Weise stellen die Kraftstoffeinspritzdüsen 50 die sogenannte Direkteinspritzung von Kraftstoff in die Verbrennungskammer 30 bereit. Die Kraftstoffeinspritzung kann zum Beispiel an der Seite der Verbrennungskammer oder an der Oberseite der Verbrennungskammer montiert sein. Der Kraftstoff kann den Kraftstoffeinspritzdüsen 50 über ein Kraftstoffsystem (nicht dargestellt) zugeführt werden, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und einen Kraftstoffverteiler aufweist. Bei einigen Ausführungsformen können die Verbrennungskammern 30 alternativ oder zusätzlich eine Kraftstoffeinspritzdüse enthalten, die im Ansaugkrümmer 44 in einer Konfiguration angeordnet ist, die das bereitstellt, was gemeinhin als Saugrohreinspritzung von Kraftstoff in das Saugrohr stromaufwärts jeder Verbrennungskammer 30 bekannt ist.
-
Der Ansaugkanal 42 kann die Drosselklappen 21 und 23 mit Drosselklappenscheiben 22 bzw. 24 aufweisen. In diesem bestimmten Beispiel kann die Position der Drosselklappenscheibe 22 und 24 von der Steuerung 12 über Signale variiert werden, die einem Elektromotor oder Aktuator bereitgestellt werden, die in den Drosselklappen 21 und 23 enthalten sind, in einer Konfiguration, die allgemein als elektronische Drosselklappensteuerung (ETC) bezeichnet wird. Auf diese Weise können die Drosselklappen 21 und 23 zum Variieren der Ansaugluft, die der Verbrennungskammer 30 und anderen Motorzylindern bereitgestellt wird, betrieben werden. Die Position der Drosselklappenscheiben 22 und 24 kann von der Steuerung 12 über Drosselklappenpositionssignale TP bereitgestellt werden. Der Ansaugkanal 42 kann ferner einen Luftmassenmesser 120 und einen Krümmerluftdrucksensor 122 zum Bereitstellen der entsprechenden MAF- und MAP-Signale an die Steuerung 12 aufweisen.
-
Der Ablasskanal 48 kann Abgase aus den Zylindern 30 empfangen. Der Abgassensor 128 ist mit dem Ablasskanal 48 stromaufwärts in Bezug auf die Turbine 62 und der Emissionssteuerungsvorrichtung 78 gekoppelt dargestellt. Der Sensor 128 kann aus verschiedenen geeigneten Sensoren zum Bereistellen einer Anzeige eines Abgasluft-/Kraftstoffverhältnisses wie eine lineare Lambdasonde oder Breitband-Lambdasonde (universale oder Breitband-Abgas-Lambdasonde, UEGO), eine Zweistufen-Lambdasonde oder EGO, eine HEGO (erhitzte EGO), HC oder CO-Sensor ausgewählt sein. Die Emissionssteuerungsvorrichtung 78 kann ein Dreiwege-Katalysator (TWC), eine NOx-Falle, verschiedene andere Emissionssteuerungsvorrichtungen oder Kombinationen davon sein.
-
Die Abgastemperatur kann von einem oder mehreren Temperatursensoren (nicht dargestellt) gemessen werden, die in dem Ablasskanal 48 angeordnet sind. Alternativ kann die Abgastemperatur basierend auf Motorbetriebsbedingungen wie Drehzahl, Last, Luft-Kraftstoff-Verhältnis (AFR), Anspringverzögerung, usw. abgeleitet werden.
-
Die Steuerung 12 ist in 1 als Mikrocomputer dargestellt, der die Mikroprozessoreinheit 102, Eingabe-/Ausgabeports 104, wobei ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, in diesem Beispiel als schreibgeschützter Speicherchip 106 dargestellt, Zufallszugriffsspeicher 108, Keep-Alive-Speicher 110 und einen Datenbus beinhaltet. Die Steuerung 12 kann zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Signalen verschiedene Signale von den Sensoren empfangen, die mit dem Motor 10 gekoppelt sind, einschließlich die Messung des induzierten Massenluftdurchsatzes (MAF) von dem Massenluftsensor 120; der Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von dem Temperatursensor 112, der schematisch an einer Stelle in dem Motor 10 dargestellt ist; eines Profilzündungsaufnahmesignals (PIP) aus dem Halleffektsensor 118 (oder einem anderen Typ), der mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt ist; der Drosselklappenposition (TP) von einem Drosselklappenpositionssensor, wie besprochen; und des absoluten Krümmerdrucksignals MAP vom Sensor 122. Das Motordrehzahlsignal, U/MIN, kann von der Steuerung 12 aus dem PIP-Signal erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP aus dem Krümmerdrucksensor kann verwendet werden, um eine Anzeige des Vakuums oder Drucks in dem Ansaugkrümmer 44 bereitzustellen. Es sei darauf hingewiesen, dass die verschiedenen Kombinationen der obigen Sensoren verwendet werden können, wie ein MAF-Sensor ohne MAP-Sensor und umgekehrt. Während des stöchiometrischen Betriebs kann der MAP-Sensor eine Anzeige eines Motordrehmoments ausgeben. Ferner kann dieser Sensor zusammen mit der erfassten Motordrehzahl eine Einschätzung der Ladung (einschließlich Luft), die in den Zylinder induziert wird, bereitstellen. Beispielsweise kann der Sensor 118, der auch als ein Motordrehmomentsensor verwendet wird, eine vorbestimmte Anzahl von gleich beabstandeten Impulsen für jede Umdrehung der Kurbelwelle 40 erzeugen. In einigen Beispielen kann das schreibgeschützte Speichermedium 106 mit computerlesbaren Daten programmiert werden, die von dem Prozessor 102 zum Ausführen der Verfahren, die unten beschrieben sind, ausführbar sind, sowie andere Varianten, die antizipiert werden können, aber nicht spezifisch aufgeführt sind.
-
Der Motor 10 kann ferner eine Verdichtungsvorrichtung wie einen Turbolader oder einen Kompressor mit mindestens einem Verdichter 60 aufweisen, der entlang des Ansaugkrümmers 44 angeordnet ist. Bei einem Turbolader kann der Verdichter 60 mindestens teilweise von einer Turbine 62 über beispielsweise eine Welle oder eine andere Kupplungsanordnung angetrieben werden. Die Turbine 62 kann entlang des Ablasskanals 48 angeordnet sein. Verschiedene Anordnungen können zum Antreiben des Verdichters vorgesehen sein. Bei einem Kompressor kann der Verdichter 60 mindestens teilweise vom Motor und/oder einer Elektromaschine angetrieben werden und keine Turbine aufweisen. Daher wird die Verdichtungsmenge, die einem oder mehreren Zylindern des Motors über einen Turbolader oder Kompressor bereitgestellt wird, von der Steuerung 12 variiert. In einigen Fällen kann die Turbine 62 zum Beispiel einen elektrischen Generator 64 antreiben, um einer Batterie 66 über einen Turboantrieb 68 Strom bereitzustellen. Der Strom aus der Batterie 66 kann dann zum Antreiben des Verdichters 60 über einen Elektromotor 70 verwendet werden. Ferner kann ein Sensor 123 in dem Ansaugkrümmer 44 zum Bereitstellen eines BOOST-Signals an die Steuerung 12 angeordnet sein.
-
Ferner kann der Ablasskanal 48 eine Ladedruck-regelklappe 26 zum Umleiten von Abgas aus der Turbine 62 aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Ladedruckregelklappe 26 eine Mehrstufen-Ladedruckregel-klappe sein, wie eine Zweistufen-Ladedruckregelklappe mit einer ersten Stufe, die zum Steuern des Ladedrucks konfiguriert ist, und mit einer zweiten Stufe, die zum Erhöhen der Wärmeströmung zu der Emissionssteuerungsvorrichtung 78 konfiguriert ist. Zusätzliche Details in Bezug auf die Ladedruckregelklappe 26 werden unten vorgestellt. Der Ansaugkanal 42 kann ein Verdichter-Umgehungsventil 27 aufweisen, das zum Umlenken der Ansaugluft um den Verdichter 60 herum konfiguriert ist. Die Ladedruckregelklappe 26 und/oder das Verdichter-Bypassventil 27 können von der Steuerung 12 gesteuert werden, um sich zu öffnen, wenn beispielsweise ein geringerer Ladedruck gewünscht wird.
-
Der Ansaugkanal 42 kann ferner einen Ladeluftkühler (CAC) 80 zum Verringern der Temperatur von turbogeladenen oder aufgeladenen Ansauggasen aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann der Ladeluftkühler 80 ein Luftwärmetauscher sein. Bei anderen Ausführungsformen kann der Ladeluftkühler 80 ein Luft-Flüssigkeitswärmetauscher sein.
-
Ferner kann bei den offenbarten Ausführungsformen ein Abgasrückführungssystem (EGR-System) einen gewünschten Anteil des Abgases aus dem Ablasskanal 48 zu dem Ansaugkanal 42 über den EGR-Kanal 140 leiten. Die Menge von EGR, die dem Ansaugkrümmer 42 bereitgestellt wird, kann von der Steuerung 12 über das EGR-Ventil 142 variiert werden. Ferner kann ein EGR-Sensor (nicht dargestellt) in dem EGR-Kanal angeordnet sein und folgendes anzeigen: Druck, Temperatur und/oder Abgaskonzentration. Alternativ kann die EGR mithilfe eines berechneten Wertes basierend auf Signalen von dem MAF-Sensor (stromaufwärts), MAP-(Ansaugkrümmer), MAT-(Krümmergastemperatur) und Kurbelwellendrehzahl-Sensor gesteuert werden. Ferner kann die EGR basierend auf dem Abgas-O2-Sensor und/oder einer Ansaug-Lambdasonde (Ansaugkrümmer) gesteuert werden. Unter bestimmten Bedingungen kann das EGR-System zum Regulieren der Temperatur des Luft- und Kraftstoffgemisches in der Verbrennungskammer verwendet werden. 1 zeigt ein Hochdruck-EGR-System, wobei die EGR stromaufwärts einer Turbine des Turboladers nach stromabwärts eines Verdichters eines Turboladers geleitet wird. Bei anderen Ausführungsformen kann der Motor zusätzlich oder alternativ ein Niederdruck-EGR-System aufweisen, bei dem die EGR von stromabwärts einer Turbine eines Turboladers nach stromaufwärts eines Verdichters des Turboladers geleitet wird.
-
2A bis 2C zeigen eine Zweistufen-Ladedruckregelklappe 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Ladedruckregelklappe 200 ist ein nicht einschränkendes Beispiel der Ladedruckregelklappe 26 aus 1 und ist in einer Umgehungsleitung einer Turboladerturbine angeordnet, wie die Turbine 62 aus 1. 2A zeigt die Ladedruckregelklappe 200 in geschlossener Position. Die Ladedruckregelklappe 200 weist eine erste Stufe 202 auf, die im Wesentlichen auf einer zweiten Stufe 204 angeordnet ist. Die zweite Stufe 204 weist eine Öffnung 206 auf, die zum Passieren von Abgas konfiguriert ist. Die erste Stufe 202 dichtet, wenn sie geschlossen ist, die Öffnung 206 ab. Daher umgeht, wenn die Ladedruckregelklappe 200 in einer vollständig geschlossenen Position ist, kein Abgas die Turbine.
-
2B zeigt die Ladedruckregelklappe 200 in halboffener Position. Die erste Stufe 202 wurde geöffnet, wodurch Abgas (das in 2B und 2C mit Pfeilen gekennzeichnet ist) durch die Öffnung 206 strömen und die Turbine umgehen kann. Die erste Stufe 202 kann mithilfe eines geeigneten Mechanismus wie einem Vakuumversteller betätigt werden, oder elektronisch als Reaktion auf ein von einer Steuerung gesendetes Signal. In der halboffenen Position bleibt die zweite Stufe 204 geschlossen, sodass eine erste, kleinere Menge Abgas die Turbine über die Ladedruckregelklappe 200 umgeht.
-
2C zeigt die Ladedruckregelklappe 200 in vollständig geöffneter Position. Die zweite Stufe 204 wurde als Reaktion auf ein Signal aus einer Steuerung geöffnet. Wie die erste Stufe 202 kann die zweite Stufe 204 über einen Vakuumversteller, elektronisch oder mit einem anderen geeigneten Mechanismus geöffnet werden. In der vollständig geöffneten Position umgeht eine zweite, größere Menge Abgas die Turbine über die Ladedruckregelklappe 200. Obschon die erste Stufe 202 in 2C als in der offenen Position verbleibend dargstellt ist, wenn die zweite Stufe 204 geöffnet wird, sind auch andere Konfigurationen möglich. Wenn zum Beispiel die zweite Stufe geöffnet wird, kann die erste Stufe geschlossen werden. Bei einigen Ausführungsformen kann die erste Stufe sich angrenzend zu der zweiten Stufe bewegen, sodass, wenn die erste Stufe offen ist, wenn die zweite Stufe zum Öffnen angewiesen wird, wobei die erste Stufe ihre offene Position beibehalten kann, wenn die zweite Stufe geöffnet ist. Wenn die erste Stufe geschlossen ist, wenn die zweite Stufe zum Öffnen angewiesen wird, kann die erste Stufe in ihrer geschlossenen Position verbleiben, wenn die zweite Stufe offen ist. Bei anderen Ausführungsformen kann die erste Stufe eine Standardposition aufweisen, die geöffnet oder geschlossen ist, in die sie zurückkehrt, sobald die zweite Stufe geöffnet wird.
-
Die erste Stufe 202 und die zweite Stufe 204 können bemessen sein, um eine optimale Umgehung der Turbine für verschiedene Betriebsbedingungen bereitzustellen. Die erste Stufe 202 kann kleiner als die zweite Stufe 204 sein. Zum Beispiel kann die erste Stufe 202 ausgelegt sein, eine Öffnung zu regulieren, die gemäß herkömmlichen Ladedruckregelklappenöffnungen bemessen ist. Die zweite Stufe 204 kann ausgelegt sein, eine größere Öffnung zu steuern, damit eine größere Umgehungsmenge ermöglicht wird, als die typischerweise zum Regulieren des Ladedrucks benutzte.
-
Während 2A bis 2C eine Ladedruckregelklappe darstellen, bei der eine erste Stufe direkt auf und zum Regulieren einer Öffnung in einer zweiten Stufe konfiguriert ist, sind andere Ladedruckregelklappenkonfigurationen ebenfalls möglich. Zum Beispiel kann das Ventil ein Klappenventil mit einer ersten Klappe sein, die sich öffnet, um eine kleinere Menge Abgas einzulassen als die von der zweiten Klappe zulässige. Zusätzlich oder alternativ kann das Ventil mehr als zwei Stufen zum Bereitstellen weiterer unterschiedlicher Mengen der Abgasumgehung aufweisen.
-
In Bezug auf 3 wird ein Verfahren 300 zum Steuern einer Mehrstufen-Ladedruckregelklappe dargestellt. Das Verfahren 300 kann von einer Steuerung gemäß den darauf gespeicherten Anweisungen zum Regulieren einer Ladedruckregelklappe ausgeführt werden, wie der Ladedruckregelklappe 26 und/oder der Ladedruckregelklappe 200. Das Verfahren 300 beinhaltet bei 302 das Bestimmen von Motorbetriebsparametern. Die Motorbetriebsparameter können die Motordrehzahl, Motorlast, Motortemperatur, den Ladedruck, die Katalysatortemperatur usw. beinhalten. Bei 304 beinhaltet das Verfahren 300 das Bestimmen, ob die Katalysatortemperatur unter einem Schwellenwert liegt. Die Katalysatortemperatur kann von einem Temperatursensor bestimmt werden, der in oder in der Nähe des Katalysators angeordnet ist, oder der basierend auf den Betriebsbedingungen wie Motortemperatur und Ablassmasseluftdurchsatz geschätzt werden kann. Der Temperaturschwellenwert kann eine feste Temperatur sein, wie die Katalysatoranspringtemperatur, runter der der Katalysator Emissionen im Abgas nicht mehr richtig umwandelt. Wenn die Katalysatortemperatur unter dem Schwellenwert liegt, geht das Verfahren zu 310, was weiter unten näher beschrieben wird.
-
Wenn die Katalysatortemperatur unter dem Temperaturschwellenwert liegt, geht das Verfahren 300 zu 306, um die zweite Stufe der Ladedruckregelklappe zu öffnen. Durch das Öffnen der zweiten Stufe umgeht eine relativ größere Menge Abgas die Turbine, bevor es den Katalysator erreicht, als bei Öffnen der ersten Stufe der Ladedruckregelklappe. Daher kann eine zusätzliche Kühlung der Abgase, die auf dem Weg durch die Turbine stattfindet, verhindert werden, und der Katalysator kann schneller seine Anspringtemperatur erreichen. Zum Ausgleich von Luftstromstörungen, die aufgrund der großen Abgasmenge, welche die Turbine umgeht, auftreten können, können bei 308 zusätzliche Betriebsparameter eingestellt werden. Zum Beispiel kann die Turbine keine ausreichende Menge Abgas erhalten, um den Verdichter wirksam zu betreiben. Daher kann die Ansaugluft den Verdichter über die Öffnung des Verdichterumgehungsventil (CBV) umgehen. Das CBV kann zusammen mit der zweiten Stufe der Ladedruckregelklappe geöffnet werden. Zusätzliche Betriebsparameter können zum Ausgleich der reduzierten Ansaugluftverdichtung eingestellt werden, wie zum Beispiel Einstellen der Drosselklappe, des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, usw.
-
Zurück bei 304 geht das Verfahren 300, wenn die Katalysatortemperatur nicht unter dem Schwellenwert liegt, zu 310, um zu bestimmen, ob der gewünschte Ladedruck geringer als der gemessene Ladedruck ist. Der Ladedruck kann von einem Sensor gemessen werden, wie Sensor 123 aus 1. Der gewünschte Turboladerdruck kann abhängig sein von der Motordrehzahl, dem vom Fahrer angeforderten Drehmoment und/oder anderen Parametern. Wenn der gewünschte Ladedruck geringer als der gemessene Ladedruck ist, geht das Verfahren 300 zu 312, um die erste und die zweite Stufe zu schließen oder in der vollständig geschlossenen Position zu halten, um das Abgas unmittelbar stromaufwärts der Turbine ohne Umgehung durch die Turbine zu leiten, wodurch der maximale Ladedruck zum Erreichen des gewünschten Ladedruckwertes bereitgestellt wird. Wenn der gewünschte Ladedruck geringer als der gemessene Ladedruck ist, geht das Verfahren 300 zu 314, um die erste Stufe der Ladedruckregelklappe basierend auf dem gewünschten Ladedruck zu öffnen. Die erste Stufe der Ladedruckregelklappe entsprechend einer Differenz zwischen dem gewünschten und dem gemessenen Ladedruck geöffnet. Ferner kann die zweite Stufe der Ladedruckregelklappe bei 316 in der geschlossenen Position gehalten werden, um zu ermöglichen, dass eine kleinere Menge Abgas die Turbine umgeht.
-
Obgleich 3 die Steuerung einer Mehrstufen-Ladedruckregelklappe basierend auf dem Ladedruck und der Katalysatortemperatur darstellt, kann unter bestimmten Umständen die Ladedruckregelklappe basierend auf zusätzlichen Betriebsparametern geregelt werden.
-
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 400 zum Einstellen der Ladedruckregelklappe-Position bei verschiedenen Betriebsbedingungen darstellt. Das Verfahren 400 beinhaltet bei 402 das Bestimmen von Motorbetriebsparametern. Diese Motorbetriebsparameter können Motordrehzahl und -last, Motortemperatur, Ladedruck, MAF, MAP usw. beinhalten. Bei 404 wird bestimmt, ob der Motor unter gleichbleibenden Bedingungen betrieben wird. Gleichbleibende Bedingungen können die Motordrehzahl und -last und andere Betriebsparameter sein, die relativ konstant über eine vorgegebene Zeitdauer bleiben. Wenn keine gleichbleibenden Bedingungen angezeigt werden, kann der Motor in einer Übergangsbedingung betrieben werden, wie eine plötzliche Drehmomentanforderung aufgrund eines Öffnens der Drosselklappe durch den Fahrer, oder einer Drehmomentverringerung aufgrund des Schließens der Drosselklappe durch den Fahrer. Daher kann sich die Menge an gewünschtem Ladedruck schnell ändern. Wenn der Motor also nicht unter gleichbleibenden Bedingungen betrieben wird, geht das Verfahren 400 zu 406, um die Ladedruckregelklappe zum Bereitstellen einer schnellen Übergangsladedruckanforderung zu steuern. Je nach Art der Übergangsbedingung kann das Steuern der Ladedruckregelklappe zum Bereitstellen eines schnellen Übergangsladedrucks das Schließen der zweiten Stufe der Ladedruckregelklappe beinhalten, auch wenn die Katalysatortemperatur unter dem Schwellenwert liegt, um eine Verringerung des Ladedrucks während der Übergangsbedingung zu verhindern. Bei anderen Übergangsbedingungen kann die zweite Stufe geöffnet werden, auch wenn die Katalysatortemperatur über dem Schwellenwert liegt, um einen möglichen Verdichterdruckstoß und/oder eine Turbinenbeeinträchtigung während der Übergangsbedingung zu vermeiden.
-
Wenn der Motor unter gleichbleibenden Bedingungen betrieben wird, geht das Verfahren 400 zu 408, um zu bestimmen, ob der Verdichter mit einem Druckstoß unterhalb eines Schwellenwertes betrieben wird. Der Verdichterdruckstoß kann ein Ergebnis eines hohen Druckverhältnisses in dem Verdichter zusammen mit einer geringen Strömung durch den Verdichter sein, und kann zu Geräuschen und Verdichterbeeinträchtigung führen. Der Schwellenwert-Druckstoß kann eine Druckstoßmenge sein, die höher ist, als die, die durch Öffnen der ersten Stufe der Ladedruckregelklappe und/oder des CBV abgegeben werden kann. Wenn der Verdichterdruckstoß also über dem Schwellenwert liegt, geht das Verfahren 400 zu 410, um die zweite Stufe der Ladedruckregelklappe zu öffnen und die maximale Umgehung zum Verringern des Druckverhältnisses in dem Verdichter und Freigabe des Druckstoßes bereitzustellen. Die zweite Stufe kann bei diesen Bedingungen auch dann geöffnet werden, wenn der Katalysator sich auf seiner aufgewärmten Betriebstemperatur befindet.
-
Wenn der Verdichter mit dem Druckstoß unter dem Schwellenwert betrieben wird, geht das Verfahren 400 zu 412, um zu bestimmen, ob die Turbinentemperatur unter einem Schwellenwert liegt. Bei bestimmten Bedingungen, wie zum Beispiel während eines reinen Betriebs oder eines Regenerierungsereignisses einer stromabwärts befindlichen Emissionssteuerungsvorrichtung, kann das Abgas auf so hohe Werte erwärmt werden, dass eine Turbinenbeeinträchtigung möglich ist. Um diese Beeinträchtigung zu verhindern, kann das Abgas zum Katalysator geleitet werden, ohne die Turbine zu durchlaufen. Wenn die Turbine über der Schwellenwerttemperatur liegt, geht das Verfahren 400 zu 410, um die zweite Stufe der Ladedruckregelklappe zu öffnen, um das sehr heiße Abgas um die Turbine herum zu lenken. Wenn die Turbine unter der Schwellenwerttemperatur liegt, geht das Verfahren 400 zu 414, um die erste Stufe der Ladedruckregelklappe basierend auf dem Ladedruck und die zweite Stufe der Ladedruckregelklappe basierend auf der Katalysatortemperatur zu steuern, wie oben in Bezug auf 3 beschrieben.
-
Wie in Bezug auf 3 und 4 erklärt wurde, ermöglicht das Steuern der Ladedruckregelklappe, derart dass die zweite Stufe unabhängig von der ersten Stufe geöffnet werden kann, eine optimale Ladedruckregelung, verhindert eine mögliche Turbinen- und Verdichterbeeinträchtigung und/oder hält eine strikte Emissionssteuerung bei. Diese Steuerung hängt jedoch von dem angemessenen Betrieb sowohl der ersten als auch zweiten Stufe ab. Sollte eine Beeinträchtigung einer der Stufen auftreten, zeigt 5 ein Verfahren 500, das ausgeführt werden kann, um die Steuerung als Reaktion auf die Ladedruckregelklappenbeeinträchtigung aufrecht zu erhalten. Verfahren 500 kann bei Bedingungen ausgeführt werden, bei denen Schwankungen des Ladedrucks nur den Veränderungen der Ladedruckregelklappenposition zuzuschreiben sind, z. B. bei gleichbleibenden Bedingungen.
-
Bei 502 beinhaltet das Verfahren 500 das Überwachen des Ladedrucks als Reaktion auf die Ladedruckregelklappenbetätigung. Wenn sowohl die erste als auch die zweite Stufe zum Öffnen angewiesen werden, müsste sich die Menge an Ladedruck, die von dem Turbolader bereitgestellt wird, verringern; wenn eine Stufe geöffnet und zum Schließen angewiesen wird, sollte die Menge des Ladedrucks zunehmen. Wenn der Ladedruck sich nicht auf eine Weise verändert, die einer Betätigung der Ladedruckregelklappe entspricht, kann die Beeinträchtigung einer der Stufen angezeigt sein. Daher beinhaltet das Verfahren 500 bei 504 das Bestimmen, ob eine Änderung des Ladedrucks von der Ladedruckregelklappenbetätigung abweicht. Wenn zum Beispiel die erste Stufe geöffnet ist, sollte der Ladedruck um eine bestimmte Menge abfallen, die der Position der ersten Stufe entspricht. Wenn der Ladedruck gleich bleibt oder nicht um die erwartete Menge abnimmt, kann dies eine Beeinträchtigung der ersten Stufe angezeigt sein. Wenn die Menge an Ladedruck und Betätigung sich nicht unterscheiden, geht das Verfahren 500 zu 506, wo keine Beeinträchtigung angezeigt ist, und das Verfahren 500 wird beendet.
-
Wenn die Ladedruckmenge und die Betätigungsmenge unterschiedlich sind, geht das Verfahren 500 zu 508, um die Ladedruckregelklappenbeeinträchtigung anzuzeigen und um bei 510 zu bestimmen, ob die erste Stufe der Ladedruckregelklappe beeinträchtigt ist, zum Beispiel, indem bestimmt wird, welche Stufe während der Überwachung von 502 betätigt wurde. Alternativ oder zusätzlich kann die erste und die zweite Stufe zum Schließen angewiesen werden, wobei die erste Stufe danach zum Öffnen angewiesen werden kann und eine folgende Veränderung des Ladedrucks überwacht wird, um zu prüfen, ob die erste Stufe beeinträchtigt ist. Wenn die erste Stufe beeinträchtigt ist, geht Verfahren 500 zu 512, um die Betätigung der zweiten Stufe der Ladedruckregelklappe basierend auf dem Ladedruck und der Katalysatortemperatur zu steuern. Auf diese Weise kann, sogar wenn die erste Stufe beeinträchtigt ist, eine Ladedruckregelung von der zweiten Stufe bereit-gestellt werden; da die zweite Stufe eine Öffnung steuert, die größer ist, als die Öffnung, die von der ersten Stufe gesteuert wird, kann die von der zweiten Stufe bereitgestellte Ladedruckregelung eine gröbere Regelung als die von der ersten Stufe bereitgestellte sein.
-
Wenn die erste Stufe nicht beeinträchtigt ist, wird die zweite Stufe als beeinträchtigt angezeigt, und das Verfahren 500 geht zu 514, um die Betätigung der ersten Stufe der Ladedruckregelklappe basierend auf dem Ladedruck und der Katalysatortemperatur zu steuern. Dies kann das Öffnen der ersten Stufe der Ladedruckregelklappe beinhalten, wenn die Katalysatortemperatur unter dem Schwellenwert liegt (wenn die Katalysatortemperatur zum Beispiel unter der Anspringtemperatur ist), sogar dann, wenn der gemessene Ladedruck nicht größer als der gewünschte Ladedruck ist. Nach 512 bzw. 514 geht das Verfahren 500 zu 516, um einem Bediener des Fahrzeugs die Beeinträchtigung zu melden, zum Beispiel durch Aufleuchten einer Störungsanzeige und/oder durch Einstellen eines Diagnosecodes, der die Beeinträchtigung der ersten und/oder zweiten Stufe der Ladedruckregelklappe anzeigt.
-
Daher stellen die Verfahren und Systeme, die hierin beschrieben werden, ein Verfahren zum Steuern eines Turboladers eines Motors mittels einer Mehrstufen-Ladedruckregelklappe bereit. Das Verfahren beinhaltet während einer ersten Bedingung das Betätigen einer ersten Stufe der Ladedruckregelklappe basierend auf dem Ladedruck, der von dem Turbolader erzeugt wird, sowie das Betätigen einer zweiten Stufe der Ladedruckregelklappe basierend auf einer Temperatur eines Katalysators stromabwärts des Turboladers. Das Verfahren beinhaltet ferner, während einer zweiten Bedingung, das Betätigen der zweiten Stufe der Ladedruckregelklappe basierend sowohl auf dem Ladedruck als auch der Katalysatortemperatur. Die erste Bedingung kann einen Nicht-Beeinträchtigungszustand der Ladedruckregelklappe umfassen und die zweite Bedingung kann eine Beeinträchtigung der ersten Stufe der Ladedruckregelklappe umfassen.
-
Beispielsweise umfasst ein Verfahren während eines ersten Satzes von Bedingungen das Umgehen einer ersten Menge von Abgas an einem Turbolader vorbei über eine erste Öffnung, die von einer ersten Stufe einer Ladedruckregelklappe gesteuert wird, und während eines zweiten Satzes von Bedingungen das Umgehen einer zweiten, größeren Menge von Abgas an dem Turbolader vorbei über eine zweite Öffnung, die von einer zweiten Stufe der Ladedruckregelklappe gesteuert wird.
-
Beispielsweise umfasst ein Motorsystem ein Abgassystem, das eine Turboladerturbine, die stromaufwärts eines Katalysators befindlich ist, eine Zweistufen-Ladedruckregelklappe und eine Steuerung mit Anweisungen aufweist, um, wenn die Katalysatortemperatur über einem Schwellenwert liegt, eine erste Stufe der Zweistufen-Ladedruckregelklappe basierend auf der geschlossenen Zweistufen-Ladedruckregelklappe zu betätigen, und, wenn die Katalysatortemperatur unter dem Schwellenwert liegt, die zweite Stufe der Zweistufen-Ladedruckregelklappe zu öffnen.
-
Man wird zu schätzen wissen, dass die Konfigurationen und Verfahren, die hier offenbart sind, beispielhaft sind, und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinn zu betrachten sind, weil zahlreiche Variationen davon möglich sind. Zum Beispiel kann die oben beschriebene Technologie auf V-6, I-4, I-6, V-12, 4-Boxermotor und andere Motortypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere hierin offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften ein.
-
Die folgenden Ansprüche heben bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen, die als neu und nicht offensichtlich betrachtet werden, hervor. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder ein Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Aufnahme eines oder mehrerer solcher Elemente beinhalten und zwei oder mehrere solcher Elemente weder erforderlich machen noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch die Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch die Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, die im Hinblick auf die ursprünglichen Ansprüche einen breiteren, engeren, den gleichen oder einen anderen Schutzbereich aufweisen, sollen in dem Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten sein.
