DE102013217641A1 - Katalysatorerwärmung mit abgasgegendruck - Google Patents

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Abstract

Es werden Ausführungsformen zum Steuern eines Abgasgegendruckventils bereitgestellt. In einem Beispiel umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Motors das Schließen eines Abgasgegendruckventils als Reaktion auf eine Komponententemperatur, Einstellen eines Einlass- und/oder Ablassventilbetriebs als Reaktion auf das Schließen des Abgasgegendruckventils zum Reduzieren der zylinderinternen Abgasrückführung (EGR) und, während des Schließens des Abgasgegendruckventils, Anzeigen einer Verschlechterung eines Abgasgegendrucksystems, wenn ein bestimmter Motorbetriebsparameter konstant bleibt. Auf diese Weise kann eine Verschlechterung des Abgasgegendrucksystems bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Verbrennungsstabilität diagnostiziert werden.

Description

  • Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Verbrennungsmotor.
  • Katalysatoren, die in dem Ablass von Motoren angeordnet sind, wandeln Emissionen, die während der Verbrennung entstehen, zu Verbindungen um, die in die Atmosphäre abgegeben werden können. Häufig wandeln diese Katalysatoren Emissionen bei hohen Abgastemperaturen am effizientesten um, wodurch bei Motorbedingungen wie Kaltstart und Warmlaufen, wenn der Katalysator sich unter der normalen Betriebstemperatur befindet, Emissionen an dem Katalysator vorbeirutschen. Ein Verfahren zum schnellen Erwärmen des Katalysators schließt das Erhöhen der Temperatur des Abgases, das den Katalysator durchläuft, ein.
  • Ein Beispielsansatz zum Erhöhen der Abgastemperatur wird in der US-Patentanmeldung 2010/0005784 beschrieben. In der genannten Bezugsanmeldung wird ein Abgasgegendruckventil, das in dem Ablass eines Motors angeordnet ist, geschlossen, um die Abgastemperatur für Durchführung der Entschwefelung eines Katalysators zu erhöhen.
  • Die Erfinder hiervon haben jedoch einige Probleme mit dem obigen Ansatz erkannt. Durch das Erhöhen des Abgasgegendrucks durch Schließen des Abgasgegendruckventils kann die Verdünnung der Zylinderfüllung mit verbrannten Gasen erhöht werden, was unter bestimmten Bedingungen zu einer instabilen Verbrennung führen kann. Außerdem kann die verdünnte Zylinderfüllung die Menge der anwendbaren Zündverzögerung einschränken, wodurch die Temperaturerhöhung des Abgases eingeschränkt wird.
  • Entsprechend schließt eine Ausführungsform zum mindestens teilweise Ansprechen der obigen Probleme ein Verfahren zum Betreiben eines Motors ein. Das Verfahren umfasst das Schließen eines Abgasgegendruckventils als Reaktion auf eine Komponententemperatur, Einstellen des Einlass- und/oder Ablassventilbetriebs als Reaktion auf das Schließen des Abgasgegendruckventils zum Reduzieren der zylinderinternen Abgasrückführung und, während des Schließens des Gegendruckventils, Anzeigen der Verschlechterung eines Abgasgegendrucksystems, wenn ein bestimmter Motorbetriebsparameter konstant bleibt.
  • Auf diese Weise kann die Abgastemperatur als Reaktion auf eine Komponententemperatur erhöht werden (z. B. eine Temperatur eines Katalysators, die unter einem Schwellenwert liegt), indem das Abgas durch das Abgasgegendruckventil gedrosselt wird. Außerdem kann die Einlass- und/oder Ablassventilsteuerung zum Reduzieren des Abfangens von Abgasreststoffen in den Zylindern eingestellt werden, wodurch die interne Abgasrückführung (z. B. Verdünnung der Zylinderfüllung) reduziert und die Verbrennungsstabilität erhöht werden. In einigen Beispielen kann die externe Abgasrückführung auch verringert werden, um die Verdünnung der Zylinderfüllung weiter zu reduzieren. Das Schließen des Abgasgegendruckventils kann auch auf Betriebsbedingungen mit hoher Verbrennungsstabilität wie geringe Feuchtigkeit und Höhe beschränkt werden, um eine erhöhte Verbrennungsinstabilität zu vermeiden. Ferner kann die Verschlechterung des Abgasgegendrucksystems während der Bewegung des Ventils überwacht werden, während gleichzeitig die Verbrennungsstabilität aufrechterhalten wird.
  • Die vorliegende Offenbarung kann verschiedene Vorteile bieten. Zum Beispiel kann die schnelle Katalysatorerwärmung ohne Beeinträchtigung der Verbrennungsstabilität erreicht werden, wodurch verschlechterte Abgasemissionen und mögliche Fehlzündungen vermieden werden. Durch das schnelle Erwärmen des Katalysators können Abgasemissionen während Motor-Kaltstarts reduziert werden. Außerdem kann durch das Aufrechterhalten einer relativ geringen Verdünnung sogar bei geschlossenem Abgasgegendruckventil der Zündzeitpunkt weiter verzögert werden, um die Abgastemperatur zu erhöhen. Ferner kann durch die Diagnose des Abgasgegendrucksystems basierend auf Veränderungen bei ausgewiesenen Betriebsbedingungen, bei denen sich das Abgasgegendruckventil bewegt, die Verschlechterung des Systems schnell erkannt werden und, wenn sich das System verschlechtert, können zusätzliche Mechanismen zum Erwärmen des Katalysators eingesetzt werden.
  • Die oben genannten Vorteile und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung allein 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.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Motors.
  • 2 ein Beispiel einer variablen Ventilsteuerung.
  • 3 ein Flussdiagramm, das ein Beispielsverfahren zum Einstellen eines Abgasgegendruckventils darstellt.
  • 4 ein Flussdiagramm, das ein Beispielsverfahren zur Diagnose eines Abgasgegendrucksystems darstellt.
  • 5 ein Schaubild, das Beispielventilsteuerungen für mehrere Betriebsbedingungen darstellt.
  • 6 ein Diagramm, das Beispielbetriebsparameter während einer Einstellung eines Abgasgegendruckventils darstellt.
  • Während eines Motor-Kaltstarts können Abgasemissionen an die Atmosphäre abgegeben werden, bevor ein Katalysator, der in dem Motorablass angeordnet ist, die Betriebstemperatur erreicht. Ein Mechanismus zum schnellen Erwärmen des Katalysators schließt das Schließen eines Abgasgegendruckventils zum Drosseln des Abgases ein, wodurch die Temperatur des Abgases, das den Katalysator durchläuft, erhöht wird. Diese Drosselung des Abgases kann jedoch die Verdünnung der Zylinderfüllung mit verbrannten Gasen erhöhen, wodurch die Verbrennungsstabilität verschlechtert wird und die Menge der anwendbaren Zündverzögerung eingeschränkt wird. Zum Reduzieren der Verdünnung der Zylinderfüllung kann das Schließen des Abgasgegendruckventils auf Bedingungen einer hohen Verbrennungsstabilität eingeschränkt werden, wie geringe Feuchtigkeit, geringe Höhe, Kraftstoff mit hoher Volatilität usw. Ferner können die Einlass- und Ablassventilüberschneidung eingeschränkt werden, um die interne Abgasrückführung (EGR) zu reduzieren, und die externe EGR kann deaktiviert werden, sodass die effektive EGR eingeschränkt wird. Wenn angezeigt, kann die Zündverzögerungsmenge reduziert werden, um die Verbrennungsstabilität weiter aufrechtzuerhalten.
  • Wenn das Abgasgegendruckventil öffnet oder schließt, können verschiedene Betriebsparameter überwacht werden, um sicherzustellen, dass sich das Abgasgegendrucksystem nicht verschlechtert. Zum Beispiel kann bei Konstanthalten der Motordrehzahl die Veränderung des Krümmerdrucks oder der Drosselklappenposition überwacht werden, wenn das Abgasgegendruckventil geöffnet oder geschlossen wird, und eine Verschlechterung angezeigt werden, wenn der Druck oder die Drosselklappenposition konstant bleiben.
  • 1 und 2 sind Beispielsmotordiagramme, die ein Abgasgegendruckventil, ein variables Ventilsteuerungssystem und eine Motorsteuerung einschließen und die zum Ausführen der in 3 und 4 dargestellten Verfahren konfiguriert sind. 5 und 6 zeigen Beispielventilereignisse und Motorbetriebsparameter bei der Ausführung der oben genannten Verfahren.
  • Mit Bezug auf 1 schließt dieses ein schematisches Diagramm ein, das einen Zylinder eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors 10 zeigt. Motor 10 kann zumindest teilweise von einem Steuersystem mit einer Steuerung 12 und durch Eingabe eines Fahrzeugbedieners 132 über eine Eingabevorrichtung 130 gesteuert werden. In diesem Beispiel beinhaltet die Eingabevorrichtung 130 ein Beschleunigungspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP.
  • Der Verbrennungszylinder 30 von Motor 10 kann Verbrennungszylinderwände 32 mit dem Kolben 36 darin angeordnet einschließen. Der Kolben 36 kann an der 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 gekoppelt sein. Ferner kann ein Startermotor mit der Kurbelwelle 40 über ein Schwungrad gekoppelt sein, um einen Startbetrieb des Motors 10 zu ermöglichen.
  • Der Verbrennungszylinder 30 kann die Einlassluft von dem Einlasskrümmer 44 über den Einlassdurchgang 42 erhalten und die Verbrennungsgase über den Ablasskanal 48 ausstoßen. Der Einlasskrümmer 44 und der Ablasskanal 48 können selektiv über das entsprechende Einlassventil 52 oder Ablassventil 54 mit dem Verbrennungszylinder 30 in Kommunikation stehen. In einigen Ausführungsformen kann der Verbrennungszylinder 30 zwei oder mehrere Einlassventile und/oder zwei oder mehrere Ablassventile enthalten.
  • In diesem Beispiel können das Einlassventil 52 und die Ablassventile 54 durch Nockenbetätigung der entsprechenden Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 gesteuert werden. Die Nockenansteuerungssysteme 51 und 53 können jeweils einen oder mehrere Nocken aufweisen und ein oder mehrere Systeme mit Nockenprofilschaltung (CPS), variabler Nockenwellensteuerung (VCT), variabler Ventilsteuerung (VVT) und/oder variabler Ventilhubsteuerung (VVL) benutzen, die von der Steuerung 12 zum Variieren des Ventilbetriebs betrieben werden können. In einem Beispiel kann der Ventilbetrieb als Reaktion auf oder in Koordination mit dem Schließen eines Abgasgegendruckventils 150 eingestellt werden. In einem Beispiel kann der Ventilbetrieb zur gleichen Zeit oder innerhalb einer Schwellenwertzeit davon eingestellt werden, in der das Abgasgegendruckventil geschlossen wird. Zusätzliche Ausführungen im Hinblick auf das Einstellen des Ventilbetriebs werden unten mit Bezug auf 2 vorgestellt. Der Zeitpunkt für den Einlassnocken 51 und Ablassnocken 53 kann von den Positionssensoren 55 bzw. 57 bestimmt werden. In alternativen Ausführungsformen können das Einlassventil 52 und/oder das Ablassventil 54 durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Zum Beispiel kann der Zylinder 30 alternativ ein Einlassventil beinhalten, das über die elektrische Ventilbetätigung gesteuert wird, und ein Ablassventil, das über die Nockenbetätigung mit CPS- und/oder VCT-System gesteuert wird.
  • Der Kraftstoffeinspritzer 66 ist direkt mit dem Verbrennungszylinder 30 zum Einspritzen von Kraftstoff direkt dort hinein gekoppelt, je nach der Pulsweite des Signals FPW, das von der Steuerung 12 über den Elektroantrieb 68 erhalten wird. Auf diese Weise stellt der Kraftstoffeinspritzer 66 die sogenannte Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Verbrennungszylinder 30 bereit. Der Kraftstoffeinspritzer kann zum Beispiel an der Seite des Verbrennungszylinders oder an der Oberseite des Verbrennungszylinders angebracht sein. Der Kraftstoff kann dem Kraftstoffeinspritzer 66 über ein Kraftstoffabgabesystem (nicht dargestellt) zugeführt werden, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und einen Kraftstoffzuteiler aufweist. In einigen Ausführungsformen kann der Verbrennungszylinder 30 alternativ oder zusätzlich einen Kraftstoffeinspritzer aufweisen, der in dem Einlasskanal 42 in einer Konfiguration angeordnet ist, die das bereitstellt, was gemeinhin als Saugrohreinspritzung von Kraftstoff in das Saugrohr stromaufwärts des Verbrennungszylinders 30 bekannt ist.
  • Der Einlasskanal 42 kann eine Drosselklappe 62 einschließen, die eine Drosselklappenscheibe 64 aufweist. In diesem bestimmten Beispiel kann die Position der Drosselklappe 64 von einer Steuerung 12 mittels eines Signals variiert werden, das einem Elektromotor oder Aktor bereitgestellt wird, die in der Drosselklappe 62 enthalten sind, in einer Konfiguration, die allgemein als elektronische Drosselklappensteuerung (ETC) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann die Drosselklappe 62 zum Variieren der Einlassluft, die dem Verbrennungszylinder 30 und anderen Motorzylindern bereitgestellt wird, betrieben werden. Der Einlasskanal 42 kann einen Luftmassenmesser 120 und einen Krümmerluftdrucksensor 122 zum Bereitstellen der entsprechenden MAF- und MAP-Signale an die Steuerung 12 aufweisen.
  • Das Zündungssystem 88 kann in ausgewählten Betriebsarten mithilfe der Zündkerze 92 einen Zündfunken an die Verbrennungskammer 30 als Reaktion auf ein Frühzündungssignal SA aus der Steuerung 12 bereitstellen. Obgleich die Zündungskomponenten dargestellt sind, können in einigen Ausführungsformen die Verbrennungskammer 30 oder eine oder mehrere andere Verbrennungskammern des Motors 10 in einem Verdichtungszündmodus mit oder ohne einen Zündfunken betrieben werden. Der Abgassensor 126 ist mit dem Ablasskanal 48 stromaufwärts des Katalysators 70 gekoppelt dargestellt. Der Sensor 126 kann jeder geeignete Sensor zum Bereistellen einer Anzeige eines Abgasluft-/Kraftstoffverhältnisses wie eine lineare Lambdasonde oder Breitband-Lambdasonde (universale oder Breitband-Abgas-Lambdasonde), eine Zweistufen-Lambdasonde oder EGO, eine HEGO (erhitzte EGO), ein NOx-, HC- oder CO-Sensor sein. Das Abgassystem kann Anspringkatalysatoren und Unterbaukatalysatoren sowie den Ablasskrümmer und stromaufwärts und/oder stromabwärts befindliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren aufweisen. Der Katalysator 70 kann in einem Beispiel mehrere Katalysatorträger („Bricks“) aufweisen. In einem anderen Beispiel können mehrere Emissionskontrollvorrichtungen, die jeweils mehrere Katalysatorträger aufweisen, verwendet werden. Der Katalysator 70 kann in einem Beispiel ein Dreiwegekatalysator sein. In anderen Beispielen kann der Katalysator 70 ein Oxidationskatalysator, ein Mager-Stickstoffabscheider, eine selektive katalytische Reduktionsvorrichtung (SCR-Vorrichtung), ein Partikelfilter oder eine andere Abgasbehandlungsvorrichtung sein. Ein Abgasgegendruckventil 150 ist in dem Ablasskanal stromabwärts des Katalysators 70 angeordnet (oder kann alternativ stromaufwärts des Katalysators 70 angeordnet sein). Das Abgasgegendruckventil 150 kann während der meisten Motorbetriebsbedingungen in einer vollständig geöffneten Position gehalten werden, kann aber zum Schließen zum Erwärmen des Abgases unter bestimmten Bedingungen konfiguriert sein. In einigen Ausführungsformen kann das Abgasgegendruckventil 150 zwei Einschränkungsstufen aufweisen: vollständig geöffnet und vollständig geschlossen. In anderen Ausführungsformen kann das Abgasgegendruckventil 150 für mehrere Einschränkungsstufen variabel einstellbar sein. Die Position des Abgasgegendruckventils 150 kann von der Steuerung 12 reguliert werden. Wie hier verwendet, kann sich geschlossenes Abgasgegendruckventil auf einen vollständig geschlossenen Status des Abgasgegendruckventils beziehen oder eine halb geschlossene Position betreffen, wobei das Abgas um das Ventil herumströmen kann, wobei aber dennoch der Druck und/oder die Strömungsrate des Abgases verändert wird.
  • Ferner kann in den offenbarten Ausführungsformen ein Abgasrückführungssystem (EGR-System) einen gewünschten Anteil von Abgas aus dem Ablasskanal 48 zu dem Einlasskanal 42 über den EGR-Kanal 140 leiten. Die Menge von EGR, die dem Einlasskrümmer 42 bereitgestellt wird, kann von der Steuerung 12 über das EGR-Ventil 142 variiert werden. Ferner kann ein EGR-Sensor 144 in dem EGR-Kanal angeordnet sein und eine Anzeige eines oder mehrerer der Folgenden bereitstellen: Druck, Temperatur, Strömungsrate und Abgaskonzentration. Ein EGR-Kühler 146 kann in dem EGR-Kanal 140 angeordnet sein, um das zurückgeführte Abgas vor dem Erreichen des Einlasskanals 42 zu kühlen. Unter einigen Bedingungen kann das EGR-System zum Regulieren der Temperatur des Luft- und Kraftstoffgemisches in der Verbrennungskammer verwendet werden. Ferner kann während einiger Bedingungen ein Anteil der Verbrennungsgase durch Steuern der Ventilsteuerung in der Verbrennungskammer gehalten oder gefangen werden, wie durch Steuern eines variablen Ventilsteuerungsmechanismus.
  • 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 einem Datenbus beinhaltet. Die Steuerung 12 kann zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Signalen und Informationen verschiedene Signale von den Sensoren empfangen, die mit dem Motor 10 gekoppelt sind, einschließlich die Messung des induzierten Luftmassenstroms (MAF) von dem Luftmassensensor 120; der Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von dem Temperatursensor 112, der mit der Kühlhülse 114 gekoppelt ist; des Profilzündungsaufnahmesignals (PIP) aus dem Halleffektsensor 118 (oder einem anderen Typ), der mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt ist; der Drosselklappenposition (TP) von einem Drosselklappenpositionssensor, und des absoluten Krümmerdrucksignals MAP vom Sensor 122. Das schreibgeschützte Speichermedium 106 kann mit computerlesbaren Daten programmiert werden, die von dem Prozessor 102 zum Ausführen der unten beschriebenen Verfahren sowie anderen Varianten davon ausführbar sind.
  • Wie oben beschrieben, zeigt 1 nur einen Zylinder eines mehrzylindrigen Motors, und jeder Zylinder kann auf ähnliche Weise seinen eigenen Satz Einlass- und Ablassventile, Kraftstoffeinspritzer, Zündkerze usw. aufweisen.
  • 2 zeigt eine Beispielausführungsform eines Motors 200, der eine Steuerung 202, eine variable Nockenwellensteuerung (VCT) 232 und einen Motorblock 206 mit mehreren Zylindern 210 aufweist. Der Motor 200 kann ein Beispiel eines Motors 10 wie in 1 beschrieben sein. Der Motor 200 weist hier einen Einlasskrümmer 266 auf, der zum Abgeben von Einlassluft und/oder Kraftstoff an die Zylinder 210a bis d konfiguriert ist, sowie einen Ablasskrümmer 268, der zum Ablassen der Verbrennungsprodukte aus den Zylindern 210 konfiguriert ist. Der Umgebungsluftstrom kann in das Einlasssystem durch den Einlassluftkanal 260 eintreten, wobei die Strömungsrate und/oder der Druck der Einlassluft mindestens teilweise von einer Hauptdrosselklappe (nicht dargestellt) gesteuert werden kann.
  • Der Motorblock 206 schließt mehrere Zylinder 210a bis d (hierin vier) ein. In dem dargstellten Beispiel befinden sich alle Zylinder auf einer gemeinsamen Motorbank. In alternativen Ausführungsformen können die Zylinder auf mehrere Bänke verteilt sein. Zum Beispiel können die Zylinder 210a bis b auf einer ersten Bank sein, während die Zylinder 210c bis d auf einer zweiten Bank sein können. Die Zylinder 210a bis d können jeweils eine Zündkerze und einen Kraftstoffeinspritzer zum Abgeben von Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer aufweisen, wie oben für 1 beschrieben. Auch können die Zylinder 210a bis d jeweils von einem oder mehreren Ventilen bedient werden. In dem vorliegenden Beispiel schließt jeder Zylinder 210a bis d ein entsprechendes Einlassventil 212 und ein Abgasventil 222 ein. Wie unten erläutert, weist der Motor 200 ferner eine oder mehrere Nockenwellen 238, 240 auf, wobei jede Nockenwelle betätigt werden kann, um die Einlass- und/oder Ablassventile der mehreren Zylinder, die mit einer gemeinsamen Nockenwelle gekoppelt sind, zu betreiben.
  • Jedes Einlassventil 212 kann zwischen einer offenen Position, die es Einlassluft ermöglicht, in den entsprechenden Zylinder zu gelangen, und einer geschlossenen Position, welche Einlassluft im Wesentlichen von dem Zylinder abblockt, betätigt werden. Ferner zeigt 2, wie die Einlassventile 212 der Zylinder 210a bis d von einer gemeinsamen Einlassnockenwelle 238 betätigt werden können. Die Einlassnockenwelle 238 kann in dem Einlassventilsystem 214 enthalten sein. Die Einlassnockenform 238 weist Einlassnockenformen 216 auf, die ein Hubprofil zum Öffnen der Einlassventile 212 für eine vorbestimmte Einlassdauer aufweisen. In einigen Ausführungsformen (nicht dargestellt), kann die Nockenwelle zusätzliche Einlassnockenformen mit einem alternativen Hubprofil aufweisen, die den Einlassventilen 212 ermöglicht, für einen wechselnden Hub und/oder Dauer geöffnet zu werden (hierin auch als Nockenprofilschaltsystem bezeichnet). Basierend auf dem Hubprofil der zusätzlichen Nockenform kann die alternative Dauer länger oder kürzer als die definierte Einlassdauer der Einlassnockenform 216 sein. Das Hubprofil kann die Nockenhubhöhe, die Nockendauer, Öffnungszeitpunkt und/oder Schließzeitpunkt beeinflussen. Eine Steuerung kann die Einlassventildauer durch Bewegen der Einlassnockenwelle 238 längs und Schalten zwischen Nockenwellenprofilen umschalten.
  • Auf die gleiche Art und Weise kann jedes Ablassventil 222 zwischen einer offenen Position betätigt werden, die es ermöglicht, dass Abgas aus dem entsprechenden Zylinder strömen kann, und einer geschlossenen Position, in der das Gas im Wesentlichen in dem Zylinder zurückgehalten wird. Ferner zeigt 2, wie die Ablassventile 222 der Zylinder 210a bis d von einer gemeinsamen Ablassnockenwelle 240 betätigt werden können. Die Ablassnockenwelle 240 kann in dem Ablassventilbetätigungssystem 224 enthalten sein. Die Ablassnockenform 240 weist Ablassnockenformen 226 auf, die ein Hubprofil zum Öffnen der Ablassventile 222 für eine vorbestimmte Ablassdauer aufweisen. In einigen Ausführungsformen (nicht dargestellt) kann die Nockenwelle zusätzliche Ablassnockenformen mit einem wechselnden Hubprofil aufweisen, die den Ablassventilen 222 ermöglichen, einen alternativen Hub und/oder Dauer geöffnet zu werden. Basierend auf dem Hubprofil der zusätzlichen Nockenform kann die alternative Dauer länger oder kürzer als die definierte Ablassdauer der Ablassnockenform 226 sein. Das Hubprofil kann die Nockenhubhöhe, die Nockendauer, Öffnungszeitpunkt und/oder Schließzeitpunkt beeinflussen. Eine Steuerung kann die Ablassventildauer durch Bewegen der Ablassnockenwelle 240 längs und Schalten zwischen Nockenwellenprofilen umschalten.
  • Während das dargestellte Beispiel eine gemeinsamen Einlassnockenwelle 238 zeigt, die mit den Einlassventilen jedes Zylinders 210a bis d gekoppelt ist, und eine gemeinsame Ablassnockenwelle 240, die mit den Ablassventilen jedes Zylinders 210a bis d gekoppelt ist, wird man verstehen, dass in alternativen Ausführungsformen die Nockenwellen mit Zylinderuntersätzen gekoppelt sein können und mehrere Einlass- und/oder Ablassnockenwellen aufweisen können. Zum Beispiel kann eine erste Einlassnockenwelle mit den Einlassventilen eines ersten Untersatzes Zylinder (z. B. mit den Zylindern 210a bis b gekoppelte) gekoppelt sein, während eine zweite Einlassnockenwelle mit den Einlassventilen eines zweiten Untersatzes Zylinder (z. B. mit den Zylindern 210c bis d gekoppelte) gekoppelt sein kann. Genauso kann eine erste Ablassnockenwelle mit den Ablassventilen eines ersten Untersatzes Zylinder (z. B. mit den Zylindern 210a bis b gekoppelte) gekoppelt sein, während eine zweite Ablassnockenwelle mit den Ablassventilen eines zweiten Untersatzes Zylinder (z. B. mit den Zylindern 210c bis d gekoppelte) gekoppelt sein kann. Es können auch eines oder mehrere Einlassventile und Ablassventile mit jeder Nockenwelle gekoppelt sein. Der Zylinderuntersatz, der mit der Nockenwelle gekoppelt ist, kann auf der Position davon entlang des Motorblocks 206, ihrer Abfeuerungsreihenfolge, Motorkonfiguration usw. basieren.
  • Das Einlassventilbetätigungssystem 214 und Ablassventilbetätigungssystem 224 können ferner Druckstangen, Kipparme, Rollenstößel usw. einschließen. Solche Vorrichtungen und Merkmale können die Betätigung der Einlassventile 212 und der Ablassventile 222 durch Umwandeln der Drehbewegung der Nocken in eine Übersetzungsbewegung der Ventile steuern. Wie zuvor beschrieben, können die Ventile auch über zusätzliche Nockenformprofile auf den Nockenwellen betätigt werden, wobei die Nockenformprofile zwischen den unterschiedlichen Ventilen das Variieren der Nockenhubhöhe, Nockendauer und/oder Nockenwellensteuerung bereitstellen können. Es können jedoch auch alternative Nockenwellenanordnungen (Überkopf und/oder Stoßstange) verwendet werden, wenn gewünscht. Ferner können in einigen Beispielen die Zylinder 210a bis d jeweils mehr als ein Ablassventil und/oder Einlassventil aufweisen. In noch anderen Beispielen kann jedes von Ablassventil 222 und Einlassventil 212 eines oder mehrerer Zylinder von einer gemeinsamen Nockenwelle betätigt werden. Noch weiter können in einigen Beispielen einige der Einlassventile 212 und/oder Ablassventile 222 von ihrer eigenen unabhängigen Nockenwelle oder anderen Vorrichtdung betätigt werden.
  • Der Motor 200 kann variable Ventilsteuerungssysteme einschließen, zum Beispiel das variable Nockenwellensteuerungs-VCT-System 232. Das VCT-System 232 kann ein doppelte unabhängiges variables Nockenwellensteuersystem sein, um die Einlassventilsteuerung und Ablassventilsteuerung unabhängig voneinander zu verändern. Das VCT-System 232 weist einen Einlassnockenwellenversteller 234 auf, der mit der gemeinsamen Einlassnockenwelle 238 zum Verändern der Einlassventilsteuerung gekoppelt ist, und einen Ablassnockenwellenversteller 236, der mit der gemeinsamen Ablassnockenwelle 240 zum Verändern der Ablassventilsteuerung gekoppelt ist. Das VCT-System 232 kann zum Vorziehen oder Verzögern der Ventilsteuerung durch Vorziehen oder Verzögern der Nockenwellensteuerung konfiguriert sein, und über die Signalleitungen von der Steuerung 202 gesteuert werden. Das VCT-System 232 kann zum Variieren des Zeitpunkts der Ventilöffnungs- und -schließereignisse durch Variieren der Beziehung zwischen der Kurbelwellenposition und der Nockenwellenposition konfiguriert sein. Zum Beispiel kann das VCT-System 232 zum Drehen der Einlassnockenwelle 238 und/oder Ablassnockenwelle 240 unabhängig von der Kurbelwelle konfiguriert sein, um zu bewirken, dass die Ventilsteuerung vorgezogen oder verzögert wird. In einigen Ausführungsformen kann das VCT-System 232 eine nockenwellendrehmomentbetätigte Vorrichtung sein, die zum schnellen Variieren der Nockenwellensteuerung konfiguriert ist. In einigen Ausführungsformen kann die Ventilsteuerung wie Einlassventilschließen (IVC) und Ablassventilschließung (EVC) durch eine stufenlose Ventilhubvorrichtung (CVVL-Vorrichtung) variiert werden.
  • Ein variables Ventilsteuerungssystem kann zum Öffnen eines ersten Ventils zu einem ersten Zeitpunkt während eines ersten Betriebsmodus konfiguriert sein. Der erste Betriebsmodus kann vorliegen, wenn eine Motorkomponententemperatur über einem Schwellenwert liegt (z. B. eines Katalysatorwandlers). Ferner kann das variable Ventilsteuerungssystem zum Öffnen des ersten Ventils während eines zweiten Betriebsmodus zu einem zweiten Zeitpunkt, der früher als der erste Zeitpunkt ist, konfiguriert sein. Der zweite Betriebsmodus kann vorliegen, wenn die Komponententemperatur unter dem Schwellenwert liegt. Alternativ oder zusätzlich kann das variable Ventilsteuerungssystem zum Öffnen des ersten Ventils für eine erste Dauer während des ersten Betriebmodus konfiguriert sein, und zum Öffnen des ersten Ventils für eine zweite, kürzere Dauer während des zweiten Betriebsmodus. In einem Beispiel kann das erste Ventil ein Ablassventil sein, und das variable Ventilsteuerungssystem kann zum Schalten zwischen Ventilsteuerungen des Ablassventils konfiguriert sein, um die positive Ventilüberschneidung zwischen dem Ablassventil und dem Einlassventil zu reduzieren. Das variable Ventilsteuerungssystem kann zum Schalten des Zeitpunkts des Öffnens und/oder Schließens des Einlassventils zusätzlich oder alternativ zu dem Einstellen des Ablassventilzeitpunkts konfiguriert sein.
  • Die Ventil-/Nockenwellensteuerungsvorrichtungen und -systeme, die oben beschrieben wurden, können hydraulisch, elektrisch oder in einer Kombination daraus betätigt werden. In einem Beispiel kann die Position der Nockenwelle über die Nockenphaseneinstellung eines elektrischen Aktors (z. B. ein elektrisch betätigter Nockenversteller) mit einer Zuverlässigkeit verändert werden, die die meisten hydraulisch betätigten Nockenversteller übertrifft. Signalleitungen können Steuersignale ausgeben und eine Nockenwellensteuerung und/oder Nockenauswahlmessung von dem VCT-System 232 erhalten.
  • In dem dargestellten Beispiel beeinflusst eine Änderung der Position der Einlassnockenwelle 238 die Einlassventilposition und -steuerung aller Zylinder, weil die Einlassventile aller Zylinder 210a bis d von einer gemeinsamen Nockenwelle betätigt werden. Auf die gleiche Weise beeinflusst eine Änderung der Position der Ablassnockenwelle 240 die Ablassventilposition und -steuerung aller Zylinder, weil die Ablassventile aller Zylinder 210a bis d von einer gemeinsamen Nockenwelle betätigt werden. Zum Beispiel zieht eine Änderung der Position der Einlass- und/oder Ablassnockenwelle die (Einlass- oder Ablass-) Ventilsteuerung eines ersten Zylinders 210a vor und zieht damit gleichzeitig auch die (Einlass- und Ablass-) Ventilsteuerung der übrigen Zylinder 210b bis d vor. Dennoch kann die Einstellung der Ventilsteuerung an einem oder mehreren Zylindern unabhängig von der Ventilsteuerung der restlichen Zylinder durchgeführt werden.
  • Wie oben beschrieben, zeigt 2 ein nicht einschränkendes Beispiel eines Verbrennungsmotors und die zugehörigen Einlass- und Ablasssysteme. Man wird verstehen, dass in einigen Ausführungsformen der Motor mehr oder weniger Verbrennungszylinder, Steuerventile, Drosselklappen und Verdichtungsvorrichtungen, aufweisen kann, unter anderem. Beispielmotoren können Zylinder aufweisen, die in einer V-Konfiguration angeordnet sind. Ferner kann eine erste gemeinsame Nockenwelle die Ventile für einen ersten Zylindersatz auf einer ersten Bank steuern, während eine zweite Nockenwelle die Ventile für einen zweiten Zylindersatz auf einer zweiten Bank steuern kann. Das heißt, dass eine gemeinsame Nockenwelle eines Nockenbetätigungssystems (z. B. eines VCT-Systems) zum Steuern des Ventilbetriebs einer Zylindergruppe verwendet werden kann.
  • Daher zeigt 2 variable Ventilsteuerungssysteme, die zum Einstellen der Einlassventilöffnungs-, Einlassventilschließ-, Ablassventilöffnungs- und Ablassventilschließereignisse eines oder mehrerer Zylinder eines Motors verwendet werden können. Wie unten näher beschrieben, kann die Ventilsteuerung vor, während oder nach dem Öffnen oder Schließen eines Abgasgegendruckventils zum Einstellen der Verdünnungsmenge eingestellt werden, die in der Zylinderfüllung vorhanden ist. In einem Beispiel kann die Einlass- und Ablassventilsteuerung basierend auf der Motordrehzahl und -last eingestellt werden, um die Einlasseffizienz und interne EGR (die Motoremissionen wie Stickoxid reduzieren kann) zu optimieren. Als Reaktion auf das Schließen des Abgasgegendruckventils kann die Ventilsteuerung zum Reduzieren der internen EGR zum Aufrechterhalten der Verbrennungsstabilität eingestellt werden.
  • In einigen Ausführungsformen können die Motorsysteme, die oben in Bezug auf 1 und 2 beschrieben wurden, ein System bereitstellen, das einen Motor umfasst, der ein variables Nockenwellensteuerungssystem; einen Katalysator, der in einem Motorablass angeordnet ist; ein Abgasgegendruckventil, das stromabwärts des Katalysators angeordnet ist; und eine Steuerung, die Anweisungen zum Schließen des Abgasgegendruckventils aufweist, wenn eine Temperatur des Katalysators unter einem Schwellenwert liegt, sowie zum Einstellen des variablen Nockenwellensteuerungssystems zum Reduzieren der Einlass- und Ablassventilüberschneidung als Reaktion auf das Schließen des Abgasgegendruckventils aufweisen.
  • Die Steuerung kann weitere Anweisungen zum Vorziehen des Zündzeitpunkts als Reaktion auf das Schließen des Abgasgegendruckventils aufweisen. Das System kann ferner ein EGR-System zum Leiten von Abgas zu einem Einlass des Motors umfassen, und die Steuerung kann ferner Anweisungen zum Schließen eines EGR-Ventils des EGR-Systems aufweisen, wenn das Abgasgegendruckventil geschlossen wird. Die Steuerung kann ferner Anweisungen zum Öffnen des Abgasgegendruckventils aufweisen, wenn die Temperatur des Katalysators über dem Schwellenwert liegt. Die Steuerung kann Anweisungen zum Einstellen des variablen Nockenwellensteuerungssystems zum Reduzieren der positiven Einlass- und Ablassventilüberschneidung in einem Beispiel aufweisen und Anweisungen zum Einstellen des variablen Nockenwellensteuerungssystem zum Reduzieren der negativen Einlass- und Ablassventilüberschneidung in einem anderen Beispiel aufweisen.
  • In anderen Ausführungsformen umfasst ein System einen Motor, der Folgendes aufweist: ein variables Nockenwellensteuerungssystem; einen Katalysator, der in einem Motorablass angeordnet ist; ein Abgasgegendruckventil, das stromabwärts des Katalysators angeordnet ist; und eine Steuerung, die Anweisungen zum Schließen Abgasgegendruckventils aufweist, wenn die Temperatur des Katalysators unter einem Schwellenwert liegt und als Reaktion auf das Schließen des Abgasgegendruckventils, Einstellen des variablen Nockenwellensteuerungssystems zum Reduzieren der Einlass- und Ablassventilüberschneidung und Anzeigen der Verschlechterung des Abgasgegendruckventils basierend auf der Kurbelwellenbeschleunigung.
  • Die Steuerung kann Anweisungen aufweisen, um die Verschlechterung anzuzeigen, wenn sich die Kurbelwellenbeschleunigung nicht verändert, während das Abgasgegendruckventil schließt. Die Steuerung kann auch Anweisungen zum Vorziehen des Zündzeitpunkts als Reaktion auf das Schließen des Abgasgegendruckventils aufweisen. Das System kann ferner ein EGR-System zum Leiten von Abgas zu einem Einlass des Motors umfassen, und die Steuerung kann ferner Anweisungen zum Schließen eines EGR-Ventils des EGR-Systems aufweisen, wenn das Abgasgegendruckventil schließt. Die Steuerung kann ferner Anweisungen zum Öffnen des Abgasgegendruckventils aufweisen, wenn die Temperatur des Katalysators über dem Schwellenwert liegt. Die Steuerung kann ferner Anweisungen zum Anzeigen der Verschlechterung des Abgasgegendruckventils aufweisen, wenn sich die Kurbelwellenbeschleunigung beim Öffnen des Abgasgegendruckventils nicht verändert.
  • Mit Bezug auf 3 wird ein Verfahren 300 zum Steuern eines Abgasgegendruckventils vorgestellt. Das Verfahren 300 wird von einer Steuerung wie Steuerung 12 oder Steuerung 202 ausgeführt, gemäß den darin gespeicherten Anweisungen. Das Verfahren 300 kann die Position eines Abgasgegendruckventils wie Ventil 150 als Reaktion auf die Betriebsbedingungen des Motors einstellen, die basierend auf der Rückmeldung von verschiedenen Motorsensoren bestimmt werden kann.
  • Bei 302 beinhaltet das Verfahren 300 das Bestimmen, ob die Komponententemperatur unter einem Schwellenwert liegt. Die Komponententemperatur kann die Temperatur des Katalysators 70 sein, der in dem Motorablass angeordnet ist. Andere Komponententemperaturen, die beurteilt werden können, sind die des Motors oder anderer Emissionskontrollvorrichtungen. Die Schwellenwerttemperatur kann die Anspringtemperatur des Katalysators oder die warme Betriebstemperatur des Motors oder die Temperatur sein, bei der ein Start-Stopp des Motors ausführbar ist, oder kann eine andere geeignete Temperatur sein. In einigen Beispielen kann bestimmt werden, dass die Komponente unter der Schwellenwerttemperatur betrieben wird, die auf der Überwachung der derzeitigen Temperatur der Komponente oder des Abgases basiert. In einigen Beispielen kann jedoch geschätzt werden, dass, basierend auf den Motorbetriebsbedingungen, die Komponente unter der Schwellenwerttemperatur liegt. Zum Beispiel kann während eines Motor-Kaltstarts angenommen werden, dass der Katalysator unter der Anspringtemperatur betrieben wird. Daher kann, wenn der Motor gerade gestartet wurde oder gerade gestartet wird, eine Motortemperatur Umgebungstemperatur sein und es kann bestimmt werden, dass der Motor bei einem Kaltstart und damit einer geringen Katalysatortemperatur betrieben wird. In einem anderen Beispiel kann eine Abgasbehandlungsvorrichtung, wie ein Partikelfilter, ein Regenerierungsereignis durchlaufen, bei dem die Temperatur des Filters erhöht wird, um angesammelte Partikel zu verbrennen. Daher kann, wenn bestimmt wird, dass eine Komponente regeneriert wird, bestimmt werden, dass die Komponente unter der Schwellenwerttemperatur liegt, um die Regenerierung durchzuführen.
  • Wenn die Komponententemperatur nicht unter dem Schwellenwert liegt, ist die Erwärmung des Abgases nicht angezeigt und das Verfahren 300 geht zu 304, um das Abgasgegendruckventil (EBV) in der vollständig geöffneten Position zu halten (welche die Standardposition für das EBV beim Starten des Motors sein kann). Bei 306 können der derzeitige Zündzeitpunkt und EGR-Mengen aufrechterhalten werden. Der derzeitige Zündzeitpunkt und die EGR-Mengen können auf den Betriebsbedingungen basieren, wie Motordrehzahl und -last. Bei 308 werden die Einlass- und Ablassventilsteuerungseinstellungen, die für die interne EGR und Drehmoment oder andere Parameter optimiert sind, benutzt. Die Ventilsteuerung kann auch basierend auf der Motordrehzahl und -last oder auf anderen Betriebsbedingungen eingestellt werden. Verfahren 300 wird dann beendet.
  • Zurück bei 302 geht das Verfahren 300, wenn bestimmt wird, dass die Komponente unter der Schwellenwerttemperatur betrieben wird, zu 310, um zu bestimmen, ob der Luftdruck über einem Schwellenwert liegt. Der Schwellenwert-Luftdruck kann ein Druck sein, unter dem der Motor die gewünschte Motordrehzahl und/oder -drehmoment mit geschlossenem EBV und verzögertem Zündzeitpunkt nicht erreichen kann. Zum Beispiel kann der Motor die hohe Leerlaufdrehzahl mit dem Getriebe im Fahrmodus und bestimmtem aktivierten Zubehör nicht erreichen, wenn das EBV geschlossen ist und die Zündung verzögert wird, um den Katalysator zu erwärmen. Der Luftdruck kann von einem Drucksensor gemessen werden, der den Druck der Luft misst, die in das Einlasssystem des Motors gelangt. In anderen Ausführungsformen kann der Luftdruck basierend auf der Höhe, in welcher der Motor betrieben wird, korrelieren; je geringer die Höhe, desto höher der Luftdruck. In noch einer anderen Ausführungsform kann der Luftdruck basierend auf der Beziehung zwischen dem Drosselklappenwinkel und der Luftströmung abgeleitet werden, oder basierend auf einer MAP-Sensor-Auslesung unter gewissen Bedingungen, wenn der Druckabfall in der Drosselklappe gering ist. Bei relativ niedrigem Luftdruck kann die Menge des Luftmassenstroms niedrig genug sein, um die Motorleistung wesentlich einzuschränken, insbesondere, wenn das EBV geschlossen und die Zündung verzögert ist. Wenn das Abgasgegendruckventil geschlossen wird, weil der Motor bei geringen Luftdruckbedingungen betrieben wird, können eine schlechte Leistung oder Abwürgen des Motors oder andere Probleme die Folge sein. Daher geht das Verfahren 300, wenn bestimmt wird, dass der Luftdruck nicht über dem Schwellenwert liegt, zu 304, um das EBV offen zu halten, um eine schlechte Leistung oder ein Abwürgen des Motors zu verhindern.
  • Wenn bestimmt wird, dass der Luftdruck über dem Schwellenwert liegt, geht das Verfahren 300 zu 312, um zu bestimmen, ob zusätzliche Verbrennungsfaktoren bei angemessenen Werten liegen. Die zusätzlichen Verbrennungsfaktoren können Faktoren einschließen, welche die Verbrennungsstabilität beeinflussen, einschließlich Feuchtigkeit der Einlassluft, Qualität des Kraftstoffes, der in den Motor eingespritzt wird (z. B. Kraftstoffflüchtigkeit), Umgebungstemperatur, Komponententemperatur(en), Maß des adaptiven Erfassens des Luft-Kraftstoffverhältnisses der Steuerung, usw. Wenn die zusätzlichen Verbrennungsfaktoren keine geeigneten Werte aufweisen, geht das Verfahren 300 zurück zu 304, um das EBV offen zu halten. Wenn die zusätzlichen Verbrennungsfaktoren jedoch geeignete Werte aufweisen (z. B., wenn bestimmt wird, dass der Motor trotz geschlossenem EBV eine stabile Verbrennung erreichen könnte), geht das Verfahren 300 zu 314, um zu bestimmen, ob die derzeitige Motordrehzahl und -drehmomentanforderung zum Schließen des Abgasgegendruckventils geeignet sind. Das Schließen des EBV reduziert die Strömung von Einlassluft in die Zylinder. Wenn der Motor bei hoher Drehzahl und/oder Last betrieben wird, kann das Schließen des EBV zum Beispiel die Drehzahl des Motors oder das von dem Motor erzeugte Drehmoment eingrenzen. Daher geht das Verfahren 300, wenn die derzeitige Motordrehzahl- und -drehmomentanforderung bei geschlossenem EBV nicht abgegeben werden, zurück zu 304, um das EBV offen zu halten.
  • Wenn die derzeitige Drehzahl und Drehmoment bei geschlossenem Ventil abgegeben werden können, geht das Verfahren 300 zu 316, um zu bestimmen, ob der Motor mit minimaler interner und externer EGR betrieben wird. Die minimale externe EGR kann von dem EGR-Ventil definiert werden, das steuert, dass das EGR-System vollständig geschlossen ist; die minimale interne EGR kann die Einlass- und Ablassventilsteuerung beinhalten, die zu so wenig wie möglich eingefangenen Abgasresten in den Zylindern führt (z. B. minimale effektive Ventilüberschneidung). Wenn der Motor nicht mit minimaler EGR betrieben wird, geht das Verfahren 300 zu 318, um das EGR-Ventil zu schließen und die EGR zu deaktivieren und/oder die Ventilsteuerung zum Reduzieren der Ventilüberschneidung einzustellen.
  • Die Ventilsteuerung kann durch Einstellen eines variablen Ventilsteuerungssystems eingestellt werden, wie oben in Bezug auf 2 beschrieben. Eine Beispieleinstellung der Ventilsteuerung ist in 5 dargestellt, die ein Schaubild 500 der Ventilsteuerung und Kolbenposition in Bezug auf eine Motorposition für einen vorgegebenen Motorzylinder während mehrerer Motorbetriebsarten zeigt. Während des warmen Standardmotorbetriebs kann der Motor zum Betrieb mit der Einlass- und Ablassventilsteuerung betrieben werden, die für die derzeitigen Betriebsbedingungen optimal ist (wie Motordrehzahl und -last). In diesem Betriebsmodus können die Einlass- und Ablassventile zu spezifischen Zeiten öffnen und schließen, um eine Ventilüberschneidung zu erzeugen. Eine solche Ventilüberschneidung kann die Abgasmenge, die in den Zylindern während der Verbrennung verbleibt, erhöhen (hierin als interne EGR bezeichnet), wodurch die Motoreffizienz erhöht und die Emissionen während einiger Bedingungen reduziert werden. Während eines zweiten Betriebsmodus, zum Beispiel, wenn ein Katalysator unter der Anspringtemperatur liegt, kann die Menge der internen EGR jedoch reduziert werden, um die Verbrennungsstabilität aufrechtzuerhalten und zu ermöglichen, dass ein Abgasgegendruckventil geschlossen wird und der Zündzeitpunkt verzögert wird oder bleibt, wodurch der Katalysator erwärmt wird. Daher kann, wenn der Motor mit einer Ventilüberschneidung im ersten Modus betrieben wird, bei dem Übergang zu dem zweiten Betriebsmodus die Menge der Ventilüberschneidung reduziert oder beseitigt werden, um die Menge der Abgasreste, welche die Zylinderfüllung verdünnen, zu reduzieren.
  • Das Schaubild 500 zeigt eine Motorposition entlang der X-Achse in Kurbelwellenwinkelgrad (CAD). Der Verlauf 508 zeigt die Kolbenpositionen (entlang der Y-Achse) in Bezug auf ihre obere Totpunktstelle (TDC) und/oder untere Todpunktstelle (BDC) und ferner in Bezug auf die Zeitpunkte der vier Takte (Einlasstakt, Verdichtungstakt, Arbeitstakt, Ablasshub) eines Motorzyklus. Wie von dem nahezu sinusförmigen Verlauf 508 angezeigt, bewegt sich ein Kolben vom TDC schrittweise abwärts und erreicht seinen Tiefpunkt bei BDC am Ende des Arbeitstaktes. Der Kolben kehrt dann nach oben zurück, zum TDC, am Ende des Ablasshubs. Der Kolben bewegt sich dann wieder nach unten, zum BDC, während des Einlasstaktes, und kehrt auf seine ursprüngliche obere Position bei TDC am Ende des Verdichtungstaktes zurück.
  • Die Verläufe 502 und 504 zeigen Ventilsteuerungen für ein Ablassventil (gestrichelter Verlauf 502) und ein Einlassventil (durchgehender Verlauf 504) während eines ersten Beispiels eines normalen Motorbetriebs bei Teillast. Wie dargestellt, kann ein Ablassventil nahezu zu dem Zeitpunkt geöffnet werden, zu dem der Kolben am Ende des Arbeitstaktes unten angelangt. Das Ablassventil kann sich dann schließen, während der Kolben den Ablasstakt abschließt, und offen bleiben, bis mindestens der nächste Einlasstakt begonnen hat. Auf die gleiche Weise kann ein Einlassventil bei oder vor Start des Einlasstaktes geöffnet werden und mindestens so lange geöffnet bleiben, bis ein nachfolgender Verdichtungstakt begonnen hat.
  • Als Ergebnis der Steuerungsunterschiede zwischen Schließen des Ablassventils und Öffnen des Einlassventils sind für eine kurze Dauer vor dem Ende des Ablasstaktes und nach Beginn des Einlasstaktes Einlass- und Ablassventil geöffnet. Dieser Zeitraum, in dem beide Ventile geöffnet sein können, wird als positive Einlass- und Ablassventilüberschneidung 506 (oder einfach Ventilüberschneidung) bezeichnet, die von dem schraffierten Bereich an der Überkreuzung der Verläufe 502 und 504 repräsentiert wird. In einem Beispiel kann die Ventilüberschneidung 506 eine Standardnockenposition des Motors sein.
  • In einem zweiten Beispiel des normalen Motorbetriebs kann die Einlass- und Ablassventilsteuerung eingestellt werden, um einen Zeitraum einer negativen Ventilüberschneidung zu erzeugen, wobei ein Zeitraum zwischen dem vollständigen Schließen des Ablassventils und dem Beginn des Öffnens des Einlassventils verstreicht. Diese negative Ventilüberschneidung kann zum Einfangen von restlichen Verbrennungsgasen in dem Zylinder dienen (weil das Ablassventil schließt, bevor der Kolben TDC erreicht hat). Zusätzlich kann durch Verzögern der Öffnung des Einlassventils bis nach dem Herunterfahren des Kolbens nach TDC ein Vakuum erzeugt werden, wodurch Einlassluft beim Öffnen des Einlassventils mit einer höheren Rate in den Zylinder gesaugt wird.
  • Die Verläufe 510 und 512 zeigen Ventilsteuerungen für ein Ablassventil (gestrichelter Verlauf 510) und ein Einlassventil (durchgehender Verlauf 512) während eines zweiten Beispiels eines normalen Motorbetriebs. Wie dargestellt, kann ein Ablassventil zu dem Zeitpunkt geöffnet werden, bevor der Kolben am Ende des Arbeitstaktes unten angelangt. Das Ablassventil kann dann schließen, bevor der Kolben den Ablasstakt abschließt und schließen, bevor ein nachfolgender Einlasstakt begonnen hat. Auf die gleiche Weise kann ein Einlassventil bei oder nach Start des Einlasstaktes geöffnet werden und mindestens so lange geöffnet bleiben, bis ein nachfolgender Verdichtungstakt begonnen hat.
  • Als Ergebnis der Steuerungsunterschiede zwischen Schließen des Ablassventils und Öffnen des Einlassventils sind für eine kurze Dauer während des Endes des Ablasstaktes und Beginn des Einlasstaktes Einlass- und Ablassventil geschlossen. Dieser Zeitraum, in dem beide Ventile geschlossen sein können, wird als negative Einlass- und Ablassventilüberschneidung 514 (oder einfach negative Ventilüberschneidung) bezeichnet, die von dem Bereich zwischen den Verläufen 510 und 512 repräsentiert wird.
  • In Bezug auf ein Beispiel eines Motorbetriebs während einer Katalysatorwandler-Aufwärmphase kann die Ventilsteuerung, die während des normalen Teillast-Motorbetriebs eingestellt wird, angepasst werden, um die Verbrennungsstabilität aufrechtzuerhalten und/oder eine verzögerten Zündzeitpunkt bei geschlossenem Abgasgegendruckventil zu ermöglichen. Zum Erwärmen des Katalysators kann das Abgasgegendruckventil stromabwärts des Katalysators geschlossen sein. Das Schließen des Abgasgegendruckventils erhöht die Abgasmenge (Verdünnung), die in den Zylindern eingefangen ist, wodurch potentiell die Verbrennung beeinträchtigt wird. Zum Sicherstellen einer stabilen Verbrennung während des Schließens des Abgasgegendruckventils kann die Menge von in den Zylindern vorhandenem Abgas während der Verbrennung reduziert werden, indem sowohl die externe EGR (z. B. durch Schließen des EGR-Ventils) als auch die interne EGR reduziert werden. Zum Reduzieren der internen EGR können die Einlass- und/oder Ablassventilsteuerungen eingestellt werden.
  • Die Verläufe 516 und 518 zeigen Ventilsteuerungen für ein Ablassventil (gestrichelter Verlauf 516) und ein Einlassventil (durchgehender Verlauf 518) während des Beispielmotorbetriebs mit einem kalten Katalysator. Wie dargestellt, kann ein Ablassventil zu dem Zeitpunkt geöffnet werden, bevor der Kolben am Ende des Arbeitstaktes unten angelangt. Das Ablassventil kann dann schließen, während der Kolben den Ablasstakt abschließt und während des Übergangs zu einem nachfolgenden Einlasstaktes schließen. Daher kann das Ablassventil, das von dem Verlauf 516 dargestellt wird, vor dem Ablassventil des Verlaufs 502 schließen, aber nach dem Ablassventil des Verlaufs 510. Auf die gleiche Weise kann ein Einlassventil bei Start des Einlasstaktes geöffnet werden und mindestens so lange geöffnet bleiben, bis ein nachfolgender Verdichtungstakt begonnen hat.
  • Als Ergebnis des Zeitpunkts des Schließens des Ablassventils und Öffnens des Einlassventils, schließt das Ablassventil genau zu dem Zeitpunkt, an dem das Einlassventil öffnet. Dadurch kann die Menge der Zylinderverdünnung, die aus dem Betrieb mit einer positiven oder negativen Ventilüberschneidung resultiert, vor dem Öffnen des Abgasgegendruckventils reduziert werden.
  • Daher können, wie in 5 dargestellt, wenn der Motor anfänglich mit einer positiven Ventilüberschneidung und einem offenen Abgasgegendruckventil betrieben wird und zu einem Betrieb mit reduzierter oder keiner Ventilüberschneidung übergeht, wenn das Abgasgegendruckventil geschlossen wird, die Ablassventile eingestellt werden, um früher zu öffnen und zu schließen, und die Einlassventile können eingestellt werden, um später zu öffnen und zu schließen. In anderen Ausführungsformen kann jedoch nur die Steuerung des Ablassventils eingestellt werden, oder nur die Steuerung des Einlassventils eingestellt werden. Ferner kann in einer anderen Ausführungsform anstelle der Einstellung des Zeitpunkts des Öffnens bzw. Schließens eines entsprechenden Ventils die Zeitdauer der Ventilöffnung eingestellt werden. Zum Beispiel kann beim Übergang zu dem Betrieb mit keiner oder reduzierter Ventilüberschneidung das Ablassventil gleichzeitig geöffnet werden, aber für eine kürzere Zeitdauer, wodurch es früher geschlossen wird. Noch weiter kann die Menge der Ventilüberschneidung reduziert, aber nicht vollständig beseitigt werden, wenn das Abgasgegendruckventil geschlossen wird, oder in einigen Ausführungsformen kann die Menge der Ventilüberschneidung erhöht werden.
  • Zurück in 3 geht das Verfahren 300 nach dem Schließen des EGR-Ventils und/oder Einstellen der Ventilsteuerung bei 318 zu 320, um das EBV zu schließen. Ferner geht das Verfahren 300, wenn zuvor bei 316 bestimmt wurde, dass der Motor bereits mit minimaler interner und externer EGR betrieben wird, auch zu 320, um das EBV zu schließen, weil der Motor bei stabilen Verbrennungsbedingungen betrieben wird. Durch das Schließen des EBV steigt der Abgasdruck. Der erhöhte Abgasdruck bewirkt, dass der Energieverlust, der aufgrund der Abblasmenge während des Öffnens des Ablassventils auftritt, stattdessen zu dem EBV bewegt wird (das stromabwärts des Katalysators angeordnet ist). Dies wiederum erhöht die Energie (z. B. Wärme) in dem Abgas durch den Katalysator und erwärmt somit den Katalysator. Des Weiteren bewirken ein geschlossenes EBV und ein höherer Abgasdruck eine höhere Abgasdichte, was den Wärmetransfer von dem heißen Abgas an den relativ kühlen Katalysator verbessert und somit den Katalysator ebenfalls erwärmt. Bei 322 wird eine Ventilsteuerung benutzt, um die reduzierte interne EGR aufrechtzuerhalten. Die Ventilsteuerung, die hier verwendet wird, kann der gleiche Zeitpunkt wie der bei 318 eingestellte sein, oder kann ein anderer Zeitpunkt sein, der die interne EGR minimiert. Diese Ventilsteuerung kann anders als die Ventilsteuerung sein, die benutzt wird, wenn das EBV geöffnet ist.
  • Bei 324 kann der Zündzeitpunkt nach Bedarf eingestellt werden. Zum Erwärmen des Abgases über das Schließen des EBV hinaus kann der Zündzeitpunkt verzögert werden. Daher kann, wenn die Verbrennungsbedingungen stabil genug sind, der Zündzeitpunkt von dem Zündzeitpunkt verzögert sein, der vor dem Schließen des EBV eingestellt wurde, zum Beispiel von MBT (Mindestfrühzündung für bestes Drehmoment). Wenn jedoch die Verzögerung des Zündzeitpunktes die Verbrennungsstabilität verschlechtern würde, kann der Zündzeitpunkt bei dem derzeitigen Zeitpunkt gehalten oder vorgezogen werden. Des Weiteren kann, wenn ein höheres Motordrehmoment und/oder U/min angefordert wurden, der Zündzeitpunkt zum Erhöhen des Motordrehmoments und/oder U/min vorgezogen werden.
  • Bei 326 wird bestimmt, ob die Komponententemperatur immer noch unter dem Schwellenwert liegt. Wenn die Antwort ja lautet, geht das Verfahren 300 zurück zu 320, um das EBV geschlossen zu halten und alle Betriebsparameter zum Aufrechterhalten der Verbrennungsstabilität einzustellen. Wenn die Komponententemperatur nicht länger unter dem Schwellenwert liegt, geht das Verfahren 300 zu 328, um das EBV zu öffnen und die EGR, Ventilsteuerung und Zündung zurück auf die ursprünglichen Einstellungen zu stellen, oder auf die Einstellungen, die auf der derzeitigen Drehzahl und Last basieren. Verfahren 300 wird dann beendet.
  • Daher stellt in einer Ausführungsform das Verfahren 300 aus 3 ein Verfahren für einen Motor bereit, der während einer ersten Bedingung das Betreiben des Motors mit einer ersten, höheren Zündverzögerungsmenge und einem offenen Abgasgegendruckventil umfasst, und während einer zweiten Bedingung das Betreiben des Motors mit einer zweiten, geringeren Zündverzögerungsmenge und einem geschlossenen Abgasgegendruckventil umfasst.
  • Die erste Bedingung kann die Katalysatortemperatur über einem Schwellenwert umfassen und die zweite Bedingung kann die Katalysatortemperatur unter dem Schwellenwert umfassen. Die zweite Bedingung kann ferner stabile Verbrennungsbedingungen umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann die erste Bedingung den Betrieb bei einem Luftdruck unter einem Schwellenwert umfassen, und die zweite Bedingung kann den Betrieb bei einem Luftdruck über dem Schwellenwert umfassen.
  • Das Verfahren kann ferner während der ersten Bedingung das Betreiben des Motors mit einer ersten Menge der Einlass- und Ablassventilüberschneidung und während der zweiten Bedingung das Betreiben des Motors mit einer zweiten Menge der Einlass- und Ablassventilüberschneidung umfassen. Die zweite Menge der Einlass- und Ablassventilüberschneidung kann keine Einlass- und Ablassventilüberschneidung umfassen. Das Verfahren kann auch ferner während der ersten Bedingung das Einstellen eines EGR-Ventils zum Bereitstellen einer angeforderten EGR-Menge basierend auf der Motordrehzahl und -last umfassen und während der zweiten Bedingung das Schließen des EGR-Ventils.
  • Mit Bezug auf 4 wird nun ein Verfahren 400 zur Diagnose eines Abgasgegendruckventils vorgestellt. Das Verfahren 400 kann von der Steuerung 12 ausgeführt werden, um zu bestimmen, ob eine Verschlechterung in dem Abgasgegendruck vorliegt, wie eine Abgasleckage oder Verschlechterung des Abgasgegendruckventils 150 oder seines Aktors. Das Verfahren 400 kann zusammen mit dem Verfahren 300 aus 3 ausgeführt werden, um das Abgasgegendrucksystem während des Öffnens und Schließens des EBV zu diagnostizieren. Daher kann, während verschiedene Betriebsbedingungen überwacht werden, um zu bestimmen, ob das Abgasgegendrucksystem beeinträchtigt ist, während das EBV geschlossen ist, zum Beispiel die Verbrennungsstabilität durch Einstellen der Ventilsteuerung, externen EGR, Zündzeitpunkt usw. aufrechterhalten werden, wie oben beschrieben.
  • Das Verfahren 400 beinhaltet bei 402 das Bestimmen, ob eine Schwellenwert-Zeitmenge seit einer vorherigen EBV-Diagnose verstrichen ist. Die Schwellenwert-Zeitmenge kann ein geeignetes Intervall sein, wie 20 Motorstarts oder sie kann eine derzeitige Motorbetriebszeitmenge sein, wie 10 Stunden. Wenn die Schwellenwert-Zeitmenge seit der vorherigen Diagnose nicht abgelaufen ist, geht das Verfahren 400 zu 404, um die derzeitigen Betriebsparameter aufrechtzuerhalten und das Verfahren 400 kehrt zum Start zurück.
  • Wenn die Schwellenwert-Zeitmenge seit der vorherigen Diagnose abgelaufen ist, geht das Verfahren 400 zu 406, um zu bestimmen, ob die EBV-Position kurz davor ist, zu wechseln. Das EBV kann schließen, wenn eine Katalysatortemperatur unter einem Schwellenwert liegt, wie oben in Bezug auf 3 beschrieben, und kann öffnen, sobald der Katalysator Betriebstemperatur erreicht hat. Während des Öffnens und Schließens des Ventils können verschiedene Motorbetriebsparameter aufgrund der Ventilbewegung schwanken. Zum Beispiel kann der Luftmassenstrom in den Motor absinken, wenn das Ventil schließt. Daher können die schwankenden Motorparameter während der Bewegung des EBV überwacht werden, um eine mögliche Verschlechterung des Abgasgegendrucksystems zu diagnostizieren. Außerdem können zusätzliche Motorbetriebsparameter wie interne und externe EGR und Zündzeitpunkt eingestellt werden, während sich das Ventil bewegt, um die Verbrennungsstabilität aufrechtzuerhalten, wie in Bezug auf 3 beschrieben wurde. Die Bewegung des EBV kann basierend auf einem Signal erfasst werden, das von der Steuerung an das EBV gesendet wird, oder es kann auf den derzeitigen Betriebsbedingungen basieren (z. B. eine Katalysatortemperatur unter einem Schwellenwert). Wenn die EBV-Position kurz vor ihrem Wechsel steht geht das Verfahren 400 zu 410, was unten näher beschrieben wird. Wenn die EBV-Position nicht kurz vor dem Wechsel steht, geht das Verfahren 400 zu 408, um das Öffnen und Schließen des EBV vorzubereiten, wenn die Bedingungen günstig sind. Günstige Bedingungen schließen verbrennungsstabile Bedingungen ein, wie oben in Bezug auf 3 beschrieben, z. B. geringe Feuchtigkeit, geringe effektive EGR, usw. Das Vorbereiten des Öffnens und Schließens des Ventils kann das Verändern der Motorbetriebsparameter zum Bereitstellen von Verbrennungsstabilität während der Ventilbewegung einschließen. Zum Beispiel können die Einlass- und/oder Ablassventilsteuerung angepasst werden, die Menge von zurückgeführter EGR zu dem Einlass reduziert werden und der Zündzeitpunkt eingestellt werden. Wenn die Bedingungen jedoch nicht günstig sind, um das Ventil zu bewegen, kann das Verfahren 400 warten, bis das Ventil als Reaktion auf die Betriebsbedingungen kurz vor der Bewegung steht oder warten, bis die Verbrennungsbedingungen günstig sind, um das Ventil vor dem Fortfahren absichtlich zu bewegen.
  • Nach der Vorbereitung der Bewegung des EBV bei 408 oder wenn bestimmt wird, dass die Position des EBV kurz davor ist, sich bei 406 zu verändern, geht das Verfahren 400 zu 410, um zu bestimmen, ob der Motor derzeit im Leerlauf betrieben wird. Wenn der Motor im Leerlauf betrieben wird, geht das Verfahren 400 zu 412, um das Abgasgegendrucksystem zu diagnostizieren, während die EBV-Position sich bei Leerlaufmotorbetrieb verändert. Das Diagnostizieren des EBV während des Leerlaufbetriebs kann das Überwachen eines oder mehrerer Motorbetriebsparameter beinhalten. Zum Beispiel kann, wie bei 414 angezeigt, die Leerlaufdrehzahl während der EBV-Bewegung bei einer konstanten Drehzahl gehalten werden und die Veränderung im MAP oder Drosselklappenposition überwacht werden. Wenn die Motordrehzahl konstant gehalten wird, während das EBV geöffnet oder geschlossen wird, verändert sich der Einlasskrümmerdruck, um die Veränderung des Ablassgegendrucks auszugleichen, wodurch eine MAP-Schwankung erkannt werden sollte (z. B. kann sich das MAP erhöhen, während EBV schließt). Ferner verändert sich, um eine konstante Leerlaufmotordrehzahl aufrechtzuerhalten, während sich das EBV bewegt, die Drosselklappenposition zum Verändern des MAP und Ausgleichen der Veränderung in dem Abgasgegendruck aufgrund der Veränderung der EBV-Position. Zum Beispiel kann sich, wenn das EBV schließt, der Luftmassenstrom anfangs verringern und daher die Drosselklappe öffnen, um mehr Luft aus dem Motor zum Aufrechterhalten der Motordrehzahl zu erhalten. Daher ist, wenn keine Veränderung von MAP oder Drosselklappenposition erkannt wird, die Verschlechterung des Abgasgegendrucksystems angezeigt.
  • Wie hierin verwendet beziehen sich die Ausdrücke „konstant“, „(aufrechter)halten“ und „verändern sich nicht“ auf einen Betriebszeitraum, in dem der überwachte oder gesteuerte Betriebsparameter sich nicht über einen Schwellenwertmenge hinaus verändert. Zum Beispiel kann beim Aufrechterhalten einer konstanten Leerlaufmotordrehzahl die Drehzahl des Motors von einem Durchschnittswert um weniger als eine Schwellenwertmenge abweichen, zum Beispiel 5 %. Des Weiteren kann der Betriebsparameter für eine spezifische Dauer konstant gehalten werden, wie die Zeit, während der die EBV-Position sich verändert oder einer Schwellenwertdauer nach der Bewegung des EBV, wie zwei Sekunden. Auf ähnliche Weise kann bestimmt werden, dass der überwachte Betriebsparameter sich als Reaktion auf die Bewegung des EBV nicht verändert, wenn sich der überwachte Betriebsparameter während eines vorgegebenen Zeitraums, wie zum Beispiel beim Bewegen des EBV und zwei Sekunden nach Bewegen des EBV, von einem Durchschnittswert um nicht mehr als eine Schwellenwertmenge verändert, wie 5 %.
  • Ein weiteres Beispiel eines Betriebsparameters, der sich während der EBV-Bewegung verändern kann, ist die Leerlaufmotordrehzahl, wie bei 416 angezeigt. Wenn das MAP oder die Drosselklappenposition während der Bewegung des EBV konstant gehalten werden, verändert sich die Leerlaufdrehzahl, weil sich die Luftströmung durch den Motor verändert. Daher wird, wenn das MAP oder die Drosselklappenposition während der Bewegung des EBV bei Leerlaufdrehzahl konstant gehalten werden, wenn sich die Leerlaufdrehzahl nicht verändert, die Verschlechterung des Abgasgegendrucksystems angezeigt sein. Ein weiteres Beispiel eines Betriebsparameters, der sich während der EBV-Bewegung verändern kann, ist die Kurbelwellenbeschleunigung, wie bei 418 angezeigt. Zum Beispiel kann das Drehmoment schwanken, während sich das EBV bewegt; während des Schließens des EBV kann das Drehmoment aufgrund der Reduktion des Luftmassenstrom abfallen, zumindest anfangs. Die Veränderungen in dem Drehmoment können basierend auf Veränderungen der Kurbelwellenbeschleunigung (die zum Beispiel basierend auf der Rückmeldung von Sensor 118 bestimmt werden) bestimmt werden. Zusätzlich oder alternativ kann das Klopfen oder Fehlzünden oder eine andere Verbrennungsverschlechterung basierend auf Veränderungen der Kurbelwellenbeschleunigung erkannt werden, und, wie bereits zuvor beschrieben, die Bewegung des EBV Verbrennungsinstabilität herbeiführen. Daher kann, wenn die Kurbelwellenbeschleunigung sich beim Bewegen des EBV nicht verändert, die Verschlechterung des Abgasgegendrucksystems angezeigt sein.
  • Nach dem Überwachen eines oder mehrerer der Betriebsparameter während der Bewegung des EBV im Leerlauf geht das Verfahren 400 zu 428, was unten näher beschrieben wird. Zurück bei 410 geht das Verfahren 400, wenn bestimmt wird, dass der Motor nicht im Leerlauf betrieben wird, zu 420, um zu diagnostizieren, dass sich das EBV während der EBV-Bewegung bei einer Motordrehzahl nicht im Leerlauf befindet.
  • Ähnlich wie bei der Diagnose des EBV im Leerlauf kann die Diagnose des EBV bei einer Nicht-Leerlauf-Drehzahl die Überwachung eines oder mehrerer Motorbetriebsparameter einschließen, einschließlich MAP oder Drosselklappe, wie bei 422 angezeigt. Während Nicht-Leerlauf-Drehzahlbedingungen (z. B., wenn das Fahrzeug, in dem der Motor installiert ist, sich bewegt), kann der MAF konstant gehalten werden, während sich das EBV bewegt. Zum Konstanthalten von MAF verändert sich die Drosselklappenposition, während sich das EBV bewegt, und/oder das MAP verändert sich. Daher ist, wenn das EBV bei konstantem MAF öffnet oder schließt und wenn sich MAP oder Drosselklappenposition nicht verändern, die Verschlechterung des Abgasgegendrucksystems angezeigt. In einem anderen Beispiel, bei 424, können Veränderungen in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors überwacht werden, wenn MAP oder die Drosselklappenposition bei der Bewegung von EBV konstant gehalten werden. Daher ist bei einem konstanten MAP oder Drosselklappenposition und Nicht-Leerlauf-Motordrehzahl, wenn sich das Luft-Kraftstoffverhältnis nicht verändert, während das EBV sich oder schließt, die Verschlechterung des Abgasgegendrucksystems angezeigt. Das Überwachen von MAP oder der Drosselklappe bei konstantem MAF, wie bei 422 angezeigt, und das Überwachen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei konstantem MAP oder Drosselklappe, wie bei 424 angezeigt, kann auch bei Leerlaufdrehzahl durchgeführt werden. Schließlich können bei 426 die Veränderungen der Kurbelwellenbeschleunigung bei Nicht-Leerlauf-Drehzahlen überwacht werden, ähnlich wie die Überwachung der Kurbelwellenbeschleunigung bei 418.
  • Nach der Diagnose des Abgasgegendrucksystems bei einer Nicht-Leerlauf-Drehzahl bei 420 und nach der Diagnose des EBV bei Leerlaufdrehzahl bei 412 geht das Verfahren 400 zu 428, um zu bestimmen, ob die Verschlechterung des Abgasgegendrucksystems angezeigt ist, basierend auf der Überwachung, die bei 420 oder 412 durchgeführt wurde. Wenn die Verschlechterung angezeigt ist, geht das Verfahren 400 zu 430, um die Betriebsparameter einzustellen und/oder eine Standardmaßnahme zu ergreifen. Wenn das Abgasgegendrucksystem defekt ist, können die zusätzlichen Betriebsparameter, die als Reaktion auf das Schließen des EBV eingestellt werden, auf ihren Werten vor der EBV-Bewegung gehalten werden, wenn die Komponententemperatur unter dem Schwellenwert liegt, weil das EBV nicht schließt, wenn es defekt ist. Ferner können, wenn das EBV aufgrund der Verschlechterung nicht geschlossen werden kann, andere Parameter zum Erwärmen des Katalysators anstelle des Einstellens der EBV-Position eingestellt werden. Die Standardmaßnahme, die als Reaktion auf die Abgasgegendrucksystem-Verschlechterung ergriffen wird, kann das Mitteilen an einen Fahrzeugbediener beinhalten (wie durch Aufleuchten einer Störungsanzeigelampe) und/oder Setzen eines Diagnosecodes beinhalten. Verfahren 400 kehrt dann zurück. Wenn jedoch keine Verschlechterung bei 428 angezeigt ist, werden die derzeitigen Betriebsparameter bei 432 aufrechterhalten und das Verfahren 400 kehrt zurück. Das Aufrechterhalten der derzeitigen Betriebsparameter kann das Freigeben des EBV aus der angewiesenen Position beinhalten, wenn das EBV absichtlich zum Ausführen der Diagnose bewegt wurde, und das Zurückstellen aller angepassten Betriebsparameter zurück auf Werte vor der Diagnose.
  • Daher diagnostiziert das Verfahren 400 aus 4 ein Abgasgegendrucksystem während der Bewegung des EBV basierend auf verschiedenen Motorbetriebsparametern, die beim Bewegen des EBV schwanken können. Die Diagnose kann jedes Mal ausgeführt werden, wenn sich das EBV öffnet oder schließt oder kann ausgeführt werden, nachdem eine Schwellenwert-Zeitmenge abgelaufen ist. Ferner kann das EBV, wenn die Schwellenwert-Zeitmenge abgelaufen ist und das EBV nicht davor steht, die Position zu verändern, absichtlich zum Durchführen der Diagnose bewegt werden. Wenn das EBV geschlossen wird, entweder zum strikten Erwärmen des Katalysators oder einer anderen Motorkomponente oder zum Durchführen einer Diagnose des Ventils, können Betriebsparameter wie die Ventilsteuerung und EGR-Ventilposition entsprechend eingestellt werden, um die Verbrennungsstabilität während des Schließens des Ventils aufrechtzuerhalten. Des Weiteren kann in einigen Ausführungsformen die Verschlechterung des Abgasgegendrucksystems basierend auf einem Drucksensor bestimmt werden, der stromaufwärts des EBV angeordnet ist. Wenn ein Drucksensor stromaufwärts des EBV vorhanden ist, sobald das EBV schließt, kann eine Verschlechterung angezeigt sein, wenn der erfasste Abgasdruck sich nicht erhöht. In einigen Beispielen kann ein eigener Abgasdrucksensor für die Diagnose des EBV vorhanden sein. In anderen Beispielen kann ein bereits vorhandener Drucksensor verwendet werden, wie ein Sensor, der einen Druck in dem EGR-System misst.
  • In einer Ausführungsform stellen die Verfahren und Systeme, die hier beschrieben sind, ein Verfahren zum Betreiben eines Motors bereit, welches das Schließen eines Abgasgegendruckventils als Reaktion auf eine Komponententemperatur, Einstellen des Einlass- und/oder Ablassventilbetriebs als Reaktion auf das Schließen des Abgasgegendruckventils zum Reduzieren der zylinderinternen EGR und, während des Schließens des Abgasgegendruckventils, Anzeigen der Verschlechterung eines Abgasgegendrucksystems, wenn ein bestimmter Motorbetriebsparameter konstant bleibt, umfasst. Der ausgewiesene Motorbetriebsparameter kann konstant bleiben, wenn er sich nicht mehr als eine Schwellenwertmenge über einen vorgegebenen Betriebszeitraum verändert. Die Schwellenwertmenge kann in einem Beispiel 5 % betragen. In einem anderen Beispiel kann die Schwellenwertmenge 2 % umfassen oder 10 % in einem zusätzlichen Beispiel umfassen. Der vorgegebene Betriebszeitraum kann die Dauer einschließen, über die ein Abgasgegendruckventil geschlossen ist, und/oder einen vorgegebenen Zeitraum nach Beenden der Ventilbewegung einschließen, wie zwei Sekunden in einem Beispiel oder fünf Sekunden in einem anderen Beispiel. Andere Schwellenwertmengen der Variationen oder Zeitdauer vorgegebener Betriebszeiträume sind möglich.
  • Die Komponententemperatur kann eine Temperatur einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung umfassen, die stromaufwärts eines Abgasgegendruckventils angeordnet ist, und das Schließen des Abgasgegendruckventils als Reaktion auf die Komponententemperatur kann ferner das Schließen des Abgasgegendruckventils als Reaktion auf die Temperatur der Abgasnachbehandlungsvorrichtung umfassen, die unter einem Schwellenwert liegt.
  • Die Anzeige der Verschlechterung des Abgasgegendrucksystems kann ferner das Anzeigen der Verschlechterung umfassen, wenn der Einlasskrümmerdruck oder die Drosselklappenposition konstant bleiben, während das Abgasgegendruckventil schließt. Der Motor kann in der Leerlaufdrehzahl betrieben werden und das Anzeigen der Verschlechterung des Abgasgegendrucksystems kann ferner das Anzeigen der Verschlechterung umfassen, wenn die Leerlaufdrehzahl konstant bleibt, während der Krümmerdruck oder die Drosselklappenposition aufrechterhalten werden, während das Abgasgegendruckventil schließt.
  • Die Anzeige der Verschlechterung des Abgasgegendrucksystems kann ferner das Anzeigen der Verschlechterung umfassen, wenn das Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnis konstant bleibt, während der Krümmerdruck oder die Drosselklappenposition aufrechterhalten bleiben, während das Abgasgegendruckventil schließt. Das Verfahren kann auch einen bestimmten Betriebsparameter der Kurbelwellenbeschleunigung einschließen. Das Verfahren kann auch das Einstellen des Einlass- und/oder Ablassventilbetriebs durch Reduzieren der Einlass- und Ablassventilüberschneidung beinhalten und ferner das Vorziehen des Zündzeitpunkts als Reaktion auf das Schließen des Abgasgegendruckventils umfassen.
  • In einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren für einen Motor während einer ersten Bedingung das Betreiben des Motors mit einer ersten, höheren Zündverzögerungsmenge bei offenem Abgasgegendruckventil; und während einer zweiten Bedingung das Betreiben des Motors mit einer zweiten, geringeren Zündverzögerungsmenge und geschlossenem Abgasgegendruckventil und, während das Abgasgegendruckventil schließt, das Anzeigen der Verschlechterung des Abgasgegendrucksystems basierend auf einer Veränderung des Krümmerdrucks.
  • Die erste Bedingung kann den Betrieb bei einem Luftdruck unter einem ersten Schwellenwert umfassen und die zweite Bedingung kann den Betrieb bei einem Luftdruck über dem ersten Schwellenwert und bei einer Katalysatortemperatur unter einem zweiten Schwellenwert umfassen. Das Anzeigen der Verschlechterung des Abgasgegendrucksystems, das auf der Veränderung in dem Krümmerdruck basiert, kann ferner das Aufrechterhalten eines konstanten Luftmassenstromes umfassen und das Anzeigen der Verschlechterung, wenn sich der Krümmerdruck nicht verändert.
  • Die zweite Bedingung kann ferner den Betrieb in einer Leerlaufdrehzahl umfassen, und das Anzeigen der Verschlechterung des Abgasgegendrucksystems, das auf einer Veränderung des Ansaugkrümmerdrucks basiert, kann ferner das Aufrechterhalten einer konstanten Leerlaufdrehzahl umfassen und das Anzeigen der Verschlechterung, wenn sich der Krümmerdruck nicht verändert.
  • Das Verfahren kann ferner während der ersten Bedingung das Betreiben des Motors mit einer ersten Menge der Einlass- und Ablassventilüberschneidung und während der zweiten Bedingung das Betreiben des Motors mit einer zweiten Menge der Einlass- und Ablassventilüberschneidung umfassen. Die zweite Menge der Einlass- und Ablassventilüberschneidung kann keine Einlass- und Ablassventilüberschneidung umfassen. Das Verfahren kann ferner während der ersten Bedingung das Einstellen eines EGR-Ventils zum Bereitstellen einer angeforderten EGR-Menge basierend auf der Motordrehzahl und -last umfassen und während der zweiten Bedingung das Schließen des EGR-Ventils.
  • 6 ist ein Diagramm 600, das Beispielmotor-Betriebsparameter während des Schließens des EBV darstellt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die Zeit ist auf der horizontalen Achse dargestellt und jeder entsprechende Betriebsparameter auf der vertikalen Achse. Der Verlauf 602 zeigt die Katalysatortemperatur, der Verlauf 604 die EBV-Position, der Verlauf 606 den Zündzeitpunkt, der Verlauf 608 die effektive EGR-Rate und der Verlauf 610 das Drehmoment.
  • In Bezug auf Verlauf 602 wird die Katalysatortemperatur dargestellt. Vor dem Zeitpunkt T1 liegt der Katalysator unter einer Schwellenwert-Betriebstemperatur. Nach dem Zeitpunkt T1 wird das EBV geschlossen, wie von Verlauf 604 dargestellt. Als Ergebnis beginnt die Katalysatortemperatur, zuzunehmen. Sobald die Katalysatortemperatur Betriebstemperatur erreicht, bei Zeitpunkt T2, wird das EBV geöffnet.
  • Der Zündzeitpunkt und die effektive EGR-Rate können als Reaktion auf das Schließen von EBV eingestellt werden. Zum Beispiel kann, wie durch Verlauf 606 dargestellt, der Zündzeitpunkt von MBT verzögert werden, während der Katalysator unter der Betriebstemperatur liegt, um überschüssige Wärme zum Erwärmen des Katalysators zu erzeugen. Um jedoch die Verbrennungsinstabilität zu reduzieren, die aus dem Schließen von EBV resultieren kann, kann der Zündzeitpunkt nach dem Zeitpunkt T1 leicht vorgezogen werden. Sobald das EBV zum Zeitpunkt T2 öffnet, kann der Zündzeitpunkt auf den optimalen Zeitpunkt für die herrschenden Bedingungen gesetzt werden, wie zum Beispiel MBT. Ferner kann vor dem Schließen von EBV die effektive EGR-Rate reduziert werden, wie durch den Verlauf 608 angezeigt, und kann bei minimaler Menge während der Zeitdauer des Schließens von EBV aufrechterhalten werden. Die effektive EGR-Rate schließt die externe EGR ein, die von dem Ablass zu dem Einlass geleitet wird, und die interne EGR, die in den Zylindern aufgrund der Einlass- und Ablassventilsteuerung eingefangen wird.
  • Schließlich kann das Drehmoment während des Schließens des EBV schwanken, zumindest anfangs. Wie durch Verlauf 610 dargestellt, fällt das Drehmoment nach dem Schließen von EBV zum Zeitpunkt T1 zunächst ab. Es können jedoch auch andere Parameter zum Ausgleichen der reduzierten Luftströmung durch den Motor eingestellt werden, wie zum Beispiel die Drosselklappenposition. Daher kann das Drehmoment die anfänglichen Werte nach einstweiligem Abfall erneut einnehmen. Wie in Verlauf 612 dargestellt, kann, wenn das EBV defekt ist und nicht schließt, das Drehmoment konstant bleiben.
  • 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.

Claims (20)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Motors, umfassend: Schließen eines Abgasgegendruckventils als Reaktion auf eine Komponententemperatur; Einstellen eines Einlass- und/oder Ablassventilbetriebs als Reaktion auf das Schließen des Abgasgegendruckventils zum Reduzieren der zylinderinternen Abgasrückführung (EGR); und während des Schließens des Abgasgegendruckventils, Anzeigen einer Verschlechterung eines Abgasgegendrucksystems, wenn ein bestimmter Motorbetriebsparameter konstant bleibt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Komponententemperatur eine Temperatur einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung umfasst, die stromaufwärts des Abgasgegendruckventils angeordnet ist, und wobei das Schließen des Abgasgegendruckventils als Reaktion auf die Komponententemperatur ferner das Schließen des Abgasgegendruckventils als Reaktion darauf, dass die Temperatur der Abgasnachbehandlungsvorrichtung unter einem Schwellenwert liegt, umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anzeigen einer Verschlechterung des Abgasgegendrucksystems ferner das Anzeigen der Verschlechterung umfasst, wenn der Einlasskrümmerdruck oder die Drosselklappenposition konstant bleiben, während das Abgasgegendruckventil schließt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Motor bei der Leerlaufdrehzahl betrieben wird und wobei das Anzeigen einer Verschlechterung des Abgasgegendrucksystems ferner das Anzeigen der Verschlechterung umfasst, wenn die Leerlaufdrehzahl konstant bleibt, während der Krümmerdruck oder die Drosselklappenposition konstant gehalten werden, während das Abgasgegendruckventil schließt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anzeigen einer Verschlechterung des Abgasgegendrucksystems ferner das Anzeigen der Verschlechterung umfasst, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors konstant bleibt, während ein(e) konstante(r) Krümmerdruck oder Drosselklappenposition aufrechterhalten werden, während das Abgasgegendruckventil schließt.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der bestimmte Betriebsparameter die Kurbelwellenbeschleunigung ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einstellen des Einlass- und/oder Ablassventilbetriebs das Reduzieren der Einlass- und Ablassventilüberschneidung umfasst.
  8. Verfahren für einen Motor, umfassend: während einer ersten Bedingung, Betreiben des Motors mit einer ersten, höheren Zündverzögerungsmenge und einem offenen Abgasgegendruckventil; und während einer zweiten Bedingung, Betreiben des Motors mit einer zweiten, geringeren Zündverzögerungsmenge und einem geschlossenen Abgasgegendruckventil; und beim Schließen des Abgasgegendruckventils, Anzeigen einer Verschlechterung eines Abgasgegendrucksystems basierend auf einer Veränderung des Einlasskrümmerdrucks.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die erste Bedingung den Betrieb bei einem Luftdruck unter einem ersten Schwellenwert umfasst und wobei die zweite Bedingung den Betrieb bei einem Luftdruck über dem ersten Schwellenwert und bei einer Katalysatortemperatur unter einem zweiten Schwellenwert umfasst.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Anzeigen einer Verschlechterung des Abgasgegendrucksystems basierend auf der Veränderung in dem Krümmerdruck ferner das Aufrechterhalten eines konstanten Luftmassenstroms umfasst und das Anzeigen einer Verschlechterung, wenn sich der Einlasskrümmerdruck nicht verändert.
  11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die zweite Bedingung ferner den Betrieb bei Leerlaufdrehzahl umfasst und wobei die Anzeige einer Verschlechterung des Abgasgegendrucksystems basierend auf der Veränderung des Einlasskrümmerdrucks ferner das Aufrechterhalten einer konstanten Leerlaufdrehzahl und das Anzeigen einer Verschlechterung umfasst, wenn sich der Einlasskrümmerdruck nicht verändert.
  12. Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend: während der ersten Bedingung, Betreiben des Motors mit einer ersten Einlass- und Ablassventilüberschneidungsmenge; und während einer zweiten Bedingung, Betreiben des Motors mit einer zweiten Einlass- und Ablassventilüberschneidungsmenge.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die zweite Einlass- und Ablassventilüberschneidungsmenge keine Einlass- und Ablassventilüberschneidung umfasst.
  14. Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend: während der ersten Bedingung, Einstellen eines EGR-Ventils zum Bereitstellen einer angeforderten EGR-Menge basierend auf einer Motordrehzahl und -last; und während der zweiten Bedingung, Schließen des EGR-Ventils.
  15. System, umfassend: einen Motor, der ein variables Nockenwellensteuerungssystem aufweist; einen Katalysator, der in einem Ablass des Motors angeordnet ist; ein Abgasgegendruckventil, das stromabwärts des Katalysators angeordnet ist; und eine Steuerung, die folgende Anweisungen aufweist: Schließen des Abgasgegendruckventils, wenn eine Temperatur des Katalysators unter einem Schwellenwert liegt; und als Reaktion auf das Schließen des Abgasgegendruckventils, Einstellen des variablen Nockenwellensteuerungssystems zum Reduzieren der Einlass- und Ablassventilüberschneidung; und Anzeigen einer Verschlechterung des Abgasgegendruckventils basierend auf einer Kurbelwellenbeschleunigung.
  16. System nach Anspruch 15, wobei die Steuerung Anweisungen aufweist, um eine Verschlechterung anzuzeigen, wenn sich die Kurbelwellenbeschleunigung nicht verändert, während das Abgasgegendruckventil schließt.
  17. System nach Anspruch 15, wobei die Steuerung weitere Anweisungen zum Vorziehen des Zündzeitpunkts als Reaktion auf das Schließen des Abgasgegendruckventils aufweist.
  18. System nach Anspruch 15, ferner umfassend ein EGR-System zum Leiten von Abgas zu einem Einlass des Motors, und wobei die Steuerung weitere Anweisungen zum Schließen eines EGR-Ventils des EGR-Systems aufweist, wenn das Abgasgegendruckventil schließt.
  19. System nach Anspruch 15, wobei die Steuerung weitere Anweisungen zum anschließenden Öffnen des Abgasgegendruckventils aufweist, wenn die Temperatur des Katalysators über dem Schwellenwert liegt.
  20. System nach Anspruch 19, wobei die Steuerung ferner Anweisungen zum Anzeigen einer Verschlechterung des Abgasgegendruckventils aufweist, wenn sich die Kurbelwellenbeschleunigung beim Öffnen des Abgasgegendruckventils nicht verändert.
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