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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verbesserung des Leistungsgrads der Vakuumerzeugung eines mit einem Motorsystem gekoppelten Ejektors.
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Fahrzeugsysteme können verschiedene Vakuumverbrauchsvorrichtungen enthalten, die unter Verwendung von Vakuum betätigt werden. Diese können zum Beispiel einen Bremskraftverstärker enthalten. Von diesen Vorrichtungen verwendetes Vakuum kann von einer dedizierten Vakuumpumpe geliefert werden. In noch anderen Ausführungsformen können ein oder mehrere Ejektoren im Motorsystem gekoppelt sein, die den Motorluftstrom nutzbar machen und ihn zur Erzeugung von Vakuum verwenden können.
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Die Erfinder haben erkannt, dass Ejektorkonfigurationen bei abnehmendem Auslassdruck möglicherweise kein zunehmendes Vakuum mehr liefern. Die Erfinder haben weiter entdeckt, dass Ejektoren bei abnehmendem Auslassdruck weiter zunehmendes Vakuum liefern können, wenn der Druck an der Antriebseinlassöffnung reduziert wird. So kann durch ein derartiges Drosseln des Antriebsluftdurchsatzes durch einen Ejektor, dass das Druckverhältnis des Ejektors (d.h. der Ejektorauslassdruck bezüglich des Antriebsstrom-Einlassdrucks des Ejektors) auf oder über einem Schwellenverhältnis aufrechterhalten wird (z.B. auf oder über 0,71), ein existierender Ejektor weiter tiefere endgültige Vakuen erzeugen, selbst wenn das Quellenvakuum reduziert wird.
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In einem Beispiel kann das obige Problem zumindest teilweise durch ein Verfahren für einen Motor gelöst werden, das enthält: Schließen einer Drossel stromaufwärts eines mit einem Einlasskrümmer gekoppelten Ejektors, um den Pegel der Vakuumerzeugung durch den Ejektor während einer ersten Betriebsart zu erhöhen; und Öffnen der Drossel, um die Vakuumerzeugungsrate durch den Ejektor während einer zweiten Betriebsart zu erhöhen. Auf diese Weise wird ein schnelles Abpumpen von Vakuum bei niedrigeren Krümmervakuen und ein noch tieferes Vakuum im Ejektor bei höheren Krümmervakuen erreicht.
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Als Beispiel kann ein Motorsystem einen mit einem Einlasskrümmer gekoppelten Ejektor in einer stromaufwärts eines Ladeluftkühlers gekoppelten Leitung enthalten, wobei die Leitung parallel zu einem Luftansaugkanal ist. Eine erste Ejektordrossel kann direkt stromaufwärts des Ejektors gekoppelt sein, ohne andere Vorrichtungen oder Strömungskopplungen dazwischen, um die Druckreduzierung im Ejektor zu ermöglichen. Eine zweite Lufteinlassdrossel kann mit dem Einlasskrümmer stromabwärts des Ladeluftkühlers im Luftansaugkanal gekoppelt sein. Während Bedingungen, bei denen das Einlasskrümmervakuum niedriger ist, kann zumindest ein Teil der Einlassluft durch den Ejektor mit der ersten Drossel um einen ersten Betrag offen in die Leitung strömen, um ein Vakuum für eine Vakuumverbrauchsvorrichtung des Motors (wie einen Bremskraftverstärker) zu erzeugen. Durch Strömen von Luft durch den Ejektor mit der weiter geöffneten ersten Drossel kann der hohe Saugdurchsatz oder der Pumpdurchsatz durch den Ejektor vorteilhafterweise verwendet werden, um einen Vakuumpegel der Vakuumverbrauchsvorrichtung schnell zu erhöhen. Der erreichte endgültige Vakuumpegel ist aber möglicherweise nicht tief genug, zum Beispiel kann der erreichte Pegel niedriger als ein gewünschter Vakuumpegel sein. Wenn das Einlasskrümmervakuum höher ist (wie während niedriger Lastbedingungen), kann der gewünschte Vakuumpegel durch Strömen von Luft durch den Ejektor mit der ersten Drossel um einen zweiten Betrag geöffnet erreicht werden, der weiter geschlossen ist als der erste Betrag. Durch Strömen von Luft durch den Ejektor mit der ersten Drossel weiter geschlossen kann ein Druck stromaufwärts des Ejektors gesenkt werden, um den endgültigen Vakuumpegel auf den gewünschten Vakuumpegel zu erhöhen, wenn auch mit einem niedrigeren Pumpdurchsatz. Anpassungen der ersten Drossel können durch entsprechende Anpassungen der zweiten Drossel kompensiert werden, um den Luftstrom zum Einlasskrümmer aufrechtzuerhalten. Wenn so eine Öffnung der ersten Drossel vergrößert wird, kann eine Öffnung der zweiten Drossel entsprechend verkleinert werden, und umgekehrt.
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Auf diese Weise können sowohl eine hohe Vakuumpumprate als auch ein tieferes endgültiges Vakuum unter Verwendung eines existierenden Motorsystem-Ejektors erreicht werden. Durch Öffnen einer Drossel direkt stromaufwärts des Ejektors, um einen stromaufwärtigen Druck zu erhöhen, kann ein schnelles Abpumpen des Vakuums während niedrigerer Krümmervakuen erreicht werden. Durch Schließen der Drossel stromaufwärts des Ejektors zum Senken des stromaufwärtigen Drucks kann dann ein noch tieferer Vakuumpegel während höherer Krümmervakuen bei einer langsameren Pumprate erhalten werden. In einem Beispiel kann das tiefere Vakuum vorteilhafterweise verwendet werden, um ein Vakuum an einen Bremskraftverstärker für einen einzigen Bremsanschlag mit einer hohen Beschleunigungskraft (z.B. ein “Panikstopp”) zu liefern. Insgesamt wird ein Wirkungsgrad der Vakuumerzeugung des Ejektors erhöht, ohne die Kosten für Bauteile oder die Komplexität deutlich zu erhöhen.
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Es versteht sich, dass die obige Kurzfassung dazu dient, eine Auswahl von Konzepten in vereinfachter Form vorzustellen, die in der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden. Sie soll keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands kennzeichnen, dessen Reichweite durch die auf die ausführliche Beschreibung folgenden Ansprüche definiert wird. Weiter ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Ausführungen beschränkt, die oben oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung erwähnte Nachteile beseitigen.
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Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung wird besser verstanden beim Lesen der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung nicht einschränkender Ausführungsformen unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen, wobei:
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1 eine schematische Darstellung eines Motorsystems zeigt, das einen Ejektor und eine stromaufwärts des Ejektors gekoppelte Drossel enthält.
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2 Ausführungsformen des Ejektors mit der stromaufwärtigen Drossel in einer geöffneten oder einer geschlossenen Stellung darstellt.
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3 eine Abbildung der Vakuumerzeugung im Ejektor zeigt, wenn er gedrosselt und nicht gedrosselt ist.
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4 ein detailliertes Flussdiagramm zeigt, das eine Routine veranschaulicht, die zur Steuerung des Öffnens der Ejektordrossel verwendet werden kann, um den Wirkungsgrad der Vakuumerzeugung zu verbessern.
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5–6 beispielhafte Anpassungen der Ejektordrossel zeigen, die während der Vakuumerzeugung in einem Ejektor durchgeführt werden.
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Es werden Verfahren und Systeme zur Verbesserung der Vakuumerzeugung in einem Ejektor bereitgestellt, der mit einem Motorsystem wie dem Motorsystem der 1 gekoppelt ist. Eine Drossel kann direkt stromaufwärts des Ejektors gekoppelt sein, wie in 2 gezeigt, und eine Stellung der Drossel kann angepasst werden, um einen Druck stromaufwärts des Ejektors zu variieren (3). Durch selektives Reduzieren des Drucks stromaufwärts des Ejektors kann ein tieferes Vakuum mit einer niedrigeren Saugrate erreicht werden. Ein Steuergerät kann konfiguriert sein, um eine Steuerroutine durchzuführen, wie die beispielhafte Routine der 4, um den Ejektor in einer ersten Betriebsart mit geöffneter Drossel, um schneller einen niedrigeren Vakuumpegel zu erzeugen, oder in einer zweiten Betriebsart mit weiter geschlossen Drossel zu betreiben, um langsamer einen höheren Vakuumpegel zu erzeugen. Beispielhafte Anpassungen sind in den 5–6 beschrieben. Auf diese Weise können die Vorteile sowohl einer höheren Abpumprate des Vakuums als auch einer tieferen Abpumprate des Vakuums erhalten werden. 1 zeigt ein beispielhaftes Motorsystem 10, das einen Motor 12 enthält. Im vorliegenden Beispiel ist der Motor 12 ein Fremdzündungsmotor eines Fahrzeugs, wobei der Motor eine Vielzahl von Zylindern 14 enthält, wobei jeder Zylinder einen Kolben enthält. Verbrennungsvorgänge in jedem Zylinder 14 treiben die Kolben an, die ihrerseits die Kurbelwelle 16 drehen, wie es dem Fachmann geläufig ist. Weiter kann der Motor 12 eine Vielzahl von Motorventilen enthalten, wobei die Ventile mit den Zylindern 14 gekoppelt sind und das Einströmen und Ausströmen von Gasen in der Vielzahl von Zylindern 14 steuern.
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Der Motor 12 enthält einen Motoreinlass 23 und einen Motorauslass 25. Der Motoreinlass 23 enthält eine Lufteinlassdrossel 22, die mit einem Motoreinlasskrümmer 24 entlang eines Einlasskanals 18 in Fluidverbindung steht. Luft kann in den Einlasskanal 18 von einem Lufteinlasssystem (AIS) eintreten, das einen Luftreiniger 33 in Verbindung mit der Umgebung des Fahrzeugs enthält. Eine Stellung der Drossel 22 kann von einem Steuergerät 50 über ein Signal variiert werden, das an einen in der Drossel 22 enthaltenen Elektromotor oder Aktuator geliefert wird, eine Konfiguration, die üblicherweise als elektronische Drosselsteuerung (ETC) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann die Drossel 22 betrieben werden, um die an den Einlasskrümmer und die Vielzahl von Zylindern 14 gelieferte Einlassluft zu variieren. Der Einlass 23 kann einen Massenluftstromsensor 58 (im Einlasskanal 18) und einen Krümmerluftdrucksensor 60 (im Einlasskrümmer 24) zum Liefern der Signale MAF (mass air flow – Massenluftstrom) bzw. MAP (manifold air pressure – Krümmerluftdruck) an das Steuergerät 50 enthalten.
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Die Motorabsaugung 25 enthält einen Auslasskrümmer 48, der zu einem Auslasskanal 35 führt, welcher Abgase in die Atmosphäre leitet. Die Motorabsaugung 25 kann eine oder mehrere Emissionskontrollvorrichtungen 70 enthalten, die in einer direkt gekoppelten Stellung montiert sind. Die eine oder mehreren Emissionskontrollvorrichtungen können einen Drei-Wege-Katalysator, einen NOx-Speicherkatalysator, ein Diesel-Partikelfilter, einen Oxidationskatalysator usw. enthalten. Es versteht sich, dass andere Bauteile im Motor enthalten sein können, wie eine Vielfalt von Ventilen und Sensoren, wie nachfolgend ausführlicher erörtert wird.
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In manchen Ausführungsformen ist das Motorsystem 10 ein aufgeladenes Motorsystem, wobei das Motorsystem weiter eine Aufladevorrichtung enthält. Im vorliegenden Beispiel enthält der Einlasskanal 18 einen Kompressor 90 zur Aufladung einer Einlassluftladung, die entlang des Einlasskanals 18 empfangen wird. Ein Ladeluftkühler 26 (oder Zwischenkühler) ist stromabwärts des Kompressors 90 zum Kühlen der aufgeladenen Luftladung vor dem Liefern an den Einlasskrümmer gekoppelt. In Ausführungsformen, bei denen die Aufladevorrichtung ein Turbolader ist, kann der Kompressor 90 mit einer Turbine (nicht gezeigt) im Motorabsaugung 25 des Motorsystems 10 gekoppelt sein und von dieser angetrieben werden. Weiter kann der Kompressor 90 zumindest teilweise von einem Elektromotor oder einer Kurbelwelle 16 angetrieben werden.
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Ein optionaler Bypasskanal 28 kann quer über den Kompressor 90 gekoppelt sein, um mindestens einen Teil der vom Kompressor 90 verdichteten Einlassluft zurück stromaufwärts des Kompressors umzuleiten. Eine Menge von durch den Bypasskanal 28 umgeleiteter Luft kann durch Öffnen des Bypassventils des Kompressors (CBV) 30 gesteuert werden, das sich im Bypasskanal 28 befindet. Durch Steuern des CBV 30 und Variieren einer durch den Bypasskanal 28 umgeleiteten Luftmenge kann ein stromabwärts des Kompressors gelieferter Aufladedruck reguliert werden. Dies ermöglicht eine Aufladungssteuerung und eine Druckanstiegssteuerung.
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Eine Leitung 80, parallel zum Luftansaugkanal 18, kann konfiguriert sein, um einen Teil der vom Luftreiniger 33 empfangenen Einlassluft über einen Ejektor 160 zum Einlasskrümmer 24 umzuleiten. Die Leitung 80 kann mit dem Luftansaugkanal 18 an einem Punkt stromaufwärts des Ladeluftkühlers 26 und stromabwärts des Kompressors 90 gekoppelt sein. Der Ejektor 160 kann eine Ejektor-, Injektor-, Eduktor-, Venturi-Strahlpumpe oder eine ähnliche passive Vorrichtung sein. Wie weiter in 2 ausgeführt, kann der Ejektor 160 einen stromaufwärtigen Antriebsstromeinlass, über den Luft in den Ejektor eintritt, einen Hals oder Mitnahmeeinlass, der mit einem Vakuumbehälter 38 über ein erstes Rückschlagventil 40 in Verbindung steht, und einen Mischströmungsauslass haben, über den Luft, die den Ejektor 160 durchquert hat, austreten und zum Einlasskrümmer 24 gerichtet werden kann. Der Ejektorauslass kann über das Rückschlagventil 72 mit dem Einlasskrümmer gekoppelt sein. Das Rückschlagventil 72 kann ermöglichen, dass der Luftstrom im Einlasskrümmer zurückgehalten wird und nicht zurück durch den Ejektor 160 strömt, wenn ein Luftdruck im Einlasskrümmer höher als ein Luftdruck in der Leitung 80 ist. Wenn dann der Luftdruck im Einlasskrümmer höher ist, kann Luft durch den Ejektor und in die Leitung 82 strömen, von wo die Luft zurück zum Einlasskanal stromaufwärts des Kompressors 90 gerichtet werden kann. Eine Strömungsrichtung durch die Leitung 82 von stromabwärts des Ejektors nach stromaufwärts des Kompressors kann vom Rückschlagventil 74 gewährleistet werden. An sich kann der Hochdruckpunkt im dargestellten System (Kompressorauslass) immer mit dem Ejektoreinlass gekoppelt sein, und der Ejektorauslasspunkt wird automatisch über die Rückschlagventile zum niedrigsten Druckpunkt geleitet. In alternativen Ausführungsformen können die aktiv gesteuerten Ventile anstelle der passiven Rückschlagventile verwendet werden, wenn es kostengünstig ist. Durch den Antriebseinlass strömende Luft kann im Ejektor 160 in Strömungsenergie umgewandelt werden, wodurch ein niedriger Druck erzeugt wird, der an den Hals (oder Mitnahmeeinlass) übermittelt wird und am Hals Luft absaugt. Das erste Rückschlagventil 40 ermöglicht es dem Vakuumbehälter 38, einen beliebigen Teil seines Vakuums zurückzuhalten, sollten die Drücke im Antriebseinlass des Ejektors und im Vakuumbehälter ausgeglichen sein. Im vorliegenden Beispiel ist der Ejektor eine Vorrichtung mit drei Öffnungen, die einen Antriebseinlass, einen Mischströmungsauslass und einen Hals/Mitnahmeeinlass enthält. In alternativen Ausführungsformen des Ansaugers kann aber ein Rückschlagventil wie das Rückschlagventil 40 in den Ejektor integriert werden.
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Der Vakuumbehälter 38 kann auch ein Vakuum direkt vom Einlasskrümmer 24 empfangen. Ein zweites Rückschlagventil 68 ermöglicht es dem Vakuumbehälter 38, einen beliebigen Teil seines Vakuums zurückzuhalten, sollte der Druck im Einlasskrümmer 24 und im Vakuumbehälter ausgeglichen sein. Das Rückschlagventil 68 wird als Bypasspfad bezeichnet, der einen hohen Luftdurchsatzpfad vom Auflader zum Einlasskrümmer liefert. Dieser Strömungspfad herrscht vor, wenn der Aufladungsdruck über dem Krümmerdruck liegt. Der Vakuumbehälter 38 kann mit einer Vakuumverbrauchsvorrichtung 39 des Motors gekoppelt sein. Zum Beispiel kann die Vakuumverbrauchsvorrichtung 39 ein mit Fahrzeugradbremsen gekoppelter Bremskraftverstärker sein, wobei der Vakuumbehälter 38 ein Vakuumhohlraum hinter einer Membran des Bremskraftverstärkers ist. Dabei kann der Vakuumbehälter 38 ein interner Vakuumbehälter sein, der konfiguriert ist, um eine Stärke zu vervielfachen, die von einem Fahrzeugführer 15 über ein Bremspedal 154 zum Betätigen der Fahrzeugradbremsen (nicht gezeigt) geliefert wird. Eine Stellung des Bremspedals 154 kann von einem Bremspedalsensor 152 überwacht werden. In einem alternativen Beispiel kann der Vakuumbehälter ein Niederdruckspeichertank sein, der in einem Kraftstoffdampf-Spülsystem enthalten ist.
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Die Leitung 80 kann weiter eine Drossel 150 enthalten, die direkt stromaufwärts des Ejektors 160 gekoppelt ist. Insbesondere kann die Drossel 150 mit dem Ejektor 160 ohne Strömungsvorrichtungen oder Kopplungen zwischen dem Ejektor und der Drossel gekoppelt sein. Wie hier verwendet, kann die in der Leitung 80 mit dem Ejektor 160 gekoppelte Drossel 150 eine erste Drossel sein (hier auch als Ejektordrossel bezeichnet), während die im Luftansaugkanal mit dem Einlasskrümmer 24 gekoppelte Drossel 22 eine zweite Drossel sein kann (hier auch als Lufteinlassdrossel bezeichnet). Auf diese Weise kann das Motorsystem 10 eine mit dem Einlasskrümmer stromaufwärts des Ladeluftkühlers 26 gekoppelte erste Drossel und eine mit dem Einlasskrümmer stromabwärts des Ladeluftkühlers 26 gekoppelte zweite Drossel enthalten.
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Wie unter Bezug auf die 2–4 näher ausgeführt, kann das Steuergerät 50 zur Anpassung einer Öffnung der ersten Drossel 150 konfiguriert sein, um den Druck in einem stromaufwärtigen Bereich des Ejektors zu variieren, wodurch der Saugdurchsatz im Ejektor sowie das im Ejektor erreichte endgültige Vakuum beeinflusst werden.
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Insbesondere kann das Steuergerät die erste Drossel in eine erste Stellung stellen, in der sie zu einem höheren Grad geöffnet ist (z.B. ganz geöffnet oder weiter geöffnet), um den Druck stromaufwärts des Ejektors zu erhöhen, wodurch ein Saugdurchsatz erhöht wird und die Erhöhung der Vakuumabpumprate im Ejektor ermöglicht wird. Zum Beispiel kann die erste Drossel 150 in die erste, weiter geöffnete Stellung während Bedingungen verschoben werden, in denen das Krümmervakuum niedriger ist (z.B. bei aufgeladenem Motorbetrieb). Durch Strömen von Luft durch den Ejektor 160 mit der ersten Drossel 150 weiter geöffnet kann der hohe Saugdurchsatz oder Pumpdurchsatz durch den Ejektor vorteilhafterweise verwendet werden, um einen Vakuumpegel des Vakuumbehälters 38 schnell zu erhöhen, so dass ein ausreichendes Vakuum zur Verwendung durch die Vakuumverbrauchsvorrichtung 39 zur Verfügung steht. Der erreichte endgültige Vakuumpegel ist aber möglicherweise nicht tief genug (z.B. kann der Vakuumpegel niedriger sein als ein gewünschter Vakuumpegel).
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So kann in einem anderen Beispiel das Steuergerät 50 die erste Drossel 150 in eine zweite, andere Stellung stellen, in der sie weniger geöffnet ist (z.B. ganz geschlossen oder weiter geschlossen bezüglich der ersten Stellung), um den Druck stromaufwärts des Ejektors zu verringern, wodurch ein Saugdurchsatz verringert und es ermöglicht wird, dass ein im Ejektor abgesaugter Vakuumpegel langsamer erhöht wird. Zum Beispiel kann die erste Drossel 150 in die zweite, weiter geschlossene Stellung während Bedingungen verschoben werden, in denen das Krümmervakuum höher ist (z.B. während eines nicht aufgeladenen Motorbetriebs). Durch Strömen von Luft durch den Ejektor 160 mit der ersten Drossel 150 weniger geöffnet kann der durch den Ejektor erreichte tiefere endgültige Vakuumpegel vorteilhafterweise genutzt werden, um den Vakuumpegel des Vakuumbehälters 38 auf den gewünschten Pegel zu erhöhen, obwohl die Erhöhung langsamer erfolgen kann, als wenn das Vakuum im Ejektor mit der ersten Drossel in der ersten, weiter geöffneten Stellung erzeugt wird.
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Anpassungen der ersten Drossel 150 können durch entsprechende Anpassungen der zweiten Drossel 22 kompensiert werden. Mittels Durchführung entsprechender Anpassungen wird ein Luftstrom zum Motoreinlasskrümmer auf einem gewünschten Pegel gehalten. Zum Beispiel kann als Reaktion auf eine Vergrößerung der Öffnung der ersten Drossel (zum Beispiel wenn die erste Drossel zur ersten, weiter geöffneten Stellung bewegt wird) eine Öffnung der zweiten Drossel dementsprechend verkleinert werden (z.B. kann die zweite Drossel in eine weiter geschlossene Stellung bewegt werden). Desgleichen kann als Reaktion auf eine Verkleinerung der Öffnung der ersten Drossel (zum Beispiel, wenn die erste Drossel in die zweite, weniger geöffnete Stellung bewegt wird) eine Öffnung der zweiten Drossel dementsprechend vergrößert werden (z.B. kann die zweite Drossel in eine weiter geöffnete Stellung bewegt werden).
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Das Motorsystem 10 kann auch ein Steuersystem 46 enthalten, das ein Steuergerät 50, Sensoren 51 und Aktuatoren 52 enthält. Beispielhafte Sensoren umfassen einen Motordrehzahlsensor 54, einen Motorkühlmitteltemperatursensor 56, einen Luftmassensensor 58 und einen Krümmerluftdrucksensor 60. Beispielhafte Aktuatoren umfassen Motorventile, das CBV 30, eine erste Ejektordrossel 150 und eine zweite Lufteinlassdrossel 22. Das Steuergerät 50 kann weiter einen physikalischen Speicher mit Anweisungen, Programmen und/oder einem Code für den Betrieb des Motors umfassen. Eine vom Steuergerät 50 ausgeführte beispielhafte Routine ist in 4 gezeigt.
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Auf diese Weise liefert das System der 1 ein Motorsystem, das in der Lage ist, eine Drossel stromaufwärts eines mit einem Einlasskrümmer gekoppelten Ejektors zu schließen, um den Pegel der Vakuumerzeugung durch den Ejektor während einer ersten Betriebsart zu erhöhen. Dann ist das System während einer zweiten Betriebsart in der Lage, die Drossel zu öffnen, um die Vakuumerzeugungsrate durch den Ejektor zu erhöhen. Hier kann die Drossel während der ersten Betriebsart weiter geschlossen und dann während der zweiten Betriebsart weniger geschlossen sein. Anders gesagt, die Drossel kann während der ersten Betriebsart weniger geöffnet und dann während der zweiten Betriebsart weiter geöffnet sein.
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Nun wird unter Bezug auf 2 ein Ausführungsbeispiel des Einlass-Ejektors der 1 mit der ersten Drossel stromaufwärts davon gekoppelt gezeigt. Insbesondere zeigt 2 in 200 eine Ausführungsform des Ejektors, der mit der stromaufwärtigen Ejektordrossel geöffnet betrieben wird, und in 250 eine Ausführungsform des Ejektors, die mit der Drossel geschlossen betrieben wird. Es versteht sich, dass vorher in 1 vorgestellte Bauteile in 2 die gleichen Bezugszeichen tragen und nicht erneut vorgestellt werden.
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Der Ejektor 160 kann eine Antriebsströmung in einem stromaufwärtigen Bereich 202 des Ejektors empfangen. Der stromaufwärtige Bereich entspricht einem Bereich des Ejektors, der sich stromaufwärts des Ejektorhalses 204 befindet. Nach dem Durchgang durch den Hals 204 kann ein Mischstrom in einen stromabwärtigen Bereich 206 des Ejektors strömen, d.h. einen Bereich, der sich stromabwärts des Ejektorhalses befindet. Aufgrund des verengten Bereichs am Ejektorhals kann eine Geschwindigkeit der durch den Ejektor strömenden Luft am Hals (bezüglich der Geschwindigkeit der Luft im stromaufwärtigen oder stromabwärtigen Bereich) zunehmen, und ein Druck der Luftströmung kann (bezüglich des Drucks der Luft im stromaufwärtigen oder stromabwärtigen Bereich) aufgrund eines Venturi-Effekts (auch bekannt als Bernoulli-Effekt) entsprechend abnehmen. An sich bleiben die Antriebsgeschwindigkeiten im Hals im Schallbereich, während die Geschwindigkeit zunimmt. Wenn der Durchsatz ausreicht, formen sich Schallgeschwindigkeiten im Hals. Nach dem Hals können die Geschwindigkeiten im Überschallbereich liegen (wie bei einer Lavaldüse). Der Druckabfall kann aus dem Hals als ein Vakuum abgezogen werden und ist auch als Saugströmung bekannt. Die Geschwindigkeit am Hals bestimmt daher nicht nur den Saugdurchsatz, sondern auch das endgültige Vakuum, das erreicht wird. Wie hier verwendet, bezieht sich das endgültige Vakuum auf das bei null Saugdurchsatz erreichte Vakuum.
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Die Erfinder haben erkannt, dass die Geschwindigkeit im Hals, und folglich der Saugdurchsatz und das endgültige Vakuum, basierend auf der Druckdifferenz quer durch den Hals des Ejektors variieren kann. Insbesondere kann durch Verhindern des Fallens des Druckverhältnisses unter ein Schwellenverhältnis (zum Beispiel des Fallens unter ein empirisch bestimmtes Verhältnis von 0,71) die Leistung des Ejektors unter allen Bedingungen optimiert werden. An sich erhöht das Drosseln das Druckverhältnis des Ejektors. Durch Ändern des Drucks in einem stromaufwärtigen Bereich des Ejektors können so die Eigenschaften eines im Ejektor erzeugten Vakuums geändert werden. Insbesondere kann eine Drossel 150, die direkt stromaufwärts des Ejektors ohne Strömungsvorrichtung oder Strömungskopplung zwischen dem Ejektor und der Drossel positioniert ist, vorteilhafterweise verwendet werden, um den Druck im stromaufwärtigen Bereich des Ejektors zu variieren und dadurch ein gewünschtes endgültiges Vakuum oder einen gewünschten Saugdurchsatz zu liefern.
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Wie in 1 beschrieben, können die stromaufwärtige Drossel 150 und der Ejektor 160 mit dem Einlasskrümmer in einer Leitung parallel zu einem Luftansaugkanal gekoppelt werden, wobei die Leitung mit dem Luftansaugkanal stromaufwärts eines Ladeluftkühlers gekoppelt ist. Während Bedingungen, bei denen das Krümmervakuum niedriger ist (wie mäßige Ladebedingungen), kann zumindest ein Teil der Einlassluft in die Leitung gerichtet werden, wo die Luft durch den Ejektor mit der Drossel um einen ersten, größeren Betrag offen (oder in einer ersten, weiter geöffneten Stellung) strömt, um ein Vakuum für eine Vakuumverbrauchsvorrichtung des Motors (wie einen Bremskraftverstärker) zu erzeugen. Durch Strömen von Luft durch den Ejektor mit der ersten Drossel weiter offen wird der hohe Saugdurchsatz oder Pumpdurchsatz durch den Ejektor vorteilhafterweise genutzt, um einen Vakuumpegel der Vakuumverbrauchsvorrichtung schnell auf einen ersten Pegel zu erhöhen.
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2 zeigt in 200 die Drossel in einer ersten Stellung, um einen ersten (größeren) Betrag offen. Hier kann, wenn die Drossel 150 weiter geöffnet ist (z.B. ganz offen, wie gezeigt), ein Druck im stromaufwärtigen Bereich 202 des Ejektors (auf beiden Seiten der Drossel 150) ~100 kPa betragen, während ein Druck im stromabwärtigen Bereich 206 des Ejektors ~30 kPa betragen kann. Das heißt, es kann keine Druckdifferenz quer durch die Drossel 150 im stromaufwärtigen Bereich vorhanden sein, während die Druckdifferenz quer durch den Ejektorhals 204 höher ist (hier ~70 kPa). Diese höhere Druckdifferenz quer durch den Halsbereich führt zu einer höheren Geschwindigkeit des Antriebsluftstroms quer durch den Hals, und folglich zu einem höheren Saugdurchsatz. Das erreichte endgültige Vakuum kann aber niedriger sein. Zum Beispiel kann das erreichte endgültige Vakuum ~65 kPa betragen.
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An sich kann dieser erste Pegel des erreichten endgültigen Vakuums niedriger sein als ein gewünschter Vakuumpegel. Um daher den gewünschten Vakuumpegel bei Bedingungen, unter denen das Krümmervakuum höher ist (wie während Nichtaufladungsbedingungen), zu erreichen, kann Luft in die Leitung und durch den Ejektor mit der Drossel um einen zweiten Betrag geöffnet (oder in einer zweiten Stellung) strömen, der geringer ist als der erste Betrag. Hier kann die zweite Stellung eine Stellung sein, in der die Drossel weiter geschlossen ist, als wenn die Drossel in der ersten Stellung ist. Durch Strömen von Luft durch den Ejektor, mit der Drossel weiter geschlossen, kann ein Druck stromaufwärts des Ejektors gesenkt werden, um den endgültigen Vakuumpegel auf den gewünschten Vakuumpegel zu erhöhen, wenn auch bei einem niedrigeren Saugdurchsatz.
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2 zeigt in 250 die Drossel in einer zweiten, um einen zweiten (kleineren) Betrag geöffneten Stellung. Hier ist die Drosselöffnung reduziert (z.B. ganz geschlossen, wie gezeigt, oder teilweise geschlossen). Wenn die Drossel 150 weiter geschlossen ist, kann hier ein Druck in dem stromaufwärtigen Bereich 202 des Ejektors, stromaufwärts der Drossel, ~100 kPa sein, während ein Druck in dem stromaufwärtigen Bereich 202 des Ejektors, stromabwärts der Drossel, ~70 kPa sein kann. Das heißt, durch Anpassen der Stellung der Drossel wird ein Druck im stromaufwärtigen Bereich des Ejektors um ~30 kPa gesenkt. Dieser Druckabfall führt zu einem Abfall der Antriebsströmungsgeschwindigkeit quer durch den Hals und einer reduzierten Druckdifferenz quer durch den Hals. Im dargestellten Beispiel kann der Ejektorbereich direkt stromaufwärts des Halses auf ~70 kPa sein, während ein Druck im stromabwärtigen Bereich des Ejektors ~30 kPa sein kann. Das heißt, es kann eine geringere Druckdifferenz quer durch den Ejektorhalsbereich (hier ~40 kPa) im Vergleich damit geben, wenn die Drossel in der ersten Stellung weiter geöffnet ist. Diese niedrigere Druckdifferenz quer durch den Halsbereich führt zu einem niedrigeren Druckabfall im Hals, und folglich zu einem niedrigeren Saugdurchsatz. Der endgültige Vakuumpegel kann aber höher sein. Zum Beispiel kann der endgültige Vakuumpegel 80 kPa sein. Durch Schieben der Drossel von der ersten weiter geöffneten Stellung (in 200) in die zweite weiter geschlossene Stellung (in 250) wird so das endgültige Vakuum von einem ersten, niedrigeren Pegel auf einen zweiten, höheren Pegel erhöht. Auf diese Weise wird durch Drosseln des Ejektors ein Druck stromaufwärts des Ejektors reduziert, ein Saugdurchsatz quer durch den Ansaughals wird reduziert, aber ein tieferer Vakuumpegel kann erhalten werden.
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Es versteht sich, dass, während das Beispiel der 2 die Verschiebung der Drossel von einer ersten Stellung (in 200), in der sie ganz offen ist, in eine zweite Stellung (in 250) zeigt, in der sie ganz geschlossen ist, dies nicht einschränkend zu verstehen ist. In alternativen Ausführungsformen kann die Drossel von einer ersten Stellung, in der sie weiter geöffnet ist, in eine zweite Stellung geschoben werden, in der sie weiter geschlossen ist, um die gewünschte Druckreduzierung und ein tieferes endgültiges Vakuum zu erreichen. Weiter kann die Drosselstellung kontinuierlich in eine Stellung beliebig zwischen einer ganz offenen und einer ganz geschlossenen Stellung gesteuert werden. Insbesondere kann die Drosselstellung kontinuierlich variiert werden, um zu verhindern, dass das Druckverhältnis unter ein Schwellendruckverhältnis fällt (z.B. unter 0,71).
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Die der 3 stellt diese Wirkung graphisch dar. Insbesondere stellt die die Saugerleistung zur Erhöhung von Pegeln des Krümmervakuums dar. Die Gruppe von Linien 302 (durchgezogenen Linien) stellt die Saugerleistung dar, wenn der Sauger ungedrosselt betrieben wird (d.h. mit einem stromaufwärtigen Druck von bis zu 100 kPa). Insbesondere stellt die Gruppe von Linien 302 die Saugerleistung dar, wenn er bei Krümmerdrücken von 10, 15, 20, 25, 30, 40 bzw. 50 kPa ungedrosselt ist (von links nach rechts). Die Gruppe von Linien 304 (gestrichelte Linien) stellt die Saugerleistung dar, wenn der Sauger gedrosselt betrieben wird (d.h. mit einem stromaufwärtigen Druck von bis zu 70 kPa). Insbesondere stellt die Gruppe von Linien 304 die Saugerleistung mit gedrosseltem Sauger bei Krümmerdrücken von 50 bzw. 55 kPa (von links nach rechts) dar.
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Bei näherer Untersuchung stellt man fest, dass die Linien sich bei einem Schwellendruckverhältnis bündeln, hier einem Druckverhältnis 0,71 (bei oder um 70 kPa). Daher kann ein Steuervorgang durchgeführt werden, wenn das Druckverhältnis im Ejektor sich dem Schwellendruckverhältnis von 0,71 nähert. Insbesondere, wenn das Druckverhältnis zu 0,71 kommt, kann der Ejektoreinlass gedrosselt werden, um zu verhindern, dass das Druckverhältnis unter 0,71 fällt (d.h. das Druckverhältnis auf oder über dem Schwellendruckverhältnis von 0,71 zu halten). Auf diese Weise ist die Ejektorleistung sowohl für Saugströmung als auch für Vakuum immer optimiert.
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Auch liefert das System unerwartete zufällige und synergistische Vorteile. Der gedrosselte Luftstrom reduziert den Antriebsluftdurchsatz und so den Bypass-Durchsatz rund um die Drosselplatte. Folglich können noch höhere Krümmervakuen erreicht werden, wenn der Luftdurchsatz um die Drosselplatte herum reduziert ist. Dies erhöht wiederum das Krümmervakuum. Dies rührt daher, dass die Strömung durch eine Schalldüse von der Dichte stromaufwärts dieser Düse abhängt. Der konvergierende Kegel des Ejektors wirkt wie eine Schalldüse. Die maximale Strömung durch diese Düse wird typischerweise bei einem Druckverhältnis von 0,9 erreicht, wo die Antriebsströmung eine Schallströmung wird.
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In einem Beispiel, wenn der Ejektor ungedrosselt betrieben wird (d.h. mit weiter geöffneter Drossel), ist eine Rate der am Hals abgezogenen Saugströmung höher (d.h. man sieht eine steilere Flanke), während das erreichte endgültige Vakuum niedriger ist (z.B. ~65 kPa). Zum Vergleich, wenn der Ejektor gedrosselt betrieben wird (d.h. mit der Drossel weiter geschlossen), ist eine Rate der am Hals abgezogenen Saugströmung niedriger (d.h., man sieht eine flachere Flanke), während das erreichte endgültige Vakuum höher ist (z.B. ~80 kPa).
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Wie hier in 4 näher ausgeführt, kann ein Steuergerät während einer ersten Dauer den Ejektor ungedrosselt mit der Drossel um einen ersten, größeren Betrag geöffnet betreiben, um einen Vakuumpegel schnell auf einen ersten, niedrigeren Vakuumpegel zu erhöhen. Danach kann während einer zweiten Dauer das Steuergerät den Ejektor gedrosselt mit der Drossel um einen zweiten, geringeren Betrag geöffnet betreiben, um den Vakuumpegel langsam vom ersten niedrigeren auf einen zweiten höheren Vakuumpegel zu erhöhen. Auf diese Weise können die Vorteile sowohl eines höheren Abpumpens von Vakuum als auch eines tieferen Abpumpens von Vakuum mit einem existierenden Ejektor auf kostenwirksame und einfache Art erreicht werden.
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An sich kann das tiefere Vakuum verschiedene Vorteile liefern. Als ein Beispiel, wenn der Ejektor konfiguriert ist, um ein Vakuum an einen Bremskraftverstärker zu liefern, kann das Vakuum vom Bremskraftverstärker für hohe G-Kräfte, einzelne Bremsstopps von hoher Fahrzeuggeschwindigkeit herunter, verwendet werden. Während das tiefe Vakuum einen begrenzten Nutzen für eine schnelle Bremsvakuumwiedergewinnung haben kann, kann das Vakuum vom Bremskraftverstärker verwendet werden, um das Fahrzeug im Fall eines “Panikstopps” anzuhalten.
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Nun unter Bezug auf 4 ist das Verfahren 400 zur Steuerung des Betriebs einer Drossel gezeigt, die stromaufwärts eines Einlasskrümmer-Ejektors gekoppelt ist. Das Verfahren wird verwendet, um den Wirkungsgrad der Vakuumerzeugung des Ejektors zu verbessern.
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In 402 enthält das Verfahren die Schätzung und/oder Messung von Motorbetriebsbedingungen. Diese können zum Beispiel die Motordrehzahl, Motortemperatur, Fahrzeuggeschwindigkeit, Umgebungsbedingungen (barometrischer Druck, Umgebungstemperatur und Feuchtigkeit), Katalysatortemperatur, Vakuumpegel in Vakuumbehältern gekoppelt mit Vakuumverbrauchsvorrichtungen des Motors (oder Vakuumaktuatoren), usw. enthalten.
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In 404, basierend auf den geschätzten Motorbetriebsbedingungen, kann ein in einem mit einer Vakuumverbrauchsvorrichtung des Motors gekoppelten Vakuumbehälter gewünschter Vakuumpegel festgelegt werden. Das Vakuum im Vakuumbehälter kann verwendet werden, um die Vakuumverbrauchsvorrichtung zu betätigen. In einem Beispiel ist die Vakuumverbrauchsvorrichtung ein Bremskraftverstärker, der mit Fahrzeugradbremsen gekoppelt ist. Dabei kann das Steuergerät einen Vakuumpegel festlegen, der für den Betrieb des Bremskraftverstärkers erforderlich ist. Der gewünschte Vakuumpegel kann zum Beispiel auf einer Fahrzeuggeschwindigkeit basieren. Wenn so eine Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt, kann der gewünschte Vakuumpegel zunehmen, so dass der Bremskraftverstärker das Fahrzeug anhalten kann, wenn ein Bremspedal vom Fahrzeugführer betätigt wird, während das Fahrzeug mit hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten betrieben wird. In alternativen Beispielen kann die Vakuumverbrauchsvorrichtung ein alternativer Vakuumaktuator wie ein Drehzahlregelungsaktuator, HLK-Tür, usw. sein.
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In 406 kann feststellt werden, ob ein Abstand des laufenden Vakuumpegels der Vakuumverbrauchsvorrichtung zum gewünschten Vakuumpegel der Vakuumverbrauchsvorrichtung größer als eine Schwelle ist. Es kann zum Beispiel festgestellt werden, ob eine Differenz zwischen dem laufenden Vakuumpegel im Bremskraftverstärker und dem gewünschten Vakuumpegel im Bremskraftverstärker höher ist als die Schwelle. An sich kann der laufende Vakuumpegel der Vakuumverbrauchsvorrichtung ein Pegel eines Vakuums sein, das im Moment in einem mit der Vakuumverbrauchsvorrichtung gekoppelten Vakuumbehälter zur Verfügung steht. Die Schwelle kann auf einem Vakuumpegel basieren, der bei einer laufenden (Ejektor)-Drosselöffnung erzeugt werden kann.
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Wenn der Abstand zum gewünschten Vakuumpegel größer ist als die Schwelle, enthält das Verfahren in 408 das Öffnen der Ejektordrossel (oder die Vergrößerung einer Öffnung der Ejektordrossel), um einen Druck im stromaufwärtigen Bereich des Ejektors zu erhöhen und Einlassluft durch den Ejektor strömen zu lassen. Das Vakuum kann dann vom Hals des Ejektors gezogen werden. Das Öffnen der Ejektordrossel enthält das vollständige Öffnen der Ejektordrossel oder Vergrößern einer Öffnung der Ejektordrossel vom laufenden Öffnungsgrad der Drossel. Zum Beispiel kann die Drossel von einer laufenden Einstellung in eine erste Stellung bewegt werden, in der die Drossel weiter geöffnet ist. Durch Einstellen der Drossel stromaufwärts des Ejektors auf eine größere Öffnung kann eine Geschwindigkeit der Antriebsströmung im Hals des Ejektors erhöht werden, was einen Saugdurchsatz erhöht. So kann das Vakuum schnell erhöht werden, wenn auch auf einen niedrigeren endgültigen Vakuumpegel.
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In 410 enthält das Verfahren die Anpassung der Öffnung einer Lufteinlassdrossel basierend auf der Öffnung der Ejektordrossel. Wie vorher näher ausgeführt, kann der Ejektor mit dem Einlasskrümmer in einer Leitung parallel zu einem Luftansaugkanal gekoppelt sein, wobei die Leitung stromaufwärts eines Ladeluftkühlers mit dem Luftansaugkanal gekoppelt ist. Die Drossel stromaufwärts des Ejektors kann eine erste Drossel sein, die in der Leitung direkt stromaufwärts des Ejektors ohne Strömungsvorrichtung oder Kopplung zwischen dem Ejektor und der ersten Drossel positioniert ist. Der Motor kann weiter eine zweite Drossel enthalten, die mit dem Einlasskrümmer im Luftansaugkanal stromabwärts des Ladeluftkühlers gekoppelt ist. Das Steuergerät kann eine Einstellung der zweiten Drossel basierend auf der ersten Drossel anpassen. Insbesondere kann in 410 eine Öffnung der zweiten Drossel als Reaktion auf die Öffnung der ersten Drossel verkleinert werden. Wenn zum Beispiel die erste Drossel in eine weiter geöffnete Stellung bewegt wird, kann die zweite Drossel in eine weiter geschlossene Stellung bewegt werden, um die Aufrechterhaltung eines bereinigten Motorluftstroms zu erlauben.
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Wenn mehr Luft aus dem Ejektor austritt, wird die Hauptdrossel geschlossen, so dass der Zielluftstrom des Motors erreicht wird. An sich hat der Durchsatz aus dem Ejektor die Tendenz, im Wesentlichen konstant zu sein, selbst wenn der Saugdurchsatz variiert. Anders gesagt, hat die Saugströmung die Tendenz, den Antriebsdurchsatz zu verdrängen, anstatt dazu hinzuzufügen. So ist für konstante Bedingungen am Antriebsströmungseinlass und am Ejektorauslass der Abluftdurchsatz im Wesentlichen konstant, selbst bei variierendem Saugdurchsatz.
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In 412 kann bestätigt werden, dass eine Vakuumgrenze des Ejektors mit weiter geöffnet Ejektordrossel erreicht wurde. Das heißt, es kann festgestellt werden, ob der Ejektor das endgültige Vakuum erreicht hat, das mit der ersten Drosselstellung erreichbar ist. Während der Ejektor diesen endgültigen Vakuumpegel aufgrund der größeren Öffnung der Drossel schnell erreichen kann, kann der endgültige Vakuumpegel niedriger sein als der gewünschte Vakuumpegel. Um den gewünschten, tieferen Vakuumpegel zu erreichen, enthält so in 414 das Verfahren das Schließen der Ejektordrossel (oder Verkleinern einer Öffnung der Drossel), um einen Druck im stromaufwärtigen Bereich des Ejektors und das Strömen der Einlassluft durch den Ejektor zu verringern. Das Vakuum kann dann vom Hals des Ejektors gezogen werden. Das Schließen der Ejektordrossel enthält das vollständige Schließen der Ejektordrossel oder das Verkleinern einer Öffnung der Ejektordrossel. Zum Beispiel kann die Drossel von der ersten Stellung, in der die Drossel weiter geöffnet (oder weniger geschlossen) war, in eine zweite Stellung bewegt werden, in der die Drossel weiter geschlossen (oder weniger geöffnet) ist. Durch Einstellen der Drossel stromaufwärts des Ejektors auf ein stärkeres Schließen kann eine Geschwindigkeit der Antriebsströmung im Hals des Ejektors verringert werden, was einen Saugdurchsatz verringert, aber ein erreichtes endgültiges Vakuum erhöht. So kann das Vakuum langsam auf ein noch tieferes endgültiges Vakuum erhöht werden.
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In 418 enthält das Verfahren die Anpassung der Öffnung einer Lufteinlassdrossel basierend auf der Öffnung der Ejektordrossel. Wie vorher näher ausgeführt, kann das Steuergerät eine Einstellung der im Luftansaugkanal gekoppelten zweiten Drossel basierend auf der stromaufwärts des Ejektors gekoppelten ersten Drossel anpassen. Insbesondere kann in 418 eine Öffnung der zweiten Drossel als Reaktion auf das Schließen der ersten Drossel vergrößert werden. Wenn zum Beispiel die erste Drossel in eine weiter geschlossene Stellung bewegt wird, kann die zweite Drossel in eine weiter geöffnete Stellung bewegt werden, um die Aufrechterhaltung einer bereinigten Motorluftströmung zu ermöglichen.
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Wenn auf diese Weise ein größerer Betrag der Vakuumerzeugung erforderlich ist, kann der Motor in jeder von zwei Betriebsarten betrieben werden, mit einer ersten Betriebsart der Vakuumerzeugung, bei der eine Drossel stromaufwärts eines Ejektors in eine weiter geöffnete Stellung bewegt wird, um eine Vakuumerzeugungsrate durch den Ejektor zu erhöhen, und mit einer zweiten Betriebsart der Vakuumerzeugung, bei der die Drossel in eine weiter geschlossene Stellung bewegt wird, um einen Vakuumerzeugungspegel durch den Ejektor zu erhöhen.
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Wieder in 406, wenn der Abstand vom gewünschten Vakuumpegel niedriger als die Schwelle ist, kann in 407 festgestellt werden, ob das Krümmervakuum höher ist als ein Schwellenvakuum. In einem Beispiel kann das Krümmervakuum während eines nicht verstärkten Motorbetriebs höher sein als ein Schwellenvakuum. Wenn das Krümmervakuum höher ist als das Schwellenvakuum, und der Abstand zum gewünschten Vakuumpegel kleiner ist als eine Schwelle (das heißt, der Vakuumpegel der Vakuumverbrauchsvorrichtung ist schon hoch genug), geht die Routine direkt zu 414, um das tiefere Vakuum zu liefern. Das heißt, der gewünschte Vakuumpegel wird durch Schließen der Drossel (z.B. durch Bewegen der Drossel in die zweite, weiter geschlossene Stellung) erreicht, um das tiefere Vakuum langsamer zu erreichen. Hier wird der Motor nur in der zweiten Betriebsart betrieben, um den gewünschten Vakuumpegel mit einem langsameren Saugdurchsatz zu erreichen, wenn der gewünschte Vakuumpegel niedriger als eine Schwelle ist, und wenn ein Einlasskrümmervakuum höher als ein Schwellenpegel ist.
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Wenn der Abstand vom gewünschten Vakuumpegel niedriger ist als die Schwelle (in 406), und das Einlasskrümmervakuum niedriger ist als das Schwellenvakuum (in 407), geht die Routine direkt zu 408, um schnell das gewünschte Vakuum zu liefern. In einem Beispiel kann während eines aufgeladenen Motorbetriebs das Krümmervakuum niedriger sein als das Schwellenvakuum. Das heißt, der gewünschte Vakuumpegel wird durch Öffnen der Drossel (z.B. Bewegen der Drossel in die erste, weiter geöffnete Stellung) erreicht, um das gewünschte Vakuum schneller zu erreichen. Hier kann der Motor nur in der ersten Betriebsart betrieben werden, um den gewünschten Vakuumpegel mit einem schnelleren Saugdurchsatz zu erreichen, wenn der gewünschte Vakuumpegel niedriger als eine Schwelle ist, und wenn ein Einlasskrümmervakuum niedriger als ein Schwellenpegel ist.
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Auf diese Weise kann, wenn ein kleinerer Betrag der Vakuumerzeugung erforderlich ist, der Motor in einer der zwei Betriebsarten basierend auf einem Krümmervakuumpegel betrieben werden. Durch den Betrieb in der ersten Betriebsart der Vakuumerzeugung mit der Drossel stromaufwärts des Ejektors in der weiter geöffneten Stellung, wenn das Krümmervakuum niedriger ist, kann der gewünschte Vakuumpegel schnell erreicht werden. Durch Betrieb in der zweiten Betriebsart der Vakuumerzeugung mit der Drossel stromaufwärts des Ejektors in der weiter geschlossenen Stellung, wenn das Krümmervakuum höher ist, kann der gewünschte Vakuumpegel erreicht werden, obwohl das Krümmervakuum hoch ist, wenn auch mit einer langsameren Vakuumerzeugung. Durch Anpassen einer Öffnung einer zweiten Drossel, die mit dem Einlasskrümmer stromabwärts des Ladeluftkühlers gekoppelt ist, basierend auf der ersten Drossel während jeder der ersten und zweiten Betriebsarten, kann eine Luftströmung zum Motor aufrechterhalten werden.
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An sich ist der Antriebsströmungseinlass eines Ejektors während eines üblichen Ejektorbetriebs einem hohen Druck ausgesetzt (z.B. Kompressorauslass), und die Luft wird mit einem niedrigen Druck abgelassen (z.B. Einlasskrümmerdruck). Obwohl dies oberhalb eines Schwellendruckverhältnisses funktioniert, während das Druckverhältnis (wie durch das Verhältnis von MAP/TIP festgelegt) unter das Schwellenverhältnis geht (z.B. unter 0,71), fällt die Wirksamkeit des Ejektors ab. Durch die Reduzierung des Drucks am Antriebseinlass des Ejektors derart, dass das Druckverhältnis nicht unter 0,71 fällt, können tiefere Saugvakuen erreicht werden, selbst während die Drossel-Bypassströmung (das heißt, der Antriebsluftdurchsatz) reduziert wird.
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Nun in 5 stellt die Abbildung 500 die Vakuumerzeugung in einem Ejektor dar, der mit einem Motoreinlasskrümmer in einem Fahrzeugsystem gekoppelt ist. Die Abbildung 500 stellt weiter beispielhafte Anpassungen einer direkt stromaufwärts des Ejektors positionierten Drossel dar, die durchgeführt werden, während die Strömung durch den Ejektor geleitet wird, um eine Vakuumabpumprate sowie einen endgültigen Vakuumpegel zu variieren, der im Ejektor erreicht wird. Die Abbildung 500 stellt Änderungen einer Ejektordrosselstellung in der graphischen Darstellung 502 dar. Änderungen eines Vakuumpegels in einem Behälter, der mit einer Vakuumverbrauchsvorrichtung des Motors gekoppelt ist, sind in der graphischen Darstellung 504 dargestellt, und Änderungen einer Fahrzeuggeschwindigkeit sind in der graphischen Darstellung 506 gezeigt. Alle Graphe sind graphische Darstellungen in der Zeit entlang der X-Achse.
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Im vorliegenden Beispiel ist der Ejektor konfiguriert, um Vakuum an einen Bremskraftverstärker zu liefern. Vor t1 kann das Fahrzeug mit einer ersten, niedrigeren Fahrzeuggeschwindigkeit fahren (graphische Darstellung 506). Aufgrund der niedrigeren Fahrzeuggeschwindigkeit kann der gewünschte Vakuumpegel 503 im Bremskraftverstärker niedriger sein. Die geringere Vakuumerfordernis kann durch Betreiben des Motors mit weiter geöffneter Ejektordrossel (z.B. ganz geöffnet, wie in der graphischen Darstellung 502 dargestellt) erfüllt werden (graphische Darstellung 504). Zum Beispiel kann die geringere Vakuumerfordernis durch Betreiben des Motors in einer ersten Betriebsart mit geöffneter Ejektordrossel erfüllt werden. Dabei kann Luft durch einen Ejektor strömen, der in einer Leitung positioniert ist, die mit dem Motoreinlasskrümmer gekoppelt ist, wobei die Leitung parallel zum Luftansaugkanal des Motors ist. Während Luft durch den Ejektor strömt, kann eine in der Leitung direkt stromaufwärts des Ejektors positionierte Drossel auf eine weiter geöffnete Stellung eingestellt werden, um einen Druck in einem stromaufwärtigen Bereich des Ejektors (d.h. stromaufwärts eines Ejektorhalses) zu erhöhen. Durch Erhöhen des Drucks im stromaufwärtigen Bereich wird ein Saugdurchsatz im Ejektor erhöht, so dass der gewünschte Vakuumpegel schnell erreicht wird.
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In t1 kann die Fahrzeuggeschwindigkeit auf eine zweite, höhere Fahrzeuggeschwindigkeit zunehmen (graphische Darstellung 506). Aufgrund der Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit kann der gewünschte Vakuumpegel 503 dementsprechend in Vorwegnahme der Benötigung eines höheren Betrags der Bremskraft zum Bremsen des Fahrzeugs von der höheren Fahrzeuggeschwindigkeit auf einen höheren Pegel zunehmen. Der erforderliche höhere Vakuumpegel kann aber möglicherweise durch Betreiben des Motors mit der weiter geöffneten Ejektordrossel nicht erreicht werden, da das mit der offenen Ejektordrossel erreichbare endgültige Vakuum niedriger sein kann als der gewünschte Vakuumpegel. So kann in t2 der gewünschte Vakuumpegel durch Betreiben des Motors in einer zweiten Betriebsart mit geschlossener Ejektordrossel (z.B. ganz geschlossen wie in der graphischen Darstellung 502 dargestellt) erreicht werden (graphische Darstellung 504). Dabei kann Luft durch den Ejektor strömen, der in der Leitung mit dem Motoreinlasskrümmer gekoppelt positioniert ist, während die in der Leitung direkt stromaufwärts des Ejektors positionierte Drossel von der weiter geöffneten Stellung (vor t1) in eine weiter geschlossene Stellung (nach t1) verschoben wird, um einen Druck im stromaufwärtigen Bereich des Ejektors zu senken. Durch Senken des Drucks im stromaufwärtigen Bereich wird ein Saugdurchsatz im Ejektor verringert, aber der im Ejektor erreichbare endgültige Vakuumpegel wird erhöht, so dass der gewünschte Vakuumpegel bis t2 erreicht wird. In t2 kann die Ejektordrossel geöffnet werden, sobald der gewünschte Vakuumpegel erreicht ist.
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Auf diese Weise wird der Motor in einer ersten Betriebsart (vor t1) mit der weiter geöffneten Ejektordrossel betrieben, um das Vakuum schneller (aber auf einen niedrigeren Pegel) abzubauen, und dann in einer zweiten Betriebsart (nach t1) mit weiter geschlossener Ejektordrossel betrieben, um das Vakuum auf einen höheren Pegel (aber langsamer) abzubauen. In einem Beispiel wird der Motor nur in der ersten Betriebsart betrieben, um einen gewünschten Vakuumpegel zu erreichen, wenn der gewünschte Vakuumpegel niedriger als eine Schwelle ist. Als weiteres Beispiel wird der Motor nur in der zweiten Betriebsart betrieben, um den gewünschten Vakuumpegel zu erreichen, wenn der gewünschte Vakuumpegel niedriger als eine Schwelle ist, und während ein Einlasskrümmervakuum höher als ein Schwellenpegel ist (z.B. wenn das Krümmervakuum hoch und das Bremskraftverstärkervakuum hoch ist).
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In noch anderen Beispielen kann der Motor in jeder der ersten und der zweiten Betriebsart betrieben werden, um den gewünschten Vakuumpegel zu erreichen, wie nun im Beispiel der 6 näher ausgeführt wird. Dabei wird über einen gegebenen Motorzyklus der Motor sowohl mit weiter geöffneter Drossel als auch mit weiter geschlossener Drossel betrieben, um einen schnelleren Vakuumabbau sowie einen tieferen Vakuumabbau zu liefern. In einem Beispiel wird der Motor in jeder der ersten und der zweiten Betriebsart betrieben, um einen gewünschten Vakuumpegel zu erreichen, wenn der gewünschte Vakuumpegel höher ist als eine Schwelle.
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Die Abbildung 600 der 6 stellt Änderungen einer Ejektordrosselstellung in der graphischen Darstellung 602 dar. Im Beispiel der 6 ist der Ejektor konfiguriert, um ein Vakuum an einen Bremskraftverstärker zu liefern. Die Abbildung 600 stellt einen Bremskraftverstärker-Vakuumpegel in der graphischen Darstellung 604 in Verbindung mit einem gewünschten (oder Schwellen-)Vakuumpegel 603 dar. Die Anwendung des Bremspedals ist in der graphischen Darstellung 606 gezeigt. Alle Graphe sind graphische Darstellungen in der Zeit entlang der X-Achse.
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In t0 kann ein im Bremskraftverstärker verfügbarer Vakuumpegel ausreichend hoch sein, zum Beispiel auf oder direkt unter einem gewünschten Vakuumpegel 603. Dies kann daran liegen, dass vorher genug Vakuum im Ejektor erzeugt und in einem Vakuumbehälter gespeichert wurde, der mit dem Bremskraftverstärker gekoppelt ist. Folglich kann in t0 der Motor mit einer Luftströmung durch den Ejektor betrieben werden, während eine direkt stromaufwärts des Ejektors gekoppelte Ejektordrossel in einer weiter geschlossenen Stellung gehalten wird (graphische Darstellung 602).
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Zwischen t0 und t1 kann der Fahrzeugführer ein Bremspedal mehrmals betätigen (graphische Darstellung 606). An sich kann bei jeder Betätigung des Bremspedals Vakuum vom Bremskraftverstärker verbraucht werden, und der Vakuumpegel im Bremskraftverstärker kann fallen (graphische Darstellung 604). In t1 kann der Vakuumpegel im Bremskraftverstärker im Wesentlichen niedrig sein. Zum Beispiel kann eine Differenz zwischen dem existierenden Vakuumpegel und dem gewünschten Vakuumpegel 603 mehr als ein Schwellenbetrag sein. An sich kann diese höhere Vakuumerfordernis nicht rechtzeitig vom Ejektor geliefert werden, während die Drossel geschlossen ist.
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Dementsprechend wird in t1 der Motor in einer ersten Betriebsart betrieben, wobei die Ejektordrossel in einer Stellung eingestellt ist, in der sie weiter geöffnet ist (bezüglich des Öffnungsgrads der Drossel vor t1). Da die Drossel weiter geöffnet ist, kann ein Luftdruck stromaufwärts des Ejektorhalses erhöht werden. Einlassluft kann dann durch den Ejektorhals mit einer größeren Strömungsgeschwindigkeit strömen, was ein Vakuum mit höherer Saugrate erzeugt. Dadurch kann der Bremskraftverstärker-Vakuumpegel schnell zwischen t1 und t2 erhöht werden. Anders gesagt, ein schnellerer Vakuumabbau wird zwischen t1 und t2 erreicht, wenn der Motor in der ersten Betriebsart betrieben wird.
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Während die erste Betriebsart mit der weiter geöffneten Drossel es ermöglicht, dass Vakuum schneller abgebaut wird, kann das endgültige erreichte Vakuum nicht ausreichend hoch sein. Zum Beispiel kann in t2 der Ejektor eine Vakuumgrenze erreichen, die unter dem gewünschten Vakuumpegel 603 liegt. Wenn so der Motor nach t2 weiter in der ersten Betriebsart betrieben würde (wie in der gestrichelten Linie 601 gezeigt), würde das endgültige erreichte Vakuum unter dem gewünschten Vakuumpegel auspendeln (wie durch die gestrichelte Linie 605 gezeigt).
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Um das gewünschte Vakuum zu erreichen, wird daher in t2 der Motor in eine zweite Betriebsart geschaltet, bei der die Ejektordrossel in einer Stellung eingestellt wird, in der sie weniger geöffnet ist (bezüglich des Öffnungsgrads der Drossel in der ersten Betriebsart, zwischen t1 und t2). Da die Drossel weniger geöffnet ist, kann ein Luftdruck stromaufwärts des Ejektorhalses gesenkt werden. Einlassluft kann dann durch den Ejektorhals mit einer niedrigeren Strömungsgeschwindigkeit strömen, was ein tieferes Vakuum bei einer niedrigeren Saugrate erzeugt. Dadurch kann der Bremskraftverstärker-Vakuumpegel nach t2 langsam auf den gewünschten Vakuumpegel 603 zunehmen. Anders gesagt, ein tieferer Vakuumabbau bei einer langsameren Vakuumabbaurate wird nach t2 erreicht, wenn der Motor in der zweiten Betriebsart betrieben wird. So kann ein Steuergerät ein Vakuum in einem mit einem Einlasskrümmer gekoppelten Ejektor mit einer ersten höheren Rate und auf einen ersten, niedrigeren Vakuumpegel durch Vergrößern einer Öffnung einer stromaufwärts des Ejektors gekoppelten Drossel erzeugen; und dann das Vakuum im Ejektor vom ersten, niedrigeren Pegel auf einen zweiten, höheren Pegel mit einer zweiten, niedrigeren Rate durch Verkleinern der Öffnung der Drossel erhöhen.
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Auf diese Weise wird durch Einfügen einer Drossel stromaufwärts eines Systemejektors ein einfacher und rentabler Ansatz zur Verbesserung der Vakuumerzeugungsleistung des Ejektors geliefert. Durch Öffnen der Drossel direkt stromaufwärts des Ejektors kann eine Vakuumabbaurate erhöht werden, so dass ein schneller Vakuumabbau während niedrigerer Krümmervakuumbedingungen ermöglicht werden kann. Durch Schließen der Drossel während hoher Krümmervakuumbedingungen kann ein Pegel des Vakuumabbaus erhöht werden, so dass ein tieferes Vakuumabpumpen bei einer langsameren Pumprate ermöglicht werden kann. An sich ermöglicht dies die Vorteile des Erreichens einer höheren Vakuumpumprate und eines tieferen endgültigen Vakuumpegels unter Verwendung eines existierenden Motorsystem-Ejektors. Insgesamt wird die Vakuumerzeugungsleistung des Ejektors verbessert.
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Es ist anzumerken, dass die hier einbezogenen beispielhaften Steuerroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen, wie ereignisgesteuert, interruptgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen. An sich können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge oder Funktionen in der veranschaulichten Folge, parallel durchgeführt oder in manchen Fällen weggelassen werden. Desgleichen ist die Verarbeitungsabfolge nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele zu erhalten, sondern wird zur einfacheren Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine oder mehrere der veranschaulichten Handlungen oder Funktionen können wiederholt durchgeführt werden, abhängig von der verwendeten besonderen Strategie. Weiter können die beschriebenen Handlungen graphisch einen Code darstellen, der in das computerlesbare Speichermedium im Motorsteuersystem einzuprogrammieren ist.
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Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen von beispielhafter Art sind, und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht einschränkend zu verstehen sind, da viele Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die obige Technologie an V-6, I-4, I-6, V-12, Vierzylinder-Boxer, und andere Motortypen angewendet werden. Weiter können eine oder mehrere der verschiedenen Systemkonfigurationen in Kombination mit einer oder mehreren der beschriebenen Diagnoseroutinen verwendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthält alle neuen und nicht naheliegenden Kombinationen und Subkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen, und andere hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
