DE102014100304A1 - Verfahren und System für die Unterdrucksteuerung - Google Patents

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Joseph Norman Ulrey
Thomas G. Leone
William Charles Ruona
Gopichandra Surnilla
Ross Dykstra Pursifull
John D. Russell
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Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum Steuern und Koordinieren der Steuerung einer Auslass-Drosselklappe nach dem Katalysator und eines EGR-Ventils geschaffen, um die Erwärmung des Katalysators zu beschleunigen. Durch das Schließen beider Ventile während eines Kaltstarts der Kraftmaschine können ein erhöhter Abgasgegendruck und eine erhöhte Wärmeabweisung in einem EGR-Kühler synergistisch verwendet werden, um sowohl eine Kraftmaschine als auch einen Abgaskatalysator zu erwärmen. Die Ventile können außerdem gesteuert werden, um eine Menge des Abgases, die durch eine Auslass-Venturi-Düse strömt, zu verändern, um dem Unterdruckbedarf der Kraftmaschine zu entsprechen, während eine Sollmenge der Kraftmaschinen-EGR bereitgestellt wird.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zur Beschleunigung der Erwärmung eines Abgaskatalysators, insbesondere während des Kaltstarts einer Kraftmaschine.
  • Hintergrund und Überblick
  • Die Fahrzeug-Kraftmaschinensysteme können verschiedene Unterdruckaktuatoren, wie z. B. die Fahrzeugbremsen, enthalten, die Unterdruck als eine Betätigungskraft verwenden. Der Unterdruck wird typischerweise durch die Kraftmaschine durch eine Verbindung mit dem Einlasskrümmer zugeführt, der sich auf einem Druck unterhalb des Atmosphärendrucks befindet, wenn die Einlass-Drosselklappe teilweise geschlossen ist und die Luftströmung in die Kraftmaschine steuert. In einigen Beispielen können durch die Kraftmaschine angetriebene oder elektrisch angetriebene Unterdruckpumpen verwendet werden, um den Unterdruck des Einlasskrümmers während der Bedingungen (z. B. während eines Kaltstarts und des Warmlaufens der Kraftmaschine) zu ergänzen, wenn der Unterdruck des Einlasskrümmers nicht ausreichend Unterdruck bereitstellt, um all die verschiedenen Unterdruckaktuatoren zu betreiben. Die durch die Kraftmaschine angetriebenen Unterdruckpumpen können jedoch die Kraftstoffwirtschaftlichkeit nachteilig verringern, während den elektrisch angetriebenen Unterdruckpumpen die Dauerhaftigkeit fehlt, während sie teuer, schwer und laut sind. In noch weiteren Beispielen können Ejektoren, die an unterschiedlichen Orten in dem Kraftmaschinensystem positioniert sind, verwendet werden, um wenigstens einen Teil des durch die Aktuatoren verwendeten Unterdrucks bereitzustellen. Insbesondere kann die Strömung von Luft und/oder Abgas durch den Ejektor nutzbar gemacht werden, um Unterdruck für die Verwendung durch die Unterdruckaktuatoren zu erzeugen. Weil jedoch die Unterdruckerzeugung in einem Ejektor mit der Strömung durch den Ejektor in Beziehung steht, können Änderungen der Luftströmung oder der Abgasströmung, wie z. B. während aufgeladener Betriebsbedingungen oder während der Abgasrückführung, die Unterdruckerzeugung in dem Ejektor beeinflussen.
  • Die Erfinder haben die Probleme bei diesen Optionen erkannt und bieten Systeme und Verfahren für die zuverlässigere Unterdruckerzeugung bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen der Kraftmaschine mit dem weiteren Vorteil der Beschleunigung der Erwärmung des Katalysators. In einer Ausführungsform enthält ein Verfahren für eine Kraftmaschine während der Rückführung einer Menge des Abgases zu einem Kraftmaschineneinlass das Schließen einer Auslassdrosselklappe nach dem Katalysator, um die Unterdruckerzeugung in einem Auslass-Ejektor zu vergrößern, und das Schließen eines EGR-Ventils, um die Menge der Abgasrückführung (exhaust gas recirculation, EGR) aufrechtzuerhalten.
  • Die vorliegende Herangehensweise kann mehrere Vorteile bieten. Es kann z. B. eine schnelle Erwärmung des Katalysators erreicht werden. Durch die schnelle Erwärmung des Katalysators können die Abgasemissionen während der Kaltstarts der Kraftmaschine verringert werden. Außerdem kann Unterdruck in reichlichen Mengen während des äußersten Zustands (der Erwärmung des Katalysators) erzeugt werden, wenn er über den Einlasskrümmer weniger verfügbar ist. Dies wird durch das Leiten von Abgas durch den Ejektor erreicht, wobei folglich die Notwendigkeit für durch die Kraftmaschine angetriebene oder elektrisch angetriebene Unterdruckpumpen verringert wird, um den Unterdruck des Einlasskrümmers zu ergänzen. Ferner kann durch das Einstellen des EGR-Ventils in Übereinstimmung mit der Auslass-Drosselklappe Unterdruck sowohl beim Vorhandensein einer EGR-Strömung als auch dann, wenn die Abgasströmung durch einen EGR-Kanal fluktuiert, erzeugt werden. Gleichzeitig können eine EGR-Sollrate und eine Kraftmaschinen-Sollverdünnung aufrechterhalten werden, so dass die Leistung der Kraftmaschine nicht verschlechtert wird.
  • Es sollte selbstverständlich sein, dass die obige Zusammenfassung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl der Konzepte einzuführen, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden. Sie ist nicht gemeint, um die Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, dessen Schutzumfang eindeutig durch die Ansprüche definiert ist, die der ausführlichen Beschreibung folgen. Außerdem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf die Implementierungen begrenzt, die irgendwelche der oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angegebenen Nachteile beseitigen.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftmaschinensystems.
  • 2 zeigt einen Ablaufplan auf hoher Ebene, der eine Routine veranschaulicht, die zum Einstellen eines Abgas-Rückschlagventils und eines EGR-Ventils während eines Kaltstarts der Kraftmaschine implementiert sein kann, um das Warmlaufen der Kraftmaschine und die Aktivierung des Katalysators zu beschleunigen.
  • 3 zeigt eine beispielhafte Einstellung des Abgas-Rückschlagventils und des EGR-Ventils zum Beschleunigen des Warmlaufens der Kraftmaschine gemäß der vorliegenden Offenbarung.
  • 4 zeigt einen Ablaufplan auf hoher Ebene, der eine Routine veranschaulicht, die zum Betreiben des Kraftmaschinensystems nach 1 in verschiedenen Betriebsmodi basierend auf der Temperatur des Abgaskatalysators, dem EGR-Bedarf der Kraftmaschine und dem Unterdruckbedarf der Kraftmaschine implementiert sein kann.
  • 5 zeigt eine beispielhafte Einstellung des Abgas-Rückschlagventils und des EGR-Ventils, um dem Unterdruck- und dem EGR-Bedarf der Kraftmaschine zu entsprechen, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Es werden Verfahren und Systeme zum Beschleunigen des Warmlaufens der Kraftmaschine und der Aktivierung des Katalysators in einer Kraftmaschine eines Fahrzeugs, wie z. B. dem Kraftmaschinensystem nach 1, geschaffen. Während eines Kaltstarts und des Warmlaufens der Kraftmaschine können synergistische Vorteile eines vergrößerten Abgasgegendrucks und einer vergrößerten Wärmeabweisung an einem EGR-Kühler vorteilhaft verwendet werden, um eine Kraftmaschinentemperatur schnell zu erhöhen. Ein Controller kann konfiguriert sein, um eine Steuerroutine, wie z. B. die Beispielroutine nach 2, auszuführen, um ein stromabwärts eines Abgaskatalysators positioniertes Auslassventil zu drosseln, um einen Abgasgegendruck zu erhöhen, während außerdem ein EGR-Ventil geschlossen wird, um wenigstens einen Anteil des gedrosselten Abgases durch einen EGR-Kühler strömen zu lassen. Der vergrößerte Gegendruck ermöglicht eine schnelle Zunahme der Kraftmaschinentemperatur durch das Auffangen heißen Abgases in den Kraftmaschinenzylindern, während die Strömung des gedrosselten Abgases durch einen EGR-Kühler eine weitere Vergrößerung der Kühlmitteltemperatur der Kraftmaschine über die Abgaswärmeabweisung in dem EGR-Kühler ermöglicht. Die synergistische Kombination ermöglicht die schnellere Aktivierung eines Abgaskatalysators, während außerdem die Kaltstart-NVH-Probleme der Kraftmaschine behandelt werden. Der Controller kann außerdem konfiguriert sein, um eine Steuerroutine auszuführen, wie z. B. die Beispielroutine nach 4, um das Kraftmaschinensystem zu betreiben und basierend auf einem Erwärmungsbedarf, einem EGR-Bedarf und einem Unterdruckbedarf der Kraftmaschine zwischen verschiedenen Betriebsmodi übergehen zu lassen. Durch das Einstellen des EGR-Ventils und/oder der Auslass-Drosselklappe kann eine EGR bereitgestellt werden, während ein Abgaskatalysator erwärmt und Unterdruck an einem Auslass-Ejektor gezogen wird. Beispielhafte Einstellungen des Ventils und der Auslass-Drosselklappe sind in den 3 und 5 beschrieben.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugsystems 106. Das Fahrzeugsystem 106 enthält ein Kraftmaschinensystem 108, das eine Kraftmaschine 100 enthält, die an ein Abgasreinigungssystem 122 gekoppelt ist. Die Kraftmaschine 100 enthält mehrere Zylinder 130. Die Kraftmaschine 100 enthält außerdem einen Einlass 123 und einen Auslass 125. Der Einlass 123 kann durch einen Einlasskanal 142 frische Luft von der Atmosphäre aufnehmen. Die in den Einlasskanal 142 eintretende Luft kann durch einen Luftfilter 190 gefiltert werden. Der Einlasskanal 142 kann eine Lufteinlass-Drosselklappe 182, die stromabwärts eines Einlasskompressors 152 positioniert ist, und einen Einlass-Ladeluftkühler 184 enthalten. Die Einlass-Drosselklappe 182 kann konfiguriert sein, um die Strömung des Einlassgases (z. B. der aufgeladenen Einlassluft) einzustellen, die in den Einlasskrümmer 144 der Kraftmaschine eintritt. Der Auslass 125 enthält einen Auslasskrümmer 148, der zu einem Auslasskanal 145 führt, der das Abgas über ein Auspuffendrohr 135 zur Atmosphäre leitet.
  • Die Kraftmaschine 100 kann eine aufgeladene Kraftmaschine sein, die eine Aufladevorrichtung enthält, wie z. B. einen Turbolader 150. Der Turbolader 150 kann einen Einlasskompressor 152, der entlang dem Einlasskanal 142 angeordnet ist, und eine Auslassturbine 154, die entlang dem Auslasskanal 145 angeordnet ist, enthalten. Der Kompressor 152 kann wenigstens teilweise über eine Welle 156 durch die Turbine 154 angetrieben sein. Die Menge der durch den Turbolader bereitgestellten Aufladung kann durch einen Kraftmaschinen-Controller variiert werden. In einigen Ausführungsformen kann ein Umgehungskanal, der über ein (nicht gezeigtes) Ladedrucksteuerventil gesteuert ist, über die Auslassturbine gekoppelt sein, so dass etwas oder alles des Abgases, das durch den Auslasskanal 145 strömt, die Turbine 154 umgehen kann. Durch das Einstellen der Position des Ladedrucksteuerventils kann die Menge des durch die Turbine zugeführten Abgases variiert werden, wobei dadurch eine dem Kraftmaschineneinlass zugeführte Menge der Aufladung variiert wird.
  • In weiteren Ausführungsformen kann ein ähnlicher über ein (nicht gezeigtes) Umgehungsventil gesteuerter Umgehungskanal über den Einlasskompressor gekoppelt sein, so dass etwas oder alles der durch den Kompressor 152 komprimierten Einlassluft in den Einlasskanal 142 stromaufwärts des Kompressors 152 zurückgeführt werden kann. Durch das Einstellen der Position des Kompressor-Umgehungsventils kann der Druck während ausgewählter Bedingungen in dem Einlasssystem abgelassen werden, um die Wirkungen der Kompressor-Stoßbelastung zu verringern.
  • Ein optionaler Ladeluftkühler 184 kann stromabwärts des Kompressors 152 in dem Einlasskanal enthalten sein, um die Temperatur der durch den Turbolader komprimierten Einlassluft zu verringern. Spezifisch kann ein Nachkühler 184 stromaufwärts der Einlass-Drosselklappe 182 enthalten sein oder in den Einlasskrümmer 144 integriert sein.
  • Ein Abgasreinigungssystem 122, das an den Auslasskanal 145 gekoppelt ist, enthält einen Katalysator 170. Der Katalysator 170 kann in einem Beispiel mehrere Katalysatorbausteine enthalten. In einem weiteren Beispiel können mehrere Abgasreinigungsvorrichtungen, jede mit mehreren Bausteinen, verwendet werden. Der Katalysator 170 kann in einem Beispiel ein Dreiwegekatalysator sein. In weiteren Beispielen kann der Katalysator 170 ein Oxidationskatalysator, eine Mager-NOx-Falle, eine selektive Katalysatorverringerungsvorrichtung (SCR-Vorrichtung), ein Teilchenfilter oder eine andere Abgasbehandlungsvorrichtung sein. Während der Katalysator 170 in den hier beschriebenen Ausführungsformen stromabwärts der Turbine 154 angeordnet ist, kann der Katalysator 170 in anderen Ausführungsformen stromaufwärts einer Turbolader-Turbine oder an einem anderen Ort in dem Auslasskanal der Kraftmaschine angeordnet sein, ohne vom Schutzumfang dieser Offenbarung abzuweichen.
  • Eine Auslass-Drosselklappe oder ein Gegendruckventil 164 kann sich stromabwärts des Abgaskatalysators 170 in dem Auslasskanal befinden. In der hier beschriebenen Ausführungsform kann der Controller 120 eine Position der Auslass-Drosselklappe 164 basierend auf verschiedenen Betriebsbedingungen und Parameterwerten der Kraftmaschine (z. B. dem Kaltstart der Kraftmaschine, dem gespeicherten Unterdruckpegel, dem Abschalten usw.) steuern. In anderen Ausführungsformen können die Auslass-Drosselklappe, der Auslasskanal und andere Komponenten so konstruiert sein, dass die Auslass-Drosselklappe nach Bedarf während verschiedener Betriebsbedingungen der Kraftmaschine ohne einen Eingriff des Steuersystems mechanisch gesteuert wird. Wie unter Bezugnahme auf 2 ausgearbeitet wird, kann die Auslass-Drosselklappe 164 während der Bedingungen eines Kaltstarts der Kraftmaschine durch den Controller 120 selektiv geschlossen werden, um einen Abgasdruck und eine Abgastemperatur schnell zu erhöhen. Durch die Drosselung des Auslassventils kann eine größere Menge heißen Abgases in einem Kraftmaschinenzylinder aufgefangen werden, was eine Abgastemperatur weiter erhöht und es weiter beschleunigt, dass der stromabwärts angeordnete Abgaskatalysator seine Aktivierungstemperatur erreicht.
  • Als solche kann die Verbesserung der Wärmeübertragung zu der Kraftmaschine und dem Abgaskatalysator über die Drosselung des Auslasses wenigstens zwei Effekten zugeschrieben werden. Erstens verbessert die höhere Dichte des (sich langsamer bewegenden) Abgases aufgrund des höheren Druckes des Abgases die Wärmeübertragung pro Kilogramm der Abgasströmung. Anders ausgedrückt, wenn das Abgas mit hoher Temperatur gedrosselt ist, verbringt es mehr Zeit in Kontakt mit dem Katalysator, dem gewünschten Empfänger der Wärme. Ferner lässt die Ausdehnung zur Atmosphäre nach dem Katalysator (z. B. nach einem Abgasdreiwegekatalysator) die Temperatur unter die Umgebungstemperatur sinken, was einen Wärmepumpeneffekt erzeugt. Folglich kann im Wesentlichen alles der Abwärme zurückgewonnen werden, ohne die Ergänzung eines Wärmetauschers zu erfordern. Insbesondere werden unter Verwendung einer Auslass-Drosselklappe nach dem Katalysator die Zeit und die Temperatur, mit der sich eine gegebene Masse des Abgases mit Teilen der Kraftmaschine in Kontakt befindet, beträchtlich vergrößert. Dies beschleunigt die Aktivierung des Katalysators. Es wird erkannt, dass, während die dargestellte Ausführungsform die Ausdehnung des Abgases nach dem Katalysator über eine Auslass-Drosselklappe erreicht, in alternativen Ausführungsformen das Gleiche über eine Öffnung nach dem Katalysator im Auslasskanal 145 der Kraftmaschine erreicht werden kann.
  • Die Auslass-Drosselklappe 164 kann während der meisten Betriebsbedingungen der Kraftmaschine in einer vollständig offenen Position (oder einer weit offenen Drosselklappe) aufrechterhalten werden, wobei sie aber konfiguriert sein kann, um sich unter bestimmten Bedingungen zu schließen, um den Abgasgegendruck zu vergrößern, wie im Folgenden ausführlich beschrieben wird. In einer Ausführungsform kann die Auslass-Drosselklappe 164 zwei Begrenzungsniveaus, vollständig geöffnet oder vollständig geschlossen, besitzen. In einer alternativen Ausführungsform kann jedoch die Position der Auslass-Drosselklappe 164 durch den Controller 120 auf mehrere Begrenzungsniveaus variabel einstellbar sein.
  • Wie hier ausführlich beschrieben ist, können die Einstellungen der Position der Auslass-Drosselklappe die Luftströmung durch die Kraftmaschine beeinflussen. Eine vollständig geschlossene Auslass-Drosselklappe kann z. B. als eine ”Kartoffel im Auspuffendrohr” konzeptualisiert werden, die die Abgasströmung einschränkt und dadurch eine Zunahme des Abgasgegendrucks stromaufwärts der geschlossenen Auslass-Drosselklappe verursacht. Diese Zunahme des Abgasgegendrucks führt zu einer direkten Zunahme der Abgastemperatur, die während ausgewählter Bedingungen (z. B. während eines Kaltstarts und des Warmlaufens der Kraftmaschine) vorteilhaft verwendet werden kann, um die Erwärmung des Abgaskatalysators 170 zu beschleunigen. In einigen Ausführungsformen kann die zeitliche Steuerung der Funken in Richtung spät verstellt werden, um die Abgastemperaturen weiter zu erhöhen und dadurch die Aktivierung des Katalysators weiter zu beschleunigen, während die Auslass-Drosselklappe geschlossen wird.
  • Um die Wirkungen der Einstellung der Auslass-Drosselklappe auf die Kraftmaschinen-Luftströmung zu kompensieren, können eine oder mehrere andere Kraftmaschinenkomponenten eingestellt werden. Als ein Beispiel kann, wie die Auslass-Drosselklappe geschlossen wird, anfangs der Luftmassendurchfluss abnehmen, wobei folglich eine Einlass-Drosselklappe (wie z. B. die Einlass-Drosselklappe 182) geöffnet werden kann, um mehr Luft zu der Kraftmaschine zuzulassen, um die Kraftmaschinendrehzahl aufrechtzuerhalten und die Drehmomentfluktuation zu verringern. Auf diese Weise kann die Luftströmung gesteuert werden, um ein Ausgangsdrehmoment der Kraftmaschine zu begrenzen, während die Auslass-Drosselklappe verwendet wird, um den Gegendruck zu managen. Als ein weiteres Beispiel kann die zeitliche Steuerung der Funken eingestellt werden (z. B. in Richtung früh verstellt werden), während die Auslass-Drosselklappe geschlossen ist, um die Verbrennungsstabilität zu verbessern. In einigen Ausführungsformen können außerdem die Einstellungen der zeitlichen Steuerung der Ventile (z. B. die Einstellungen an einem Betrag der Ventilüberschneidung) in Verbindung mit den Einstellungen der Drosselklappenposition verwendet werden, um die Verbrennungsstabilität zu verbessern. Die zeitlichen Steuerungen der Einlass- und/oder der Auslassventile können z. B. eingestellt werden, um eine interne Abgasrückführung einzustellen und die Verbrennungsstabilität zu vergrößern.
  • Das Fahrzeugsystem 106 enthält ferner ein Niederdruck-EGR-System (low-pressure exhaust gas recirculation system, LP-EGR-System) 161. Das LP-EGR-System 161 enthält einen EGR-Kanal 163, der den Auslasskanal 145 stromabwärts des Abgaskatalysators 170 und stromaufwärts der Auslass-Drosselklappe 164 stromaufwärts des Kompressors 152 mit dem Lufteinlasskanal 142 koppelt. Ein EGR-Kühler 162, der in dem EGR-Kanal 163 angeordnet ist, kühlt das durch ihn strömende Abgas, wie im Folgenden ausführlich beschrieben wird. Eine Position des EGR-Ventils 159, das sich in dem EGR-Kanal 163 auf der Seite des Einlasskanals des EGR-Kühlers 162 befindet, kann durch den Controller 120 eingestellt werden, um eine Menge und/oder eine Rate des von dem Auslasskanal über das LP-EGR-System zum Einlasskanal zurückgeführten Abgases zu variieren. In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere Sensoren innerhalb des LP-EGR-Kanals 163 positioniert sein, um eine Angabe eines Drucks und/oder einer Temperatur und/oder eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des durch den LP-EGR-Kanal zurückgeführten Abgases bereitzustellen. Ein Temperatursensor 118 kann z. B. an einen Auslass (auf der Seite des Einlasskanals) des EGR-Kühlers 162 gekoppelt sein und kann konfiguriert sein, um eine Schätzung einer Auslasstemperatur des EGR-Kühlers bereitzustellen. Wie im Folgenden ausgearbeitet wird, kann während eines Kaltstarts und des Warmlaufens der Kraftmaschine eine Öffnung der Auslass-Drosselklappe 164 basierend auf der Auslasstemperatur des EGR-Kühlers eingestellt werden, um die Erwärmung einer Kraftmaschinentemperatur zu beschleunigen. Das durch den LP-EGR-Kanal 163 zurückgeführte Abgas kann mit frischer Einlassluft an einem Mischpunkt, der sich an der Verbindung des LP-EGR-Kanals 163 und des Einlasskanals 242 befindet, verdünnt werden. Spezifisch kann durch das Einstellen einer Position des EGR-Ventils 159 eine Verdünnung der EGR-Strömung eingestellt werden.
  • Als solcher kann, wenn das EGR-Ventil 159 geschlossen ist, wenigstens ein Anteil des Abgases durch den EGR-Kühler 162 geleitet werden. Wie unter Bezugnahme auf 2 ausgearbeitet wird, kann durch das selektive Vergrößern einer Menge des (heißen) Abgases, die durch den EGR-Kühler 162 geleitet wird, die Wärmeabweisung an dem EGR-Kühler vergrößert werden. Weil der EGR-Kühler ein Wärmetauscher ist, der konfiguriert ist, um mit einem Kühlmittel, das fluidtechnisch an ein Kühlmittelsystem der Kraftmaschine gekoppelt ist, auszutauschen, kann die an dem EGR-Kühler abgewiesene zusätzliche Wärme verwendet werden, um das Kühlmittel der Kraftmaschine zu erwärmen und dadurch die Kraftmaschine zu erwärmen. Unter Verwendung dieser Wärmeabweisung während ausgewählter Betriebsbedingungen, um eine Kraftmaschinentemperatur zu vergrößern, wie z. B. während eines Kaltstarts und des Warmlaufens der Kraftmaschine, kann die Aktivierung des Abgaskatalysators beschleunigt werden, während außerdem die Kraftmaschinen-NVH-Probleme verringert werden, auf die während eines Kaltstarts gestoßen wird. Als solches schafft dies eine effektivere Weise des Rückgewinnens der latenten Wärme von dem Wasser in dem Abgas.
  • Ein Umgehungskanal 165 kann in dem Fahrzeugsystem 106 enthalten sein, um den EGR-Kanal 163 fluidtechnisch an den Auslasskanal 145 zu koppeln. Insbesondere kann der Umgehungskanal 165 den EGR-Kanal 163 auf der Seite des Einlasskanals des EGR-Kühlers 162 stromabwärts der Auslass-Drosselklappe 164 (im Wesentlichen im Auspuffendrohr 135) mit dem Auslasskanal 145 koppeln. Der Umgehungskanal 163 ermöglicht, dass wenigstens ein Anteil des Abgases beim Durchgang durch den EGR-Kühler 162 zur Atmosphäre abgelassen wird. Insbesondere kann während der Bedingungen, wenn das EGR-Ventil 159 geschlossen ist, das Abgas (wie z. B. das beim Schließen der Drosselklappe 164 erzeugte gedrosselte Abgas) in den EGR-Kanal 163, dann in den EGR-Kühler 162 und dann über den Umgehungskanal 165 in das Auspuffendrohr 135 geleitet werden. Durch das Entlüften von etwas Abgas über den Umgehungskanal 165, wenn das EGR-Ventil 159 geschlossen ist, kann ein Abgasdruck in dem EGR-Kanal 163 (stromaufwärts von und an dem EGR-Kühler 162) innerhalb der Grenzen aufrechterhalten werden. Als solches verringert dies einen Schaden an den Komponenten des LP-EGR-Systems. Im Vergleich kann während der Bedingungen, wenn das EGR-Ventil 159 offen ist, basierend auf dem Grad der Öffnung des EGR-Ventils 159 und der Auslass-Drosselklappe 164 und ferner basierend auf einer Menge der angeforderten EGR und einem Verhältnis von dem Einlass- zu dem Auslass-Krümmerdruck Abgas von einem Ort stromaufwärts der Auslass-Drosselklappe 164 über den EGR-Kühler 162 und den Umgehungskanal 165 zu einem Ort stromabwärts des EBV 164 oder von einem Ort stromabwärts der Auslass-Drosselklappe 164 über einen Zwischenkanal 165 zu der Seite des Einlasskanals des EGR-Kühlers 162 strömen.
  • In einigen Ausführungsformen kann (wie dargestellt ist) ein Ejektor 168 im Umgehungskanal 165 angeordnet sein. Eine Antriebströmung des Abgases durch den Ejektor 168 kann nutzbar gemacht werden, um einen Unterdruck an einer Saugöffnung des Ejektors 168 zu erzeugen. Die Saugöffnung des Ejektors 168 kann mit einem Unterdruckbehälter 177 gekoppelt sein und in diesem gelagert sein. Der gelagerte Unterdruck kann dann an einen oder mehrere Unterdruckverbraucher des Fahrzeugssystems geliefert werden, wie z. B. einen Bremskraftverstärker, einen Vorderteil-Zubehörantrieb (FEAD), ein positives Kurbelgehäuse-Belüftungssystem, unterdruckbetätigte Ventile usw. Ein Unterdrucksensor 192 kann an den Unterdruckbehälter 177 gekoppelt sein, um eine Schätzung des verfügbaren Unterdrucks bereitzustellen. In einigen Beispielen kann das Abgas von einem Einlass des Ejektors 168 (auf der Seite des Einlasskanals des Ejektors) zu einem Auslass des Ejektors 268 (auf der Seite des Auslasskanals des Ejektors) strömen. Zusätzlich zu dem Unterdruck von dem Ejektor 168 kann der Unterdruckbehälter 177 an eine oder mehrere zusätzliche Unterdruckquellen gekoppelt sein, wie z. B. andere innerhalb des Fahrzeugssystems 106 angeordnete Ejektoren, elektrisch angetriebene Unterdruckpumpen, durch die Kraftmaschine angetriebene Unterdruckpumpen usw.
  • In Abhängigkeit von der Position der Auslass-Drosselklappe 164 und dem EGR-Ventil 159 kann etwas oder alles des Abgases, das den Katalysator 170 verlässt, das Abgas-Gegendruckventil umgehen, in den EGR-Kanal eintreten und durch den Umgehungskanal 165 strömen und eine Antriebströmung durch den Ejektor 168 bereitstellen. Wenn z. B. die Auslass-Drosselklappe 164 offen ist und das EGR-Ventil 159 geschlossen ist, schränkt die Auslass-Drosselklappe die Abgasströmung durch den Auslasskanal 145 nicht ein, wobei wenig oder keines des in dem Auslasskanal 145 stromabwärts des Katalysators 170 strömenden Abgases die Auslass-Drosselklappe über den Kanal 165 (in Abhängigkeit von der Menge der Abgasströmung und den relativen Durchmessern der Kanäle 145 und 165) umgeht. Wenn die Auslass-Drosselklappe teilweise offen ist und das EGR-Ventil geschlossen ist, kann in Abhängigkeit von der Menge der Abgasströmung und den relativen Durchmessern der Kanäle 145 und 165 etwas Abgas um die Auslass-Drosselklappe strömen, während der Rest des Abgases über den Kanal 165 durch den Ejektor 168 umgeleitet wird und die Auslass-Drosselklappe umgeht. Wenn die Auslass-Drosselklappe vollständig geschlossen ist und das EGR-Ventil geschlossen ist, wird die ganze Abgasströmung in den Kanal 165 geleitet. Wenn das EGR-Ventil offen ist, kann basierend auf der Öffnung des EGR-Ventils wenigstens ein Anteil des Abgases, das den Katalysator 170 verlässt, das Abgas-Gegendruckventil umgehen, in den EGR-Kanal eintreten und in den Einlasskanal 142 zurückgeführt werden. Wie unter Bezugnahme auf 4 ausgearbeitet wird, kann basierend auf dem Erwärmungsbedarf, dem Unterdruckbedarf und dem EGR-Bedarf der Kraftmaschine eine Position der Auslass-Drosselklappe und des EGR-Ventils eingestellt werden, um das Kraftmaschinensystem in einem von mehreren Betriebsmodi zu betreiben. Auf diese Weise kann den EGR-Anforderungen und den Erwärmungsanforderungen der Kraftmaschine entsprochen werden, während außerdem vorteilhaft Unterdruck am Auslass-Ejektor 168 erzeugt wird.
  • In einigen Ausführungsformen enthält das Fahrzeugsystem 106 (wie dargestellt ist) ferner ein Hochdruck-EGR-System (high-pressure exhaust gas recirculation system, HP-EGR-System) 171. Das HP-EGR-System 171 enthält einen EGR-Kanal 173, der den Auslasskanal 145 stromaufwärts der Turbine 154 stromabwärts des Kompressors 152 und stromaufwärts des Ladeluftkühlers 184 und der Einlass-Drosselklappe 182 mit einem Luft-Einlasskanal 142 koppelt. Ein EGR-Kühler 172, der in dem EGR-Kanal 173 angeordnet ist, kühlt das durch ihn strömende Abgas. Eine Position des EGR-Ventils 179, das sich in dem EGR-Kanal 173 auf der Seite des Einlasskanals des EGR-Kühlres 172 befindet, kann durch den Controller 120 eingestellt werden, um eine Menge und/oder eine Rate des von dem Auslasskanal über das HP-EGR-System zu dem Einlasskanal zurückgeführten Abgases zu variieren. In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere Sensoren innerhalb des HP-EGR-Kanals 173 positioniert sein, um eine Angabe eines Drucks und/oder einer Temperatur und/oder eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des durch den HP-EGR-Kanal zurückgeführten Abgases bereitzustellen.
  • Auf diese Weise liefert das dargestellte System sowohl die Rückgewinnung der Abwärme bei Bedarf als auch die Unterdruckerzeugung bei Bedarf auf Kosten eines vergrößerten Abgas-Gegendrucks (nur während des Bedarfs). Als solche gibt es drei Funktionen, die den Abgasdruck benötigen. Die erste Funktion ist die EGR. Spezifisch benötigt die EGR einen minimalen Gegendruck, um bei dem vorhandenen Kraftmaschinenzustand und dem vorhandenen Bedarf an der EGR-Durchflussmenge zu strömen. Zweitens benötigt die Rückgewinnung der Abwärme einen bestimmten Gegendruck, um ihr Ziel der Wärmeübertragung zu erreichen. Schließlich benötigt der Ejektor einen gegebenen Abgasgegendruck, um eine gegebene Auspumprate zu erreichen. Der Controller verwendet eine Arbitrationsstrategie, die einen Abgasgegendruck basierend auf den Prioritäten und den Einschränkungen des Gesamtsystems wählt, der es ermöglicht, dass den verschiedenen Bedarfe entsprochen wird.
  • Die Kraftmaschine 100 kann wenigstens teilweise durch ein Steuersystem 140, das einen Controller 120 enthält, und durch eine Eingabe von einer Bedienungsperson des Fahrzeugs über eine (nicht gezeigte) Eingabevorrichtung gesteuert sein. Das Steuersystem 140 ist konfiguriert, um Informationen von mehreren Sensoren 160 (von den verschiedene Beispiele hier beschrieben sind) zu empfangen und Steuersignale an mehrere Aktuatoren 180 zu senden. Als ein Beispiel können die Sensoren 160 einen Abgas-Sauerstoffsensor 126, der an den Auslasskrümmer 148 gekoppelt ist, einen MAP-Sensor 121, der an den Einlasskrümmer 144 gekoppelt ist, einen Abgaskatalysator-Temperatursensor 117, einen Abgasdrucksensor 119, der sich stromaufwärts des Katalysators 170 im Auspuffendrohr 135 befindet, einen Abgastemperatursensor 128 und einen Abgasdrucksensor 129, die sich stromabwärts des Katalysators 170 im Abgasendrohr 135 befinden, und einen Unterdrucksensor 192, der in dem Unterdruckbehälter 177 angeordnet ist, enthalten. Im Auslasskanal 145 stromabwärts des Katalysators 170 können außerdem verschiedene Abgassensoren enthalten sein, wie z. B. Schwebstoffsensoren (PM-Sensoren), NOx-Sensoren, Sauerstoffsensoren, Ammoniaksensoren, Kohlenwasserstoffsensoren usw. Andere Sensoren, wie z. B. zusätzliche Druck-, Temperatur-, Luft/Kraftstoffverhältnis- und Zusammensetzungssensoren, können an verschiedene Orte in dem Fahrzeugsystem 106 gekoppelt sein. Als ein weiteres Beispiel können die Aktuatoren 180 eine Kraftstoffeinspritzdüse 166, eine Auslass-Drosselklappe 164, ein EGR-Ventil 159 und eine Einlass-Drosselklappe 182 enthalten. Andere Aktuatoren, wie z. B. verschiedene zusätzliche Ventile und Drosselklappen, können an verschiedene Orte in dem Fahrzeugsystem 106 gekoppelt sein. Der Controller 120 kann Eingangsdaten von den verschiedenen Sensoren empfangen, die Eingangsdaten verarbeiten und die Aktuatoren in Ansprechen auf die verarbeiteten Eingangsdaten basierend auf einer Anweisung oder einem Code, die entsprechend einer oder mehrerer Routinen darin programmiert sind, auslösen. Beispielhafte Steuerroutinen sind hier bezüglich der 2 und 4 beschrieben.
  • In 2 stellt die Routine 200 ein Verfahren zum Einstellen der Position eines EGR-Ventils (wie z. B. eines EGR-Ventils in einem Niederdruck-EGR-System) und eines Abgas-Gegendruckventils während eines Kaltstarts und des Warmlaufens der Kraftmaschine dar, um die Erwärmung und die Aktivierung des Katalysators zu beschleunigen, während außerdem die Kaltstart-NVH-Probleme der Kraftmaschine behandelt werden.
  • Bei 202 enthält die Routine das Bestätigen eines Kaltstarts der Kraftmaschine. Er kann z. B. bestimmt werden, falls eine Kraftmaschinentemperatur (wie sie z. B. von einer Temperatur des Kraftmaschinen-Kühlmittels abgeleitet wird) unter einem Schwellenwert liegt. In einem weiteren Beispiel kann er bestimmt werden, falls eine Temperatur eines Abgaskatalysators unter einer Schwellentemperatur liegt, wie z. B. unter einer Aktivierungs- oder Anspringtemperatur. Falls nicht, kann die Routine enden.
  • Beim Bestätigen eines Kaltstarts der Kraftmaschine enthält die Routine bei 203 das Schließen eines Abgas-Gegendruckventils (oder einer Auslass-Drosselklappe) nach dem Katalysator. In einem Beispiel enthält das Schließen der Auslass-Drosselklappe nach dem Katalysator das vollständige Schließen der Drosselklappe. In einem weiteren Beispiel enthält das Schließen der Auslass-Drosselklappe nach dem Katalysator das Bewegen der Auslass-Drosselklappe aus der aktuellen Position in eine weiter geschlossene Position. Durch das Schließen der Auslass-Drosselklappe kann ein Abgasgegendruck vergrößert werden, wobei dadurch eine Abgastemperatur erhöht wird, was das Beschleunigen der Erwärmung des Abgaskatalysators unterstützt. Außerdem enthält die Routine die Spätverstellung der zeitlichen Steuerung der Zündfunken, während die Temperatur des Abgaskatalysators unter der Schwellentemperatur liegt und während die Auslass-Drosselklappe geschlossen ist. Durch die Spätverstellung der zeitlichen Steuerung der Funken kann die Abgastemperatur weiter vergrößert werden, wobei das Beschleunigen der Erwärmung des Abgaskatalysators weiter unterstützt wird. Ein Betrag der Spätverstellung der Funken kann basierend auf der Temperatur des Abgaskatalysators eingestellt werden. Wie z. B. ein Unterschied zwischen der Temperatur des Abgaskatalysators und der Schwellentemperatur zunimmt, kann mehr Spätverstellung der Funken angewendet werden (solange wie die Verbrennungsstabilität nicht verschlechtert ist).
  • Bei 204 enthält die Routine das Schließen eines EGR-Ventils. In einem Beispiel enthält das Schließen des EGR-Ventils das vollständige Schließen des EGR-Ventils. In einem weiteren Beispiel enthält das Schließen des EGR-Ventils das Bewegen des EGR-Ventils aus der aktuellen Position in eine weiter geschlossene Position. Hier kann das EGR-Ventil in ein LP-EGR-System (wie z. B. das LP-EGR-System 161 nach 1) gekoppelt sein. Durch das Schließen des EGR-Ventils, während außerdem die Auslass-Drosselklappe geschlossen wird, wird wenigstens ein Anteil des gedrosselten Abgases durch einen EGR-Kühler des LP-EGR-Systems umgeleitet. Insbesondere wird ein Anteil des gedrosselten Abgases durch einen EGR-Kühler umgeleitet, der sich innerhalb eines EGR-Kanals befindet, während ein EGR-Ventil in dem EGR-Kanal in einer weiter geschlossenen Position aufrechterhalten wird, wobei der EGR-Kanal den Kraftmaschinenauslass von einem Ort stromaufwärts der Auslass-Drosselklappe und stromabwärts des Abgaskatalysators stromaufwärts eines Einlasskompressors an einen Kraftmaschineneinlass koppelt. Hier ist der EGR-Kanal ein Niederdruck-EGR-Kanal. Mit anderen Worten, ein größerer Anteil des durch den Katalysator behandelten Abgases wird stromaufwärts der Auslass-Drosselklappe entnommen und durch einen EGR-Kühler umgeleitet. Weil das gedrosselte Abgas eine höhere Temperatur besitzt, verursacht der Durchgang des heißen Abgases durch den EGR-Kühler einen Anstieg der Wärmeabweisung in dem EGR-Kühler. Weil der EGR-Kühler an das Kühlmittelsystem der Kraftmaschine gekoppelt ist, wird die abgewiesene Wärme vorteilhaft verwendet, um die Kraftmaschine und den Abgaskatalysator während des Kaltstarts aufzuwärmen. Folglich kann die synergistische Kombination der Drosselung des Abgases und der vergrößerten Wärmeabweisung an dem EGR-Kühler verwendet werden, um die Aktivierung des Abgaskatalysators schneller zu beschleunigen, als sie mit jedem Verfahren allein erreicht werden kann. Ferner kann durch das gleichzeitige Verwenden der Einstellungen der Auslass-Drosselklappe und des EGR-Ventils die Abgastemperatur vergrößert werden, während ein kleinerer Betrag der Spätverstellung der Funken verwendet wird, wobei dadurch während des Kaltstarts der Kraftmaschine Vorteile der Kraftstoffwirtschaftlichkeit bereitgestellt werden.
  • Das Umleiten enthält ferner das Leiten des Anteils des gedrosselten Abgases von einem Auslass des EGR-Kühlers über einen Umgehungskanal zu einem Kraftmaschinenauslass stromabwärts der Auslass-Drosselklappe. Das Abgas kann dann zu der Atmosphäre entlüftet werden. In einigen Ausführungsformen kann der Umgehungskanal einen Ejektor enthalten. In diesen Ausführungsformen kann der Anteil des gedrosselten Abgases, der durch den Umgehungskanal geleitet wird, durch den Ejektor strömen, was es ermöglicht, dass an dem Ejektor Unterdruck gezogen wird. Auf diese Weise kann die gedrosselte Abgasströmung durch den EGR-Kühler verwendet werden, um die Erwärmung des Katalysators zu beschleunigen, während zusätzlich Unterdruck erzeugt wird. Der erzeugte Unterdruck kann dann für die Betätigung eines oder mehrerer der Unterdruckaktuatoren der Kraftmaschine (z. B. eines Bremskraftverstärkers), die an den Ejektor gekoppelt sind, verwendet werden.
  • Bei 206 kann bestimmt werden, ob ein Abgasgegendruck höher als ein Schwellendruck ist, während die Auslass-Drosselklappe und das EGR-Ventil geschlossen betrieben werden. In einem Beispiel kann der Abgasgegendruck an einem Ort stromaufwärts der Auslass-Drosselklappe und stromabwärts des Katalysators (z. B. durch einen dedizierten Drucksensor) geschätzt werden. In anderen Beispielen kann der Abgasgegendruck basierend wenigstens auf der Temperatur des Abgases und einer Position (oder einem Grad des Schließens) der Auslass-Drosselklappe abgeleitet werden. Als solches kann das Schließen der Auslass-Drosselklappe zu einer Zunahme des Abgasgegendrucks (und der Abgastemperatur) führen, was verwendet wird, um den Katalysator zu erwärmen. Falls jedoch der Abgasgegendruck zu weit ansteigt, kann ein Schaden an Kraftmaschinenkomponenten auftreten (z. B. ein Schaden am Abgaskatalysator). Folglich enthält bei 208 die Routine, während die Temperatur des Abgaskatalysators unter der Schwellentemperatur liegt, das intermittierende (oder vorübergehende) Öffnen der Auslass-Drosselklappe in Ansprechen auf den stromaufwärts der Drosselklappe (und stromabwärts des Katalysators) geschätzten Abgasgegendruck, der höher als ein Schwellendruck ist. Beim Entlasten des Abgasgegendrucks geht die Routine von 208 zu 210 weiter. Falls sonst kein Aufbau eines Abgasgegendrucks stattgefunden hat, geht die Routine von 206 direkt zu 210 weiter.
  • Als solches werden das Schließen des Ventils und der Auslass-Drosselklappe und das Umleiten des Abgases durch den EGR-Kühler während einer Dauer ausgeführt, bis eine Temperatur des Abgaskatalysators über einer Schwellentemperatur liegt. Es kann z. B. fortgesetzt werden, bis der Abgaskatalysator ausreichend aktiviert worden ist. Dementsprechend wird bei 210 bestimmt, ob die Abgastemperatur (oder die Temperatur des Abgaskatalysators) auf der oder über der Schwellentemperatur liegt, wie z. B. einer Anspringtemperatur des Katalysators (T_lightoff). Falls nicht, können bei 212 die Auslass-Drosselklappe und das EGR-Ventil in der weiter geschlossenen Position aufrechterhalten werden, bis die Katalysatortemperatur ausreichend hoch ist.
  • Selbst nachdem der Katalysator als solcher ausreichend erwärmt worden ist, kann die Kraftmaschine nicht ausreichend erwärmt sein, was zu den NVH-Problemen beim Kaltstart der Kraftmaschine führt. Selbst nachdem der Katalysator aktiviert worden ist, können folglich die Auslass-Drosselklappe und das EGR-Ventil geschlossen aufrechterhalten werden, um das Abweisen der Wärme an dem EGR-Kühler fortzusetzen, um die Kraftmaschine (über das Erwärmen des Kraftmaschinen-Kühlmittels) aufzuwärmen. Dementsprechend enthält die Routine bei 214, nachdem die Temperatur des Abgaskatalysators über der Schwellentemperatur liegt, die Auslass-Drosselklappe geschlossen und das EGR-Ventil geschlossen aufrechtzuerhalten, während eine Frühverstellung der zeitlichen Steuerung der Funkenzündung stattfindet (oder der Betrag der Spätverstellung der Funken verringert wird). Hier kann die zeitliche Steuerung der Funken in Richtung früh verstellt werden, um die Abgaserwärmung über die Einstellung der zeitlichen Steuerung der Funken zu verringern. Die Frühverstellung der zeitlichen Steuerung der Funken kann die Frühverstellung der zeitlichen Steuerung der Funkenzündung von der Spätverstellung der zeitlichen Steuerung, die bei 203 festgelegt worden ist, zu der ursprünglichen zeitlichen Steuerung enthalten, die vor 203 festgelegt worden ist. Alternativ kann die zeitliche Steuerung der Funken zu einer zeitlichen Steuerung basierend auf den vorherrschenden Betriebsbedingungen der Kraftmaschine in Richtung früh verstellt werden (oder kann die Spätverstellung der Funken verringert werden).
  • Als Nächstes kann bei 216 die Auslasstemperatur des EGR-Kühlers geschätzt werden und kann bestimmt werden, ob die EGR-Auslasstemperatur höher als eine Schwellentemperatur ist. Die Auslasstemperatur des EGR-Kühlers kann z. B. durch einen Temperatursensor geschätzt werden, der stromabwärts des EGR-Kühlers in den EGR-Kanal gekoppelt ist, (wie z. B. den Sensor 118 nach 1). In einem Beispiel kann die Schwellentemperatur einer Temperatur entsprechen, auf der oder über der die Kraftmaschine ausreichend warm sein kann und die NVH-Probleme verringert sein können. Als solche können die Auslass-Drosselklappe und das EGR-Ventil geschlossen aufrechterhalten werden, bis die Auslasstemperatur des EGR-Kühlers ausreichend erwärmt ist.
  • Bei 218 kann die Auslass-Drosselklappe geöffnet (oder in eine weiter offene Position bewegt werden), nachdem die EGR-Auslasstemperatur über die Schwellentemperatur angestiegen ist. In einem alternativen Beispiel kann, nachdem die Temperatur des Abgaskatalysators über der Schwellentemperatur liegt, die Auslass-Drosselklappe basierend auf der Auslasstemperatur des EGR-Kühlers eingestellt werden, wobei die Auslass-Drosselklappe aus einer weiter geschlossenen Position in eine weiter offene Position geschoben wird, wie die Auslasstemperatur des EGR-Kühlers zunimmt.
  • Bei 220 kann, nachdem die EGR-Auslasstemperatur über die Schwellentemperatur angestiegen ist, das EGR-Ventil außerdem geöffnet (oder in eine weiter offene Position bewegt werden), falls die EGR erforderlich ist. Insbesondere kann eine Öffnung des EGR-Ventils basierend auf der EGR-Anforderung der Kraftmaschine (und der Verdünnungsanforderung der Kraftmaschine) eingestellt werden.
  • Auf diese Weise kann eine Kraftmaschine während eines Kaltstarts und des Warmlaufens einer Kraftmaschine neugestartet werden, wobei sowohl eine Auslass-Drosselklappe nach dem Katalysator als auch ein EGR-Ventil geschlossen sind. Wenn die Ventile geschlossen sind, kann wenigstens ein Anteil des gedrosselten Abgases über einen EGR-Kühler und einen Ejektor um die Auslass-Drosselklappe umgeleitet werden. Sowohl die Auslass-Drosselklappe als auch das Ventil können dann geschlossen aufrechterhalten werden, bis sowohl eine Abgastemperatur als auch eine Auslasstemperatur des EGR-Kühlers über einem Schwellenwert liegen. Dies beschleunigt nicht nur die Aktivierung des Abgaskatalysators, sondern verringert außerdem die Kaltstart-NVH-Probleme der Kraftmaschine. Folglich werden unter Verwendung einer Zunahme des Abgasgegendrucks und einer Zunahme der Wärmeabweisung in dem EGR-Kühler synergistische Vorteile erreicht, weil sowohl eine Kraftmaschinentemperatur als auch eine Temperatur des Abgaskatalysators schneller auf die Aktivierungspegel erhöht werden, als es andernfalls bei entweder einer Zunahme des Abgasgegendrucks oder einer Zunahme der Wärmeabweisung an dem EGR-Kühler möglich gewesen sein würde. Außerdem kann die Abgasströmung opportunistisch für die Unterdruckerzeugung nutzbar gemacht werden, wobei der Unterdruck anschließend zum betätigen verschiedener Unterdruckaktuatoren der Kraftmaschine verwendet wird. Durch das opportunistische Erzeugen zusätzlichen Unterdrucks während des Kaltstarts und des Warmlaufens der Kraftmaschine, während die Erwärmung der Kraftmaschine und die Aktivierung des Katalysators beschleunigt werden, wird der Bedarf am Betreiben dedizierter Unterdruckpumpen für verschiedene Unterdruckaktuatoren verringert.
  • Es wird erkannt, dass 2 die Unterdruckerzeugung in ihrem Entscheidungsbaum nicht erwähnt. Dies ist so, weil, wenn in einem Katalysator-Erwärmungsmodus gearbeitet wird, der Ejektor bereits mit einem hohen Gegendruck versehen ist und folglich einen signifikanten Beitrag zur Unterdruckerzeugung bereitstellt. In alternativen Ausführungsformen kann 2 jedoch ferner eine Unterdruckerzeugung in dem Entscheidungsbaum enthalten.
  • Die Koordination der Einstellungen des Abgas-Gegendruckventils und des EGR-Ventils, um die Aktivierung des Katalysators zu beschleunigen, während die Kraftmaschinentemperatur erhöht wird, wird nun unter Bezugnahme auf das Beispiel nach 3 gezeigt. Spezifisch stellt die Abbildung 300 eine Auslasstemperatur des EGR-Kühlers mit der graphischen Darstellung 301, eine Temperatur des Abgaskatalysators mit der graphischen Darstellung 302, einen Abgasgegendruck mit der graphischen Darstellung 304, die Einstellungen der Auslass-Drosselklappe mit der graphischen Darstellung 306 und die Einstellungen der zeitlichen Steuerung der Funken mit der graphischen Darstellung 308 dar. Alle graphischen Darstellungen sind gegen die Zeit (entlang der x-Achse) graphisch dargestellt.
  • Bei t1 kann die Kraftmaschine gestartet werden und warmlaufen. Insbesondere kann in Ansprechen auf die Katalysatortemperatur der Kraftmaschine (302), die unter einem Schwellenwert (T_light-off) liegt, ein Kaltstart der Kraftmaschine bei t1 eingeleitet werden. Während des Kaltstarts der Kraftmaschine wird die Kraftmaschine betrieben, wobei sowohl eine Auslass-Drosselklappe (306) nach dem Katalysator als auch ein (nicht gezeigtes) EGR-Ventil geschlossen sind. In dem dargestellten Beispiel sind die Auslass-Drosselklappe und das EGR-Ventil vollständig geschlossen, es wird jedoch erkannt, dass in alternativen Beispielen die Auslass-Drosselklappe und das EGR-Ventil in eine weiter geschlossene Position bewegt werden können. Das Schließen der Auslass-Drosselklappe verursacht, dass sowohl ein stromaufwärts (z. B. unmittelbar stromaufwärts) der Auslass-Drosselklappe geschätzter Abgasgegendruck zunimmt (304) als auch die Katalysatortemperatur zunimmt (302).
  • Wenn die Auslass-Drosselklappe geschlossen ist, wird wenigstens ein Anteil des gedrosselten Abgases in den EGR-Kanal (oder dem EGR-Abzug) umgeleitet, der das EGR-Ventil und einen EGR-Kühler, der stromaufwärts des EGR-Ventils positioniert ist, enthält. In dem vorliegenden Beispiel können sowohl das EGR-Ventil als auch der EGR-Kühler in einem Niederdruck-EGR-Kanal positioniert sein, wobei der EGR-Kanal einen Kraftmaschinenauslass von einem Ort stromaufwärts der Auslass-Drosselklappe und stromabwärts des Katalysators stromaufwärts eines Einlasskompressors an einen Kraftmaschineneinlass koppelt. Die vergrößerte Strömung des erwärmten Abgases durch den EGR-Kühler verursacht einen Anstieg der Temperatur an dem EGR-Kühler (wie durch eine Zunahme der Auslasstemperatur des EGR-Kühlers gezeigt ist, 301). Dies verursacht wiederum eine vergrößerte Wärmeabweisung an dem EGR-Kühler, wobei die Wärme zu dem Kraftmaschinenkühlmittel abgewiesen wird. Das erwärmte Kühlmittel führt dann zu einer Zunahme der Kraftmaschinentemperatur, was die Verringerung der Kraftmaschinen-NVH-Probleme beim Kaltstart unterstützt, während es außerdem das Erwärmen des Abgaskatalysators unterstützt. Wenn das EGR-Ventil außerdem geschlossen ist, strömt dann das erwärmte Abgas, das durch den EGR-Kühler umgeleitet wird, von dem Auslass des EGR-Kühlers in einen Umgehungskanal, der stromabwärts der Auslass-Drosselklappe mit dem Kraftmaschinenauslass rückwärts eine Verbindung herstellt. Von dort wird das Abgas zur Atmosphäre entlüftet. Als solche beschleunigt die Kombination des Schließens der Auslass-Drosselklappe und des EGR-Ventils (um den Abgasgegendruck und die Temperatur und die Wärmeabweisung an dem EGR-Kühler zu vergrößern) die Erwärmung des Katalysators. Insbesondere ermöglicht die Herangehensweise, wie dargestellt ist, dass die Katalysatortemperatur den Schwellenwert (T_lightoff) in einem kleineren Zeitraum erreicht, als es ohne das Schließen beider Ventile möglich sein würde (die bei t1 eingeleitete beanspruchte Herangehensweise ermöglicht, dass die Katalysatortemperatur den Schwellenwert bei t2 erreicht, während in Ermangelung der beanspruchten Herangehensweise die Katalysatortemperatur den Schwellenwert bei t4 erreichen würde, wie durch die gestrichelte graphische Darstellung 303 dargestellt ist).
  • In einigen Ausführungsformen wird, wenn der Umgehungskanal einen Ejektor enthält, das Abgas über den EGR-Kühler und den Ejektor um die Auslass-Drosselklappe umgeleitet. Wenn der Ejektor enthalten ist, kann die Abgasströmung durch den Ejektor nutzbar gemacht werden, was es ermöglicht, dass Unterdruck am Hals des Ejektors gezogen wird, wobei der gezogene Unterdruck dann einem oder mehreren Unterdruckverbrauchern der Kraftmaschine bereitgestellt wird (wie z. B. zum Betreiben eines Bremskraftverstärkers, zum Entleeren eines Kanisters, zur Kurbelgehäuse-Belüftung usw.).
  • Während des Warmlaufens, während die Auslasstemperatur des EGR-Kühlers und die Katalysatortemperatur unter ihren jeweiligen Schwellenwerten liegen und während die Auslass-Drosselklappe und des EGR-Ventil geschlossen sind (zwischen t1 und t2), kann die zeitliche Steuerung der Funkenzündung vom MBT in Richtung spät verstellt sein (308). Insbesondere kann ein Betrag der angewendeten Spätverstellung der Funken vergrößert werden, um die Abgastemperaturen weiter zu vergrößern und die Aktivierung des Katalysators weiter zu beschleunigen.
  • Bei t2 kann die Katalysatortemperatur über der Schwellentemperatur T_lightoff liegen, aber die Auslasstemperatur des EGR-Kühlers kann immer noch unter dem Soll-Schwellenwert (T_egrcot) liegen. Folglich können nach t2 sowohl die Auslass-Drosselklappe als auch das Ventil geschlossen aufrechterhalten werden, bis die Auslasstemperatur des EGR-Kühlers über dem Schwellenwert liegt. Außerdem kann ein Betrag der Spätverstellung der Funken von dem MBT, die angewendet wird, verringert werden, nachdem der Katalysator die Schwellentemperatur erreicht hat und während die Auslasstemperatur des EGR-Kühlers zu dem Schwellenwert zunimmt. Das heißt, die zeitliche Steuerung der Funkenzündung kann in Richtung früh zu dem MBT verstellt werden (oder zu dem MBT zurückgeführt werden). In einem Beispiel kann die zeitliche Steuerung der Zündung zu der vor t1 verwendeten ursprünglichen Einstellung zurückgeführt werden.
  • Zwischen t2 und t3 erreicht die Auslasstemperatur des EGR-Kühlers den Schwellenwert T_egrcot. Folglich wird zwischen t2 und t3, wie die Auslasstemperatur des EGR-Kühlers über den Schwellenwert zunimmt, die Auslass-Drosselklappe in eine weiter offene Position bewegt. Dies ermöglicht eine Verringerung des Abgasgegendrucks und der Abgastemperatur. Außerdem wird ein größerer Anteil des durch den Katalysator behandelten Abgases durch die Auslass-Drosselklappe zur Atmosphäre entlüftet, während nur ein kleinerer verbleibender Anteil beim Strömen durch den EGR-Kühler und den Umgehungskanal um die Drosselklappe zur Atmosphäre entlüftet wird. Folglich nimmt bald nach t2 die EGR-Auslasstemperatur während eines kurzen Zeitraums weiterhin zu, wobei dann, wie die Auslass-Drosselklappe geöffnet wird und die Abgastemperatur fällt, die EGR-Auslasstemperatur aber außerdem beginnt, zu fallen und sich auf einem niedrigeren Wert zu stabilisieren. Es wird erkannt, dass, während das dargestellte Beispiel zeigt, dass die Auslass-Drosselklappe nach t2 allmählich in eine weiter offene Position bewegt wird, in alternativen Ausführungsformen die Auslass-Drosselklappe bei t2 vollständig geöffnet werden kann.
  • Während die Auslasstemperatur des EGR-Kühlers unter dem Schwellenwert liegt, kann die Auslass-Drosselklappe in Ansprechen auf einen Abgasgegendruck stromaufwärts der Auslass-Drosselklappe, der über einem Schwellendruck liegt, intermittierend geöffnet werden. Wie z. B. bei 305 gezeigt ist, kann in Ansprechen auf den Abgasgegendruck (304), der über den Schwellenwert T_ebp ansteigt, das Auslassventil vorübergehend geöffnet werden, um den Gegendruck abzulassen.
  • Optional kann das EGR-Ventil geöffnet werden, nachdem die Auslass-Drosselklappe geöffnet worden ist, um eine Sollmenge der Abgasrückführung bereitzustellen. Als solche kann die erforderliche EGR-Menge basierend auf den Betriebsbedingungen der Kraftmaschine und den Verdünnungsanforderungen der Kraftmaschine bestimmt werden. Falls z. B. mehr Kraftmaschinenverdünnung erforderlich ist, kann das EGR-Ventil in eine weiter offene Position bewegt werden.
  • In einigen Ausführungsformen können verschiedene Einstellungen der Auslass-Drosselklappe und des EGR-Ventils ausgeführt werden, um ein Kraftmaschinensystem in verschiedenen Modi zu betreiben. In einem Beispiel kann das Kraftmaschinensystem eine Kraftmaschine, die einen Einlass und einen Auslass enthält, einen Turbolader, der einen Einlasskompressor und eine Auslassturbine enthält, einen Abgaskatalysator und eine Auslass-Drosselklappe nach dem Katalysator umfassen. Das System kann ferner ein EGR-System enthalten, das einen EGR-Kanal, einen EGR-Kühler und ein EGR-Ventil enthält, wobei das System den Kraftmaschinenauslass stromabwärts des Katalysators und stromaufwärts der Auslass-Drosselklappe stromaufwärts des Kompressors an einen Kraftmaschineneinlass fluidtechnisch koppelt. Ein Abzweig- oder Umgehungskanal, der einen Ejektor enthält, kann einen Auslass des EGR-Kühlers stromabwärts der Auslass-Drosselklappe fluidtechnisch an den Kraftmaschinenauslass koppeln. Das Kraftmaschinensystem kann ferner einen Controller mit computerlesbaren Anweisungen zum Betreiben des Systems in den verschiedenen Modi enthalten. Das Kraftmaschinensystem kann z. B. in einem ersten Modus betrieben werden, bei dem sowohl die Auslass-Drosselklappe als auch das EGR-Ventil geschlossen sind und bei dem das Abgas von dem Katalysator durch den EGR-Kühler und dann durch den Ejektor strömt. Als ein weiteres Beispiel kann das System in einem zweiten Modus betrieben werden, bei dem sowohl die Auslass-Drosselklappe als auch das EGR-Ventil offen sind und bei dem das Abgas von dem Katalysator durch den Ejektor und dann durch den Ejektor strömt. Sowohl während des ersten als auch während des zweiten Modus kann an dem Ejektor Unterdruck gezogen werden. Der Controller kann das System während der Bedingungen, wenn der Abgaskatalysator unter einer Schwellentemperatur liegt, in dem ersten Modus betreiben, während er das System während der Bedingungen, wenn der Abgaskatalysator über der Schwellentemperatur liegt und eine Unterdruckanforderung der Kraftmaschine höher als ein Schwellenwert ist, in dem zweiten Modus betreibt. In einigen Ausführungsformen kann während des Arbeitens in dem ersten Modus die zeitliche Steuerung der Zündfunken um einen höheren Betrag in Richtung spät verstellt sein. Während in dem zweiten Modus gearbeitet wird, ist zum Vergleich die zeitliche Steuerung der Zündfunken um einen kleineren Betrag in Richtung spät verstellt.
  • In 4 ist eine Beispielroutine 400 zum gemeinsamen Einstellen eines EGR-Ventils und einer Auslass-Drosselklappe gezeigt, um einen Betrag der EGR-Strömung zu einer Kraftmaschine aufrechtzuerhalten, während dem Unterdruckbedarf verschiedener Unterdruckverbraucher der Kraftmaschine entsprochen wird.
  • Bei 402 enthält das Verfahren das Schätzen der Betriebsbedingungen der Kraftmaschine. Dies kann das Messen und/oder das Ableiten der Bedingungen, wie z. B. der Kraftmaschinentemperatur, der Abgastemperatur und des Abgasdrucks, des Atmosphärendrucks, der Kraftmaschinendrehzahl, des Niveaus der Aufladung, des Krümmerdrucks, der Krümmer-Luftströmung usw., enthalten. Bei 404 kann basierend auf den geschätzten Betriebsbedingungen eine EGR-Anforderung der Kraftmaschine bestimmt werden. Es können z. B. eine Menge der Kraftmaschinenverdünnung oder der Reste, die erforderlich sind, um die Kraftmaschinenleistung und die Verbrennungsstabilität zu verbessern, bestimmt werden. Basierend auf der bestimmten EGR-Anforderung kann eine Position des EGR-Ventils bestimmt werden. Insbesondere kann eine Öffnung des EGR-Ventils basierend auf der EGR-Anforderung bestimmt werden, wobei die Öffnung des EGR-Ventils zunimmt (d. h., das EGR-Ventil in eine weiter offene Position geschoben wird), wie die EGR-Anforderung zunimmt.
  • Bei 406 kann bestimmt werden, ob eine Temperatur des Abgaskatalysators höher als eine Schwellentemperatur ist, z. B. über einer Anspringtemperatur liegt. Mit anderen Worten, es kann bestimmt werden, ob irgendwelche Einstellungen des EGR-Ventils und der Auslass-Drosselklappe erforderlich sind, um die Erwärmung des Katalysators zu beschleunigen. Wenn der Katalysator ausreichend heiß und aktiviert ist, dann enthält die Routine bei 410 das Bestimmen, ob eine Unterdruckanforderung der Kraftmaschine höher als ein Schwellenwert ist. Es kann z. B. bestimmt werden, ob es eine vorübergehende Zunahme der Unterdruckanforderung aufgrund der Betätigung eines oder mehrerer Unterdruckverbraucher/-aktuatoren des Kraftmaschinensystems gibt. In einem alternativen Beispiel kann bestimmt werden, ob der Krümmerunterdruck ergänzt werden muss, um die Betätigung der verschiedenen Unterdruckverbraucher des Kraftmaschinensystems zu ermöglichen.
  • Falls es keine (zusätzliche) Unterdruckanforderung gibt, enthält die Routine bei 412 das Betreiben des Kraftmaschinensystems in einem ersten EGR-Modus (Mode_EGR1), wobei die Auslass-Drosselklappe weiter offen ist, um einen Anteil des Abgases zu dem Kraftmaschineneinlass zurückzuführen, während eine erste, kleinere Menge des Abgases durch den EGR-Kühler und dann durch den Ejektor geleitet wird. Während die Sollmenge des Abgases zum Kraftmaschineneinlass zurückgeführt wird, wird eine kleinere Menge des durch den Katalysator behandelten und gedrosselten Abgases beim Durchgang den durch den EGR-Kühler (wo etwas Wärme abgewiesen wird) und dann durch den Ejektor und dann stromabwärts der Auslass-Drosselklappe durch den Auslasskanal zu der Atmosphäre entlüftet. An dem Ejektor wird wenigstens etwas Unterdruck potentiell gezogen, wenn in diesem ersten Modus gearbeitet wird, wobei der Unterdruck am Hals des Ejektors aufgrund der Strömung des Abgases durch ihn hindurch erzeugt wird. Wenn das Abgas als solches durch den Ejektor strömt, ist das Potential, um eine Saugströmung zu erzeugen, vorhanden. Die tatsächliche Strömung kann jedoch von den Ejektor-Bedingungen und dem Druck des Unterdruckbehälters abhängen. Wenn in dem ersten EGR-Modus gearbeitet wird, wobei die Auslass-Drosselklappe weiter offen ist, kann das EGR-Ventil außerdem weiter offen sein, wobei das Öffnen des EGR-Ventils auf dem Anteil des zu dem Kraftmaschineneinlass zurückgeführten Abgases basiert. Das heißt, das EGR-Ventil kann in eine weiter offene Position geschoben werden, wobei die weiter offene Position gewählt ist, um der EGR-Anforderung der Kraftmaschine zu entsprechen.
  • Falls es im Vergleich bei 414 eine Unterdruckanforderung gibt, enthält die Routine das Betreiben des Kraftmaschinensystems in einem zweiten EGR-Modus (Mode_EGR2), bei dem die Auslass-Drosselklappe weiter geschlossen ist, um den Anteil des Abgases zu den Kraftmaschineneinlass zurückzuführen, während eine zweite, größere Menge des Abgases durch den EGR-Kühler und dann durch den Ejektor geleitet wird. Das Schließen der Auslass-Drosselklappe kann z. B. in Ansprechen auf die Betätigung eines Unterdruckaktuators oder in Ansprechen auf die Verringerung des gemessenen/abgeleiteten Unterdrucks in einem Unterdruckbehälter, der an den Unterdruckaktuator gekoppelt ist, ausgeführt werden. Hier kann durch das Schließen der Auslass-Drosselklappe eine größere Menge des Abgases in den EGR-Kanal umgeleitet werden. Der stromaufwärts der Auslass-Drosselklappe erzeugte höhere Gegendruck kann aufgrund einer Zunahme der EGR-Strömung aufgrund des Schließens der Auslass-Drosselklappe EGR-Störungen verursachen. Wenn in dem zweiten EGR-Modus gearbeitet wird, kann folglich das EGR-Ventil weiter geschlossen sein, wobei das Schließen des EGR-Ventils auf dem Schließen der Auslass-Drosselklappe basiert, um die Rückführung des Anteils des Abgases zu dem Kraftmaschineneinlass aufrechtzuerhalten. Wie die Auslass-Drosselklappe z. B. in eine weiter geschlossene Position bewegt wird, kann das EGR-Ventil außerdem in eine weiter geschlossene Position bewegt werden, um den Anteil der EGR, der dem Kraftmaschineneinlass bereitgestellt wird, aufrechtzuerhalten. Während hier die Sollmenge des Abgases zum Kraftmaschineneinlass zurückgeführt wird, wird eine größere Menge des durch den Katalysator behandelten und gedrosselten Abgases beim Hindurchgehen durch den EGR-Kühler (wo mehr Wärme abgewiesen wird) und dann durch den Ejektor und dann stromabwärts der Auslass-Drosselklappe durch den Auslasskanal zur Atmosphäre entlüftet. Wie in dem ersten Modus wird wenigstens etwas Unterdruck potentiell an dem Ejektor gezogen, wenn in dem zweiten Modus gearbeitet wird, wobei der Unterdruck an dem Hals des Ejektors aufgrund der Strömung des Abgases durch ihn hindurch erzeugt wird. Es wird jedoch im Vergleich zu dem ersten EGR-Modus aufgrund der größeren Strömung des Abgases durch den Ejektor in dem zweiten Modus eine größere Menge des Unterdrucks an dem Ejektor gezogen, wenn in dem zweiten EGR-Modus gearbeitet wird. Sowohl in dem ersten als auch in dem zweiten EGR-Modus kann der an dem Ejektor gezogene Unterdruck durch einen oder mehrere Unterdruckaktuatoren der Kraftmaschine, die an den Ejektor gekoppelt sind, verwendet werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann der Controller eine Abgastemperatur während des ersten oder des zweiten Modus überwachen. Der Controller kann außerdem während der Betriebsmodi einen stromaufwärts der Auslass-Drosselklappe geschätzten Abgasgegendruck überwachen. Insbesondere kann es, wenn eine Öffnung des Auslass-Drosselklappenventils während des zweiten Modus verringert wird, eine Zunahme des Abgasgegendrucks und der Abgastemperatur geben. Darin kann in Ansprechen auf die Abgastemperatur, die über eine Schwellentemperatur ansteigt, der Controller die Öffnung sowohl der Auslass-Drosselklappe als auch des EGR-Ventils vergrößern, damit sich die Auslasstemperatur innerhalb eines Sollbereichs befindet. Gleichermaßen kann in Ansprechen auf den Abgasgegendruck, der über einen Schwellendruck ansteigt, die Öffnung sowohl der Auslass-Drosselklappe als auch des EGR-Ventils vergrößert werden, um den Gegendruck zu verringern. In einem Beispiel können die Einstellungen, die während des ersten oder des zweiten Modus ausgeführt werden, die auf einer Zunahme der Abgastemperatur und/oder des Abgasgegendrucks basieren, vorübergehende Änderungen sein. Darin können die ursprünglichen Einstellungen für die Drosselklappe und das EGR-Ventil wieder eingenommen werden, sobald der Druck und Temperatur innerhalb des Sollbereichs liegen.
  • Es wird erkannt, dass, während die dargestellte Routine einen Kraftmaschinen-Controller zeigt, der einen Betriebsmodus des Kraftmaschinensystems basierend auf der Unterdruckanforderung wählt, der Controller in einer alternativen Ausführungsform konfiguriert sein kann, um das Kraftmaschinensystem in Ansprechen auf eine Zunahme der Unterdruckanforderung durch den einen oder die mehreren Unterdruckaktuatoren der Kraftmaschine aus dem Arbeiten in dem ersten Modus zu dem Arbeiten in dem zweiten Modus übergehen zu lassen. Der erste Modus kann z. B. ein vorgegebener EGR-Betriebsmodus sein, wobei der Controller das Kraftmaschinensystem in den zweiten EGR-Betriebsmodus umschalten kann, um die EGR aufrechtzuerhalten, während außerdem die Abgasströmung verwendet wird, um einen Unterdruck zu erzeugen, um dem Unterdruckbedarf der Kraftmaschine zu entsprechen.
  • Wenn in 406 der Katalysator nicht ausreichend heiß oder aktiviert ist, wie z. B. während eines Kaltstarts und des Warmlaufens der Kraftmaschine, dann enthält bei 408 die Routine das Betreiben des Kraftmaschinensystems in einem dritten Nicht-EGR-Modus (Mode 3), wobei sowohl die Auslass-Drosselklappe als auch das EGR-Ventil vollständig geschlossen sind, um eine dritte Menge des Abgases durch den EGR-Kühler und dann durch den Ejektor zu leiten. Hier kann durch das Schließen der Auslass-Drosselklappe eine größere Menge des Abgases in den EGR-Kanal umgeleitet werden, während der stromaufwärts der Auslass-Drosselklappe erzeugte höhere Gegendruck verwendet werden kann, um das Abgas zu erwärmen und die Aktivierung des Katalysators zu beschleunigen. Gleichzeitig kann durch das Schließen des EGR-Ventils das in den EGR-Kanal umgeleitete erwärmte Abgas gezwungen werden, durch den EGR-Kühler und dann durch den Ejektor zu strömen, bevor es zur Atmosphäre entlüftet wird. Indem das erwärmte Abgas durch den EGR-Kühler strömt, kann durch den EGR-Kühler mehr Wärme mit dem Kühlmittelsystem der Kraftmaschine ausgetauscht werden, was eine Zunahme der Kraftmaschinentemperatur ermöglicht. Dies ermöglicht synergistisch, dass das Kraftmaschinenabgas erwärmt wird, und beschleunigt die Aktivierung des Katalysators weiter. Folglich kann die dritte Menge des Abgases, die in dem dritten Modus durch den EGR-Kühler geleitet wird, höher als sowohl die erste als auch die zweite Menge sein, obwohl die dritte Menge nicht zum Kraftmaschineneinlass zurückgeführt werden kann.
  • Während die dargestellte Routine einen Kraftmaschinen-Controller zeigt, der in Ansprechen auf eine Kraftmaschinentemperatur, die niedriger als eine Schwellentemperatur ist, das Kraftmaschinensystem in dem dritten Modus betreibt, kann in weiteren Ausführungsformen der Controller das Kraftmaschinensystem aus dem dritten Modus in Ansprechen auf die Abgastemperatur und/oder die Kraftmaschinentemperatur, die höher als die (jeweiligen) Schwellentemperaturen sind, in den ersten Modus überführen. Wenn aus dem dritten Modus in den ersten Modus übergegangen wird, kann eine Öffnung der Auslass-Drosselklappe vergrößert werden, wie die Auslasstemperatur des EGR-Kühlers zunimmt, während eine Öffnung des EGR-Ventils vergrößert werden kann, wie die EGR-Anforderung der Kraftmaschine zunimmt. In noch weiteren Ausführungsformen kann der Controller das Kraftmaschinensystem aus dem dritten Modus in Ansprechen auf die Abgastemperatur und/oder die Kraftmaschinentemperatur, die höher als die (jeweiligen) Schwellentemperaturen sind, und eine Zunahme der Unterdruckanforderung der Kraftmaschine in den zweiten Modus überführen.
  • Insgesamt können durch das Auswählen eines der unterschiedlichen Betriebsmodi der Kraftmaschine die verschiedenen Kraftmaschinenanforderungen erfüllt werden. Im Allgemeinen benötigen sowohl die Unterdruckerzeugung, die Rückgewinnung der Abwärme als auch der EGR-Bedarf einen bestimmten Pegel des Abgasgegendrucks, um ihr Ziel zu erreichen. Durch das Sammeln aller dieser Anforderungen und das Bereitstellen eines Soll-Abgasgegendrucks, der hoch genug ist, um allen drei Zwecken zu dienen, ohne die Druck- oder Temperaturgrenzen zu übersteigen, kann ein Kraftmaschinen-Controller allen Anforderungen auf eine optimierte Weise entsprechen.
  • Auf diese Weise kann eine Kraftmaschine mit einer Abgasrückführung betrieben werden, wobei in Ansprechen auf eine Unterdruckanforderung sowohl eine Auslass-Drosselklappe als auch ein EGR-Ventil gemeinsam eingestellt werden können, um der Unterdruckanforderung zu entsprechen, während die Abgasrückführung aufrechterhalten wird. Wie es hier verwendet wird, enthält das Betreiben der Kraftmaschine mit der Abgasrückführung die Rückführung der Menge des durch den Katalysator behandelten Abgases von einem Ort stromaufwärts der Auslass-Drosselklappe über einen EGR-Kanal, wobei der EGR-Kanal den EGR-Kühler stromaufwärts des EGR-Ventils enthält, zu einem Kraftmaschineneinlass. Durch das Verringern einer Öffnung sowohl einer Auslass-Drosselklappe nach den Katalysator als auch eines EGR-Ventils, um die Abgasströmung durch einen EGR-Kühler und dann durch einen Auslass-Ejektor zu vergrößern, kann der Unterdruck an dem Ejektor gezogener Unterdruck sein, um dem Unterdruckbedarf zu entsprechen. Durch das Verringern der Öffnung der Auslass-Drosselklappe basierend auf der Unterdruckanforderung, während die Öffnung des EGR-Ventils basierend auf der Verringerung der Öffnung der Auslass-Drosselklappe verringert wird, kann eine Menge der Abgasrückführung aufrechterhalten werden. Durch das Aufrechterhalten der Kraftmaschinen-Sollverdünnung werden die Kraftmaschinenleistung und die Verbrennungsstabilität nicht verschlechtert, während außerdem dem Unterdruckbedarf entsprochen wird.
  • Die Koordination der Einstellungen des Abgas-Gegendruckventils und des EGR-Ventils, um die EGR bereitzustellen, während außerdem dem Unterdruckbedarf entsprochen wird, wird nun unter Bezugnahme auf das Beispiel nach 5 gezeigt. Insbesondere spiegelt 5 die Tatsache wider, dass, um die EGR-Solldurchflussmenge zu erreichen, durch die Auslass-Drosselklappe zusätzlicher Abgasgegendruck bereitgestellt werden muss. Die Abbildung 500 stellt eine EGR-Menge mit der graphischen Darstellung 502, einen Ejektor-Unterdruck mit der graphischen Darstellung 504, die Einstellungen des EGR-Ventils mit der graphischen Darstellung 506 und die Einstellungen der Auslass-Drosselklappe mit der graphischen Darstellung 508 dar. Alle graphischen Darstellungen sind gegen die Zeit (entlang der x-Achse) graphisch dargestellt.
  • Vor t1 kann die Kraftmaschine arbeiten, wobei keine EGR angefordert ist. Dementsprechend kann die Kraftmaschine mit dem geschlossenen EGR-Ventil (506) betrieben werden. Die Auslass-Drosselklappe kann offen bleiben, um es zu ermöglichen, dass das Abgas durch die Auslass-Drosselklappe zur Atmosphäre entlüftet wird. Bei t1 kann eine EGR-Anforderung der Kraftmaschine zunehmen (die gestrichelte Linie 501). Insbesondere kann eine Menge der EGR angefordert werden, um die Kraftmaschinenverdünnung bereitzustellen. Um die Kraftmaschinen-Sollverdünnung bereitzustellen, kann das EGR-Ventil (allmählich) in eine weiter offene Position geschoben werden (506), wobei die weiter offene Position auf den Betriebsbedingungen der Kraftmaschine basiert. Durch das Öffnen des EGR-Ventils kann eine Sollmenge des Abgases zu dem Kraftmaschineneinlass zurückgeführt werden (die ausgezogene Linie 502). Wie unter Bezugnahme auf 1 ausgearbeitet worden ist, kann das EGR-Ventil in einem EGR-Kanal oder einem EGR-Abzug enthalten sein, der den Kraftmaschinenauslass stromaufwärts der Auslass-Drosselklappe an den Kraftmaschineneinlass koppelt. Ferner kann der EGR-Kanal einen EGR-Kühler enthalten, der stromabwärts einer Verbindungsstelle des EGR-Kanals und des Kraftmaschinenauslasses und stromaufwärts des EGR-Ventils angekoppelt ist. Folglich kann bei der Rückführung die Sollmenge des durch den Katalysator behandelten Abgases von einem Ort stromaufwärts der Auslass-Drosselklappe in den EGR-Kanal umgeleitet werden, wo sie durch den EGR-Kühler und dann durch das (offene) EGR-Ventil strömen kann, bevor sie stromaufwärts eines Einlasskompressors in den Kraftmaschineneinlass zurückgeführt wird.
  • Bei t2 kann es eine Zunahme der Unterdruckanforderung der Kraftmaschine geben (die gestrichelte Linie 503). In einem Beispiel kann die Zunahme der Unterdruckanforderung der Kraftmaschine aufgrund der Betätigung eines oder mehrerer Unterdruckverbraucher, wie z. B. der Fahrzeugbremsen, erfolgen. In Ansprechen auf die Zunahme der Unterdruckanforderung kann bei t2 die Auslass-Drosselklappe nach dem Katalysator geschlossen werden (oder in eine weiter geschlossene Position bewegt werden), um die Unterdruckerzeugung (die ausgezogene Linie 504) an einem Auslass-Ejektor zu vergrößern. Wie unter Bezugnahme auf 1 ausgearbeitet worden ist, kann sich der Auslass-Ejektor in einem Umgehungskanal befinden, der den EGR-Kanal stromabwärts des EGR-Kühlers stromabwärts der Drosselklappe an den Kraftmaschinenauslass koppelt. Folglich kann durch das Schließen der Auslass-Drosselklappe nach dem Katalysator ein Anteil der Menge des Abgases durch den EGR-Kühler und dann durch den Auslass-Ejektor strömen. Das heißt, das durch den Katalysator behandelte Abgas kann von einem Ort stromaufwärts der Auslass-Drosselklappe in den EGR-Kanal umgeleitet werden, von wo ein Anteil von ihm durch den EGR-Kühler und dann durch den Ejektor strömen kann, bevor er stromabwärts der Auslass-Drosselklappe zum Kraftmaschinenauslass zurückgeführt wird, während der verbleibende Anteil durch das EGR-Ventil in den Kraftmaschineneinlass strömt. Weil der Ejektor an einen Unterdruckaktuator gekoppelt ist, kann das Schließen der Auslass-Drosselklappe in Ansprechen auf die Betätigung des Unterdruckaktuators ausgeführt werden. Dann wird durch das Abgas, das durch den Ejektor strömt, Unterdruck erzeugt (504), wobei der erzeugte Unterdruck von einem Hals des Ejektors gezogen und durch die verschiedenen Unterdruckaktuatoren der Kraftmaschine verbraucht werden kann.
  • Das Schließen der Auslass-Drosselklappe verursacht jedoch eine Zunahme des Abgasgegendrucks unmittelbar stromaufwärts der Drosselklappe. Weil dies der Ort ist, von dem die EGR entnommen wird, kann beim Fehlen irgendwelcher Einstellungen des EGR-Ventils die Zunahme des Abgasgegendrucks zu einer Zunahme der dem Kraftmaschineneinlass zurückgeführten EGR führen. Als solche können diese EGR-Fluktuationen die Verbrennungsstabilität und die Leistung der Kraftmaschine verschlechtern. Folglich kann außerdem bei t2 das EGR-Ventil außerdem geschlossen (oder in eine weiter geschlossene Position bewegt werden), um die Menge der Abgasrückführung (auf dem Sollpegel) aufrechtzuerhalten. Mit anderen Worten, das Schließen der Auslass-Drosselklappe nach dem Katalysator wird basierend auf dem Unterdruckbedarf der Kraftmaschine eingestellt, während das Schließen des EGR-Ventils basierend auf dem Schließen der Auslass-Drosselklappe eingestellt wird. Wie das Schließen des EGR-Ventils hier verwendet wird, enthält es das Schieben des EGR-Ventils aus der weiter offenen Position (bei t2) in eine weiter geschlossene Position, wobei die weiter geschlossene Position auf dem Schließen der Auslass-Drosselklappe basiert. Während das dargestellte Beispiel das Bewegen der Auslass-Drosselklappe in Ansprechen auf die Unterdruckanforderung in eine weiter geschlossene Position und das Bewegen des EGR-Ventils in Ansprechen auf das Schließen der Auslass-Drosselklappe in eine weiter geschlossene Position (um die EGR aufrechtzuerhalten) zeigt, kann in alternativen Beispielen das Schließen der Auslass-Drosselklappe das vollständige Schließen der Auslass-Drosselklappe enthalten, während das Schließen des EGR-Ventils das vollständige Schließen des EGR-Ventils enthält.
  • Zwischen t2 und t3 können die Auslass-Drosselklappe und das EGR-Ventil in den weiter geschlossenen Positionen aufrechterhalten werden, um das Erzeugen von Unterdruck fortzusetzen (504), um der Unterdruckanforderung zu entsprechen (503), während außerdem die EGR bereitgestellt wird (502), um der EGR-Anforderung zu entsprechen (501). Bei t3 kann in Ansprechen auf einen Abfall der Unterdruckanforderung die Auslass-Drosselklappe zurück in eine weiter offene Position geschoben werden. Der Abfall des Abgasgegendrucks und folglich der EGR-Strömung wird kompensiert, indem entsprechend und gleichzeitig das EGR-Ventil geöffnet wird, so dass die EGR nach dem Öffnen der Drosselklappe bei t3 aufrechterhalten wird.
  • Bei t4 kann basierend auf den vorherrschenden Betriebsbedingungen der Kraftmaschine die EGR-Anforderung abnehmen. In Ansprechen auf den Abfall der EGR-Anforderung bei t4 kann das EGR-Ventil in eine weiter geschlossene Position eingestellt werden, um die Menge des von einem Ort stromaufwärts der Auslass-Drosselklappe zu dem Kraftmaschineneinlass umgeleiteten Abgases verringern. Das EGR-Ventil kann dann bei einer Öffnung basierend auf der Kraftmaschinen-Sollverdünnung oder anderen Betriebsbedingungen der Kraftmaschine aufrechterhalten werden.
  • Auf diese Weise können die Einstellungen der Auslass-Drosselklappe und des EGR-Ventils während verschiedener Betriebsbedingungen der Kraftmaschine koordiniert werden, um bei Bedarf eine EGR bereitzustellen, die Erwärmung zu beschleunigen und einen Unterdruck bereitzustellen. Während eines Kaltstarts und des Warmlaufens einer Kraftmaschine kann eine Kraftmaschine neugestartet werden, wobei sowohl eine Auslass-Drosselklappe nach dem Katalysator als auch ein EGR-Ventil geschlossen sind. Durch das Umleiten des gedrosselten Abgases durch einen EGR-Kühler kann eine Zunahme des Abgasgegendrucks verwendet werden, um die Abgastemperaturen zu erhöhen, während eine vergrößerte Wärmeübertragung in dem EGR-Kühler synergistisch verwendet wird, um sowohl die Aktivierung des Katalysators weiter zu beschleunigen als auch die Kaltstart-NVH-Probleme der Kraftmaschine weiter zu verringern. Indem außerdem das umgeleitete Drosselklappen-Abgas durch einen Abgas-Ejektor geleitet wird, kann die Abgasströmung opportunistisch für die Unterdruckerzeugung nutzbar gemacht werden. Während der Nicht-Kaltstart-Bedingungen kann die Abgasdrosselung vorteilhaft verwendet werden, um die Unterdruckerzeugung zu verbessern, während eine EGR bereitgestellt wird. Durch das Schließen der Auslass-Drosselklappe und das Umleiten von mehr Abgas durch den Ejektor kann dem Unterdruckbedarf entsprochen werden. Während gleichzeitig ein EGR-Ventil geschlossen wird, kann eine Kraftmaschinen-Sollverdünnung aufrechterhalten werden. Insgesamt kann die Unterdruckerzeugung bereitgestellt werden, ohne EGR-Fluktuationen zu verursachen und deshalb ohne die Kraftmaschinenleistung zu verschlechtern.
  • Es sei angegeben, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Konfigurationen des Kraftmaschinen- und/oder Fahrzeugssystems verwendet werden können. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere aus irgendeiner Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie z. B. ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, repräsentieren. Als solches können die veranschaulichten verschiedenen Handlungen, Operationen oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge ausgeführt werden, parallel ausgeführt werden oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Beispielausführungsformen zu erreichen, sondern sie ist für die Leichtigkeit der Veranschaulichung und der Beschreibung bereitgestellt. Eine oder mehrere der veranschaulichten Handlungen oder Funktionen können in Abhängigkeit von der verwendeten besonderen Strategie wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen graphisch Code repräsentieren, der in das computerlesbare Speichermedium in dem Kraftmaschinen-Steuersystem zu programmieren ist.

Claims (20)

  1. Verfahren für eine Kraftmaschine, das Folgendes umfasst: während der Rückführung einer Menge des Abgases zu einem Kraftmaschineneinlass Schließen einer Einlass-Drosselklappe nach dem Katalysator, um die Unterdruckerzeugung in einem Auslass-Ejektor zu vergrößern; und Schließen eines EGR-Ventils, um die Menge der Abgasrückführung aufrechtzuerhalten.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schließen einer Auslass-Drosselklappe nach dem Katalysator auf einem Unterdruckbedarf der Kraftmaschine basiert und wobei das Schließen eines EGR-Ventils auf dem Schließen der Auslass-Drosselklappe basiert.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das EGR-Ventil in einem EGR-Kanal enthalten ist, der einen Kraftmaschinenauslass stromaufwärts der Auslass-Drosselklappe an den Kraftmaschineneinlass koppelt, und wobei der EGR-Kanal einen EGR-Kühler enthält, der stromabwärts einer Verbindungsstelle des EGR-Kanals und des Kraftmaschinenauslasses und stromaufwärts des EGR-Ventils angekoppelt ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei sich der Auslass-Ejektor in einem Umgehungskanal befindet, der den EGR-Kanal stromabwärts des EGR-Kühlers stromabwärts der Auslass-Drosselklappe an den Kraftmaschinenauslass koppelt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Schließen der Drosselklappe nach dem Katalysator, um die Unterdruckerzeugung in dem Auslass-Ejektor zu vergrößern, das Strömen eines Anteils der Menge des Abgases durch den EGR-Kühler und dann durch den Auslass-Ejektor und das Ziehen des durch das Strömen des Abgases in dem Ejektor erzeugten Unterdrucks enthält.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Ejektor an einen Unterdruckaktuator gekoppelt ist und wobei das Schließen der Auslass-Drosselklappe in Ansprechen auf die Betätigung des Unterdruckaktuators ausgeführt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Rückführen einer Menge des Abgases zu einem Kraftmaschineneinlass das Schieben des EGR-Ventils in eine weiter offene Position enthält, wobei die weiter offene Position auf den Betriebsbedingungen der Kraftmaschine basiert, und wobei das Schließen des EGR-Ventils das Schieben des EGR-Ventils aus der weiter offenen Position in eine weiter geschlossene Position enthält, wobei die weiter geschlossene Position auf dem Schließen der Drosselklappe basiert.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schließen des EGR-Ventils das vollständige Schließen des EGR-Ventils enthält und wobei das Schließen der Drosselklappe das vollständige Schließen der Drosselklappe enthält.
  9. Verfahren für eine Kraftmaschine, das Folgendes umfasst: Betreiben der Kraftmaschine ohne Abgasrückführung; und in Ansprechen auf eine Unterdruckanforderung Verringern einer Öffnung sowohl einer Auslass-Drosselklappe nach dem Katalysator als auch eines EGR-Ventils, um eine Abgasströmung durch einen EGR-Kühler und dann durch einen Auslass-Ejektor zu vergrößern; und Ziehen von Unterdruck an dem Ejektor.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Verringerung der Öffnung der Auslass-Drosselklappe auf der Unterdruckanforderung basiert und wobei die Verringerung der Öffnung des EGR-Ventils auf der Verringerung der Öffnung der Auslass-Drosselklappe basiert, um eine Menge der Abgasrückführung aufrechtzuerhalten.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Betreiben der Kraftmaschine mit Abgasrückführung die Rückführung der Menge des durch den Katalysator behandelten Abgases von einem Ort stromaufwärts der Auslass-Drosselklappe über einen EGR-Kanal zu einem Kraftmaschineneinlass enthält, wobei der EGR-Kanal den EGR-Kühler stromaufwärts des EGR-Ventils enthält.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, das ferner das Überwachen einer Abgastemperatur während der Verringerung und in Ansprechen auf die Abgastemperatur, die über eine Schwellentemperatur ansteigt, das Vergrößern der Öffnung sowohl der Auslass-Drosselklappe als auch des EGR-Ventils umfasst.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, das ferner das Überwachen des Abgasgegendrucks stromaufwärts der Auslass-Drosselklappe während der Verringerung und in Ansprechen auf den Abgasgegendruck, der über einen Schwellendruck ansteigt, das Vergrößern der Öffnung sowohl der Auslass-Drosselklappe als auch des EGR-Ventils umfasst.
  14. Kraftmaschinensystem, das Folgendes umfasst: eine Kraftmaschine, die einen Einlass und einen Auslass enthält; eine Drosselklappe stromabwärts eines Katalysators in dem Kraftmaschinenauslass; ein Abgasrückführungssystem (EGR-System), das einen EGR-Abzug für die Rückführung des durch den Katalysator behandelten Abgases von einem Ort stromaufwärts der Auslass-Drosselklappe zu einem Kraftmaschineneinlass, wobei der EGR-Abzug einen EGR-Kühler stromaufwärts eines EGR-Ventils enthält, und einen Umgehungskanal, der einen Auslass des EGR-Kühlers stromabwärts der Auslass-Drosselklappe an den Kraftmaschinenauslass koppelt, wobei der Umgehungskanal einen Ejektor enthält, enthält; und einen Controller mit computerlesbaren Anweisungen zum: Betreiben des Kraftmaschinensystems in einem ersten EGR-Modus, wobei die Auslass-Drosselklappe weiter offen ist, um einen Anteil des Abgases zu dem Kraftmaschineneinlass zurückzuführen, während eine erste kleinere Menge des Abgases durch den EGR-Kühler und dann durch den Ejektor geleitet wird; und Betreiben des Kraftmaschinensystems in einem zweiten EGR-Modus, wobei die Auslass-Drosselklappe weiter geschlossen ist, um den Anteil des Abgases zu dem Kraftmaschineneinlass zurückzuführen, während eine zweite, größere Menge des Abgases durch den EGR-Kühler und dann durch den Ejektor geleitet wird.
  15. System nach Anspruch 14, wobei, wenn in dem ersten EGR-Modus gearbeitet wird, das EGR-Ventil weiter offen ist, wobei das Öffnen des EGR-Ventils auf dem Anteil des zu dem Kraftmaschineneinlass zurückgeführten Abgases basiert, und wobei, wenn in dem zweiten EGR-Modus gearbeitet wird, das EGR-Ventil weiter geschlossen ist, wobei das Schließen des EGR-Ventils auf dem Schließen der Auslass-Drosselklappe basiert, um die Rückführung des Anteils des Abgases zu dem Kraftmaschineneinlass aufrechtzuerhalten.
  16. System nach Anspruch 15, wobei der Controller ferner Anweisungen zum Ziehen von Unterdruck an dem Ejektor enthält, wenn sowohl in dem ersten als auch in dem zweiten EGR-Modus gearbeitet wird, wobei im Vergleich zu dem ersten-EGR-Modus eine größere Menge des Unterdrucks an dem Ejektor gezogen wird, wenn in dem zweiten EGR-Modus gearbeitet wird, wobei der Unterdruck durch einen oder mehrere Unterdruckaktuatoren der Kraftmaschine verwendet wird, die an den Ejektor gekoppelt sind.
  17. System nach Anspruch 16, wobei der Controller ferner Anweisungen enthält, um das Kraftmaschinensystem in Ansprechen auf eine Zunahme der Unterdruckanforderung durch den einen oder die mehreren Unterdruckaktuatoren der Kraftmaschine von dem Arbeiten in dem ersten Modus zu dem Arbeiten in dem zweiten Modus zu überführen.
  18. System nach Anspruch 17, wobei der Controller ferner Anweisungen enthält zum: Betreiben des Kraftmaschinensystems in einem dritten Nicht-EGR-Modus, wobei sowohl die Drosselklappe als auch das EGR-Ventil vollständig geschlossen sind, um eine dritte Menge des Abgases durch den EGR-Kühler und dann durch den Ejektor zu leiten, wobei die dritte Menge höher als sowohl die erste als auch die zweite Menge ist, wobei das Kraftmaschinensystem in Ansprechen auf eine Kraftmaschinentemperatur, die niedriger als eine Schwellentemperatur ist, in dem dritten Modus betrieben wird.
  19. System nach Anspruch 18, wobei der Controller ferner Anweisungen enthält, um in Ansprechen auf die Kraftmaschinentemperatur, die höher als die Schwellentemperatur ist, aus dem dritten Modus in den ersten Modus überzugehen.
  20. System nach Anspruch 19, wobei, wenn aus dem dritten Modus in den ersten Modus übergegangen wird, eine Öffnung der Auslass-Drosselklappe vergrößert wird, wie eine Auslasstemperatur des EGR-Kühlers zunimmt, und eine Öffnung des EGR-Ventils vergrößert wird, wie eine EGR-Anforderung der Kraftmaschine zunimmt.
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