DE102014100305A1 - Verfahren und System zum Steuern der Katalysatortemperatur - Google Patents

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Joseph Norman Ulrey
William Charles Ruona
Thomas G. Leone
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Abstract

Verfahren und Systeme werden zum Steuern und Koordinieren der Steuerung einer Abgasdrossel nach dem Katalysator und eines EGR-Ventils zum Beschleunigen des Erwärmens des Katalysators vorgesehen. Durch Schließen beider Ventile während eines Maschinenkaltstarts können ein erhöhter Abgasgegendruck und eine gesteigerte Wärmeableitung an einem EGR-Kühler synergetisch verwendet werden, um sowohl eine Maschine als auch einen Abgaskatalysator zu erwärmen. Die Ventile können auch gesteuert werden, um eine Abgasmenge zu variieren, die durch ein Abgasventuri strömt, um Maschinenvakuumbedarf zu decken, während eine wünschenswerte Menge an Maschinen-EGR bereitgestellt wird.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Beschleunigen des Erwärmens eines Abgaskatalysators insbesondere während eines Kaltstarts der Maschine.
  • Stand der Technik und Kurzdarstellung
  • Die Emissionen beim Kaltstart der Maschine, die freigegeben werden, bevor ein Abgaskatalysator ausreichend erwärmt wurde, können die Qualität der Fahrzeugabgase mindern. Maschinensteuersysteme können daher verschiedene Ansätze verwenden, um das Erreichen einer Aktivierungstemperatur (das heißt einer Light-Off-Temperatur) an dem Abgaskatalysator zu beschleunigen.
  • Ein beispielhafter Ansatz, der in U.S. 2010/0 005 784 beschrieben ist, umfasst das Erhöhen der Abgastemperaturen. Dabei wird ein Abgasrückschlagventil (oder eine Abgasdrossel) geschlossen, um eine Abgastemperatur zu erhöhen und die Desulfinierung eines Abgaskatalysators zu ermöglichen. Die Erfinder haben jedoch potentielle Probleme mit einem solchen Ansatz erkannt. Das Erhöhen des Abgasgegendrucks durch Schließen des Abgasrückschlagventils kann die Verdünnung der Zylindercharge mit verbrannten Gasen steigern, was unter bestimmten Umständen in instabiler Verbrennung resultiert. Die verdünnte Zylindercharge kann auch die Menge an Funkenverzögerung einschränken, die angewandt werden kann, wodurch die Temperatursteigerung der Abgase beschränkt wird.
  • Ein anderer beispielhafter Ansatz wird von Joergl et al. in U.S. 7 617 678 gezeigt. Dabei weist das Luftansaugsystem der Maschine eine Ventilanordnung auf, die ein Ventil und ein Gehäuse mit einem Einlass in Flüssigkeitsverbindung mit einem EGR-Kühler, einen Einlass in Flüssigkeitsverbindung mit einem Ladeluftkühler und einen Auslass in Flüssigkeitsverbindung mit der Maschine hat. Eine Position des Ventils in dem Gehäuse wird in Bezug auf den Einlass und die Auslässe derart eingestellt, dass eine Menge an Abgasrückführung während eines Kaltstarts der Maschine eingestellt werden kann, wodurch eine Abgastemperatur erhöht wird. Gleichzeitig wird der Bedarf an einem separaten EGR-Ventil und einem Abgasrückschlagventil verringert.
  • Die Erfinder haben jedoch festgestellt, dass durch unabhängiges Steuern sowohl eines Abgasrückschlagventils (oder einer Drossel) als auch eines EGR-Ventils synergetische Vorteile verwirklicht werden können, die die Aktivierung des Abgaskatalysators beschleunigen können. Außerdem können die synergetischen Vorteile größer sein als die Vorteile der Bauteilverringerung. Außerdem kann es auch effektiver sein, Wärme von Abgasen zu transferieren, bevor ein Druckabfall an einer Abgasventilöffnung (EVO) einen entsprechenden Temperaturabfall schafft. Bei einem Beispiel kann das durch ein Verfahren zum Beschleunigen der Aktivierung eines Abgaskatalysators, der mit einer Maschine gekuppelt ist, verwirklicht werden, das Folgendes aufweist: Während eines Maschinenkaltstarts Schließen einer Abgasdrossel nach dem Katalysator, während mindestens ein Teil der gedrosselten Abgase durch einen EGR-Kühler, der stromaufwärts der Drossel gekoppelt ist, umgelenkt wird. Auf diese Art und Weise können gesteigertes Abgasdrosseln und gesteigerte Wärmeableitung von einem EGR-Kühler gebündelt werden, um einen Abgaskatalysator schnell zu aktivieren, während auch eine Maschine aufgewärmt wird.
  • Als ein Beispiel kann während eines Maschinenkaltstarts, während eine Maschinentemperatur unterhalb einer Schwellentemperatur liegt, eine Abgasdrossel, die stromabwärts eines Abgaskatalysators gekoppelt ist, geschlossen werden (oder auf eine weiter geschlossene Position bewegt werden). Durch Drosseln der Abgase kann die Wärmeübertragung zu der Maschine und zu dem Abgaskatalysator verbessert werden. Das kann zwei Effekten zugeschrieben werden. Erstens verbessert die höhere Dichte der (sich langsamer bewegenden) Abgase aufgrund des höheren Drucks die Wärmeübertragung (pro Kilogramm) des Abgasstroms. Zweitens lässt die Ausdehnung zur Umgebung nach dem Katalysator die Temperatur unter die Umgebungstemperatur abfallen. Mit anderen Worten wird ein Wärmepumpeneffekt erzielt. Dieser Effekt ermöglicht, dass fast die gesamte Abgaswärme zurückgewonnen wird, ohne dass ein Hinzufügen eines Wärmeaustauschers erforderlich wäre. Durch den Einsatz einer Drossel nach dem Katalysator werden die Zeit und die Temperatur, während der eine gegebene Masse von Abgasen in Berührung mit Maschinenteilen bleibt, wesentlich erhöht, was die Aktivierung des Katalysators beschleunigt. Die Abgasdrossel kann daher intermittierend als Reaktion auf hohen Abgasgegendruck geöffnet werden, um eine Entlastung vorzusehen. Ferner kann ein Luftansaugstrom gemeinsam mit der Abgasdrossel gesteuert werden, um das Ausgangsdrehmoment der Maschine einzuschränken. Ein EGR-Ventil, das in einer EGR-Passage positioniert ist, die mit dem Maschinenabgas stromaufwärts des Abgasrückschlagventils gekoppelt ist (und stromabwärts des Abgaskatalysators), kann während des Kaltstarts ebenfalls geschlossen gehalten werden. Das ermöglicht es, die gedrosselten Abgase durch einen EGR-Kühler der EGR-Passage zu lenken und dadurch eine EGR-Auslasstemperatur zu erhöhen. Da der Wärmeaustauscher des EGR-Kühlers mit dem Maschinenkühlmittel verbunden ist, kann durch Erhöhen der EGR-Kühler-Abgastemperatur eine Wärmemenge, die von dem EGR-Kühler abgeleitet wird, erhöht werden, und eine Maschinentemperatur kann schnell angehoben werden. Der EGR-Kühler kann daher verwendet werden, um Wärme bei hohem Druck zurückzugewinnen. Das stellt daher eine effektivere Art der Rückgewinnung latenter Wärme von dem Wasser in den Abgasen bereit. Bei noch weiteren Ausführungsformen können Ansaug- und/oder Abgasventilsteuerungen eingestellt werden, um interne Abgasrückführung zu verringern und die Verbrennungsbeständigkeit zu erhöhen.
  • Derart können gesteigerter Abgasgegendruck und gesteigerte Wärmeableitung von einem EGR-Kühler vorteilhafterweise verwendet werden, um eine Maschine und einen Abgaskatalysator schneller zu erwärmen. Die Kombination wirkt synergetisch, ermöglicht das Beschleunigen der Aktivierung des Abgaskatalysators und des Erwärmens der Maschine, ohne die Verbrennungsbeständigkeit einzuschränken, so dass potentielle Fehlzündungen vermieden werden. Durch schnelles Erwärmen des Abgaskatalysators können Kaltstart-Abgasemissionen verringert werden. Zusätzlich können durch Aufrechterhalten relativ niedriger Verdünnung sogar bei geschlossenem Abgasrückschlagventil Funkensteuerungseinstellungen (zum Beispiel Funkenverzögerung) verwendet werden, um die Abgastemperatur noch weiter zu erhöhen.
  • Es ist klar, dass die oben stehende Zusammenfassung gegeben wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten, die in der folgenden ausführlichen Beschreibung ausführlicher beschrieben werden, einzuführen. Sie bezweckt nicht, Hauptmerkmale oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, dessen Geltungsbereich durch die Ansprüche, die auf die ausführliche Beschreibung folgen, definiert ist. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die irgendwelche Nachteile, die oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung festgehalten wurden, lösen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine schematische Abbildung eines Maschinensystems.
  • 2 zeigt ein übergeordnetes Flussdiagramm, das ein Programm veranschaulicht, das zum Einstellen eines Abgasrückschlagventils und eines EGR-Ventils während eines Maschinenkaltstarts umgesetzt werden kann, um das Aufwärmen der Maschine und die Aktivierung des Katalysators zu beschleunigen.
  • 3 zeigt eine beispielhafte Abgasrückschlagventil- und EGR-Ventileinstellung zum Beschleunigen des Aufwärmens der Maschine gemäß der vorliegenden Offenbarung.
  • 4 zeigt ein übergeordnetes Flussdiagramm, das ein Programm veranschaulicht, das umgesetzt werden kann, um das Maschinensystem der 1 in verschiedenen Betriebsmodi basierend auf Abgaskatalysatortemperatur, Maschinen-EGR-Bedarf und Maschinenvakuumbedarf zu betreiben.
  • 5 zeigt eine beispielhafte Abgasrückschlagventil- und EGR-Ventileinstellung zum Decken des Maschinen-Vakuum- und EGR-Bedarfs gemäß der vorliegenden Offenbarung.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Verfahren und Systeme werden vorgesehen, um das Aufwärmen der Maschine und die Aktivierung des Katalysators in einer Fahrzeugmaschine, wie zum Beispiel in dem Maschinensystem der 1, zu beschleunigen. Während eines Maschinenkaltstarts können synergetische Vorteile in Form von gesteigertem Abgasgegendruck und gesteigerter Wärmeableitung an einem EGR-Kühler vorteilhafterweise verwendet werden, um eine Maschinentemperatur schnell anzuheben. Eine Steuervorrichtung kann konfiguriert sein, um ein Steuerprogramm auszuführen, wie zum Beispiel das Steuerprogramm der 2, um ein Abgasventil, das stromabwärts eines Abgaskatalysators positioniert ist, zu drosseln, um einen Abgasgegendruck zu erhöhen, während auch ein EGR-Ventil geschlossen wird, um mindestens einen Teil des gedrosselten Abgases durch einen EGR-Kühler zu leiten. Der gesteigerte Gegendruck ermöglicht ein schnelles Erhöhen der Maschinentemperatur durch Einfangen heißer Abgase in Maschinenzylindern, während der Strom der gedrosselten Abgase durch einen EGR-Kühler eine weitere Steigerung der Maschinentemperatur über Wärmeableitung an dem EGR-Kühler ermöglicht. Die synergetische Kombination ermöglicht schnellere Aktivierung eines Abgaskatalysators, während auch Maschinen-Kaltstart-NVH-Problemen begegnet wird. Die Steuervorrichtung kann auch konfiguriert sein, ein Steuerprogramm auszuführen, wie zum Beispiel das beispielhafte Programm der 4, um das Maschinensystem zu betreiben und zwischen verschiedenen Betriebsmodi basierend auf Maschinenerwärmungsbedarf, EGR-Bedarf und Vakuumbedarf überzuführen. Durch Einstellen des EGR-Ventils und/oder der Abgasdrossel kann EGR bereitgestellt werden, während ein Abgaskatalysator erwärmt und Vakuum an einem Abgasejektor abgenommen wird. Beispielhafte Ventil- und Drosseleinstellungen sind an den 5 beschrieben.
  • 1 zeigt eine schematische Abbildung eines Fahrzeugsystems 106. Das Fahrzeugsystem 106 weist ein Maschinensystem 108 auf, das eine Maschine 100 aufweist, die mit einem Emissionssteuersystem 122 gekoppelt ist. Die Maschine 100 weist eine Vielzahl von Zylindern 130 auf. Die Maschine 100 weist auch eine Ansaugung 123 und einen Auspuff 125 auf. Die Ansaugung 123 kann Frischluft von der Umgebung durch die Ansaugpassage 142 erhalten. Die Lufteintritts-Ansaugpassage 142 kann durch ein Luftfilter 190 gefiltert sein. Die Ansaugpassage 142 kann eine Luftansaugdrossel 182 aufweisen, die stromabwärts eines Ansaugkompressors 152 und eines Ansaugladeluftkühlers 184 positioniert ist. Die Ansaugdrossel 182 kann konfiguriert sein, den Ansauggasstrom (zum Beispiel aufgeladene Ansaugluft), der in das Maschinenansaugrohr 144 eintritt, einzustellen. Der Auspuff 125 weist einen Auspuffkrümmer 148 auf, der zu einer Auspuffpassage 145 führt, die Abgase über das Auspuffendrohr 135 zu der Umgebung lenkt.
  • Die Maschine 100 kann eine aufgeladene Maschine sein, die eine Aufladevorrichtung aufweist, wie zum Beispiel den Turbolader 150. Der Turbolader 150 kann den Ansaugkompressor 152 aufweisen, der entlang der Ansaugpassage 142 eingerichtet ist, und eine Abgasturbine 154, die entlang der Abgaspassage 145 eingerichtet ist. Der Kompressor 152 kann wenigstens teilweise von der Turbine 154 über die Welle 156 angetrieben sein. Die Menge an Aufladung, die von dem Turbolader bereitgestellt wird, kann durch eine Maschinensteuervorrichtung variiert werden. Bei bestimmten Ausführungsformen kann eine Bypasspassage, die über ein Wastegate (nicht gezeigt) gesteuert wird, über die Abgasturbine gekoppelt sein, so dass ein Teil oder sämtliche Abgase, die durch die Abgaspassage 145 strömen, die Turbine 154 umgehen können. Durch Einstellen der Position des Wastegates kann eine Abgasmenge, die durch die Turbine geliefert wird, variiert werden, wodurch eine Auflademenge, die zu der Maschinenansaugung geliefert wird, variiert wird.
  • Bei weiteren Ausführungsformen kann eine ähnliche Bypasspassage, die über ein Bypassventil (nicht gezeigt) gesteuert ist, über den Ansaugkompressor derart gekoppelt werden, dass etwas oder die gesamte Ansaugluft, die von dem Kompressor 152 komprimiert wird, in die Ansaugpassage 142 stromaufwärts des Kompressors 152 zurückgeführt werden kann. Durch Einstellen der Position des Kompressorbypassventils kann Druck in dem Ansaugsystem während ausgewählter Zustände freigesetzt werden, um die Auswirkungen einer Kompressorstoßladung zu verringern.
  • Ein optionaler Ladeluftkühler 184 kann stromabwärts des Kompressors 152 in der Ansaugpassage enthalten sein, um die Temperatur der Ansaugluft, die von dem Turbolader komprimiert wird, zu verringern. Spezifisch kann der Nachkühler 184 stromaufwärts der Ansaugdrossel 182 enthalten sein oder in das Ansaugrohr 144 integriert sein.
  • Das Emissionssteuersystem 122, das mit der Abgaspassage 145 gekoppelt ist, weist einen Katalysator 170 auf. Der Katalysator 170 kann bei einem Beispiel mehrfache Katalysatorziegel aufweisen. Bei einem anderen Beispiel können mehrere Emissionssteuervorrichtungen, jede mit mehreren Ziegeln, verwendet werden. Der Katalysator 170 kann bei einem Beispiel ein Katalysator des Dreiwege-Typs sein. Bei anderen Beispielen kann der Katalysator 170 ein Oxidationskatalysator, ein NOx-Speicherkatalysator, eine selektive Stickoxidreduzierungsvorrichtung (SCR), ein Partikelfilter oder eine andere Abgasbehandlungsvorrichtung sein. Während der Katalysator 170 stromabwärts der Turbine 154 in den Ausführungsformen, die hier beschrieben sind, eingerichtet ist, kann der Katalysator 170 bei anderen Ausführungsformen stromaufwärts einer Turbolader-Turbine oder an einer anderen Lage in der Maschinenauspuffpassage eingerichtet sein, ohne von dem Geltungsbereich dieser Offenbarung abzuweichen.
  • Eine Abgasdrossel oder ein Abgasrückschlagventil 164 kann sich in der Abgaspassage stromabwärts des Abgaskatalysators 170 befinden. Bei den hier beschriebenen Ausführungsformen kann die Steuervorrichtung 120 eine Position einer Abgasdrossel 164 basierend auf verschiedenen Maschinenbetriebszuständen und Parameterwerten (zum Beispiel Maschinenkaltstart, Niveau an gespeichertem Vakuum, Abschalten usw.) steuern. Bei anderen Ausführungsformen können die Abgasdrossel, die Abgaspassage und andere Bauteile derart konzipiert sein, dass die Abgasdrossel mechanisch nach Bedarf während verschiedener Maschinenbetriebszustände ohne Eingriff des Steuersystems gesteuert wird. Wie unter Bezugnahme auf 2 dargelegt, kann die Abgasdrossel 164 selektiv durch die Steuervorrichtung 120 während Maschinenkaltstartbedingungen geschlossen werden, um einen Abgasdruck und eine Abgastemperatur schnell zu erhöhen. Durch Drosseln des Abgasventils kann eine größere Menge heißer Abgase in einem Maschinenzylinder eingefangen werden, was eine Abgastemperatur weiter erhöht und die Aktivierung eines stromabwärtigen Abgaskatalysators beschleunigt.
  • Die Verbesserung der Wärmeübertragung zu der Maschine und dem Abgaskatalysator über Drosseln der Abgase kann mindestens zwei Effekten zugeschrieben werden. Erstens verbessert die höhere Dichte der (sich langsamer bewegenden) Abgase aufgrund des höheren Drucks der Abgase die Wärmeübertragung pro Kilogramm des Abgasstroms. Zweitens senkt die Ausdehnung zur Umgebung nach dem Katalysator (zum Beispiel nach einem Abgas-3 Wege-Katalysator) die Temperatur unter die Umgebungstemperatur, was einen Wärmepumpeneffekt schafft. Daher kann im Wesentlichen die gesamte Abgashitze zurückgewonnen werden, ohne dass das Hinzufügen eines Wärmeaustauschers erforderlich wäre. Insbesondere werden durch den Einsatz einer Drossel nach dem Katalysator die Zeit und die Temperatur, während der eine gegebene Masse von Abgasen in Berührung mit Maschinenteilen bleibt, wesentlich erhöht. Das beschleunigt die Aktivierung des Katalysators. Es ist klar, dass, obwohl die abgebildete Ausführungsform Ausdehnung der Abgase nach dem Katalysator über eine Abgasdrossel erzielt, dies bei alternativen Ausführungsformen über eine Öffnung nach dem Katalysator in der Maschinenauspuffpassage 145 erzielt werden kann.
  • Die Abgasdrossel 164 kann während der meisten Maschinenbetriebszustände in einer vollständig geöffneten Position (oder weit offenen Drossel) gehalten werden, kann aber konfiguriert sein, um sich unter bestimmten Umständen, wie unten beschrieben, zu schließen, um den Abgasgegendruck zu steigern. Bei einer Ausführungsform kann die Abgasdrossel 164 zwei Einschränkungsniveaus, vollständig offen oder vollständig geschlossen, haben. Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Position der Abgasdrossel 164 jedoch auf eine Vielzahl von Einschränkungsniveaus durch die Steuervorrichtung 120 veränderlich einstellbar sein.
  • Wie hier ausführlich beschrieben, können Einstellungen der Abgasdrosselposition den Luftstrom durch die Maschine beeinflussen. Eine vollständig geschlossene Drossel kann als eine „Kartoffel in dem Auspuffendrohr” konzeptualisiert werden, die den Abgasstrom einschränkt und dadurch eine Steigerung des Abgasgegenstroms stromaufwärts der geschlossenen Drossel verursacht. Diese Steigerung des Abgasgegendrucks führt zu einer direkten Steigerung der Abgastemperatur, die bei ausgewählten Zuständen (zum Beispiel während eines Maschinenkaltstarts) vorteilhafterweise verwendet werden kann, um das Erwärmen des Abgaskatalysators 170 zu beschleunigen. Bei bestimmten Ausführungsformen kann während des Schließens der Abgasdrossel die Funkensteuerung verzögert werden, um Abgastemperaturen noch weiter zu erhöhen und dadurch die Aktivierung des Katalysators weiter zu beschleunigen.
  • Um die Auswirkungen der Abgasdrosseleinstellung auf den Maschinenluftstrom auszugleichen, können ein oder mehrere Maschinenbauteile eingestellt werden. Beispielhaft kann sich, während sich die Drossel schließt, der Masseluftstrom anfänglich verringern, und daher kann eine Ansaugdrossel (wie zum Beispiel die Ansaugdrossel 182) geöffnet werden, um mehr Luft zu der Maschine einzulassen, um die Maschinendrehzahl aufrechtzuerhalten und Drehmomentschwankung zu verringern. Derart kann der Luftstrom, während die Drossel verwendet wird, um Gegendruck zu verwalten, gesteuert werden, um ein Maschinenausgangsdrehmoment einzuschränken. Als ein anderes Beispiel kann die Funkensteuerung eingestellt werden (zum Beispiel vorverstellt), während die Drossel geschlossen ist, um die Verbrennungsbeständigkeit zu verbessern. Bei bestimmten Ausführungsformen können auch Ventilsteuerungseinstellungen verwendet werden (zum Beispiel Einstellungen an einer Menge von Ventilüberschneidung), verbunden mit Drosselpositionseinstellungen, um die Verbrennungsbeständigkeit zu verbessern. Zum Beispiel können Ansaug- und/oder Auspuffventilsteuerungen eingestellt werden, um interne Abgasrückführung einzustellen und die Verbrennungsbeständigkeit zu erhöhen.
  • Das Fahrzeugsystem 106 weist ferner ein Niederdruck-EGR-System 161 (LP-EGR) auf. Das LP-EGR-System 161 weist eine EGR-Passage 163 auf, die die Abgaspassage 145 stromabwärts des Abgaskatalysators 170 und stromaufwärts der Abgasdrossel 164 mit der Luftansaugpassage 142 stromaufwärts des Kompressors 152 koppelt. Ein EGR-Kühler 162, der in der EGR-Passage 163 eingerichtet ist, kühlt Abgase ab, die hier durchströmen, wie unten ausführlich beschrieben. Eine Position des EGR-Ventils 159, das sich in der EGR-Passage 163 auf der Ansaugpassagenseite des EGR-Kühlers 162 befindet, kann von der Steuervorrichtung 120 eingestellt werden, um eine Menge und/oder eine Rate der Abgase, die von der Abgaspassage zu der Ansaugpassage über das LP-EGR-System zurückgeführt werden, zu variieren. Bei bestimmten Ausführungsformen können ein oder mehrere Sensoren innerhalb der LP-EGR-Passage 163 positioniert sein, um einen Hinweis auf einen Druck und/oder eine Temperatur und/oder ein Luftkraftstoffverhältnis der Abgase, die durch die LP-EGR-Passage zurückgeführt werden, zu liefern. Der Temperatursensor 118 kann zum Beispiel mit einem Auslass (auf der Ansaugpassagenseite) des EGR-Kühlers 162 gekoppelt sein, und kann konfiguriert sein, eine Schätzung einer EGR-Kühler-Auslasstemperatur zu liefern. Wie oben dargelegt, kann während eines Maschinenkaltstarts eine Öffnung der Abgasdrossel 164 basierend auf der EGR-Kühler-Auslasstemperatur eingestellt werden, um das Erwärmen einer Maschinentemperatur zu beschleunigen. Abgase, die durch die LP-EGR-Passage 163 zurückgeführt werden, können mit frischer Ansaugluft an einer Mischstelle, die an der Verbindung der LP-EGR-Passage 163 und Ansaugpassage 242 liegt, verdünnt werden. Spezifisch kann durch Einstellen einer Position des EGR-Ventils 159 eine Verdünnung des EGR-Stroms eingestellt werden. Wenn das EGR-Ventil 159 geschlossen wird, kann daher mindestens ein Teil der Abgase durch den EGR-Kühler 162 gelenkt werden. Wie unter Bezugnahme auf 2 dargelegt, kann durch selektives Erhöhen einer Menge (heißer) Abgase, die durch den EGR-Kühler 162 gelenkt wird, die Wärmeableitung an dem EGR-Kühler erhöht werden. Da der EGR-Kühler ein Wärmeaustauscher ist, der konfiguriert ist, mit einem Kühlmittel auszutauschen, das strömungstechnisch mit einem Maschinenkühlsystem gekoppelt ist, kann die zusätzliche an dem EGR-Kühler abgeleitete Wärme verwendet werden, um das Maschinenkühlmittel aufzuwärmen und dadurch die Maschine aufzuwärmen. Indem diese Wärmeableitung verwendet wird, um eine Maschinentemperatur während ausgewählter Betriebszustände zu erhöhen, wie zum Beispiel während eines Maschinenkaltstarts, kann die Aktivierung des Abgaskatalysators beschleunigt werden, während auch Maschinen-NVH-Probleme, die bei einem Kaltstart auftreten, verringert werden. Das stellt daher eine effektivere Art der Rückgewinnung latenter Hitze von dem Wasser in den Abgasen bereit.
  • Eine Bypasspassage 165 kann in dem Fahrzeugsystem 106 enthalten sein, um die EGR-Passage 163 strömungstechnisch mit der Abgaspassage 145 zu koppeln. Insbesondere kann die Bypasspassage 165 die EGR-Passage 163 auf der Ansaugpassagenseite des EGR-Kühlers 162 mit der Abgaspassage 145 stromabwärts der Abgasdrossel 164 (im Wesentlichen im Auspuffendrohr 135) koppeln. Die Bypasspassage 163 ermöglicht es, mindestens einen Teil der Abgase zu der Umgebung bei der Passage durch den EGR-Kühler 162 freizusetzen. Insbesondere können Abgase (wie zum Beispiel gedrosselte Abgase, die beim Schließen der Drossel 164 erzeugt werden) während Zuständen, bei welchen das EGR-Ventil 159 geschlossen ist, in die EGR-Passage 163, dann zu dem EGR-Kühler 162 und dann zu dem Auspuffendrohr 135 über die Bypasspassage 165 gelenkt werden. Durch Entlüften von etwas Abgas über die Bypasspassage 165, wenn das EGR-Ventil 159 geschlossen ist, kann ein Abgasdruck in der EGR-Passage 163 (stromaufwärts von und an dem EGR-Kühler 162) innerhalb eines Grenzbereichs gehalten werden. Das verringert daher Schäden an Bauteilen des LP-EGR-Systems. Vergleichsweise können während Zuständen, bei welchen das EGR-Ventil 159 offen ist, basierend auf dem Öffnungsgrad des EGR-Ventils 159 und der Abgasdrossel 164, und ferner basierend auf einer angeforderten EGR-Menge und einem Verhältnis von Ansaugrohr- zu Auspuffkrümmerdruck Abgase von stromaufwärts der Drossel 164 nach stromabwärts des EBV 164 über den EGR-Kühler 162 und die Bypasspassage 165 strömen, oder von stromabwärts der Drossel 164 zu der Ansaugpassagenseite des EGR-Kühlers 162 über die Bypasspassage 165.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen (wie abgebildet) kann ein Ejektor 168 in der Bypasspassage 165 eingerichtet sein. Ein Abgastreibstrom durch den Ejektor 168 kann genutzt werden, um Vakuum an einer Ansaugöffnung des Ejektors 168 zu erzeugen. Die Ansaugöffnung des Ejektors 168 kann mit dem Vakuumbehälter 177 gekoppelt und in diesem gelagert sein. Das gespeicherte Vakuum kann zu einem oder mehreren der Vakuumverbraucher des Fahrzeugsystems geliefert werden, wie zum Beispiel zu einem Bremsbooster, Frontend-Zubehörantrieb (FEAD), Kurbelgehäuse-Entlüftungssystem, vakuumbetätigte Ventile usw. Ein Vakuumsensor 192 kann mit dem Vakuumbehälter 177 gekoppelt sein, um eine Schätzung des verfügbaren Vakuums zu liefern. Bei bestimmten Beispielen kann Abgas von einem Einlass des Ejektors 168 (auf der Ansaugpassagenseite des Ejektors) zu einem Auslass des Ejektors 268 (auf der Auspuffpassagenseite des Ejektors) strömen. Bei anderen Beispielen kann ein bidirektionaler Strom durch den Ejektor 168 möglich sein. Zusätzlich zu dem Vakuum von dem Ejektor 168 kann der Vakuumbehälter 177 mit einer oder mehreren zusätzlichen Vakuumquellen gekuppelt sein, wie zum Beispiel mit anderen Ejektoren, die innerhalb des Fahrzeugsystems 106 eingerichtet sind, mit elektrisch angetriebenen Vakuumpumpen, von der Maschine angetriebenen Vakuumpumpen usw.
  • In Abhängigkeit von der Position der Abgasdrossel 164 und des EGR-Ventils 159 kann ein Teil oder das gesamte Abgas, das aus dem Katalysator 170 austritt, das Abgasrückschlagventil umgehen, in die EGR-Passage eintreten und durch die Bypasspassage 165 strömen, wodurch ein Treibstrom durch den Ejektor 168 bereitgestellt wird. Wenn zum Beispiel die Drossel 164 offen ist und das EGR-Ventil 159 geschlossen ist, schränkt die Drossel den Abgasstrom durch die Abgaspassage 145 nicht ein, und wenig oder gar kein Abgas, das durch die Abgaspassage 145 stromabwärts des Katalysators 170 strömt, umgeht die Drossel über die Passage 165 (in Abhängigkeit von der Abgasstrommenge und den relativen Durchmessern der Passagen 145 und 165). Wenn die Drosselteilweise offen ist und das EGR-Ventil geschlossen ist, kann in Abhängigkeit von der Abgasstrommenge und den relativen Durchmessern der Passagen 145 und 165 etwas Abgas um die Drossel strömen, während der Rest der Abgase durch den Ejektor 168 über die Passage 165 unter Umgehen der Drossel umgeleitet wird. Wenn die Drossel vollständig geschlossen und das EGR-Ventil geschlossen ist, wird der gesamte Abgasstrom in die Passage 165 gelenkt. Wenn das EGR-Ventil offen ist, kann basierend auf der Öffnung des EGR-Ventils mindestens ein Teil der Abgase, die aus dem Katalysator 170 austreten, das Abgasrückschlagventil umgehen, in die EGR-Passage eintreten und in die Ansaugpassage 142 zurückgeführt werden. Wie unter Bezugnahme auf 4 dargelegt, kann basierend auf Maschinenerwärmungsbedarf, Vakuumbedarf und EGR-Bedarf eine Position der Abgasdrossel und des EGR-Ventils eingestellt werden, um das Maschinensystem in einem von mehreren Betriebsmodi zu betreiben. Dabei können EGR- und Maschinenerwärmungsanforderungen gedeckt werden, während vorteilhafterweise auch Vakuum an dem Abgasejektor 168 erzeugt wird.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen (wie abgebildet) weist das Fahrzeugsystem 106 ferner ein Hochdruck-EGR-System (HP-EGR) 171 auf. Das HP-EGR-System 171 weist eine EGR-Passage 173 auf, die die Abgaspassage 145 stromaufwärts der Turbine 154 mit einer Luftansaugpassage 142 stromabwärts des Kompressors 152 und stromaufwärts des Ladeluftkühlers 184 und der Ansaugdrossel 182 koppelt. Ein EGR-Kühler 172, der in der EGR-Passage 173 eingerichtet ist, kühlt die Abgase, die durchströmen, ab. Eine Position des EGR-Ventils 179, das sich in der EGR-Passage 173 auf der Ansaugpassagenseite des EGR-Kühlers 172 befindet, kann von der Steuervorrichtung 120 eingestellt werden, um eine Menge und/oder eine Rate der Abgase zu variieren, die von der Abgaspassage zu der Ansaugpassage über das HP-EGR-System zurückgeführt werden. Bei bestimmten Ausführungsformen können ein oder mehrere Sensoren innerhalb der HP-EGR-Passage 173 positioniert sein, um einen Hinweis auf einen Druck und/oder eine Temperatur und/oder ein Luftkraftstoffverhältnis der Abgase, die durch die HP-EGR-Passage zurückgeführt werden, zu liefern.
  • Die Maschine 100 kann wenigstens teilweise durch ein Steuersystem 140 gesteuert werden, das die Steuervorrichtung 120 aufweist, und durch Eingabe von einem Fahrzeugfahrer über eine Eingabevorrichtung (nicht gezeigt). Das Steuersystem 140 ist konfiguriert, Informationen von einer Vielzahl von Sensoren 160 (von welchen unterschiedliche Beispiele hier beschrieben sind) zu empfangen und um Steuersignale zu einer Vielzahl von Stellantrieben 180 zu senden. Beispielhaft können Sensoren 160 einen Abgassauerstoffsensor 126 gekuppelt mit dem Auspuffkrümmer 148, einen MAP-Sensor 121 gekuppelt mit dem Ansaugrohr 144, einen Abgaskatalysator-Temperatursensor 117, einen Abgasdrucksensor 119 stromaufwärts des Katalysators 170 in einem Auspuffendrohr 135, einen Abgastemperatursensor 128 und Abgasdrucksensor 129 stromabwärts des Katalysators 170 in dem Auspuffendrohr 135, und einen Vakuumsensor 192, der in dem Vakuumbehälter 177 eingerichtet ist, aufweisen. Verschiedene Abgassensoren können auch in der Abgaspassage 145 stromabwärts des Katalysators 170 enthalten sein, wie zum Beispiel Partikelsensoren (PM), NOx-Sensoren, Sauerstoffsensoren, Ammoniaksensoren, Kohlenwasserstoffsensoren usw. Andere Sensoren, wie zum Beispiel zusätzliche Druck-, Temperatur-, Luftkraftstoffverhältnis- und Zusammensetzungssensoren, können an verschiedenen Stellen in dem Fahrzeugsystem 106 gekuppelt sein. Als anderes Beispiel können Stellantriebe 180 einen Kraftstoffinjektor 166, eine Abgasdrossel 164, ein EGR-Ventil 159 und eine Ansaugdrossel 182 aufweisen. Andere Stellantriebe, wie zum Beispiel eine Vielzahl zusätzlicher Ventile und Drosseln können mit verschiedenen Stellen in dem Fahrzeugsystem 106 gekuppelt sein. Die Steuervorrichtung 120 kann Eingabedaten von den unterschiedlichen Sensoren empfangen, Eingabedaten verarbeiten und unterschiedliche Stellantriebe als Reaktion auf die verarbeiteten Eingabedaten basierend auf einer Anweisung oder einem Code, die/der darin programmiert ist und einem oder mehreren Programmen entspricht, auslösen. Beispielhafte Steuerprogramme sind hier unter Bezugnahme auf 2 und 4 beschrieben.
  • Unter Bezugnahme auf 2 bildet das Programm 200 ein Verfahren zum Einstellen der Position eines EGR-Ventils (wie zum Beispiel ein EGR-Ventil in einem Niederdruck-EGR-System) und ein Abgasrückschlagventil während eines Maschinenkaltstarts ab, um das Erwärmen des Katalysators und die Aktivierung zu beschleunigen und gleichzeitig auch Maschinen-Kaltstart-NVH-Problemen zu begegnen.
  • An 202 umfasst das Programm das Bestätigen eines Maschinenkaltstarts. Es kann zum Beispiel bestimmt werden, ob eine Maschinentemperatur (wie zum Beispiel von einer Maschinenkühlmitteltemperatur abgeleitet) unterhalb eines Schwellenwerts liegt. Bei einem anderen Beispiel kann bestimmt werden, ob eine Temperatur an einem Abgaskatalysator unterhalb einer Schwellentemperatur liegt, wie zum Beispiel unterhalb einer Aktivierungs- oder Light-Off-Temperatur. Wenn nicht, kann das Programm enden.
  • Nach Bestätigung eines Maschinenkaltstarts umfasst das Programm an 203 das Schließen eines Abgasrückschlagventils (oder eine Abgasdrossel) nach dem Katalysator. Bei einem Beispiel umfasst das Schließen der Abgasdrossel nach dem Katalysator das vollständige Schließen der Drossel. Bei einem anderen Beispiel umfasst das Schließen der Abgasdrossel nach dem Katalysator das Bewegen der Abgasdrossel von der aktuellen Position zu einer weiter geschlossenen Position. Durch Schließen der Abgasdrossel kann ein Abgasgegendruck erhöht werden, wodurch eine Abgastemperatur erhöht wird, was das Beschleunigen des Erwärmens des Abgaskatalysators unterstützt. Zusätzlich umfasst das Programm, während die Temperatur des Abgaskatalysators unterhalb der Schwellentemperatur liegt und während die Abgasdrossel geschlossen ist, das Verzögern der Zündfunkensteuerung. Durch Verzögern der Funkensteuerung kann die Abgastemperatur weiter erhöht werden, was das Beschleunigen des Erwärmens des Abgaskatalysators noch weiter unterstützt. Eine Funkenverzögerungsmenge, die angewandt wird, kann basierend auf der Temperatur des Abgaskatalysators eingestellt werden. Wenn zum Beispiel ein Unterschied zwischen der Abgaskatalysatortemperatur und der Schwellentemperatur zunimmt, kann mehr Funkenverzögerung angewandt werden (solange die Geschwindigkeit der Verbrennung nicht beeinträchtigt wird).
  • An 204 umfasst das Programm das Schließen eines EGR-Ventils. Bei einem Beispiel umfasst das Schließen des EGR-Ventils das komplette Schließen des EGR-Ventils. Bei einem anderen Beispiel umfasst das Schließen des EGR-Ventils das Bewegen des EGR-Ventils von der aktuellen Position zu einer weiter geschlossenen Position. Hier kann das EGR-Ventil in einem LP-EGR-System (wie zum Beispiel das LP-EGR-System 161 der 1) gekoppelt sein. Durch Schließen des EGR-Ventils, während auch die Abgasdrossel geschlossen wird, wird mindestens ein Teil der gedrosselten Abgase durch einen EGR-Kühler des LP-EGR-Systems umgeleitet. Insbesondere wird ein Teil der gedrosselten Abgase durch einen EGR-Kühler, der sich innerhalb einer EGR-Passage befindet, umgeleitet, während ein EGR-Ventil in der EGR-Passage an einer weiter geschlossenen Position gehalten wird, wobei die EGR-Passage den Maschinenauspuff strömungstechnisch von stromaufwärts der Abgasdrossel und stromabwärts des Abgaskatalysators mit einer Maschinenansaugung stromaufwärts eines Ansaugkompressors koppelt. Hier ist die EGR-Passage eine Niederdruck-EGR-Passage. Mit anderen Worten wird ein größerer Teil der vom Katalysator behandelten Abgase von stromaufwärts der Drossel genommen und durch einen EGR-Kühler umgeleitet. Da die gedrosselten Abgase eine höhere Temperatur haben, verursacht die Passage der heißen Abgase durch den EGR-Kühler einen Anstieg der Wärmeableitung an dem EGR-Kühler. Da der EGR-Kühler mit dem Maschinenkühlmittelsystem gekoppelt ist, wird die abgeleitete Wärme vorteilhafterweise zum Erwärmen der Maschine und des Abgaskatalysators während des Kaltstarts verwendet. Die synergetische Kombination von Abgasdrosseln und gesteigerter Wärmeableitung an dem EGR-Kühler kann daher verwendet werden, um die Aktivierung des Abgaskatalysators schneller zu beschleunigen als es mit einem der Verfahren allein umgesetzt werden kann. Außerdem kann die Abgastemperatur durch Gebrauch von Drossel- und EGR-Ventileinstellungen gleichzeitig erhöht werden, während eine kleinere Menge an Funkenverzögerung verwendet wird, wodurch Kraftstoffeinsparvorteile während des Maschinenkaltstarts bereitgestellt werden.
  • Das Umleiten weist ferner das Führen des Teils der gedrosselten Abgase von einem Auslass des EGR-Kühlers zu dem Maschinenauspuff stromabwärts der Abgasdrossel über eine Bypasspassage auf. Die Abgase können dann in die Umgebung entlüftet werden. Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Bypasspassage einen Ejektor aufweisen. Bei diesen Ausführungsformen kann der Teil der gedrosselten Abgase, der durch die Bypasspassage geführt wird, durch den Ejektor geströmt werden, was es erlaubt, an dem Ejektor ein Vakuum abzunehmen. Derart kann der gedrosselte Abgasstrom durch den EGR-Kühler verwendet werden, um das Erwärmen des Katalysators zu beschleunigen, während zusätzlich Vakuum erzeugt wird. Das erzeugte Vakuum kann dann für die Betätigung eines oder mehrerer Maschinen-Vakuumstellantriebe (zum Beispiel ein Bremsbooster), die mit dem Ejektor gekoppelt sind, verwendet werden.
  • An 206 kann, während mit dem Drosselventil und dem EGR-Ventil geschlossen gearbeitet wird, bestimmt werden, ob ein Abgasgegendruck höher ist als ein Schwellendruck. Bei einem Beispiel kann der Abgasgegendruck an einer Stelle stromaufwärts der Drossel und stromabwärts des Katalysators geschätzt werden (zum Beispiel durch einen dedizierten Drucksensor). Bei anderen Beispielen kann der Abgasgegendruck basierend mindestens auf der Temperatur der Abgase und einer Position (oder eines Schließgrads) der Abgasdrossel abgeleitet werden. Das Schließen der Abgasdrossel kann daher zu einer Steigerung des Abgasgegendrucks (und Temperatur) führen, die verwendet wird, um den Katalysator zu wärmen. Wenn der Abgasgegendruck jedoch zu weit steigt, kann ein Maschinenbestandteilschaden (zum Beispiel Schaden an dem Abgaskatalysator) auftreten. Während die Temperatur des Abgaskatalysators unterhalb der Schwellentemperatur liegt, weist das Programm daher an 208 intermittierend (oder vorübergehend) ein Öffnen der Abgasdrossel als Reaktion auf den stromaufwärts der Drossel (und stromabwärts des Katalysators) Abgasgegendruck auf, der höher als ein Schwellendruck geschätzt wird. Nach dem Entlasten des Abgasgegendrucks geht das Programm von 208 zu 210. Anderenfalls, wenn kein Abgasdruckaufbau aufgetreten ist, geht das Programm direkt von 206 zu 210 weiter.
  • Das Schließen des Ventils und der Drossel und das Umlenken der Abgase durch den EGR-Kühler wird daher während einer Dauer ausgeführt, bis eine Temperatur des Abgaskatalysators oberhalb einer Schwellenwerttemperatur liegt. Es kann zum Beispiel fortgesetzt werden, bis der Abgaskatalysator ausreichend aktiviert wurde. An 210 wird folglich bestimmt, ob die Abgastemperatur (oder Abgaskatalysatortemperatur) an oder oberhalb einer Schwellentemperatur liegt, wie zum Beispiel eine Katalysator-Light-Off-Temperatur (T_lightoff). Wenn nicht, können die Abgasdrossel und das EGR-Ventil an 212 in der weiter geschlossenen Position gehalten werden, bis die Katalysatortemperatur ausreichend hoch ist.
  • Sogar nachdem der Katalysator ausreichend erwärmt wurde, ist es daher möglich, dass die Maschine nicht ausreichend erwärmt ist, was zu NVH-Problemen an dem Maschinenkaltstart führt. Sogar nachdem der Katalysator aktiviert wurde, können die Drossel und das EGR-Ventil daher geschlossen gehalten werden, um das Ableiten von Wärme an dem EGR-Kühler fortzusetzen, um die Maschine aufzuwärmen (über das Aufwärmen des Maschinenkühlmittels). Nachdem die Temperatur des Abgaskatalysators oberhalb der Schwellentemperatur liegt, weist das Programm folglich an 214 das Geschlossenhalten der Abgasdrossel und des EGR-Ventils auf, während die Funkenzündsteuerung vorverlegt wird (oder eine Funkenverzögerungsmenge verringert wird). Die Funkensteuerung kann vorverlegt werden, um die Abgaserwärmung über die Funkensteuerungseinstellung zu verringern. Das Vorverlegen der Funkensteuerung kann ein Vorverlegen der Funkenzündungssteuerung von der verzögerten Steuerung, die an 203 eingestellt wurde, zu einer Originalsteuerung, die vor 203 eingestellt war, aufweisen. Alternativ kann die Funkensteuerung auf einer Steuerung basierend auf den vorherrschenden Maschinenbetriebszuständen vorverlegt (oder die Funkenverzögerung verringert) werden.
  • Danach kann an 216 eine EGR-Kühler-Auslasstemperatur geschätzt werden, und es kann bestimmt werden, ob die EGR-Auslasstemperatur höher ist als eine Schwellentemperatur. Die EGR-Kühler-Auslasstemperatur kann zum Beispiel durch einen Temperatursensor, der in der EGR-Passage gekoppelt ist, stromabwärts des EGR-Kühlers geschätzt werden (zum Beispiel der Sensor 118 der 1). Bei einem Beispiel kann die Schwellentemperatur einer Temperatur an oder oberhalb der Temperatur entsprechen, bei der die Maschine ausreichend warm ist und NVH-Probleme verringert werden können. Die Drossel und das EGR-Ventil können daher geschlossen gehalten werden, bis die EGR-Kühler-Auslasstemperatur ausreichend erwärmt ist.
  • An 218, nachdem die EGR-Auslasstemperatur über die Schwellentemperatur gestiegen ist, kann die Abgasdrossel geöffnet (oder zu einer weiter geöffneten Position bewegt) werden. Bei einem alternativen Beispiel kann die Abgasdrossel, nachdem die Temperatur des Abgaskatalysators oberhalb der Schwellentemperatur liegt, basierend auf der EGR-Kühler-Auslasstemperatur mit der Auspuffdrossel von einer weiter geschlossenen Position zu einer weiter offenen Position, während die Auslasstemperatur des EGR-Kühlers steigt, eingestellt werden.
  • An 220, nachdem die EGR-Auslasstemperatur über die Schwellentemperatur gestiegen ist, kann das EGR-Ventil ebenfalls geöffnet (oder zu einer weiter geöffneten Position bewegt) werden, wenn EGR erforderlich ist. Insbesondere kann eine Öffnung des EGR-Ventils basierend auf der EGR-Anforderung der Maschine (und der Maschinenverdünnung) eingestellt werden.
  • Auf diese Art kann eine Maschine während eines Maschinenkaltstarts mit einer Katalysatorabgasdrossel und einem EGR-Ventil geschlossen neu angelassen werden. Bei dem geschlossenen Ventil kann mindestens ein Teil des gedrosselten Abgases um die Abgasdrossel über einen EGR-Kühler und einen Ejektor umgeleitet werden. Sowohl die Drossel als auch das Ventil können geschlossen gehalten werden, bis sowohl eine Abgastemperatur als auch eine EGR-Kühler-Auslasstemperatur oberhalb eines Schwellenwerts liegen. Das beschleunigt nicht nur die Aktivierung des Abgaskatalysators, sondern verringert auch Maschinen-Kaltstart-NVH-Probleme. Durch Einsatz einer Steigerung des Abgasgegendrucks und Steigerung der Wärmeableitung an dem EGR-Kühler werden daher synergetische Vorteile dadurch verwirklicht, dass sowohl eine Maschinentemperatur als auch eine Abgaskatalysatortemperatur zu Aktivierungsniveaus schneller erhöht werden als es anderenfalls entweder mit einer Steigerung des Abgasgegendrucks oder einer Steigerung der Wärmeableitung an dem EGR-Kühler möglich gewesen wäre. Zusätzlich kann der Abgasstrom opportunistisch zum Erzeugen von Vakuum genutzt werden, wobei das Vakuum danach zum Betätigen verschiedener Maschinenvakuumstellantriebe verwendet wird. Durch opportunistisches Erzeugen zusätzlichen Vakuums während des Maschinenkaltstarts, während der Beschleunigung des Aufwärmens der Maschine und der Aktivierung des Katalysators, wird der Bedarf an Betrieb dedizierter Vakuumpumpen für verschiedene Vakuumstellantriebe verringert.
  • Die Koordination der Einstellungen des Abgasrückschlagventils und des EGR-Ventils zum Beschleunigen der Aktivierung des Katalysators, während die Maschinentemperatur angehoben wird, ist unter Bezugnahme auf das Beispiel der 3 gezeigt. Spezifisch bildet die Karte 300 eine EGR-Kühler-Auslasstemperatur an der Grafik 301, eine Abgaskatalysatortemperatur an der Grafik 302, einen Abgasgegendruck an der Grafik 304, Abgasdrosseleinstellungen an der Grafik 306, EGR-Ventileinstellungen an der Grafik 308 und Funkensteuerungseinstellungen an der Grafik 310 ab. Alle Grafiken sind in Bezug auf die Zeit gezeichnet (entlang der x-Achse).
  • An t1 kann eine Maschine angelassen werden. Insbesondere kann an t1 als Reaktion darauf, dass die Maschinenkatalysatortemperatur (302) unterhalb eines Schwellenwerts (T_light-off) liegt, ein Maschinenkaltstart eingeleitet werden. Während des Maschinenkaltstarts wird die Maschine neu angelassen, wobei eine Abgasdrossel nach dem Katalysator (306) und ein EGR-Ventil (308) geschlossen sind. In dem abgebildeten Beispiel sind die Drossel und das EGR-Ventil vollständig geschlossen, es ist jedoch klar, dass die Drossel und das EGR-Ventil bei alternativen Beispielen zu einer weiter geschlossenen Position bewegt werden können. Das Schließen der Abgasdrossel veranlasst einen Abgasgegendruck, der stromaufwärts (zum Beispiel unmittelbar stromaufwärts) der Drossel geschätzt wird, zu steigen (304) und veranlasst die Katalysatortemperatur zu steigen (302).
  • Bei der geschlossenen Abgasdrossel wird mindestens ein Teil des gedrosselten Abgases in eine EGR-Passage (oder EGR-Ableitung), die das EGR-Ventil und einen EGR-Kühler stromaufwärts des EGR-Ventils positioniert aufweist, umgeleitet. In dem abgebildeten Beispiel sind sowohl das EGR-Ventil als auch der EGR-Kühler in einer Niederdruck-EGR-Passage positioniert, wobei die EGR-Passage einen Maschinenauspuff von stromaufwärts der Abgasdrossel und stromabwärts des Katalysators zu einer Maschinenansaugung stromaufwärts eines Ansaugkompressors strömungstechnisch kuppelt. Der gesteigerte Strom an erwärmten Abgasen durch den EGR-Kühler verursacht ein Ansteigen der Temperatur an dem EGR-Kühler (wie durch eine Erhöhung der EGR-Kühler-Auslasstemperatur, 301, gezeigt). Das veranlasst wiederum gesteigerte Wärmeableitung an dem EGR-Kühler, wobei die Wärme zu dem Maschinenkühlmittel abgeleitet wird. Das erwärmte Kühlmittel führt dann zu einer Erhöhung der Maschinentemperatur, die hilft, Maschinen-NVH-Probleme beim Kaltstart zu verringern, während auch das Erwärmen des Abgaskatalysators unterstützt wird. Wenn das EGR-Ventil ebenfalls geschlossen ist, strömen dann die erwärmten Abgase, die durch den EGR-Kühler umgeleitet sind, von dem EGR-Kühlerauslass in eine Bypasspassage, die zu dem Maschinenauspuff stromabwärts der Drossel zurück verbindet. Von dort werden die Abgase in die Umgebung abgeleitet. Die Kombination des Schließens der Abgasdrossel und des EGR-Ventils (um den Abgasgegendruck und die Temperatur und Wärmeableitung an dem EGR-Kühler zu steigern) beschleunigt das Erwärmen des Katalysators. Insbesondere, wie abgebildet, ermöglicht es der Ansatz der Katalysatortemperatur den Schwellenwert (T_lightoff) innerhalb einer kürzeren Zeit zu erreichen als ohne Schließen beider Ventile möglich wäre (der beanspruchte Ansatz, der an t1 eingeleitet wird, ermöglicht es der Katalysatortemperatur, den Schwellenwert an t2 zu erreichen, während bei Fehlen des beanspruchten Ansatzes die Katalysatortemperatur den Schwellenwert an t4 erreichen würde, wie durch die gepunktete Grafik 303 abgebildet).
  • Bei bestimmten Ausführungsformen, bei welchen die Bypasspassage einen Ejektor aufweist, werden die Abgase um die Abgasdrossel über den EGR-Kühler und den Ejektor umgeleitet. Wenn der Ejektor vorhanden ist, kann der Abgasstrom durch den Ejektor genutzt werden, was es ermöglicht, Vakuum an einem Hals des Ejektors abzunehmen, wobei das abgenommene Vakuum dann zu einem oder mehreren Vakuumverbrauchern der Maschine geliefert wird (wie zum Beispiel zum Betreiben eines Bremsboosters, zum Entleeren eines Behälters, zur Kurbelwellenbelüftung usw.).
  • Während des Neuanlassens, während die EGR-Kühler-Auslasstemperatur und die Katalysatortemperatur unter ihren jeweiligen Schwellenwerten liegen und während die Abgasdrossel und das EGR-Ventil geschlossen sind (zwischen t1 und t2), kann auch die Funkenzündsteuerung (310) verzögert werden (zum Beispiel im Vergleich zu MBT verzögert werden). Durch Einsatz von mindestens etwas Funkenverzögerung können die Abgastemperaturen weiter erhöht werden, und die Aktivierung des Katalysators kann weiter beschleunigt werden.
  • An t2 kann die Katalysatortemperatur oberhalb von T-lightoff liegen, aber die EGR-Kühler-Auslasstemperatur kann immer noch niedriger sein als der wünschenswerte Schwellenwert (T_egrcot). Daher können nach t2 sowohl die Drossel als auch das Ventil geschlossen gehalten werden, bis die die EGR-Kühler-Auslasstemperatur über dem Schwellenwert liegt. Während die EGR-Kühler-Auslasstemperatur zu dem Schwellenwert steigt, wird zusätzlich die Funkenzündsteuerung zu MBT vorverlegt (oder zu MBT zurückgestellt). Die Zündsteuerung kann daher auf die Originaleinstellung zurückgestellt werden.
  • An t3 erreicht die EGR-Kühler-Auslasstemperatur den Schwellenwert T_egrcot. Nach t3, wenn die EGR-Kühler-Auslasstemperatur über den Schwellenwert steigt, wird die Abgasdrossel zu einer weiter offenen Position bewegt. Das erlaubt das Verringern eines Abgasgegendrucks und einer Abgastemperatur. Zusätzlich wird ein größerer Teil der von dem Katalysator behandelten Abgase in die Umgebung durch die Abgasdrossel abgeleitet, während nur ein kleinerer verbleibender Teil in die Umgebung um die Drossel entlüftet wird, nachdem er durch den EGR-Kühler und die Bypasspassage geströmt ist. Bald nach t3 steigt folglich die EGR-Auslasstemperatur während einer kurzen Zeit weiter, aber wenn dann die Drossel geöffnet wird und die Abgastemperatur fällt, beginnt auch die EGR-Auslasstemperatur zu fallen und stabilisiert sich an einem niedrigeren Wert. Es ist klar, dass das abgebildete Beispiel zwar zeigt, wie die Abgasdrossel allmählich zu einer weiter offenen Positionen nach t3 bewegt wird, die Drossel aber bei alternativen Ausführungsformen an t3 geöffnet sein kann.
  • Während die EGR-Kühler-Auslasstemperatur unterhalb des Schwellenwerts liegt, kann die Abgasdrossel intermittierend als Reaktion auf einen Abgasgegendruck stromaufwärts der Drossel, der oberhalb des Schwellenwerts liegt, geöffnet werden. Wie an 305 gezeigt, kann als Reaktion auf das Ansteigen des Abgasgegendrucks (304) über den Schwellenwert T_ebp das Abgasventil vorübergehend geöffnet werden, um den Gegendruck abzulassen.
  • Das EGR-Ventil kann geöffnet werden, nachdem die Abgasdrossel geöffnet wurde, um eine wünschenswerte Abgas-Rückführungsmenge vorzusehen. Die erforderliche EGR-Menge kann daher basierend auf Maschinenbetriebszuständen und Maschinenverdünnungserfordernissen bestimmt werden. Wenn zum Beispiel mehr Maschinenverdünnung erforderlich ist, kann das EGR-Ventil zu einer weiter offenen Position bewegt werden. In dem abgebildeten Beispiel wird das EGR-Ventil als Reaktion auf eine EGR-Anfrage, die an t4 empfangen wird, geöffnet. Es ist jedoch klar, dass bei alternativen Ausführungsformen das EGR-Ventil gleichzeitig oder kurz nach dem Öffnen der Drossel geöffnet werden kann, um EGR und Maschinenverdünnung bereitzustellen.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen können die verschiedenen Drossel- und EGR-Ventileinstellungen ausgeführt werden, um ein Maschinensystem in verschiedenen Modi zu betreiben. Bei einem Beispiel kann ein Maschinensystem eine Maschine aufweisen, die eine Ansaugung und einen Auspuff aufweist, einen Turbolader, der einen Ansaugkompressor und eine Abgasturbine aufweist, einen Abgaskatalysator und eine Abgasdrossel nach dem Katalysator aufweist. Das System kann ferner ein EGR-System aufweisen, das eine EGR-Passage, einen EGR-Kühler und ein EGR-Ventil aufweist, wobei das System den Maschinenauspuff stromabwärts des Katalysators und stromaufwärts der Drossel strömungstechnisch mit der Maschinenansaugung stromaufwärts des Kompressors kuppelt. Eine Abzweig- oder eine Bypasspassage, die einen Ejektor aufweist, kann strömungstechnisch einen Auslass des EGR-Kühlers mit dem Maschinenauspuff stromabwärts der Drossel koppeln. Das Maschinensystem kann ferner eine Steuervorrichtung mit computerlesbaren Anweisungen zum Betreiben des Systems in verschiedenen Modi aufweisen. Das Maschinensystem kann zum Beispiel in einem ersten Modus betrieben werden, wobei sowohl die Drossel als auch das EGR-Ventil geschlossen sind und während Abgase von dem Katalysator durch den EGR-Kühler und dann durch den Ejektor strömen. Als ein anderes Beispiel kann das Maschinensystem in einem zweiten Modus betrieben werden, wobei sowohl die Drossel als auch das EGR-Ventil offen sind und während Abgase von dem Katalysator durch den EGR-Kühler und dann durch den Ejektor strömen. Sowohl während des ersten als auch während des zweiten Modus kann Vakuum an dem Ejektor abgenommen werden. Die Steuervorrichtung kann das System in dem ersten Modus während Zuständen betreiben, bei welchen der Abgaskatalysator unterhalb einer Schwellentemperatur liegt, während sie das System in dem zweiten Modus während Zuständen betreiben kann, bei welchen der Abgaskatalysator oberhalb der Schwellenwerttemperatur liegt und eine Maschinenvakuumanforderung höher ist als ein Schwellenwert. Bei bestimmten Ausführungsformen kann während des Betriebs in dem ersten Modus die Zündfunkensteuerung um eine größere Menge verzögert sein. Im Vergleich dazu wird die Zündfunkensteuerung beim Betrieb in dem zweiten Modus um eine kleinere Menge verzögert.
  • Unter Bezugnahme auf 4 ist ein beispielhaftes Programm 400 für das Einstellen eines EGR-Ventils und einer Abgasdrossel gemeinsam gezeigt, um eine EGR-Strömungsmenge zu einer Maschine aufrecht zu erhalten, während der Vakuumbedarf verschiedener Maschinenvakuumverbraucher gedeckt wird.
  • An 402 weist das Verfahren das Schätzen der Betriebszustände auf. Das kann das Messen und/oder Ableiten von Zuständen umfassen, wie zum Beispiel Maschinentemperatur, Abgastemperatur und -druck, Luftdruck, Maschinendrehzahl, Aufladeniveau, Ansaugrohrdruck, Ansaugluftstrom usw. An 404 kann basierend auf den geschätzten Betriebszuständen eine EGR-Anforderung der Maschine bestimmt werden. Zum Beispiel kann eine Menge an Maschinenverdünnung oder Reststoffen, die erforderlich ist, um die Maschinenleistung und die Verbrennungsbeständigkeit zu verbessern, bestimmt werden. Basierend auf der bestimmten EGR-Anforderung, kann eine EGR-Ventilposition bestimmt werden. Insbesondere kann eine Öffnung des EGR-Ventils basierend auf der EGR-Anforderung bestimmt werden, wobei die EGR-Ventilöffnung erhöht wird (das heißt, dass das EGR-Ventil zu einer weiter offenen Position gestellt wird), während die EGR-Anforderung steigt.
  • An 406 kann bestimmt werden, ob eine Abgaskatalysatortemperatur höher ist als eine Schwellentemperatur, wie zum Beispiel oberhalb einer Light-off-Temperatur. Mit anderen Worten kann bestimmt werden, ob irgendwelche EGR-Ventil- und Drosseleinstellungen erforderlich sind, um das Erwärmen des Katalysators zu beschleunigen. Wenn der Katalysator ausreichend heiß und aktiviert ist, weist das Programm an 410 das Bestimmen auf, ob eine Maschinen-Vakuumanforderung höher ist als ein Schwellenwert. Es kann zum Beispiel bestimmt werden, ob eine vorübergehende Steigerung der Vakuumanforderung aufgrund des Betätigens eines oder mehrerer Maschinensystem-Vakuumverbraucher/-stellantriebe besteht. Bei einem alternativen Beispiel kann bestimmt werden, ob das Ansaugrohrvakuum ergänzt werden muss, um das Betätigen der verschiedenen Maschinensystem-Vakuumverbraucher zu erlauben.
  • Wenn an 412 keine (zusätzliche) Vakuumanforderung besteht, weist das Programm den Betrieb des Maschinensystems in einem ersten EGR-Modus (Mode_EGR1) mit der Drossel weiter offen auf, um einen Teil der Abgase zu der Maschinenansaugung zurückzuführen, während eine erste, kleinere Abgasmenge durch den EGR-Kühler und dann durch den Ejektor gelenkt wird. Hier wird, während die wünschenswerte Abgasmenge zu der Maschinenansaugung zurückgeführt wird, eine kleinere Menge der von dem Katalysator behandelten und gedrosselten Abgase in die Umgebung beim Passieren durch den EGR-Kühler (wo etwas Wärme abgeleitet wird) entlüftet, und dann durch den Ejektor, und dann zu der Abgaspassage stromabwärts der Drossel. Mindestens etwas Vakuum wird an dem Ejektor beim Betrieb in diesem ersten Modus abgenommen, wobei das Vakuum an dem Hals des Ejektors aufgrund der Strömung von Abgasen durch diesen erzeugt wird. Beim Betrieb in dem ersten EGR-Modus mit weiter offener Drossel kann das EGR-Ventil ebenfalls weiter offen sein, wobei die Öffnung des EGR-Ventils auf dem Anteil an Abgasen, der zu der Maschinenansaugung zurückgeführt wird, basiert. Das EGR-Ventil kann daher zu einer weiter offenen Position mit der weiter offenen Position, zum Decken der EGR-Anforderungen der Maschine ausgewählt, verstellt werden.
  • Wenn vergleichsweise an 414 eine Vakuumanforderung besteht, weist das Programm den Betrieb des Maschinensystems in einem zweiten EGR-Modus (Mode_EGR2) mit der Drossel weiter geschlossen auf, um einen Teil der Abgase zu der Maschinenansaugung zurückzuführen, während eine zweite, größere Abgasmenge durch den EGR-Kühler und dann durch den Ejektor gelenkt wird. Hier kann durch Schließen der Drossel eine größere Abgasmenge in die EGR-Passage umgeleitet werden. Der höhere Gegendruck, der stromaufwärts der Drossel erzeugt werden kann, kann EGR-Störungen aufgrund einer Steigerung des EGR-Stroms aufgrund des Schließens der Drossel verursachen. Beim Betrieb in dem zweiten EGR-Modus, kann das EGR-Ventil daher weiter geschlossen sein, wobei das Schließen des EGR-Ventils auf dem Schließen der Drossel zum Aufrechterhalten der Rückführung des Teils an Abgasen zu der Maschinenansaugung basiert. Wenn die Drossel zum Beispiel zu einer weiter geschlossenen Position bewegt wird, kann das EGR-Ventil zum Beispiel ebenfalls zu einer weiter geschlossenen Position bewegt werden, um den EGR-Teil, der zu der Maschinenansaugung geliefert wird, aufrechtzuerhalten. Hier wird, während die wünschenswerte Abgasmenge zu der Maschinenansaugung zurückgeführt wird, eine größere Menge durch den Katalysator behandelter und gedrosselter Abgase in die Umgebung beim Passieren durch den EGR-Kühler (wo mehr Hitze abgeleitet wird) entlüftet, und dann durch den Ejektor, und dann zu der Abgaspassage stromabwärts der Drossel. Wie bei dem ersten Modus wird mindestens etwas Vakuum an dem Ejektor beim Betrieb in dem zweiten Modus abgenommen, wobei das Vakuum an dem Hals des Ejektors aufgrund der Strömung von Abgasen durch diesen erzeugt wird. Eine größere Vakuummenge wird jedoch an dem Ejektor beim Betrieb im zweiten EGR-Modus als im ersten EGR-Modus aufgrund der größeren Abgasströmung durch den Ejektor in dem zweiten Modus abgenommen. Sowohl in dem ersten als auch in dem zweiten EGR-Modus kann das an dem Ejektor abgenommene Vakuum von einem oder von mehreren Maschinenvakuumstellantrieben, die mit dem Ejektor gekoppelt sind, verwendet werden.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Steuervorrichtung eine Abgastemperatur während des ersten oder des zweiten Modus überwachen. Die Steuervorrichtung kann auch einen Abgasgegendruck, der stromaufwärts der Abgasdrossel während der Betriebsmodi geschätzt wird, überwachen. Insbesondere beim Verringern einer Öffnung des Drosselventils während des zweiten Modus kann eine Steigerung des Abgasgegendrucks und der Abgastemperatur auftreten. Hier kann als Reaktion auf das Steigen der Abgastemperatur über eine Schwellentemperatur die Steuervorrichtung die Öffnung sowohl der Abgasdrossel als auch des EGR-Ventils erhöhen, um die Abgastemperatur innerhalb eines wünschenswerten Bereichs zu bringen. Ebenso kann die Öffnung sowohl der Abgasdrossel als auch des EGR-Ventils als Reaktion auf das Ansteigen des Abgasgegendrucks über einen Schwellendruck erhöht werden, um den Gegendruck zu verringern. Bei einem Beispiel können Einstellungen, die während des ersten oder des zweiten Modus ausgeführt werden, die auf einer Steigerung der Abgastemperatur und/oder des Gegendrucks basieren, vorübergehende Änderungen sein. Sobald der Druck und die Temperatur hier innerhalb des wünschenswerten Bereichs sind, können die ursprünglichen Einstellungen für die Drossel und das EGR-Ventil wieder aufgenommen werden.
  • Es ist klar, dass das abgebildete Programm zwar eine Maschinensteuervorrichtung zeigt, die einen Betriebsmodus des Maschinensystems basierend auf der Vakuumanforderung auswählt, die Steuervorrichtung bei einer anderen Ausführungsform konfiguriert sein kann, das Maschinensystem vom Betrieb in dem ersten Modus auf den Betrieb in dem zweiten Modus als Reaktion auf eine Steigerung der Vakuumanforderung durch einen oder mehrere der Maschinenvakuumstellantriebe überzuführen. Der erste Modus kann zum Beispiel ein standardmäßiger EGR-Betriebsmodus sein, und die Steuervorrichtung kann das Maschinensystem auf den zweiten EGR-Betriebsmodus umstellen, um EGR aufrechtzuerhalten, während der Abgasstrom auch verwendet wird, um Vakuum zum Decken des Vakuumbedarfs der Maschine zu erzeugen.
  • Unter Rückkehr zu 406, wenn der Katalysator nicht ausreichend heiß oder aktiviert ist, wie zum Beispiel während eines Maschinenkaltstarts, weist das Programm dann an 408 den Betrieb des Maschinensystems in einem dritten Nicht-EGR-Modus (Mode_3) auf, bei dem sowohl das Drosselventil als auch das EGR-Ventil vollständig geschlossen sind, um eine dritte Abgasmenge durch den EGR-Kühler und dann durch den Ejektor zu lenken. Hier kann durch Schließen der Drossel eine größere Abgasmenge in die EGR-Passage umgelenkt werden, während der höhere Gegendruck, der stromaufwärts der Drossel erzeugt wird, verwendet werden kann, um die Abgase zu erwärmen und die Aktivierung des Katalysators zu beschleunigen. Gleichzeitig können durch Schließen des EGR-Ventils die erwärmten Abgase, die in die EGR-Passage umgelenkt werden, gezwungen werden, durch den EGR-Kühler und dann durch den Ejektor zu strömen, bevor sie in die Umgebung entlüftet werden. Durch Strömen der erwärmten Abgase durch den EGR-Kühler kann mehr Wärme von dem EGR-Kühler mit dem Maschinenkühlmittelsystem ausgetauscht werden, was es einer Maschinentemperatur erlaubt zu steigen. Das erlaubt es synergetisch, die Maschinenabgase zu erwärmen und beschleunigt außerdem die Aktivierung des Katalysators. Daher kann die dritte Abgasmenge, die durch den EGR-Kühler im dritten Modus läuft, größer sein als die erste und die zweite Menge, obwohl die dritte Menge eventuell nicht zu der Maschinenansaugung zurückgeführt wird.
  • Während das abgebildete Programm eine Maschinensteuervorrichtung zeigt, die das Maschinensystem in dem dritten Modus als Reaktion darauf, dass eine Maschinentemperatur niedriger ist als eine Schwellentemperatur, betreibt, kann die Steuervorrichtung bei weiteren Ausführungsformen das Maschinensystem von dem dritten Modus zu dem ersten Modus als Reaktion darauf, dass die Abgastemperatur und/oder die Maschinentemperatur höher ist als die (jeweiligen) Schwellentemperaturen, überführen. Beim Überführen von dem dritten Modus zu dem ersten Modus kann eine Öffnung der Drossel erhöht werden, während die EGR-Kühler-Auslasstemperatur zunimmt, während eine Öffnung des EGR-Ventils erhöht werden kann, wenn die Maschinen-EGR-Anforderung zunimmt. Bei noch anderen Ausführungsformen kann die Steuervorrichtung das Maschinensystem von dem dritten Modus zu dem zweiten Modus als Reaktion darauf überführen, dass die Abgastemperatur und/oder die Maschinentemperatur höher ist als die (jeweiligen) Schwellentemperaturen und als Reaktion auf eine Erhöhung der Maschinenvakuumanforderung.
  • Auf diese Art kann eine Maschine mit Abgasrückführung betrieben werden, und als Reaktion auf eine Vakuumanforderung können sowohl die Abgasdrossel als auch ein EGR-Ventil gemeinsam eingestellt werden, um die Vakuumanforderung zu decken, während die Abgasrückführung aufrechterhalten wird. Wie hier verwendet, weist das Betreiben der Maschine mit Abgasrückführung die Rückführung der Menge der von dem Katalysator behandelten Abgase von stromaufwärts der Abgasdrossel zu einer Maschinenansaugung über eine EGR-Passage auf, wobei die EGR-Passage den EGR-Kühler stromaufwärts des EGR-Ventils umfasst. Indem eine Öffnung sowohl einer Abgasdrossel nach dem Katalysator als auch eines EGR-Ventils verringert wird, um den Abgasstrom durch einen EGR-Kühler und dann durch einen Abgasejektor zu erhöhen, kann Vakuum an dem Ejektor abgenommen werden, um den Vakuumbedarf zu decken. Durch Verringern der Öffnung der Abgasdrossel basierend auf der Vakuumanforderung, während die Öffnung des EGR-Ventils basierend auf der Verringerung der Öffnung der Abgasdrossel verringert wird, kann eine Rückführungsabgasmenge aufrechterhalten werden. Durch Aufrechterhalten der wünschenswerten Maschinenverdünnung werden die Maschinenleistung und die Verbrennungsbeständigkeit nicht beeinträchtigt, während der Vakuumbedarf ebenfalls gedeckt wird.
  • Die Koordination der Einstellungen des Abgasrückschlagventils und des EGR-Ventils, um EGR bereitzustellen, während auch der Vakuumbedarf gedeckt wird, ist unter Bezugnahme auf das Beispiel der 5 gezeigt. Spezifisch bildet die Karte 500 eine EGR-Menge an der Plotterdarstellung 502, ein Ejektorvakuum an der Plotterdarstellung 504, EGR-Ventileinstellungen an der Plotdarstellung 506 und Abgasdrosseleinstellungen an der Grafik 508. Alle Grafiken sind bezogen auf die Zeit gezeichnet (entlang der x-Achse).
  • Vor t1 kann die Maschine betrieben werden, ohne dass EGR gefordert wird. Die Maschine kann folglich mit dem EGR-Ventil geschlossen betrieben werden (506). Die Abgasdrossel kann offen bleiben, um es Abgas zu erlauben, zur Umgebung durch die Drossel entlüftet zu werden. An t1 kann eine Maschinen-EGR-Anforderung zunehmen (gepunktete Linie 501). Insbesondere kann eine EGR-Menge angefordert werden, um Maschinenverdünnung bereitzustellen. Um die wünschenswerte Maschinenverdünnung bereitzustellen, kann das EGR-Ventil (allmählich) zu einer weiter offenen Position (506) verstellt werden, an der die weiter offene Position auf Maschinenbetriebszuständen basiert. Durch Öffnen des EGR-Ventils kann eine wünschenswerte Abgasmenge zu der Maschinenansaugung zurückgeführt werden (durchgehende Linie 502). Wie unter Bezugnahme auf 1 dargelegt, kann das EGR-Ventil in einer EGR-Passage oder EGR-Take-off, die den Maschinenauspuff stromaufwärts der Drossel mit der Maschinenansaugung koppeln, enthalten sein. Außerdem kann die EGR-Passage einen EGR-Kühler aufweisen, der stromabwärts einer Verbindung der EGR-Passage und des Maschinenauspuffs und stromaufwärts des EGR-Ventils gekoppelt ist. Bei der Rückführung kann daher die wünschenswerte Menge der von dem Katalysator behandelten Abgase von stromaufwärts der Abgasdrossel in die EGR-Passage umgelenkt werden, wo sie durch den EGR-Kühler und dann durch das (offene) EGR-Ventil strömen kann, bevor sie in die Maschinenansaugung stromaufwärts eines Ansaugkompressors zurückgeführt wird.
  • An t2 kann eine Steigerung der Maschinenvakuumanforderung bestehen (gepunktete Linie 503). Bei einem Beispiel kann die Steigerung der Maschinenvakuumanforderung auf das Betätigen eines oder mehrerer Vakuumverbraucher, wie zum Beispiel die Fahrzeugbremsen, zurückzuführen sein. Als Reaktion auf die Steigerung der Vakuumanforderung kann die Abgasdrossel nach dem Katalysator an t2 geschlossen (oder auf eine weiter geschlossene Position gestellt) werden, um die Vakuumerzeugung (durchgehende Linie 504) an einem Abgasejektor zu erhöhen. Wie unter Bezugnahme auf 1 dargelegt, kann der Abgasejektor in einer Bypasspassage liegen, die die EGR-Passage stromabwärts des EGR-Kühlers mit dem Maschinenauspuff stromabwärts der Drossel koppelt. Durch Schließen der Drossel nach dem Katalysator kann ein Teil der Abgasmenge durch den EGR-Kühler und dann durch den Abgasejektor strömen. Die von dem Katalysator behandelten Abgase können daher von stromaufwärts der Abgasdrossel in die EGR-Passage umgeleitet werden, von wo ein Teil durch den EGR-Kühler und dann durch den Ejektor strömen kann, bevor er zu dem Maschinenauspuff stromabwärts der Drossel zurückgeführt wird, während der restliche Teil durch das EGR-Ventil in die Maschinenansaugung strömt. Da der Ejektor mit einem Vakuumstellantrieb gekoppelt ist, kann das Schließen der Drossel als Reaktion auf das Betätigen des Vakuumstellantriebs ausgeführt werden. Vakuum wird dann von den Abgasen erzeugt, die durch den Ejektor fließen (504), und dann kann das erzeugte Vakuum von einem Hals des Ejektors abgenommen und von den verschiedenen Maschinenvakuumstellantrieben verbraucht werden.
  • Das Schließen der Abgasdrossel verursacht jedoch eine Steigerung des Abgasgegendrucks unmittelbar stromaufwärts der Drossel. Da dies die Stelle ist, von der EGR genommen wird, kann bei Fehlen irgendeiner EGR-Ventileinstellung die Steigerung des Abgasgegendrucks zu einer Steigerung der EGR, die zu der Maschinenansaugung zurückgeführt wird, führen. Daher können EGR-Schwankungen die Verbrennungsbeständigkeit und Leistung der Maschine verschlechtern. Um daher ebenfalls an t2 die Menge an Abgasrückführung (an dem wünschenswerten Niveau) aufrechtzuhalten, kann das EGR-Ventil auch geschlossen (oder zu einer weiter geschlossenen Position bewegt) werden. Mit anderen Worten wird das Schließen der Drossel nach dem Katalysator basierend auf dem Maschinenvakuumbedarf eingestellt, während das Schließen des EGR-Ventils basierend auf dem Schließen der Drossel eingestellt wird. Wie hier verwendet, weist das Schließen des EGR-Ventils das Verstellen des EGR-Ventils von einer weiter geöffneten Position (an t2) zu einer weiter geschlossenen Position auf, wobei die weiter geschlossene Position auf dem Schließen der Drossel basiert. Obwohl das abgebildete Beispiel das Bewegen der Drossel zu einer weiter geschlossenen Position als Reaktion auf die Vakuumanfrage zeigt, und das Bewegen des EGR-Ventils zu einer weiter geschlossenen Position als Reaktion auf das Schließen der Drossel (um EGR aufrechtzuerhalten), kann bei alternativen Beispielen das Schließen der Drossel das vollständige Schließen der Drossel umfassen, während das Schließen des EGR-Ventils das vollständige Schließen des EGR-Ventils aufweist.
  • Zwischen t2 und t3 können die Drossel und das EGR-Ventil an der weiter geschlossenen Position gehalten werden, um das Erzeugen von Vakuum fortzusetzen (504), um die Vakuumanforderung zu decken (503), während auch EGR bereitgestellt wird (502), um die EGR-Anforderung zu decken (501). An t3 kann die Abgasdrossel als Reaktion auf ein Abfallen der Vakuumanforderung ebenfalls zu einer weiter offenen Position zurückgestellt werden. Der Abfall des Abgasgegendrucks und daher der EGR-Strom wird durch entsprechendes und gleichzeitiges Öffnen des EGR-Ventils ausgeglichen, so dass EGR nach dem Öffnen der Drossel an t3 aufrechterhalten wird.
  • An t4 kann basierend auf den vorherrschenden Maschinenbetriebszuständen die EGR-Anforderung sinken. Als Reaktion auf den Abfall der EGR-Anforderung, kann das EGR-Ventil an t4 auf eine weiter geschlossene Position eingestellt werden, um die Abgasmenge, die von stromaufwärts der Drossel zu der Maschinenansaugung umgelenkt wird, zu verringern. Das EGR-Ventil kann an einer Öffnung gehalten werden, die auf der wünschenswerten Maschinenverdünnung und anderen Maschinenbetriebszuständen basiert.
  • Derart können Abgasdrossel- und EGR-Ventileinstellungen während verschiedener Maschinenbetriebszustände koordiniert werden, um EGR bereitzustellen, das Aufwärmen zu beschleunigen und Vakuum nach Bedarf zu liefern. Während eines Maschinenkaltstarts kann die Maschine neu angelassen werden, wobei sowohl die Abgasdrossel nach dem Katalysator als auch ein EGR-Ventil geschlossen sind. Durch Umlenken gedrosselter Abgase durch einen EGR-Kühler kann eine Steigerung des Abgasgegendrucks verwendet werden, um Abgastemperaturen zu erhöhen, während die gesteigerte Wärmeübertragung an dem EGR-Kühler synergetisch verwendet wird, um die Aktivierung des Katalysators weiter zu beschleunigen und auch Maschinen-Kaltstart-NVH-Probleme zu verringern. Indem die umgelenkten Drosselabgase auch durch einen Abgasejektor geleitet werden, kann der Abgasstrom opportunistisch zum Erzeugen von Vakuum genutzt werden. Während Nicht-Kaltstartzuständen kann das Abgasdrosseln vorteilhafterweise verwendet werden, um die Vakuumproduktion unter Bereitstellung von EGR zu verbessern. Durch Schließen der Drossel und Umlenken von mehr Abgas durch den Ejektor kann Vakuumbedarf gedeckt werden. Durch gleichzeitiges Schließen eines EGR-Ventils kann eine wünschenswerte Maschinenverdünnung aufrechterhalten werden. Insgesamt kann die Vakuumproduktion bereitgestellt werden, ohne EGR-Schwankungen zu verursachen, und daher ohne Verschlechterung der Maschinenleistung.
  • Zu bemerken ist, dass die hier beschriebenen Steuer- und Schätzungsabläufe mit unterschiedlichen Maschinen- und/oder Fahrzeugsystem konfigurationen verwendet werden können. Die hier beschriebenen Prozessabfolgen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien aufweisen, wie zum Beispiel ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen. Daher können die veranschaulichten Handlungen, Operationen oder Funktionen in der veranschaulichten Abfolge, parallel ausgeführt oder in bestimmten Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht zwingend erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der beispielhaften Ausführungsformen, die hier beschrieben wurden, zu verwirklichen, sondern wird zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine oder mehrere der veranschaulichten Aktionen oder Funktionen können wiederholt in Abhängigkeit von der besonderen angewandten Strategie ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen können grafisch als Code repräsentiert werden, der in einen computerlesbaren Speicherträger in dem Maschinensteuersystem zu programmieren ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Claims (20)

  1. Verfahren zum Beschleunigen der Aktivierung eines Abgaskatalysators, der mit einer Maschine gekoppelt ist, das Folgendes aufweist: während eines Maschinenkaltstarts, Schließen einer Abgasdrossel nach dem Katalysator, während mindestens ein Teil der gedrosselten Abgase durch einen EGR-Kühler, der stromaufwärts der Drossel gekoppelt ist, umgelenkt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schließen und das Umlenken während einer Dauer ausgeführt werden, bis eine Temperatur des Abgaskatalysators oberhalb einer Schwellentemperatur liegt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, das ferner aufweist, dass, während die Temperatur des Abgaskatalysators unterhalb der Schwellentemperatur liegt, intermittierend die Abgasdrossel als Reaktion auf einen Abgasgegendruck, der stromaufwärts der Drossel geschätzt wird (und stromabwärts des Katalysators), der größer ist als ein Schwellendruckwert, geöffnet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Umlenken eines Teils der gedrosselten Abgase durch einen EGR-Kühler das Umlenken eines Teils der gedrosselten Abgase durch einen EGR-Kühler einschließt, der innerhalb einer EGR-Passage liegt, während ein EGR-Ventil in der EGR-Passage an einer weiter geschlossenen Position gehalten wird, wobei die EGR-Passage einen Maschinenauspuff von stromaufwärts der Abgasdrossel und stromabwärts des Abgaskatalysators mit einer Maschinenansaugung stromaufwärts eines Ansaugkompressors strömungstechnisch koppelt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die EGR-Passage eine Niederdruck-EGR-Passage ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Umleiten ferner das Führen des Teils der gedrosselten Abgase von einem Auslass des EGR-Kühlers zu dem Maschinenauspuff stromabwärts der Abgasdrossel über eine Bypasspassage einschließt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Bypasspassage einen Ejektor einschließt und wobei das Führen des Teils der gedrosselten Abgase über die Bypasspassage das Strömen des Teils der gedrosselten Abgase durch den Ejektor einschließt, wobei das Verfahren ferner das Abnehmen von Vakuum an dem Ejektor einschließt.
  8. Verfahren nach Anspruch 2, das ferner aufweist, dass, während die Temperatur des Abgaskatalysators unterhalb der Schwellentemperatur liegt und während die Abgasdrossel geschlossen ist, die Funkenzündungssteuerung verzögert wird, wobei ein Maß an Funkenverzögerung basierend auf der Temperatur des Abgaskatalysators eingestellt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei ferner, nachdem die Temperatur des Abgaskatalysators oberhalb der Schwellentemperatur liegt, die Abgasdrossel geschlossen gehalten wird, während die Funkenzündungssteuerung vorverstellt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei ferner, nachdem die Temperatur des Abgaskatalysators oberhalb der Schwellentemperatur liegt, die Abgasdrossel basierend auf einer EGR-Kühler-Auslasstemperatur eingestellt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Einstellen das Verstellen der Abgasdrossel von einer weiter geschlossenen Position zu einer weiter offenen Position einschließt, sowie die Auslasstemperatur des EGR-Kühlers zunimmt.
  12. Verfahren für eine Maschine, das Folgendes aufweist: während eines Maschinenkaltstarts, Neuanlassen einer Maschine mit sowohl einer geschlossenen Abgasdrossel nach dem Katalysator als auch einem geschlossenen EGR-Ventil, bei geschlossenen Ventilen Umlenken mindestens eines Teils der gedrosselten Abgase um die Abgasdrossel über einen EGR-Kühler und einen Ejektor, und Beibehalten der geschlossenen Drossel und des geschlossenen Ventils, bis eine EGR-Kühler-Auslasstemperatur oberhalb eines Schwellenwerts liegt.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, das ferner während des Umlenkens eines Teils der gedrosselten Abgase über den Ejektor das Abnehmen von Vakuum an einem Hals des Ejektors und das Bereitstellen des abgenommenen Vakuums zu einem oder mehreren Vakuumverbrauchern aufweist.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei sowohl das EGR-Ventil als auch der EGR-Kühler in einer Niederdruck-EGR-Passage positioniert sind, wobei die EGR-Passage einen Maschinenauspuff von stromaufwärts der Abgasdrossel und stromabwärts des Katalysators zu einer Maschinenansaugung stromaufwärts eines Ansaugkompressors strömungstechnisch koppelt.
  15. Verfahren nach Anspruch 12, das ferner das Bewegen der Abgasdrossel zu einer weiter offenen Position umfasst, wenn die EGR-Kühler-Auslasstemperatur über den Schwellenwert steigt.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei während des Neuanlassens, während die EGR-Kühler-Auslasstemperatur unter dem Schwellenwert liegt und während die Abgasdrossel geschlossen ist, das Verzögern der Funkenzündungssteuerung von MBT und, während die EGR-Kühler-Auslasstemperatur über den Schwellenwert steigt, die Funkenzündungssteuerung zu MBT vorverlegt wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 12, das ferner aufweist, dass, während die EGR-Kühler-Auslasstemperatur unterhalb des Schwellenwerts liegt, die Abgasdrossel intermittierend als Reaktion auf einen Abgasgegendruck stromaufwärts der Drossel, der oberhalb eines Schwellenwerts liegt, geöffnet wird.
  18. Maschinensystem, das aufweist: eine Maschine, die eine Ansaugleitung und einen Auspuff ausweist, einen Turbolader, der einen Ansaugkompressor und eine Abgasturbine aufweist, einen Abgaskatalysator, eine Abgasdrossel nach dem Katalysator, ein EGR-System, das eine EGR-Passage, einen EGR-Kühler und ein EGR-Ventil aufweist, wobei das System den Maschinenauspuff stromabwärts des Katalysators und stromaufwärts der Drossel strömungstechnisch mit der Maschinenansaugleitung stromaufwärts des Kompressors koppelt, eine Abzweigpassage, die einen Ejektor beinhaltet, der strömungstechnisch mit einem Auslass des EGR-Kühlers mit dem Maschinenauspuff stromabwärts der Drossel gekoppelt ist, und eine Steuervorrichtung mit computerlesbaren Anweisungen, um das System in einem ersten Modus zu betreiben, wobei sowohl die Drossel als auch das EGR-Ventil geschlossen sind und während Abgase von dem Katalysator durch den EGR-Kühler und dann durch den Ejektor strömen, das System in einem zweiten Modus zu betreiben, wobei sowohl die Drossel als auch das EGR-Ventil offen sind und während Abgase von dem Katalysator durch den EGR-Kühler und dann durch den Ejektor strömen, und sowohl während des ersten als auch während des zweiten Modus Vakuum an dem Ejektor abzunehmen.
  19. System nach Anspruch 18, wobei die Steuervorrichtung das System in dem ersten Modus während Zuständen betreibt, bei welchen der Abgaskatalysator unterhalb einer Schwellentemperatur liegt, und wobei die Steuervorrichtung das System in dem zweiten Modus während Zuständen betreibt, bei welchen der Abgaskatalysator oberhalb der Schwellenwerttemperatur liegt und eine Maschinenvakuumanforderung höher ist als ein Schwellenwert.
  20. System nach Anspruch 18, wobei beim Betrieb in dem ersten Modus eine Zündungsfunkensteuerung um eine größere Menge verzögert wird, und beim Betrieb in dem zweiten Modus eine Zündungsfunkensteuerung um eine kleinere Menge verzögert wird.
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