DE102014200797A1

DE102014200797A1 - Niederdruck-AGR-Steuerung während des Betriebs des Kompressorumgehungsventils

Info

Publication number: DE102014200797A1
Application number: DE102014200797.6A
Authority: DE
Inventors: James Alfred Hilditch; Gopichandra Surnilla; Daniel Joseph Styles
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-01-21
Filing date: 2014-01-17
Publication date: 2014-07-24
Also published as: RU150278U1; CN103939242A; US20140202435A1; CN103939242B; US9708974B2

Abstract

Es wird ein Kraftmaschinensystem mit Turbolader, das ein Niederdruck-Abgasrückführungssystem (Niederdruck-AGR-System) und einen Einlass-Sauerstoffsensor enthält, zusammen mit Verfahren für dessen Betrieb beschrieben. Das System enthält ein Kompressorumgehungsventil, das in einem Kanal angeordnet ist, der den Turboladerkompressor umgeht, und ein AGR-Ventil, das in einem AGR-System angeordnet ist, das eingestellt werden kann, um eine Menge des zu dem Kraftmaschineneinlass zurückgeführten Abgases einzustellen. In einem Beispielverfahren kann die Überverdünnung der Kraftmaschinen-Einlassladung durch das Verringern der AGR beim Öffnen des Kompressorumgehungsventils und dann das Vergrößern der AGR nur dann, nachdem die Messungen von einem Einlass-Sauerstoffsensor angeben, dass die Verdünnung der Einlassluft unter einen Schwellenwert abgenommen hat, verringert werden.

Description

Die vorliegende Anmeldung bezieht sich im Allgemeinen auf das Steuern der Niederdruck-Abgasrückführung während des Betriebs eines Kompressorumgehungsventils in einer Brennkraftmaschine.
Kraftmaschinensysteme können die Rückführung des Abgases von einem Kraftmaschinen-Auslasssystem zu einem Kraftmaschinen-Einlasssystem verwenden, ein Prozess, der als Abgasrückführung (AGR) bezeichnet wird, um die geregelten Emissionen zu verringern. Ein Kraftmaschinensystem mit Turbolader kann z. B. ein Niederdruck-AGR-System (LP-AGR-System) enthalten, das das Abgas aus dem Auslasssystem zu dem Einlasskanal stromaufwärts eines Turboladerkompressors zurückführt. Dementsprechend kann das Abgas in ein Niederdruck-Luftansaugsystem (LP-AIS) stromaufwärts des Kompressors zurückgeführt werden, was stromabwärts des Kompressors zu einer komprimierten Mischung aus frischer Einlassluft und der AGR führt. Ein AGR-Ventil kann gesteuert werden, um eine Sollverdünnung der Einlassluft zu erreichen, wobei die Sollverdünnung der Einlassluft auf den Betriebsbedingungen der Kraftmaschine basiert.
Kraftmaschinensysteme mit Turbolader können jedoch außerdem ein Kompressorumgehungsventil (CBV) enthalten. Unter anderen Funktionen kann das CBV dazu dienen, den Kompressorstoß während bestimmter Bedingungen durch das Rückführen des Einlassgemischs stromabwärts des Kompressors zurück zum Einlasskanal stromaufwärts des Kompressors zu verringern. Im Ergebnis kann das Einlassgemisch, das während der Bedingungen eines offenen CBV in den Kompressor eintritt, einen höheren Anteil der AGR (z. B. eine höhere Verdünnung der Einlassluft) bezüglich des Einlassgemischs, das in den Kompressor eintritt, wenn das CBV geschlossen ist, enthalten, weil es sowohl das aufgrund des offenen CBV von einem Ort stromabwärts des Kompressors zurückgeführte AGR/Frischluft-Gemisch als auch zusätzliche AGR von dem LP-AGR-System enthält. Falls keine Maßnahmen ergriffen werden, um dieses Problem zu behandeln, kann deshalb die Sollverdünnung der Einlassluft nicht erreicht werden, wobei die Kraftmaschinenleistung verschlechtert sein kann.
Die Erfinder haben hier das obige Problem erkannt und haben verschiedene Herangehensweisen entwickelt, um es wenigstens teilweise zu behandeln. In einer beispielhaften Herangehensweise kann die LP-AGR beim Öffnen eines CBV (z. B. dem Öffnen eines CBV während einer Pedalfreigabe, um den Kompressorstoß zu verringern) verringert werden. Auf diese Weise kann die Überverdünnung der Einlassladung durch die Rückführung von weniger Abgas oder sogar keinem Abgas zum Einlasskanal während der Bedingungen verringert werden, unter denen ein Luft/AGR-Gemisch bereits von einem Ort stromabwärts des Kompressors über das offene CBV zu einem Ort stromaufwärts des Kompressors strömt. Dann, nach dem Schließen des CBV (z. B. dem Schließen des CBV, nachdem eine Schätzung eines Kompressorstoßrisikos unter einen Schwellenwert gefallen ist), kann basierend auf den durch einen Einlass-Sauerstoffsensor, der stromabwärts des Kompressors angeordnet ist, ausgeführten Messungen bestimmt werden, ob die Verdünnung der Einlassluft unter einen Schwellenwert abgenommen hat. Wenn ja, kann abhängig von dem Schwellenwert wenig oder keine AGR in der Einlassluft vorhanden sein, wobei folglich die AGR ohne das Risiko der Überverdünnung der Einlassladung (was die Leistung der Kraftmaschine unerwünscht verschlechtern kann) vergrößert werden kann (um z. B. eine Sollverdünnung der Einlassluft zu erreichen). Als ein weiterer Vorteil dieser Herangehensweise kann eine unerwünschte AGR-Rückströmung während der Kompressorstoßbedingungen aufgrund des Verringerns der Öffnung des AGR-Ventils verringert werden.
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 beabsichtigt nicht, Schlüssel- oder wesentliche 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 eingeschränkt, die alle oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angegebenen Nachteile beseitigen.
1 zeigt eine schematische graphische Darstellung eines Kraftmaschinensystems mit Zwillingsturbolader, das ein LP-AGR-System und einen Einlass-Sauerstoffsensor enthält.
2 zeigt eine Routine zum Steuern eines Kraftmaschinensystems, wie z. B. des Kraftmaschinensystems nach 1, um eine Überverdünnung der Kraftmaschinen-Einlassluft zu vermeiden.
3 zeigt eine Routine zum Koordinieren der Öffnung des CBV mit der Einstellung des AGR-Ventils basierend auf der Verdünnung der Einlassluft, die in Verbindung mit der Routine nach 2 ausgeführt werden kann.
4 zeigt ein Zeitdiagramm für die Pedalposition, die Position des AGR-Ventils, die Verdünnung der Einlassluft und die CBV-Position, das dem Kraftmaschinensystem nach 1 und den Routinen nach den 2 und 3 entsprechen kann.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf das Steuern der LP-AGR während des Betriebs eines CBV in einer Brennkraftmaschine. Wie in der Beispielausführungsform nach 1 gezeigt ist, kann ein Kraftmaschinensystem zwei Zweige enthalten, wobei jeder mit einem Turbolader und einem AGR-System ausgerüstet ist. Ein stromabwärts der Kompressoren angeordneter Einlass-Sauerstoffsensor kann die Verdünnung der Einlassluft messen, was als eine Grundlage für die Einstellung sowohl des (der) CBV(s) als auch der AGR dienen kann, wie bezüglich der Routinen nach den 2 und 3 ausführlich beschrieben wird. Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, kann beim Öffnen des CBV das AGR-Ventil z. B. geschlossen werden, um die Überverdünnung der Einlassladung zu vermeiden. Wie in den Zeitdiagrammen nach 4 gezeigt ist, kann, sobald das CBV geschlossen ist (z. B. aufgrund dessen, dass eine Schätzung eines Kompressorstoßrisikos unter einen Schwellenwert fällt) und sobald die gemessene Verdünnung der Einlassluft widerspiegelt, dass das Einlasssystem wenig oder keine AGR enthält, die AGR vergrößert werden, wie es erforderlich ist, um die Sollverdünnung der Einlassluft zu erreichen, ohne eine Überverdünnung der Einlassladung zu riskieren.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Kraftmaschinensystems 100 mit Turbolader, das eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine 10 und die Zwillingsturbolader 120 und 130, die identisch sein können, enthält. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann das Kraftmaschinensystem 100 als ein Teil eines Antriebssystems für ein Passagierfahrzeug enthalten sein. Während es hier nicht dargestellt ist, können andere Kraftmaschinenkonfigurationen, wie z. B. eine Kraftmaschine mit einem einzigen Turbolader, verwendet werden, ohne vom Schutzumfang dieser Offenbarung abzuweichen.
Das Kraftmaschinensystem 100 kann wenigstens teilweise durch einen Controller 12 und durch eine Eingabe von einer Bedienungsperson 190 des Fahrzeugs über eine Eingabevorrichtung 192 gesteuert sein. In diesem Beispiel enthält die Eingabevorrichtung 192 ein Fahrpedal und einen Pedalpositionssensor 194 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Der Controller 12 kann ein Mikrocomputer sein, der das Folgende enthält: eine Mikroprozessoreinheit, Eingabe-/Ausgabeports, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Eichwerte (z. B. einen Festwertspeicher-Chip), Schreib-Lese-Speicher, Haltespeicher und einen Datenbus. Der Festwertspeicher des Speichermediums kann mit computerlesbaren Daten programmiert sein, die nichtflüchtige Anweisungen repräsentieren, die durch den Mikroprozessor ausführbar sind, um sowohl die im Folgenden beschriebenen Routinen als auch andere Varianten, die vorausgesehen werden, aber nicht spezifisch aufgelistet sind, auszuführen. Der Controller 12 kann dazu konfiguriert sein, Informationen von mehreren Sensoren 165 zu empfangen und Steuersignale an mehrere Aktuatoren 175 (von denen verschiedene Beispiele hier beschrieben sind) zu senden. Andere Aktuatoren, wie z. B. verschiedene zusätzliche Ventile und Drosselklappen, können an verschiedene Orte in dem Kraftmaschinensystem 100 gekoppelt sein. Der Controller 12 kann Eingangsdaten von verschiedenen Sensoren empfangen, die Eingangsdaten verarbeiten und die Aktuatoren in Ansprechen auf die verarbeiteten Eingangsdaten basierend auf einer Anweisung oder einem Code, die darin entsprechend einer oder mehreren Routinen programmiert sind, auslösen. Beispielhafte Steuerroutinen sind hier bezüglich der 2 und 3 beschrieben.
Das Kraftmaschinensystem 100 kann Einlassluft über einen Einlasskanal 140 empfangen. Wie in 1 gezeigt ist, kann der Einlasskanal 140 einen Luftfilter 156 und eine Luftansaugsystem-Drosselklappe (AIS-Drosselklappe) 115 enthalten. Die AIS-Drosselklappe 115 kann dazu konfiguriert sein, die Menge der LP-AGR-Strömung einzustellen und zu steuern. Die Position der AIS-Drosselklappe 115 kann durch das Steuersystem über einen Drosselklappen-Aktuator 117, der kommunikationstechnisch an den Controller 12 gekoppelt ist, eingestellt werden.
Wenigstens ein Anteil der Einlassluft kann über einen ersten Zweig des Einlasskanals 140 zu einem Kompressor 122 des Turboladers 120 geleitet werden, wie bei 142 angegeben ist, und wenigstens ein Anteil der Einlassluft kann über einen zweiten Zweig des Einlasskanals 140 zu einem Kompressor 132 des Turboladers 130 geleitet werden, wie bei 144 angegeben ist. Dementsprechend enthält das Kraftmaschinensystem 100 ein Niederdruck-AIS-System 191 stromaufwärts der Kompressoren 122 und 132 und ein Hochdruck-AIS-System 193 stromabwärts der Kompressoren 122 und 132.
Der erste Anteil der gesamten Einlassluft kann über den Kompressor 122 komprimiert werden, wobei er über den Einlassluftkanal 146 dem Einlasskrümmer 160 zugeführt werden kann. Folglich bilden die Einlasskanäle 142 und 146 einen ersten Zweig des Lufteinlasssystems der Kraftmaschine. Ähnlich kann ein zweiter Anteil der gesamten Einlassluft über den Kompressor 132 komprimiert werden, wobei er über den Einlassluftkanal 148 dem Einlasskrümmer 160 zugeführt werden kann. Folglich bilden die Einlasskanäle 144 und 148 einen zweiten Zweig des Lufteinlasssystems der Kraftmaschine. Wie in 1 gezeigt ist, kann die Einlassluft von den Einlasskanälen 146 und 148 über einen gemeinsamen Einlasskanal 149 wieder vereinigt werden, bevor sie den Einlasskrümmer 160 erreicht, wo die Einlassluft der Kraftmaschine bereitgestellt werden kann. In einigen Beispielen kann der Einlasskrümmer 160 einen Einlasskrümmer-Drucksensor 182 zum Schätzen eines Krümmerdrucks (MAP) und/oder einen Einlasskrümmer-Temperatursensor 183 zum Schätzen einer Krümmerlufttemperatur (MCT) enthalten, wobei jeder mit dem Controller 12 kommuniziert. In dem dargestellten Beispiel enthält der Einlasskanal 149 außerdem einen Luftkühler 154 und eine Drosselklappe 158. Die Position der Drosselklappe 158 kann durch das Steuersystem über einen Drosselklappen-Aktuator 157 eingestellt werden, der kommunikationstechnisch an den Controller 12 gekoppelt ist. Wie gezeigt ist, kann die Drosselklappe 158 in dem Einlasskanal 149 stromabwärts des Luftkühler 154 angeordnet sein und kann dazu konfiguriert sein, die Strömung eines Einlassgasstroms, der in die Kraftmaschine 10 eintritt, einzustellen.
Wie in 1 gezeigt ist, kann ein Kompressorumgehungsventil (CBV) 152 in einem CBV-Kanal 150 angeordnet sein und kann ein CBV 155 in einem CBV-Kanal 151 angeordnet sein. In einem Beispiel können die CBVs 152 und 155 elektronische pneumatische CBVs (EPCBVs) sein. Die CBVs 152 und 155 können gesteuert werden, um das Ablassen des Drucks in dem Einlasssystem zu ermöglichen, wenn die Kraftmaschine aufgeladen ist. Ein stromaufwärts angeordnetes Ende des CBV-Kanals 150 kann stromaufwärts des Kompressors 132 mit dem Einlasskanal 144 gekoppelt sein, während ein stromabwärts angeordnetes Ende des CBV-Kanals 150 stromabwärts des Kompressors 132 mit dem Einlasskanal 148 gekoppelt sein kann. Ähnlich kann ein stromaufwärts angeordnetes Ende eines CBV-Kanals 151 stromaufwärts des Kompressors 122 mit dem Einlasskanal 142 gekoppelt sein, während ein stromabwärts angeordnetes Ende des CBV-Kanals 151 stromabwärts des Kompressors 122 mit dem Einlasskanal 146 gekoppelt sein kann. In Abhängigkeit von einer Position jedes CBV kann die durch den entsprechenden Kompressor komprimierte Luft in den Einlasskanal stromaufwärts des Kompressors (z. B. den Einlasskanal 144 für den Kompressor 132 und den Einlasskanal 142 für den Kompressor 122) zurückgeführt werden. Das CBV 152 kann z. B. offen sein, um die komprimierte Luft stromaufwärts des Kompressors 132 zurückzuführen, und/oder das CBV 155 kann offen sein, um die komprimierte Luft stromaufwärts des Kompressors 122 zurückzuführen, um den Druck in dem Einlasssystem während ausgewählter Bedingungen abzulassen, um die Wirkungen der Kompressorstoßbelastung zu verringern. Die CBVs 155 und 152 können entweder aktiv oder passiv durch das Steuersystem gesteuert sein.
Wie gezeigt ist, ist ein LP-AIS-Drucksensor 196 an einer Verbindung der Einlasskanäle 140, 142 und 144 angeordnet, während ein HP-AIS-Drucksensor 169 in dem Einlasskanal 149 angeordnet ist. In weiteren vorausgesehenen Ausführungsformen können jedoch die Sensoren 196 und 169 an anderen Orten innerhalb des LP-AIS bzw. des HP-AIS angeordnet sein. Unter anderen Funktionen können die Messungen von dem LP-AIS-Drucksensor 196 und dem HP-AIS-Drucksensor 169 verwendet werden, um das Kompressordruckverhältnis zu bestimmen, was bei einer Schätzung des Kompressorstoßrisikos berücksichtigt werden kann.
Die Kraftmaschine 10 kann mehrere Zylinder 14 enthalten. In dem dargestellten Beispiel enthält die Kraftmaschine 10 sechs Zylinder, die in einer V-Konfiguration angeordnet sind. Spezifisch sind die sechs Zylinder in zwei Bänken 13 und 15 angeordnet, wobei jede Bank drei Zylinder enthält. In alternativen Beispielen kann die Kraftmaschine 10 zwei oder mehr Zylinder, wie z. B. 4, 5, 8, 10 oder mehr Zylinder, enthalten. Diese verschiedenen Zylinder können gleich unterteilt und in alternativen Konfigurationen angeordnet sein, wie z. B. V, in Reihe, in Boxerform usw. Jeder Zylinder 14 kann mit einer Kraftstoffeinspritzdüse 166 konfiguriert sein. In dem dargestellten Beispiel ist die Kraftstoffeinspritzdüse 166 eine Direkteinspritzdüse innerhalb des Zylinders. In anderen Beispielen kann die Kraftstoffeinspritzdüse 166 als eine kanalgestützte Kraftstoffeinspritzdüse konfiguriert sein.
Die jedem Zylinder 14 (der hier außerdem als eine Brennkammer 14 bezeichnet wird) über einen gemeinsamen Einlasskanal 149 zugeführte Einlassluft kann für die Kraftstoffverbrennung verwendet werden, wobei die Verbrennungsprodukte dann über bankspezifische Auslasskanäle abgelassen werden können. In dem dargestellten Beispiel kann eine erste Bank 13 der Zylinder der Kraftmaschine 10 die Verbrennungsprodukte über einen gemeinsamen Auslasskanal 17 ablassen, während eine zweite Bank 15 der Zylinder die Verbrennungsprodukte über einen gemeinsamen Auslasskanal 19 ablassen kann.
Die Position der Einlass- und Auslassventile jedes Zylinders 14 kann über hydraulisch betätigte Stößel, die an Ventilstoßstangen gekoppelt sind, oder über einen Nockenform-Schaltmechanismus, in dem Nockenerhebungen verwendet werden, gesteuert werden. In diesem Beispiel können wenigstens die Einlassventile jedes Zylinders 14 unter Verwendung eines Nockenbetätigungssystems durch Nockenbetätigung gesteuert sein. Spezifisch kann das Nockenbetätigungssystem 25 des Einlassventils ein oder mehrere Nocken enthalten und kann eine variable zeitliche Nockensteuerung oder einen variablen Nockenhub für die Einlass- und/oder Auslassventile verwenden. In alternativen Ausführungsformen können die Einlassventile durch eine elektrische Ventilbetätigung gesteuert sein. Ähnlich können die Auslassventile durch Nockenbetätigungssysteme oder eine elektrische Ventilbetätigung gesteuert sein.
Die Verbrennungsprodukte, die durch die Kraftmaschine 10 über die Auslasskanäle 17 abgelassen werden, können durch die Auslassturbine 124 des Turboladers 120 geleitet werden, die wiederum über eine Welle 126 dem Kompressor 122 mechanische Arbeit bereitstellen kann, um die Komprimierung für die Einlassluft bereitzustellen. Alternativ kann ein Teil oder die Gesamtheit des durch den Auslasskanal 17 strömenden Abgases die Turbine 124 über den Turbinenumgehungskanal 123 umgehen, wie durch ein Ladedrucksteuerventil 128 gesteuert wird. Die Position des Ladedrucksteuerventils 128 kann durch einen (nicht gezeigten) Aktuator gesteuert werden, wie durch den Controller 12 gesteuert wird. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann der Controller 12 die Position des Ladedrucksteuerventils 128 über ein Solenoidventil einstellen. In diesem speziellen Beispiel kann das Solenoidventil einen Druckunterschied von dem Unterschied der Luftdrücke zwischen dem stromaufwärts des Kompressors 122 angeordneten Einlasskanal 142 und dem stromabwärts des Kompressors 122 angeordneten Einlasskanal 149 empfangen, um die Betätigung des Ladedrucksteuerventils 128 über den Aktuator zu fördern. In anderen Beispielen können andere geeignete Herangehensweisen als ein Solenoidventil für das Betätigen des Ladedrucksteuerventils 128 verwendet werden.
Ähnlich können die Verbrennungsprodukte, die durch die Kraftmaschine 10 über den Auslasskanal 19 abgelassen werden, durch die Auslassturbine 134 des Turboladers 130 geleitet werden, die wiederum über eine Welle 136 dem Kompressor 132 mechanische Arbeit bereitstellen kann, um die Komprimierung für die Einlassluft bereitzustellen, die durch den zweiten Zweig des Einlasssystems der Kraftmaschine strömt. Alternativ kann ein Teil oder die Gesamtheit des durch den Auslasskanal 19 strömenden Abgases die Turbine 134 über den Turbinenumgehungskanal 133 umgehen, wie durch ein Ladedrucksteuerventil 138 gesteuert wird. Die Position des Ladedrucksteuerventils 138 kann durch einen (nicht gezeigten) Aktuator gesteuert werden, wie durch den Controller 12 gesteuert wird. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann der Controller 12 die Position des Ladedrucksteuerventils 138 über ein Solenoidventil einstellen. In diesem speziellen Beispiel kann das Solenoidventil einen Druckunterschied von dem Unterschied der Luftdrücke zwischen dem stromaufwärts des Kompressors 132 angeordneten Einlasskanal 144 und dem stromabwärts des Kompressors 132 angeordneten Einlasskanal 149 empfangen, um die Betätigung des Ladedrucksteuerventils 138 über den Aktuator zu fördern. In anderen Beispielen können andere geeignete Herangehensweisen als ein Solenoidventil für das Betätigen des Ladedrucksteuerventils 138 verwendet werden.
In einigen Beispielen können die Abgasturbinen 124 und 134 als Turbinen mit variabler Geometrie konfiguriert sein, wobei der Controller 12 die Position der Blätter (oder Schaufeln) des Turbinen-Pumpenrads einstellen kann, um das Energieniveau zu variieren, das aus der Abgasströmung erhalten wird und auf ihren jeweiligen Kompressor übertragen wird. Alternativ können die Abgasturbinen 124 und 134 als Turbinen mit variabler Düse konfiguriert sein, wobei der Controller 12 die Position der Turbinendüse einstellen kann, um das Energieniveau zu variieren, das aus der Abgasströmung erhalten wird und auf ihren jeweiligen Kompressor übertragen wird. Das Steuersystem kann z. B. dazu konfiguriert sein, die Schaufel- oder Düsenposition der Abgasturbinen 124 und 134 über jeweilige Aktuatoren unabhängig zu variieren.
Die durch die Zylinder über den Auslasskanal 19 abgelassenen Verbrennungsprodukte können über einen Auslasskanal 170 stromabwärts der Turbine 134 zu der Atmosphäre geleitet werden, während die über den Auslasskanal 19 abgelassenen Verbrennungsprodukte über einen Auslasskanal 180 stromabwärts der Turbine 124 zur Atmosphäre geleitet werden können. Die Auslasskanäle 170 und 180 können eine oder mehrere Abgasnachbehandlungsvorrichtungen, wie z. B. einen Katalysator, und einen oder mehrere Abgassensoren enthalten. Wie z. B. in 1 gezeigt ist, kann der Auslasskanal 170 eine Abgasreinigungsvorrichtung 129 enthalten, die stromabwärts der Turbine 124 angeordnet ist, während der Auslasskanal 180 eine Abgasreinigungsvorrichtung 127 enthalten kann, die stromabwärts der Turbine 134 angeordnet ist. Die Abgasreinigungsvorrichtungen 127 und 129 können selektive katalytische Reduktionsvorrichtungen (SCR-Vorrichtungen), Dreiwegekatalysatoren (TWC), NOx-Fallen, verschiedene andere Abgasreinigungsvorrichtungen oder Kombinationen daraus sein. In einigen Ausführungsformen können ferner während des Betriebs der Kraftmaschine 10 die Abgasreinigungsvorrichtungen 127 und 129 z. B. durch das Betreiben wenigstens eines Zylinders der Kraftmaschine innerhalb eines speziellen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses periodisch zurückgesetzt werden.
Das Kraftmaschinensystem 100 enthält ferner die Niederdruck-AGR-Systeme (LP-AGR-Systeme) 106 und 108. Das LP-AGR-System 106 leitet einen Sollanteil des Abgases von dem Auslasskanal 180 zu dem Einlasskanal 144, wohingegen das LP-AGR-System 108 einen Sollanteil des Abgases von dem Auslasskanal 170 zu dem Einlasskanal 142 leitet. In der dargestellten Ausführungsform wird die AGR in einem AGR-Kanal 195 von einem Ort stromabwärts der Turbine 134 an einem Mischpunkt, der sich stromaufwärts des Kompressors 132 befindet, zu dem Einlasskanal 144 geleitet. Ähnlich wird die AGR in einem AGR-Kanal 197 von einem Ort stromabwärts der Turbine 124 an einem Mischpunkt, der sich stromaufwärts des Kompressors 122 befindet, zu dem Einlasskanal 142 geleitet. Die Menge der den Einlasskanälen 144 und 142 bereitgestellten AGR kann durch den Controller 12 über die AGR-Ventile 119 und 121, die in die LP-AGR-Systeme 106 bzw. 108 gekoppelt sind, verändert werden. In der in 1 gezeigten Beispielausführungsform enthält das LP-AGR-System 106 einen AGR-Kühler 111, der stromaufwärts des AGR-Ventils 119 positioniert ist, während das LP-AGR-System 108 einen AGR-Kühler 113 enthält, der stromaufwärts des AGR-Ventils 121 positioniert ist. Die AGR-Kühler 111 und 113 können die Wärme von dem zurückgeführten Abgas z. B. zu dem Kraftmaschinenkühlmittel abweisen.
Die AGR-Ventile 119 und 121 können dazu konfiguriert sein, die Menge und/oder die Rate des durch die entsprechenden AGR-Kanäle umgeleiteten Abgases einzustellen, um einen Sollprozentsatz der AGR-Verdünnung der in die Kraftmaschine eintretenden Einlassladung zu erreichen, wobei eine Einlassladung mit einem höheren Prozentsatz der AGR-Verdünnung ein höheres Verhältnis des zurückgeführten Abgases zu der Luft als eine Einlassladung mit einem niedrigeren Prozentsatz der AGR-Verdünnung enthält. Zusätzlich zu der Position der AGR-Ventile wird erkannt, dass die CBV-Position, die Position der AIS-Drosselklappe und die Position des Ladedrucksteuerventils außerdem den Prozentsatz der AGR-Verdünnung der Einlassladung beeinflussen können. Es kann z. B. ein Risiko der Überverdünnung der Einlassluft geben, wenn das CBV den Zustand ändert (z. B. von geschlossen zu offen oder von teilweise geschlossen zu weiter offen wechselt). Wenn das CBV geöffnet wird, kann eine Mischung aus der AGR und frischer Luft zurück zu dem Einlasskanal stromaufwärts des Kompressors zurückgeführt werden, was den Prozentsatz der AGR-Verdünnung vergrößern kann, falls das AGR-Ventil offen bleibt, um weitere AGR zu der Einlassladung stromaufwärts des Kompressors hinzuzufügen. Während das CBV in einer festen Position – entweder offen, geschlossen oder teilweise offen – verbleibt, kann im Gegensatz die AGR-Steuerung nicht beeinflusst werden. Als ein weiteres Beispiel kann die Position der AIS-Drosselklappe die Strömung der frischen Luft in das Einlasssystem beeinflussen; mehr Frischluftströmung in das Einlasssystem kann den Prozentsatz der AGR-Verdünnung verringern, wohingegen weniger Frischluftströmung in das Einlasssystem den Prozentsatz der AGR-Verdünnung vergrößern kann. Als ein noch weiteres Beispiel kann die Position des Ladedrucksteuerventils den Abgasgegendruck beeinflussen; falls das AGR-Ventil nicht vollständig geschlossen ist, kann der Abgasgegendruck die AGR-Strömung zu dem Einlasssystem beeinflussen. Dementsprechend kann, wie im Folgenden ausführlich beschrieben wird, die AGR-Verdünnung der Einlassladung über die Steuerung der Position des AGR-Ventils und/oder der CBV-Position und/oder der Position der AIS-Drosselklappe und/oder der Position des Ladedrucksteuerventils unter anderen Parametern gesteuert werden.
Der Prozentsatz der AGR-Verdünnung der Einlassladung zu einem gegebenen Zeitpunkt (z. B. das Verhältnis der verbrannten Gase zu der Luft in einem Einlasskanal der Kraftmaschine) kann aus der Ausgabe eines Einlass-Sauerstoffsensors 168 abgeleitet werden. In der dargestellten Ausführungsform ist der Einlass-Sauerstoffsensor an einer Verbindungsstelle der Einlasskanäle 146, 148 und 149 und stromaufwärts des Luftkühlers 154 positioniert. In anderen Ausführungsformen kann der Sensor 168 jedoch stromabwärts des Luftkühlers 154 oder an einem anderen Ort entlang dem Einlasskanal 149 angeordnet sein. Der Einlass-Sauerstoffsensor 168 kann ein geeigneter Sensor zum Bereitstellen einer Angabe der Sauerstoffkonzentration in der Einlassladung sein, wie z. B. ein linearer Sauerstoffsensor, ein Einlass-UEGO-Sensor (universeller oder Weitbereichs-Abgassauerstoff-Einlasssensor), ein Zweizustands-Sauerstoffsensor usw. Der Controller 12 kann die prozentuale Verdünnung der AGR-Strömung basierend auf der Rückkopplung von dem Einlass-Sauerstoffsensor 168 schätzen. In einigen Beispielen kann der Controller dann das AGR-Ventil 119 und/oder das AGR-Ventil 121 und/oder die AIS-Drosselklappe 115 und/oder das CBV 152 und/oder das CBV 155 und/oder das Ladedrucksteuerventil 138 und/oder das Ladedrucksteuerventil 128 einstellen, um einen Sollprozentsatz der AGR-Verdünnung der Einlassladung zu erreichen.
Es wird erkannt, dass in alternativen Ausführungsformen die Kraftmaschine 10 sowohl ein oder mehrere Hochdruck-AGR-Systeme (HP-AGR-Systeme) als auch die LP-AGR-Systeme enthalten kann, um wenigstens etwas Abgas von den Auslasskanälen der Kraftmaschine stromaufwärts der Turbinen zu dem Kraftmaschineneinlass stromabwärts der Kompressoren umzuleiten.
Das Kraftmaschinensystem 100 kann verschiedene Sensoren 165 zusätzlich zu jenen, die oben erwähnt worden sind, enthalten. Wie in 1 gezeigt ist, kann der gemeinsame Einlasskanal 149 einen Drosselklappen-Einlassdrucksensor (TIP-Sensor) 172 zum Schätzen eines Drosselklappen-Einlassdrucks (TIP) und/oder einen Drosselklappen-Einlasstemperatursensor 173 zum Schätzen einer Drosselklappen-Einlasstemperatur (TCT) enthalten, wobei jeder mit dem Controller 12 kommuniziert. Ferner kann jeder der Einlasskanäle 142 und 144 einen Luftmassendurchflusssensor enthalten, obwohl dies hier nicht dargestellt ist.
2 zeigt einen Ablaufplan, der eine Routine 200 zum Steuern eines Kraftmaschinensystems, wie z. B. des Kraftmaschinensystems 100 nach 1, während der Pedalfreigabe veranschaulicht. Wenn die Pedalfreigabe stattfindet, während die AGR freigegeben ist, koordiniert die Routine 200 das stoßverringernde Öffnen des CBV mit der Einstellung des AGR-Ventils basierend auf der Verdünnung der Einlassluft (wie sie z. B. durch einen Einlass-Sauerstoffsensor gemessen wird, der in einem HP-AIS-System angeordnet ist). Eine derartige Steuerung kann die Überverdünnung der Einlassluft während der Bedingungen eines offenen CBV verringern, wenn ein Frischluft/AGR-Gemisch von einem Ort stromabwärts des Kompressors zu einem Ort stromaufwärts des Kompressors zurückgeführt wird.
Es wird erkannt, dass in einem Kraftmaschinensystem mit Zwillingsturboladern, wie z. B. dem Kraftmaschinensystem 100 nach 1, die Routine 200 in beiden Zweigen des Einlasssystems oder in nur einem Zweig ausgeführt werden kann.
Bei 202 werden die Betriebsbedingungen bestimmt. Als nicht einschränkende Beispiele können die Betriebsbedingungen die Umgebungstemperatur und den Umgebungsdruck, die Aufladung, die Position des AGR-Ventils, die Einlass-Sauerstoffkonzentration in dem LP-AIS-System, die Pedalposition (PP), die Kraftmaschinendrehzahl, die Kraftmaschinenlast, die Kraftmaschinentemperatur usw. enthalten.
Sobald die Betriebsbedingungen bestimmt worden sind, geht die Routine zu 204 weiter, wo die Soll-Luftströmung/das Solldrehmoment und die Sollaufladung bestimmt werden. Die Soll-Luftströmung/das Solldrehmoment kann z. B. basierend auf der Pedalposition (z. B. dem Signal PP nach 1) bestimmt werden. Ferner kann die Sollaufladung in einem Beispiel bestimmt werden, indem auf die Aufladungswerte, die den aktuellen Betriebsbedingungen der Kraftmaschine (z. B. den bei 202 bestimmten Betriebsbedingungen) entsprechen, in einer in dem Speicher gespeicherten Nachschlagtabelle Bezug genommen wird.
Nach 204 geht die Routine zu 206 weiter, um die Drosselklappe und das Ladedrucksteuerventil der Turboladerturbine basierend auf der Soll-Luftströmung/dem Solldrehmoment und der Sollaufladung, die bei 204 bestimmt worden sind, einzustellen. Dies kann z. B. das Vergrößern der Öffnung der Drosselklappe 158 nach 1, falls die Soll-Luftströmung/das Solldrehmoment größer als die aktuelle Luftströmung/das aktuelle Drehmoment ist, und das Verringern der Öffnung eines Ladedrucksteuerventils (z. B. eines oder beider der Ladedrucksteuerventile 138 und 128 nach 1), falls die Position des Ladedrucksteuerventils, die die Sollaufladung bereitstellt, eine weniger offene Position als die aktuelle Position des Ladedrucksteuerventils ist, enthalten. Als ein weiteres Beispiel kann das Einstellen der Drosselklappe und des Ladedrucksteuerventils der Turboladerturbine basierend auf der Soll-Luftströmung/dem Solldrehmoment und der Sollaufladung das Verringern der Öffnung der Drosselklappe 158 nach 1, falls die Soll-Luftströmung/das Solldrehmoment kleiner als die aktuelle Luftströmung/das aktuelle Drehmoment ist, und das Vergrößern der Öffnung eines Ladedrucksteuerventils (z. B. eines oder beider der Ladedrucksteuerventile 138 und 128 nach 1), falls die Position des Ladedrucksteuerventils, die die Sollaufladung bereitstellt, eine weiter offene Position als die aktuelle Position des Ladedrucksteuerventils ist, enthalten.
Nach 206 geht die Routine zu 208 weiter, wo bestimmt wird, ob die AGR freigegeben ist. In einem System mit Zwillingsturbolader, wie z. B. dem Kraftmaschinensystem 100 nach 1, kann die AGR in einem gegebenen Einlasszweig freigegeben sein, wenn das AGR-Ventil für diesen Zweig offen ist, wohingegen die AGR in diesem Zweig nicht freigegeben sein kann, wenn das entsprechende AGR-Ventil geschlossen ist.
Falls die Antwort bei 208 ja lautet, was angibt, dass die AGR freigegeben ist, geht die Routine zu 210 weiter, um basierend auf den Betriebsbedingungen (z. B. den bei 202 bestimmten Betriebsbedingungen) die Soll-AGR zu bestimmen. Dies kann z. B. das Bestimmen einer Menge des Abgases, die zu dem Einlasssystem zurückzuführen ist, um eine Sollverdünnung der Einlassluft zu erreichen, enthalten, wobei die Sollverdünnung der Einlassluft auf der Kraftmaschinendrehzahl, der Kraftmaschinenlast, der Kraftmaschinentemperatur und anderen Betriebsbedingungen der Kraftmaschine basiert. Ferner kann dies das Bestimmen einer Position des AGR-Ventils enthalten, die die Soll-AGR erreicht.
Nach 210 geht die Routine zu 212 weiter, um das AGR-Ventil und die AIS-Drosselklappe einzustellen, um die Soll-AGR (wie sie bei 210 bestimmt worden ist) und Sollaufladung (wie sie bei 204 bestimmt worden ist) bereitzustellen, während der angeforderten Luftströmung/dem angeforderten Drehmoment entsprochen wird. Das Einstellen des AGR-Ventils kann das Vergrößern oder das Verkleinern der Strömung des Abgases von einem Auslasskanal enthalten. Der Controller kann z. B. ein Signal senden, um einen Öffnungsbetrag eines oder beider der AGR-Ventile 119 und 121 nach 1 basierend auf der Soll-AGR innerhalb eines Bereichs, der der angeforderten Luftströmung/dem angeforderten Drehmoment entspricht, zu ändern. Ferner kann der Controller ein Signal senden, um eine Position der AIS-Drosselklappe 15 nach 1 (z. B. um die Strömung frischer Luft, die in das Einlasssystem eintritt, zu vergrößern oder zu verkleinern) basierend auf der Soll-AGR und der Sollaufladung innerhalb eines Bereichs, der der angeforderten Luftströmung/dem angeforderten Drehmoment entspricht, einzustellen. Folglich kann während der Bedingungen, unter denen es erwünscht ist, die Luftströmung durch die AIS-Drosselklappe zu vergrößern, um die Aufladung zu vergrößern, die AGR ebenso durch das Vergrößern des Öffnungsbetrags des AGR-Ventils, um eine Sollverdünnung der Einlassluft zu erreichen, vergrößert werden. Eine derartige Steuerung kann die Leistung der Kraftmaschine verbessern und die Emissionen verringern, indem die Aufladung ermöglicht wird, während eine Sollverdünnung der Einlassluft aufrechterhalten wird.
Nach 212 geht die Routine zu 214 weiter, um zu bestimmen, ob das CBV offen ist. Diese Bestimmung kann durch das Steuersystem ausgeführt werden, z. B. basierend auf einem Signal von einem CBV-Positionssensor oder basierend auf der früheren Steuerung des CBV durch das Steuersystem in dem Fall einer aktiven CBV-Steuerung. Wie im Folgenden ausführlich beschrieben wird, kann das CBV während der Bedingungen offen sein, unter denen das Kompressorstoßrisiko über einem Schwellenwert liegt, wobei das Kompressorstoßrisiko unter anderen Faktoren auf einer volumetrischen Luftströmung durch den Kompressor und dem Kompressordruckverhältnis basiert.
Falls die Antwort bei 214 ja lautet, geht die Routine zu 216 weiter, um das AGR-Ventil zu schließen. Der Controller kann z. B. ein Signal an eines oder mehrere der AGR-Ventile 119 und 121 senden, um das Ventil (die Ventile) wenigstens teilweise zu schließen. Wenn die AGR freigegeben ist und das CBV offen ist, kann es vorteilhaft sein, das AGR-Ventil zu schließen, da diese Handlung die Möglichkeit der Überverdünnung des AGR/Luft-Gemischs in dem Einlasssystem durch das Verringern der Rückführung des Abgases in das Einlasssystem verringern kann. Ferner kann das Schließen des AGR-Ventils, während das CBV offen ist, eine unerwünschte Rückströmung durch den AGR-Kanal (z. B. eine Strömung von dem Einlasssystem zu dem Auslasssystem, die sich ergibt, wenn der Druck des Einlasssystems den Druck des Auslasssystems übersteigt) vorteilhaft verringern.
Nach 216 geht im Schritt 218 die Routine 200 zur Routine 300 weiter. Wie in 3 gezeigt ist und im Folgenden beschrieben wird, ist die Routine 300 eine Steuerstrategie, die während der Pedalfreigabe verfügt wird, während die AGR freigegeben ist, was die Überverdünnung der Kraftmaschinen-Einlassladung über das Überwachen der Sauerstoffkonzentration des Einlassluft/AGR-Gemischs in dem HP-AIS verringern kann. Nach 218 endet die Routine 200.
Andernfalls, falls die Antwort bei 214 nein lautet, was angibt, dass das CBV nicht offen ist, endet das Verfahren 200.
Zurück zu 208 endet das Verfahren 200, falls die Antwort nein lautet, was angibt, dass die AGR nicht freigegeben ist.
3 zeigt einen Ablaufplan, der eine Routine 300 zum Koordinieren der CBV-Öffnung mit der Einstellung des AGR-Ventils basierend auf der Verdünnung der Einlassluft (wie sie z. B. durch einen Einlass-Sauerstoffsensor in einem HP-AIS gemessen wird) veranschaulicht. Die Routine 300 kann während der Pedalfreigabe ausgeführt werden, wenn die AGR-freigegeben ist, z. B. im Schritt 218 der Routine 200.
Es wird erkannt, dass in einem Kraftmaschinensystem mit Zwillingsturboladern, wie z. B. dem Kraftmaschinensystem 100 nach 1, die Routine 300 in beiden Zweigen des Einlasssystems oder nur in einem Zweig ausgeführt werden kann.
Bei 302 enthält die Routine 300 das Bestimmen der Verdünnung der Einlassluft in dem HP-AIS. Die Verdünnung der Einlassluft kann z. B. basierend auf den Messungen der Sauerstoffkonzentration in dem HP-AIS, z. B. den Messungen von dem Einlass-Sauerstoffsensor 168 im Kontext nach 1, geschätzt oder abgeleitet werden. Es wird erkannt, dass in einigen Ausführungsformen die Messungen von einem Einlass-Sauerstoffsensor basierend auf anderen Betriebsparametern der Kraftmaschine, wie z. B. den gemessenen Drücken innerhalb des Einlasssystems, korrigiert werden können, wobei die korrigierten Messungen eine genauere Messung der Verdünnung der Einlassluft bereitstellen können.
Nach 302 geht die Routine 300 zu 304 weiter, um das Kompressorstoßrisiko zu schätzen. Das Kompressorstoßrisiko kann auf verschiedenen Faktoren basieren, einschließlich einer volumetrischen Luftströmung durch den Kompressor und des Kompressordruckverhältnisses (z. B. eines Druckverhältnisses über dem Kompressor 122 und/oder dem Kompressor 132, das basierend auf den durch den LP-AIS-Drucksensor 196 und den HP-AIS-Drucksensor 169 abgetasteten Druckwerten bestimmt werden kann).
Nach 304 geht die Routine 300 zu 306 weiter, um zu bestimmen, ob die Schätzung des Kompressorstoßrisikos kleiner als ein Schwellenwert ist. Der Schwellenwert kann z. B. ein Risikoniveau sein, über dem ein unerwünschter Kompressorstoß wahrscheinlich ist (z. B. aufgrund verschiedener Faktoren, wie z. B. einer volumetrischen Luftströmung und einem Kompressordruckverhältnis). Der Controller 12 kann z. B. eine Unterbrechung erzeugen, wenn die Schätzung des Kompressorstoßrisikos von über dem Schwellenwert auf unter dem Schwellenwert verringert wird, wobei eine durch die Unterbrechung eingeleitete Routine das Schließen des CBV (z. B. den im Folgenden beschriebenen Schritt 308) enthalten kann. Alternativ kann die Schätzung des Kompressorstoßrisikos im Speicher des Controllers 12 gespeichert und in vorgegebenen Intervallen basierend auf den gemessenen und/oder geschätzten Werten der verschiedenen Parameter, wie z. B. der volumetrischen Luftströmung und des Kompressordruckverhältnisses, aktualisiert werden. In diesem Fall kann der Controller 12 die gespeicherte Schätzung des Kompressorstoßrisikos in vorgegebenen Intervallen oder kontinuierlich abfragen, um zu bestimmen, wann sich die Schätzung unter den Schwellenwert verringert hat.
Falls die Antwort bei 306 nein lautet, was angibt, dass die Schätzung des Kompressorstoßrisikos nicht unter dem Schwellenwert liegt, endet die Routine 300 (wobei z. B. das CBV offen bleibt, um dem Stoß entgegenzuwirken). Falls andernfalls die Antwort bei 306 ja lautet, geht die Routine 300 zu 308 weiter, um das CBV zu schließen. Nach dem Schließen des CBV kann das Einlassluft/AGR-Gemisch in dem HP-AIS (was immer noch die AGR enthalten oder nicht enthalten kann) in Abhängigkeit davon, ob das CBV vollständig oder teilweise geschlossen ist, nicht länger von einem Ort stromabwärts des Kompressors zu einem Ort stromaufwärts des Kompressors strömen. Es wird erkannt, dass in einigen Beispielen das CBV wenigstens teilweise offen bleiben kann, selbst wenn ein Kompressorstoßrisiko nicht vorhanden ist, um die Möglichkeit eines Stoßes zu verringern. In derartigen Beispielen kann sich das "Schließen des CBV" auf das teilweise Schließen des CBV beziehen. Ferner kann das CBV basierend auf anderen Faktoren als dem Kompressorstoßrisiko gesteuert werden, ohne vom Schutzumfang dieser Offenbarung abzuweichen.
Nach 308 geht die Routine 300 zu 310 weiter, um zu bestimmen, ob die Verdünnung der Einlassluft in dem HP-AIS kleiner als ein Schwellenwert ist. Die im Schritt 302 bestimmte Verdünnung der Einlassluft kann z. B. mit einem Schwellenwert verglichen werden. Der Schwellenwert kann eine Verdünnung der Einlassluft sein, die angibt, dass nur Spurenmengen der AGR in dem HP-AIS verbleiben oder dass keine AGR in dem HP-AIS verbleibt (z. B. basierend auf Messungen von dem Einlass-Sauerstoffsensor, der in dem HP-AIS angeordnet ist, wie z. B. dem Sensor 168 nach 1). Wie im Folgenden bezüglich der in 4 dargestellten Zeitdiagramme beschrieben wird, kann eine Verdünnung der Einlassluft in dem HP-AIS, die unter den Schwellenwert fällt, angeben, dass ein hinteres Ende einer AGR-"Portion" in die Kraftmaschine eingetreten ist (die AGR-Portion ist eine Mischung aus Luft und AGR, wobei die Verdünnung der Luft durch die AGR den Schwellenwert übersteigt). An diesem Punkt ist die mit der Einlassluft gemischte und über das CBV zurück in das LP-AIS zurückgeführte AGR nach dem Schließen des AGR-Ventils und vor dem Schließen des CBV durch den Kompressor in das HP-AIS und dann für die Verbrennung in die Kraftmaschine gegangen.
Falls die Antwort bei 310 nein lautet, was z. B. angibt, dass das hintere Ende der AGR-Portion noch nicht in die Kraftmaschine eingetreten ist, geht die Routine 300 zu 314 weiter, um das AGR-Ventil geschlossen aufrechtzuerhalten. Auf diese Weise kann die Rückführung des Abgases von dem Auslasssystem zu dem Einlasssystem unterdrückt werden, bis das von einem Ort stromabwärts des Kompressors zu einem Ort stromaufwärts des Kompressors über das offene CBV zurückgeführte AGR/Luftgemisch nur eine Spur der AGR (oder keine AGR) enthält, um die Überverdünnung der Kraftmaschinen-Einlassladung zu verringern. Zu diesem Zeitpunkt kann das LP-AIS-System unverdünnte Einlassluft (z. B. Luft, die nicht mit der AGR gemischt ist) aufgrund dessen, dass sowohl das CBV als auch das AGR-Ventil geschlossen sind, enthalten. Nach 314 endet das Verfahren 300. Es wird erkannt, dass bei einer anschließenden Ausführung der Routine 300 durch den Controller die Antwort bei 310 ja lauten kann, sobald sich die unverdünnte Einlassluft durch den Kompressor in das HP-AIS bewegt hat, da der Einlass-Sauerstoffsensor in dem HP-AIS Spurenmengen der AGR oder keine AGR in der Einlassluft misst und folglich wahrscheinlich misst, dass die Verdünnung der Einlassluft unter dem Schwellenwert liegt.
Falls andernfalls die Antwort bei 310 ja lautet, geht die Routine 300 zu 312 weiter, um das AGR-Ventil und die AIS-Drosselklappe einzustellen, um die Sollverdünnung der Einlassluft und die Sollaufladung (wie sie z. B. in den Schritten 210 bzw. 204 der Routine 200 bestimmt worden sind) bereitzustellen, während immer noch der Soll-Luftströmung/dem Solldrehmoment (wie sie z. B. im Schritt 204 der Routine 200 bestimmt werden) entsprochen wird. Wie oben für den Schritt 212 der Routine 200 beschrieben worden ist, kann der Controller z. B. ein Signal senden, um einen Öffnungsbetrag eines oder beider der AGR-Ventile 119 und 121 nach 1 basierend auf der Sollverdünnung der Einlassluft innerhalb eines Bereichs, der der angeforderten Luftströmung/dem angeforderten Drehmoment entspricht, zu ändern. Ferner kann der Controller ein Signal senden, um eine Position der AIS-Drosselklappe 15 nach 1 basierend auf der Sollverdünnung der Einlassluft und der Sollaufladung innerhalb eines Bereichs, der der angeforderten Luftströmung/dem angeforderten Drehmoment entspricht, einzustellen. Sobald das CBV geschlossen worden ist und sobald das hintere Ende der AGR-Portion durch das HP-AIS und in die Kraftmaschine gegangen ist, können dementsprechend das AGR-Ventil und die AIS-Drosselklappe abermals eingestellt werden, um eine Sollverdünnung der Einlassluft zu erreichen. Nach 312 endet das Verfahren 300.
4 ist eine graphische Darstellung 400, die die Pedalposition, die Position des AGR-Ventils, die Verdünnung der Einlassluft und die CBV-Position gemäß einer Beispielausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Die Zeit ist auf der horizontalen Achse dargestellt, während die Pedalposition (PP), die Position des AGR-Ventils, die Verdünnung der Einlassluft und die CBV-Position auf der vertikalen Achse dargestellt sind. Die Kurve 402 stellt die Pedalposition dar, die Kurve 404 stellt die Position des AGR-Ventils dar, die Kurve 406 stellt die Verdünnung der Einlassluft in dem HP-AIS (wie sie z. B. durch den Einlass-Sauerstoffsensor 168 gemessen wird) dar, die Kurve 408 stellt die Verdünnung der Einlassluft in dem LP-AIS dar und die Kurve 410 stellt die CBV-Position dar.
In der Kurve 402 ist die Position eines fahrerbetätigten Fahrpedals (z. B. der Eingabevorrichtung 192 nach 1) dargestellt. Wie gezeigt ist, kann vor dem Zeitpunkt T₁ das Pedal bezüglich seiner Anfangsposition (über einen "Pedaldruck" einer Bedienungsperson des Fahrzeugs, z. B. um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu vergrößern oder um eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit aufrechtzuerhalten, während bergauf gefahren wird) weiter niedergedrückt werden und dann teilweise (z. B. über eine teilweise "Pedalfreigabe" durch die Bedienungsperson des Fahrzeugs, z. B. um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu verlangsamen oder um eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit aufrechtzuerhalten, während bergab gefahren wird) freigegeben werden. Zum Zeitpunkt T₁ tritt eine weitere "Pedalfreigabe" des Fahrers auf, wenn die Bedienungsperson des Fahrzeugs das Pedal weiter freigibt, wie durch den steileren negativen Anstieg der Kurve 402 beginnend zum Zeitpunkt T₁ gezeigt ist. Nach dieser Pedalfreigabe bleibt die Pedalposition konstant, bis nach dem Zeitpunkt T₃ ein "Pedaldruck" des Fahrers auftritt.
In der Kurve 404 ist die Position des AGR-Ventils, wie z. B. des AGR-Ventils 119 oder 121 nach 1, dargestellt. Wie gezeigt ist, kann vor dem Zeitpunkt T₁ und nach dem Zeitpunkt T₃ ein Öffnungsbetrag des AGR-Ventils etwa der Pedalposition nachgeführt werden, wobei sich folglich das AGR-Ventil in Übereinstimmung mit den durch das Steuersystem basierend auf der Pedalposition ausgegebenen Kraftmaschinendrehmoment-, Luftströmungs- und AGR-Raten-Befehlen öffnen und schließen kann. Zwischen dem Zeitpunkt T₁ und dem Zeitpunkt T₃ kann jedoch das AGR-Ventil basierend auf der CBV-Position und der Verdünnung der Einlassluft gesteuert werden, wie im Folgenden ausführlich beschrieben wird.
Die Kurve 406 stellt die Verdünnung der Einlassluft in dem HP-AIS (ebenso wie in dem LP-AIS stromabwärts einer Verbindung des AGR-Kanals und des Einlasskanals) dar, während die Kurve 408 die Verdünnung der Einlassluft in dem LP-AIS darstellt. In dem Kontext nach 1 kann die durch die Kurve 406 repräsentierte Verdünnung der Einlassluft z. B. durch den Einlass-Sauerstoffsensor 168 gemessen werden.
Weiter ist in der Kurve 410 die Position eines CBV, wie z. B. des CBV 152 oder 155 nach 1, dargestellt. Wie im Folgenden ausführlich beschrieben wird, können die Änderungen der CBV-Position Änderungen der Position des AGR-Ventils auslösen.
Nun wird das Zusammenspiel der CBV-Position, der Verdünnung der Einlassluft und der Position des AGR-Ventils während der dargestellten Dauer beschrieben. Wie gezeigt ist, befindet sich vor dem Zeitpunkt T₁ das CBV in einer geschlossenen Position, wie durch die Kurve 410 gezeigt ist. Das CBV kann aufgrund einer Schätzung des Kompressorstoßrisikos, die unter einem Schwellenwert liegt, oder aus anderen Gründen geschlossen sein. Ferner ist vor dem Zeitpunkt T₁ das AGR-Ventil in verschiedenen Graden offen, wie es der Pedalposition nachgeführt wird. Da das CBV vor dem Zeitpunkt T₁ geschlossen ist, kann frische Luft allein in den Einlasskanal stromaufwärts der Verbindung des AGR-Kanals und des Einlasskanals eintreten; wobei ein Luft/AGR-Gemisch von einem Ort stromabwärts des Kompressors über den CBV-Kanal zu einem Ort stromaufwärts des Kompressors aufgrund des Schließens des CBV nicht zurückgeführt wird. Wie durch die Kurve 408 gezeigt ist, kann dementsprechend die Einlassluft in dem LP-AIS stromaufwärts des AGR-Kanaleingangs vor dem Zeitpunkt T₁ nicht mit Abgas verdünnt werden. Wie durch die Kurve 406 gezeigt ist, kann im Gegensatz die Einlassluft in dem HP-AIS (ebenso wie die Einlassluft in dem LP-AIS stromabwärts der Verbindung des AGR-Kanals und des Einlasskanals) mit der AGR aufgrund dessen, dass das AGR-Ventil vor dem Zeitpunkt T₁ in verschiedenen Graden offen ist, verdünnt werden.
Zum Zeitpunkt T₁ wird das CBV geöffnet. Das CBV kann zum Zeitpunkt T₁ aufgrund dessen, dass die Schätzung des Kompressorstoßrisikos über den Schwellenwert ansteigt, oder aus anderen Gründen geöffnet werden. Wie gezeigt ist, wird das AGR-Ventil ausgelöst, um sich beim Öffnen des CBV zu schließen. Ungeachtet des Schließens des AGR-Ventils zum Zeitpunkt T₁ bleibt die Verdünnung der Einlassluft in dem HP-AIS aufgrund einer Transportverzögerung zwischen dem AGR-Eingang und dem Ort der Messung der Verdünnung der Einlassluft (z. B. dem Sensor 168 nach 1) während einer Dauer nach dem Zeitpunkt T₁ konstant. Nach der Dauer kann ungeachtet der vergrößerten Verdünnung der Einlassluft stromaufwärts des AGR-Eingangs nach dem Zeitpunkt T₁ das Schließen des AGR-Ventils zu einer Abnahme der Verdünnung der Einlassluft in dem HP-AIS führen (wie durch den negativen Anstieg der Kurve 406 vor dem Zeitpunkt T₂ gezeigt ist). Dies kann aufgrund der relativen Größen (z. B. Durchmesser) der AGR- und CBV-Kanäle erfolgen; wie in 1 gezeigt ist, kann der CBV-Kanal (können die CBV-Kanäle) kleiner als der AGR-Kanal (die AGR-Kanäle) sein, wobei folglich die Hinzufügung eines Luft/AGR-Gemischs über den CBV-Kanal in den Einlasskanal die Verdünnung der Einlassluft nicht ausreichend vergrößern kann, um die Abnahme der Verdünnung der Einlassluft zu kompensieren, die sich aus dem Schließen des AGR-Ventils ergibt.
Unterdessen nimmt, wie durch die Kurve 408 gezeigt ist, die Verdünnung der Einlassluft in dem LP-AIS nach dem Zeitpunkt T₁ zu, da verdünnte Luft von dem HP-AIS über das offene CBV zu dem LP-AIS zurückgeführt wird. In einigen Beispielen kann die Verdünnung der Einlassluft in dem LP-AIS eine Größe erreichen, die so hoch wie die Größe der Verdünnung der Einlassluft in dem HP-AIS vor dem Öffnen des CBV ist. Da die Verdünnung der Einlassluft in dem HP-AIS (nach der Transportverzögerung) beginnt abzunehmen, beginnt die Verdünnung der Einlassluft in dem LP-AIS außerdem abzunehmen, da weniger verdünnte Luft von dem HP-AIS zu dem LP-AIS zurückgeführt wird und frische Luft durch den Einlasskanal 140 nach 1 in das LP-AIS eintritt.
Zum Zeitpunkt T₂ wird das CBV geschlossen (z. B. aufgrund dessen, dass die Schätzung des Kompressorstoßrisikos unter den Schwellenwert fällt, oder aufgrund anderer Faktoren), wobei es während des Rests der dargestellten Dauer geschlossen bleibt. Das AGR-Ventil bleibt jedoch geschlossen, bis der Verdünnungspegel des HP-AIS unter einen Schwellenwert fällt (wie z. B. oben für den Schritt 310 des Verfahrens 300 beschrieben worden ist). Die Verdünnung der Einlassluft sowohl in dem HP-AIS als auch in dem LP-AIS nimmt nach dem Zeitpunkt T₂ aufgrund der Transportverzögerung weiterhin ab, da der Rest der verdünnten Luft durch das Einlasssystem und in die Kraftmaschine geht. Vor dem Zeitpunkt T₃ nimmt die Verdünnung der Einlassluft in dem LP-AIS auf einen minimalen Wert (z. B. 0 % Verdünnung) ab, da die letzten Spuren der AGR-verdünnten Einlassluft durch den Kompressor in das HP-AIS gegangen sind. Weil das CBV während des Rests der dargestellten Zeit geschlossen bleibt, verringert sich die Verdünnung der Einlassluft in dem LP-AIS stromaufwärts des AGR-Eingangs auf einen Basispegel und bleibt dort. Es wird erkannt, dass die Verdünnung der Einlassluft in dem HP-AIS aufgrund der Transportverzögerung vor dem Zeitpunkt T₃ noch nicht den minimalen Wert erreicht hat.
Zum Zeitpunkt T₃ ist seit dem Schließen des CBV-Ventils zum Zeitpunkt T₂ die gesamte in dem Einlasssystem vorhandene AGR durch das HP-AIS und in die Kraftmaschine für die Verbrennung gegangen, wobei folglich die Verdünnung der Einlassluft in dem HP-AIS auf den minimalen Wert abnimmt. Es können z. B. nur Spurenmengen des Abgases – oder kein Abgas – zum Zeitpunkt T₃ in dem HP-AIS vorhanden sein. Der Verdünnungswert der Einlassluft der Kurve 406 zum Zeitpunkt T₃ kann der Schwellenwert sein, auf den im Schritt 310 der Routine 300 Bezug genommen wird. Dementsprechend kann zum Zeitpunkt T₃ ein Öffnungsbetrag des AGR-Ventils vergrößert werden, wie durch die Kurve 404 gezeigt ist. Der Öffnungsbetrag des AGR-Ventils kann z. B. gesteuert werden, um etwa der Pedalposition nachgeführt zu werden, wie oben für das Intervall vor dem Zeitpunkt T₁ erörtert worden ist. Wie durch die Kurve 406 gezeigt ist, verbleibt nach dem Zeitpunkt T₃ die Verdünnung der Einlassluft in dem HP-AIS aufgrund der Transportverzögerung (z. B. da sich die zum Zeitpunkt T₃ beim Öffnen des AGR-Ventils in den Einlasskanal eingeleitete AGR von dem LP-AIS zu dem HP-AIS bewegt) auf dem minimalen Wert. Nach der Transportverzögerung nimmt, wie gezeigt ist, die Verdünnung der Einlassluft in dem HP-AIS auf den gleichen Pegel zu, wie sie vor dem Zeitpunkt T₁ gewesen ist, was eine Sollverdünnung der Einlassluft sein kann.
Es sei angegeben, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Kraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen 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 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 Code graphisch darstellen, der in das computerlesbare Speichermedium in dem Kraftmaschinen-Steuersystem zu programmieren ist.
Es ist klar, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Art sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinn zu betrachten sind, weil zahlreiche Variationen möglich sind. Die obige Technik kann z. B. auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, Boxer-4- und andere Kraftmaschinentypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthält alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderen Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart sind.
Die folgenden Ansprüche legen bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen besonders dar, die als neuartig und nicht offensichtlich betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf "ein" Element oder "ein erstes" Element oder dessen Äquivalent beziehen. Derartige Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente enthalten und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Weitere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch die Darstellung neuer Ansprüche in dieser oder einer in Beziehung stehenden Anmeldung beansprucht werden.

Derartige Ansprüche, ob ihr Umfang umfassender als der, enger als der oder gleich dem Umfang der ursprünglichen Ansprüche ist oder vom Umfang der ursprünglichen Ansprüche verschieden ist, werden außerdem als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet. Zeichenerklärung Fig. 3

302	BESTIMME DIE VERDÜNNUNG DER EINLASSLUFT IN DEM HP-AIS
304	SCHÄTZE DAS KOMPRESSORSTOSSRISIKO
306	IST DIE SCHÄTZUNG DES KOMPRESSORSTOSSRISIKOS < EIN SCHWELLENWERT?
308	SCHLIESSE DAS CBV
310	IST DIE VERDÜNNUNG DER EINLASSLUFT IN DEM HP-AIS < EIN SCHWELLENWERT?
312	STELLE DAS AGR-VENTIL UND DIE AIS-DROSSELKLAPPE EIN, UM DIE SOLLVERDÜNNUNG DER EINLASSLUFT UND DIE SOLLAUFLADUNG BEREITZUSTELLEN, WÄHREND DER SOLL-LUFTSTRÖMUNG/DEM SOLLDREHMOMENT ENTSPROCHEN WIRD
314	ERHALTE DAS AGR-VENTIL GESCHLOSSEN AUFRECHT

Claims

Verfahren für eine Kraftmaschine mit Turbolader, das Folgendes umfasst: Verringern einer Niederdruck-Abgasrückführung (Niederdruck-AGR) beim Vergrößern einer Öffnung eines Kompressorumgehungsventils (CBV); und nach dem Verringern der Öffnung des CBV Vergrößern der AGR nur dann, nachdem die Verdünnung der Einlassluft unter einen Schwellenwert abgenommen hat.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Verringern der Öffnung des CBV umfasst, wenn eine Schätzung des Kompressorstoßrisikos unter einen Schwellenwert abnimmt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Vergrößern der AGR nur dann, nachdem die Verdünnung der Einlassluft unter den Schwellenwert abgenommen hat, Folgendes umfasst: Messen der Verdünnung der Einlassluft stromabwärts des Kompressors; und Einstellen eines Öffnungsbetrags eines AGR-Ventils basierend auf einer Sollverdünnung der Einlassluft nur dann, nachdem die Verdünnung der Einlassluft unter den Schwellenwert abgenommen hat.
Verfahren nach Anspruch 3, das ferner das Aufrechterhalten der verringerten AGR umfasst, wenn die Verdünnung der Einlassluft größer als der Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 4, das ferner dann, nachdem die Verdünnung der Einlassluft unter den Schwellenwert abgenommen hat, das Einstellen einer Luftansaugsystem-Drosselklappe (AIS-Drosselklappe) basierend auf der Sollverdünnung der Einlassluft umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, das ferner das Einstellen der AIS-Drosselklappe und das Einstellen des Öffnungsbetrags des AGR-Ventils basierend auf einer Sollaufladung umfasst.
System für eine Kraftmaschine, das Folgendes umfasst: einen Turbolader, der einen Kompressor, der in einem Einlasskanal angeordnet ist, und eine Turbine, die in einem Auslasskanal angeordnet ist, umfasst, ein Niederdruck-Abgasrückführungssystem (Niederdruck-AGR-System), das einen AGR-Kanal enthält, der den Auslasskanal mit dem Einlasskanal stromaufwärts des Kompressors koppelt; ein Kompressorumgehungsventil (CBV), das in einem CBV-Kanal angeordnet ist, der den Einlasskanal stromabwärts des Kompressors mit dem Einlasskanal stromaufwärts des Kompressors koppelt; einen Einlass-Sauerstoffsensor, der in dem Einlasskanal stromabwärts des Kompressors angeordnet ist; und ein Steuersystem, das mit dem Sensor in Verbindung steht, wobei das Steuersystem nichtflüchtige Anweisungen enthält, um die AGR beim Öffnen des CBV zu verringern und dann die AGR nur dann zu vergrößern, nachdem das CBV geschlossen worden ist und die Verdünnung der Einlassluft unter einen Schwellenwert gefallen ist.
System nach Anspruch 7, das ferner ein AGR-Ventil umfasst, das in dem AGR-Kanal angeordnet ist, wobei das Verringern der AGR das Verringern der Öffnung des AGR-Ventils umfasst und das Vergrößern der AGR das Vergrößern der Öffnung des AGR-Ventils umfasst.
System nach Anspruch 8, das ferner eine Luftansaugsystem-Drosselklappe (AIS-Drosselklappe) umfasst, die stromaufwärts des Kompressors, des AGR-Kanals und des CBV-Kanals angeordnet ist, wobei das Steuersystem ferner nichtflüchtige Anweisungen enthält, um die Einstellung der AIS-Drosselklappe mit der Einstellung des AGR-Ventils zu koordinieren.
System nach Anspruch 9, das ferner eine Drosselklappe, die stromabwärts des Einlass-Sauerstoffsensors angeordnet ist, und ein Ladedrucksteuerventil, das in einem Ladedrucksteuerventil-Kanal, der die Turbine umgeht, angeordnet ist, umfasst.
System nach Anspruch 10, wobei das Steuersystem ferner nichtflüchtige Anweisungen enthält, um die Drosselklappe, das Ladedrucksteuerventil, das AGR-Ventil und die AIS-Drosselklappe basierend auf einer Soll-Luftströmung/einem Solldrehmoment und einer Sollaufladung einzustellen.
System nach Anspruch 11, wobei die Kraftmaschine identische Zwillingsturbolader enthält und wobei die Kompressoren der Turbolader über einen gemeinsamen Einlasskanal stromabwärts der Kompressoren kommunizieren, wobei der Einlass-Sauerstoffsensor in dem gemeinsamen Einlasskanal angeordnet ist.
Verfahren für eine Kraftmaschine, das Folgendes umfasst: bei der Pedalfreigabe, während die Abgasrückführung (AGR) freigegeben ist, Öffnen eines Kompressorumgehungsventils (CBV), das in einem CBV-Kanal angeordnet ist, der einen Turboladerkompressor umgeht, und Verringern der AGR; nachdem eine Schätzung des Kompressorstoßrisikos unter einen Schwellenwert abgenommen hat, Schließen des CBV und Einstellen der AGR basierend auf der Verdünnung der Einlassluft.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner das Bestimmen der Schätzung des Kompressorstoßrisikos basierend auf einem Kompressordruckverhältnis und einer Luftstromgeschwindigkeit durch den Kompressor umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Einstellen der AGR basierend auf der Verdünnung der Einlassluft das Vergrößern der AGR umfasst, wenn die Verdünnung der Einlassluft stromabwärts des Kompressors unter einen Schwellenwert abnimmt.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner das Aufrechterhalten der verringerten AGR umfasst, während die Verdünnung der Einlassluft größer als der Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 16, das ferner dann, nachdem die Verdünnung der Einlassluft unter den Schwellenwert abgenommen hat, das Einstellen einer Luftansaugsystem-Drosselklappe (AIS-Drosselklappe) und des AGR-Ventils basierend auf einer Sollverdünnung der Einlassluft umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner das Einstellen des AGR-Ventils und der AIS-Drosselklappe basierend auf einer Sollaufladung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner vor der Pedalfreigabe, während die AGR freigegeben ist, das Steuern des AGR-Ventils und der AIS-Drosselklappe basierend auf der Sollverdünnung der Einlassluft umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner bei der Pedalfreigabe, während die AGR nicht freigegeben ist, das Öffnen des CBV umfasst, bis die Schätzung des Kompressorstoßrisikos unter den Schwellenwert abnimmt.