DE102014215728A1

DE102014215728A1 - Verfahren und systeme zur druckwellensteuerung

Info

Publication number: DE102014215728A1
Application number: DE201410215728
Authority: DE
Inventors: Gregory Patrick McConville; Julia Helen Buckland
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-08-13
Filing date: 2014-08-08
Publication date: 2015-02-19
Also published as: US20150047343A1; CN104373202A; RU2014133345A; US9151219B2; RU2647167C2; CN104373202B

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum Verbessern eines Spielraums zu einer Druckwelle geschaffen. Ein Kompressor-Rückführungsventil wird während des stationären aufgeladenen Kraftmaschinenbetriebs und des Betriebs in einem Bereich einer weichen Druckwelle in einer halboffenen Position gehalten. Das Ventil wird vollständig geöffnet, um eine harte Druckwelle zu verringern, oder vollständig geschlossen, um eine vorübergehende Erhöhung einer Ladedruckanforderung zu erfüllen.

Description

Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf Verfahren und Systeme zur Verwendung einer Kompressor-Rückführungsströmung, um die Druckwellensteuerung zu verbessern.
Kraftmaschinensysteme können mit Aufladevorrichtungen wie z. B. Turboladern oder Ladern zum Schaffen einer aufgeladenen Luftladung und Verbessern von Spitzenausgangsleistungen konfiguriert sein. Die Verwendung eines Kompressors ermöglicht, dass eine Kraftmaschine mit kleinerem Hubraum so viel Leistung wie eine Kraftmaschine mit größerem Hubraum liefert, jedoch mit zusätzlichen Kraftstoffsparsamkeitsvorteilen. Kompressoren sind jedoch für eine Druckwelle anfällig. Wenn beispielsweise ein Fahrer ein Fahrpedal loslässt, schließt sich eine Kraftmaschineneinlassdrosselklappe, was zu einer verringerten Vorwärtsströmung durch den Kompressor führt, was potentiell eine Kompressordruckwelle verursacht. Die Druckwelle kann zu NVH-Problemen wie z. B. einem unerwünschten Geräusch vom Kraftmaschinen-Einlasssystem führen. An sich kann auf der Basis des Zustandes der Luftströmung und des Ansaugdrucks der Kompressor sich in einem Betriebsbereich einer weichen Druckwelle oder einer harten Druckwelle befinden. Während der harten Druckwelle ermöglicht der Kompressor, dass Luft vorübergehend durch den Kompressor zurückströmt, was zu schnellen Druckoszillationen führt. Während der weichen Druckwelle besteht eine relativ kleinere Instabilität des Kompressorbetriebs.
Um beide Formen einer Kompressordruckwelle anzugehen, können Kraftmaschinensysteme ein Kompressor-Umleitventil umfassen, das über den Kompressor gekoppelt ist, um ein schnelles Abklingen des Ladedrucks zu ermöglichen. Ein Beispiel eines solchen Kompressor-Umleitventils (auch als Kompressor-Rückführungsventil bekannt) ist von Blaiklock et al. in US 2012/0014812 gezeigt. Darin ist das Kompressor-Umleitventil ein offener/geschlossener Typ von Ventil, das während des stationären Kraftmaschinenbetriebs geschlossen gehalten wird und in Reaktion auf irgendeine Angabe einer Druckwelle in die offene Stellung betätigt wird. Durch Öffnen des Ventils wird ein Teil der vom Kompressor ausgelassenen Luft zum Kompressoreinlass zurückgeführt. Noch weitere Methoden können die Verwendung eines vollständig variablen Ventils umfassen, um die Druckwelle anzugehen.
Die Erfinder haben jedoch hier potentielle Probleme bei solchen Systemen erkannt. Als ein Beispiel wird das Ventil von Blaiklock geschlossen gehalten, wenn kein Hinweis auf eine Druckwelle besteht, um die Energieverschwendung und den Kraftstoffverbrauch zu verringern. Insbesondere wenn das Ventil offen gehalten wird (beispielsweise um Druckwellentendenzen zu mildern, bevor eine Druckwelle tatsächlich auftritt), kann der Kompressor nicht den Ladedruck liefern können, der erforderlich ist, um das angeforderte Kraftmaschinendrehmoment zu erfüllen. Die Kraftstoffsparsamkeit wird aufgrund der zusätzlichen Kompressorarbeit auch verschlechtert, die durch eine erhöhte Turbinenarbeit kompensiert werden muss. Energie kann auch erforderlich sein, um das Ventil in der offenen Position zu halten. Die Erfinder haben erkannt, dass eine solche Methode tatsächlich dazu führen kann, dass mehr Energie verschwendet wird. Dies liegt daran, dass der Spielraum bis zur Druckwellengrenze während stationärer Bedingungen kleiner sein kann, wenn das Ventil geschlossen gehalten wird, was eine häufige Druckwelle verursacht und erfordert, dass das Ventil häufig geöffnet wird. An sich verbraucht dies Energie. Wenn die Druckwelle aufgrund eines Fahrpedallöseereignisses durch den Fahrer verursacht wird, dem bald ein Fahrpedaltrittereignis durch den Fahrer folgt, ist außerdem Energie wieder erforderlich, um das Ventil in die geschlossene Stellung zu betätigen und den Ladedruck zu erhöhen. Dies kann das Drehmomentansprechvermögen verschlechtern. Insbesondere wenn die Druckwelle durch Öffnen des Ventils in Reaktion auf ein Fahrpedallöseereignis, dem bald ein Fahrpedaltrittereignis folgt, vermieden wird, dauert es mehr Zeit, den Ladedruck wiederherzustellen und ein Kraftmaschinendrehmoment zu liefern, als wenn das Ventil nicht vollständig geöffnet worden wäre.
Noch ferner kann das Ventil von Blaiklock nicht eine harte Druckwelle und eine weiche Druckwelle gleich gut angehen können. Das Öffnen des Kompressor-Umleitventils und der resultierende schnelle Anstieg der Kompressorströmung kann beispielsweise beim Angehen einer harten Druckwelle, die während Übergangsbedingungen wie z. B. Fahrpedallösen stattfindet, aber keiner weichen Druckwelle, die während stationärer Bedingungen auftreten kann, besser sein. Insbesondere kann die große Ansaugdruckverringerung, die mit dem Ventilöffnen verbunden ist, die Kraftmaschinenleistung während der Bedingungen einer weichen Druckwelle verringern, wenn das Ventil in die offene Stellung befohlen wird.
Angesichts dieser Probleme haben die Erfinder hier erkannt, dass es vorteilhaft sein kann, das Ventil teilweise offen zu halten und zumindest einige Kompressorströmung während stationärer Bedingungen zurückzuführen, bevor ein Hinweis auf eine Druckwelle empfangen wird, selbst wenn eine kleine Menge an Energie dabei verbraucht wird. In einem Beispiel werden die obigen Probleme durch ein Verfahren für eine aufgeladene Kraftmaschine mit einem Kompressor-Rückführungsventil angegangen, das zwischen mehreren Positionen geschaltet werden kann, einschließlich mindestens einer vollständig offenen Position, einer vollständig geschlossenen Position und einer halboffenen Position. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Betreiben einer Kraftmaschine ohne Druckwelle mit einem Ventil, das einen Kompressorauslass mit einem Kompressoreinlass in einer halboffenen Position koppelt; in Reaktion auf eine Angabe einer weniger starken Druckwelle oder keiner Druckwelle Halten des Ventils in der halboffenen Position und in Reaktion auf eine Angabe einer stärkerem Druckwelle Schalten des Ventils von der halboffenen Position in eine vollständig offene Position. In dieser Weise können sowohl eine harte als auch eine weiche Druckwelle mit verringerter Energienutzung angegangen werden, während das Drehmomentansprechvermögen verbessert wird.
Ein aufgeladenes Kraftmaschinensystem kann beispielsweise ein Kompressor-Rückführungsventil umfassen, das in einem Durchgang angeordnet ist, der den Kompressorauslass mit dem Kompressoreinlass koppelt. Das Ventil kann eine halboffene Vorgabeposition während stationärer aufgeladener Betriebsbedingungen aufweisen. Das Ventil kann passiv in der halboffenen Position gehalten werden, ohne einen externen Aktuator zu betätigen, der mit dem Ventil gekoppelt ist, durch ein Paar von entgegengesetzten Federn, die vorbelastet und vorkomprimiert sind. Die vorbelasteten Federn halten das Ventil in der halboffenen Vorgabeposition und ermöglichen, dass eine nominale Durchflussrate über dem Kompressor geschaffen wird. An sich vergrößert dies den Spielraum bis zu einer Grenze für harte und weiche Druckwellen, was die Neigung zu einer Druckwelle verringert und dadurch den Bedarf an einer Ventilbetätigung verringert. Durch Verringern des Bedarfs an einer Ventilbetätigung, während der Druckwellenspielraum während der stationären Bedingungen verbessert wird, wird die Energienutzung verringert. Das Ventil kann in der halboffenen Vorgabeposition gehalten werden, um das Auftreten einer weichen Druckwelle zu verringern. In Reaktion auf eine Angabe einer harten Druckwelle (wie z. B. während eines Fahrpedallösens) kann der externe Aktuator in der Öffnungsrichtung erregt werden, um das Ventil von der halboffenen Position in eine vollständig offene Position zu bewegen. Durch Öffnen des Ventils in einem größeren Grad wird eine schnelle Erhöhung der Kompressor-Durchflussrate geschaffen, um die harte Druckwelle im Wesentlichen unverzüglich anzugehen. Demgegenüber kann in Reaktion auf eine plötzliche Erhöhung der Drehmomentanforderung (wie z. B. während eines Fahrpedaltretens) der externe Aktuator in der Schließrichtung erregt werden, um das Ventil von der halboffenen Position in eine vollständig geschlossene Position zu bewegen. Während die Kraftmaschinenleistung schnell erhöht wird, wird hier das Ventil geschlossen, um eine schnelle Erhöhung des Ladedrucks zu ermöglichen.
Unter Verwendung eines Kompressor-Rückführungsventils, das während stationärer Bedingungen teilweise offen ist, wird in dieser Weise ein Spielraum bis zu einer Druckwelle verbessert und das Druckwellenauftreten wird verringert. Wenn eine Druckwelle (z. B. harte Druckwelle) auftritt, kann ferner das Ventil schnell in eine vollständig offene Position überführt werden, wodurch eine Ansprechzeit auf eine harte Druckwelle verbessert wird. Ebenso kann das Ventil schnell in eine vollständig geschlossene Position überführt werden, um den Ladedruck zu erhöhen, was eine Übergangsdrehmomentreaktion und ein Fahrverhalten verbessert. Die Integration eines halboffenen Modus verbessert im Wesentlichen den Spielraum bis zu einer Grenze für harte und weiche Druckwellen gegenüber herkömmlichen offenen/geschlossenen Kompressor-Druckwellenventilen, die Positionsbegrenzungen aufweisen, ohne zusätzliche Energie aufzuwenden. Dies ermöglicht, dass das Ventil mit drei Zuständen sowohl eine harte Druckwelle als auch eine weiche Druckwelle besser angeht. Im Vergleich zu vollständig variablen Ventilen bietet außerdem das Ventil mit drei Zuständen Vorteile von geringeren Kosten und geringerer Komplexität. Ferner verbraucht das Ventil wesentlich geringere Mengen an Energie unter den meisten Kraftmaschinenbetriebsbedingungen. Das Druckausgleichsventil, das als elektronischer Drosselklappenkörper konfiguriert ist, kann beispielsweise vollständig variabel sein, kann jedoch sehr wenig Energie in irgendeinem stationären Zustand verwenden. Insgesamt kann die Druckwelle mit einem einfacheren Ventil angegangen werden.
Selbstverständlich ist die obige Zusammenfassung vorgesehen, um eine Auswahl von Konzepten, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden, in vereinfachter Form einzuführen. Sie soll keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstandes identifizieren, dessen Schutzbereich nur durch die Ansprüche definiert ist, die der ausführlichen Beschreibung folgen. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen begrenzt, die irgendwelche vorstehend oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angegebenen Nachteile lösen.
1 zeigt einen Beispiel-Kraftmaschinenluftweg eines aufgeladenen Kraftmaschinensystems mit einem Kompressor-Rückführungsventil.
2–3 zeigen ausführliche Ausführungsformen des Kompressor-Rückführungsventils von 1.
4 zeigt ein Kompressorkennfeld, das Grenzen für harte und weiche Druckwellen zeigt.
5 zeigt einen Ablaufplan hoher Ebene, der eine Routine darstellt, die zum Einstellen einer Position des Kompressor-Rückführungsventils von 1–2 in Reaktion auf eine Angabe einer Druckwelle implementiert werden kann.
6 zeigt Beispiel-Kompressor-Rückführungsventileinstellungen während variierender Kraftmaschinenbetriebsbedingungen gemäß der vorliegenden Offenbarung.
7–8 zeigen alternative Ausführungsformen des Kompressor-Rückführungsventils von 1.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zum Angehen einer Kompressor-Druckwelle in einem aufgeladenen Kraftmaschinensystem wie z. B. dem System von 1 unter Verwendung eines Kompressor-Rückführungsventils mit drei Zuständen wie z. B. des Ventils von 2–3. Eine Steuereinheit kann dazu konfiguriert sein, eine Steuerroutine wie z. B. die Routine von 5 durchzuführen, um die Position des Ventils auf der Basis von Kraftmaschinenbetriebsbedingungen einzustellen. Die Steuereinheit kann das Ventil während stationärer Kraftmaschinenbetriebsbedingungen sowie in Reaktion auf eine weiche Druckwelle in einer halboffenen Vorgabeposition halten. In Reaktion auf eine harte Druckwelle kann das Ventil in eine vollständig offene Position geschaltet werden. Demgegenüber kann während einer vorübergehenden Erhöhung der Drehmomentanforderung das Ventil in eine vollständig geschlossene Position geschaltet werden. Die Steuereinheit kann auf ein Kompressorkennfeld wie z. B. das Kennfeld von 4 Bezug nehmen, um Bedingungen für eine harte und eine weiche Druckwelle identifizierten. Beispiel-Ventileinstellungen werden mit Bezug auf 6 beschrieben. In dieser Weise wird die Druckwelle besser angegangen und die Leistung der aufgeladenen Kraftmaschine wird verbessert.
1 stellt ein Kraftmaschinensystem 100 für ein Fahrzeug dar. Das Fahrzeug kann ein Straßenfahrzeug mit Antriebsrädern, die mit einer Straßenoberfläche in Kontakt stehen, sein. Das Kraftmaschinensystem 100 umfasst eine Kraftmaschine 10, die mehrere Zylinder umfasst. 1 beschreibt einen solchen Zylinder oder eine Brennkammer im Einzelnen. Die verschiedenen Komponenten der Kraftmaschine 10 können durch eine elektronische Kraftmaschinensteuereinheit 12 gesteuert werden. Die Kraftmaschine 10 umfasst eine Brennkammer 30 und Zylinderwände 32, wobei ein Kolben 36 darin angeordnet ist und mit einer Kurbelwelle 40 verbunden ist. Die Brennkammer 30 ist mit einem Einlasskrümmer 144 und einem Auslasskrümmer 148 über ein jeweiliges Einlassventil 152 und Auslassventil 154 in Verbindung gezeigt. Jedes Einlass- und Auslassventil kann durch einen Einlassnocken 51 und einen Auslassnocken 53 betätigt werden. Alternativ können eines oder mehrere der Einlass- und Auslassventile durch eine elektromechanisch gesteuerte Ventilspulen- und Ventilankeranordnung betätigt werden. Die Position des Einlassnockens 51 kann durch einen Einlassnockensensor 55 bestimmt werden. Die Position des Auslassnockens 53 kann durch einen Auslassnockensensor 57 bestimmt werden.
Eine Kraftstoffeinspritzdüse 66 ist zum Einspritzen von Kraftstoff direkt in den Zylinder 30 positioniert gezeigt, was dem Fachmann auf dem Gebiet als Direkteinspritzung bekannt ist. Alternativ kann Kraftstoff in einen Einlasskanal eingespritzt werden, was dem Fachmann auf dem Gebiet als Kanaleinspritzung bekannt ist. Die Kraftstoffeinspritzdüse 66 liefert flüssigen Kraftstoff im Verhältnis zur Impulsbreite eines Signals FPW von der Steuereinheit 12. Der Kraftstoff wird zur Kraftstoffeinspritzdüse 66 durch ein Kraftstoffsystem (nicht dargestellt) mit einem Kraftstofftank, einer Kraftstoffpumpe und einer Kraftstoffverteilerleitung zugeführt. Die Kraftstoffeinspritzdüse 66 wird mit Betriebsstrom vom Treiber 68 versorgt, der auf die Steuereinheit 12 reagiert. Außerdem ist ein Einlasskrümmer 144 mit einer wahlweisen elektronischen Drosselklappe 62 in Verbindung gezeigt, die eine Position einer Drosselplatte 64 einstellt, um die Luftströmung zum Kraftmaschinenzylinder 30 zu steuern. Dies kann das Steuern einer Luftströmung von aufgeladener Luft von der Einlassaufladekammer 146 umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die Drosselklappe 62 weggelassen werden und die Luftströmung zur Kraftmaschine kann über eine einzelne Lufteinlasssystem-Drosselklappe (AIS-Drosselklappe) 82 gesteuert werden, die mit einem Lufteinlassdurchgang 42 gekoppelt ist und stromaufwärts der Aufladekammer 146 angeordnet ist.
In einigen Ausführungsformen ist die Kraftmaschine 10 dazu konfiguriert, eine Abgasrückführung oder AGR vorzusehen. Wenn sie enthalten ist, wird die AGR über einen AGR-Durchgang 135 und ein AGR-Ventil 138 zum Kraftmaschinen-Lufteinlasssystem in einer Position stromabwärts der Lufteinlasssystem-Drosselklappe (AIS-Drosselklappe) 82 von einem Ort im Auslasssystem stromabwärts der Turbine 164 zugeführt. Die AGR kann vom Auslasssystem zum Einlassluftsystem gesaugt werden, wo eine Druckdifferenz besteht, um die Strömung anzutreiben. Eine Druckdifferenz kann durch teilweises Schließen der AIS-Drosselklappe 82 erzeugt werden. Die Drosselplatte 84 steuert den Druck am Einlass in den Kompressor 162. Das AIS kann elektrisch gesteuert werden und seine Position kann auf der Basis eines optionalen Positionssensors 88 eingestellt werden.
Der Kompressor 162 saugt Luft vom Lufteinlassdurchgang 42 zur Versorgung der Aufladekammer 146. In einigen Beispielen kann der Lufteinlassdurchgang 42 einen Luftkasten (nicht dargestellt) mit einem Filter umfassen. Abgase drehen die Turbine 164, die mit dem Kompressor 162 über eine Welle 161 gekoppelt ist. Ein durch Unterdruck betätigter Ladedruckbegrenzer-Aktuator 72 ermöglicht, dass Abgase die Turbine 164 umgehen, so dass der Ladedruck unter veränderlichen Betriebsbedingungen gesteuert werden kann. In alternativen Ausführungsformen kann der Ladedruckbegrenzer-Aktuator durch Druck oder elektrisch betätigt werden. Der Ladedruckbegrenzer 72 kann in Reaktion auf eine erhöhte Ladedruckanforderung wie z. B. während eines Fahrpedaltretens durch den Fahrer geschlossen werden (oder eine Öffnung des Ladedruckbegrenzers kann verkleinert werden). Durch Schließen des Ladedruckbegrenzers können Abgasdrücke stromaufwärts der Turbine erhöht werden, was die Turbinendrehzahl und Spitzenausgangsleistung erhöht. Dies ermöglicht, dass der Ladedruck erhöht wird. Außerdem kann der Ladedruckbegrenzer in Richtung der geschlossenen Position bewegt werden, um den gewünschten Ladedruck aufrechtzuerhalten, wenn das Kompressor-Rückführungsventil teilweise offen ist. In einem anderen Beispiel kann der Ladedruckbegrenzer 72 in Reaktion auf eine verringerte Ladedruckanforderung wie z. B. während eines Fahrpedallösens durch den Fahrer geöffnet werden (oder eine Öffnung des Ladedruckbegrenzers kann vergrößert werden). Durch Öffnen des Ladedruckbegrenzers können Abgasdrücke verringert werden, was die Turbinendrehzahl und die Turbinenleistung verringert. Dies ermöglicht, dass der Ladedruck gesenkt wird.
Das Kompressor-Rückführungsventil 158 (CRV) kann in einem Kompressor-Rückführungspfad 159 um den Kompressor 162 vorgesehen sein, so dass sich Luft vom Kompressorauslass zum Kompressoreinlass bewegen kann, um einen Druck zu verringern, der sich über dem Kompressor 162 entwickeln kann. Ein Ladeluftkühler 157 kann im Durchgang 146 stromaufwärts vom Kompressor 162 zum Kühlen der aufgeladenen Luftladung, die zum Kraftmaschineneinlass zugeführt wird, angeordnet sein. Im dargestellten Beispiel ist der Kompressor-Rückführungspfad 159 dazu konfiguriert, gekühlte komprimierte Luft von stromabwärts des Ladeluftkühlers 157 zum Kompressoreinlass zurückzuführen. In alternativen Beispielen kann der Kompressor-Rückführungspfad 159 dazu konfiguriert sein, komprimierte Luft von stromabwärts des Kompressors und stromaufwärts des Ladeluftkühlers 157 zum Kompressoreinlass zurückzuführen. Das CRV 158 kann über ein elektrisches Signal von der Steuereinheit 12 geöffnet und geschlossen werden. Wie mit Bezug auf 2–3 ausgearbeitet, kann das CRV 158 als Ventil mit drei Zuständen mit einer halboffenen Vorgabeposition, von der es in eine vollständig offene Position oder eine vollständig geschlossene Position bewegt werden kann, konfiguriert sein. Die halboffene Position kann während stationärer aufgeladener Kraftmaschinenbetriebsbedingungen, sowie wenn sie in einem Bereich einer weichen Druckwelle arbeitet, aufrechterhalten werden. Indem das Ventil während solcher Bedingungen teilweise offen gehalten wird, kann zumindest einige komprimierte Luft vom Kompressorauslass stromaufwärts oder stromabwärts des Ladeluftkühlers zum Kompressoreinlass zurückgeführt werden und einiger Ladedruck kann gemildert werden, was den Spielraum bis zu einer Druckwelle verbessert.
Das Ventil kann ein Paar von entgegengesetzten Federn umfassen, die über Federkompressionskräfte passiv das Ventil in der halboffenen Position halten. Jede Feder kann unterschiedlich vorbelastet und vorkomprimiert sein, um eine ausgewählte effektive Federrate zu schaffen. Das Paar von entgegengesetzten Federn kann beispielsweise eine innere Feder mit einer höheren Vorbelastung und einer niedrigeren effektiven Federrate und eine äußere Feder mit einer niedrigeren Vorbelastung und einer höheren effektiven Federrate umfassen. Die Federn können derart angeordnet sein, dass, wenn jede Feder über die Vorbelastung teilweise komprimiert ist, die Kompressionskraft von den Federn das Ventil in der halboffenen Position hält. Ein externer Aktuator wie z. B. ein elektrisch betätigtes Solenoid oder eine pneumatisch betätigte Membran oder ein pneumatisch betätigter Kolben kann durch die Steuereinheit betätigt werden, um die Belastung und Kompression jeder Feder einzustellen, um dadurch das Ventil in die vollständig offene oder vollständig geschlossene Position zu bewegen. Mit anderen Worten, das Ventil wird durch die Federn ohne Betätigung des externen Aktuators passiv in der halboffenen Position gehalten und dann durch Betätigen des externen Aktuators aktiv in die vollständig offene oder vollständig geschlossene Position bewegt.
Es ist zu erkennen, dass, obwohl die erörterte Ausführungsform des CRV ein Paar von entgegengesetzten Federn mit einer inneren Feder mit einer höheren Vorbelastung und einer niedrigeren effektiven Federrate und einer äußeren Feder mit einer niedrigeren Vorbelastung und einer höheren effektiven Federrate umfasst, in alternativen Ausführungsformen die Federraten und Vorbelastungen der inneren Feder und der äußeren Feder dazu ausgelegt sein können, die teilweise offene Ventilposition in Gegenwart eines Gasdrucks aufrechtzuerhalten, während die Aktuatorkraft minimiert wird, die erforderlich ist, um das Ventil in der vollständig offenen oder vollständig geschlossenen Position zu halten.
Das Ventil kann in Reaktion auf eine Bedingung einer harten Druckwelle vollständig geöffnet werden, um den Ladedruck schnell zu verringern und die Kompressorströmung zu verbessern. Wenn beispielsweise ein Fahrer ein Fahrpedal loslässt, schließt sich die Drosselklappe 62, um die Luftströmung zu verringern. Dies führt zu einer verringerten Vorwärtsströmung durch den Kompressor, was eine Kompressor-Druckwelle verursachen kann, was die Turboladerleistung verschlechtert. Durch vollständiges Öffnen des CRV 158 in Reaktion auf eine harte Druckwelle wird die Kompressor-Betriebsbedingung von einer Druckwellengrenze oder einem Druckwellenbereich weg bewegt. Insbesondere kann die Druckdifferenz über dem Kompressor verringert werden und die Durchflussrate durch den Kompressor wird erhöht. Das Ventil kann in Reaktion auf eine vorübergehende Erhöhung der Drehmomentanforderung vollständig geschlossen werden, um den Ladedruck schnell zu erhöhen und das Übergangsdrehmomentansprechvermögen zu verbessern. Durch Schließen des CRV in Reaktion auf eine vorübergehende Erhöhung der Drehmomentanforderung wird insbesondere ein größerer Anteil von aufgeladener Luftladung zum Kraftmaschine-Einlasskrümmer zugeführt, was das Kraftmaschinendrehmoment erhöht und mehr Leistung zur Turbine liefert. Dies ermöglicht, dass Aufladepegel schneller erhöht werden.
Eine Kraftmaschinensteuereinheit kann ein Kennfeld wie z. B. das Kennfeld von 4 verwenden, um zu identifizieren, ob der Kompressor in oder um einen Druckwellenbereich arbeitet. Insbesondere zeigt das Kennfeld 400 von 4 eine Änderung des Kompressor-Druckverhältnisses (entlang der y-Achse) bei verschiedenen Kompressor-Durchflussraten (entlang der x-Achse). Das Kennfeld umfasst Konturlinien 405, die eine konstante Kompressordrehzahl darstellen. Die Linie 402 zeigt eine Linie einer harten Druckwelle (oder eine Grenze einer harten Druckwelle) für die gegebenen Betriebsbedingungen. Der Kompressorbetrieb links von der Linie 402 der harten Druckwelle führt zu einem Betrieb in einem Bereich 404 einer harten Druckwelle (schraffierter Bereich). An sich führt der Kompressorbetrieb im Bereich 404 der harten Druckwelle zu unangenehmem NVH und einer potentiellen Verschlechterung der Kraftmaschinenleistung. Die harte Druckwelle kann während vorübergehender Bedingungen auftreten, wenn die Kraftmaschinen-Luftströmungsanforderung plötzlich abnimmt wie z. B. während eines Fahrpedallösens durch den Fahrer. Diese Bedingung erfordert typischerweise eine schnelle Verringerung des Kompressorauslassdrucks oder eine schnelle Erhöhung der Rückführungsströmung durch den Kompressor, um die verringerte Strömung zur Kraftmaschine zu kompensieren. In diesem Bereich kann das CRV von der halboffenen Position in die vollständig offene Position geschaltet werden, um den Kompressorbetrieb von der Grenze 402 der harten Druckwelle weg zu bewegen, insbesondere nach rechts von der Druckwellengrenze 402.
Die weiche Druckwelle kann im weichen Bereich 406 des Kompressorkennfeldes während eines Fahrpedallösens durch den Fahrer oder stationärer Bedingungen auftreten, wobei die Kraftmaschine das Aufrechterhalten eines aufgeladenen Ansaugdrucks erfordert. Hier ist das Erhöhen der Strömung durch den Kompressor ohne Abfall des Ladedrucks erwünscht. Indem das Ventil teilweise offen gehalten wird, wird folglich zumindest eine gewisse Erhöhung der Luftströmung durch den Kompressor ermöglicht, ohne den Ladedruck zu verringern. Wenn ein Ein/Aus-Kompressor-Rückführungsventil verwendet werden würde, wäre demgegenüber die einzige Handlung, die mit dem Ventil unternommen werden könnte, es vollständig zu öffnen, was zu einem verringerten Ladedruck und einem geringeren Kraftmaschinendrehmoment führen würde. Da dies unwahrscheinlich annehmbar ist, müsste die Kraftmaschine entweder im Bereich der weichen Druckwelle arbeiten oder irgendeine andere Handlung könnte unternommen werden, um sich von der weichen Druckwelle weg zu bewegen, wie z. B. Ändern des Getriebegangs.
Mit Rückkehr zu 1 liefert ein verteilerloses Zündsystem 90 einen Zündfunken zur Brennkammer 30 über eine Zündkerze 92 in Reaktion auf die Steuereinheit 12. Ein universeller Abgassauerstoffsensor (UEGO-Sensor) 126 ist mit dem Auslasskrümmer 148 stromaufwärts eines Katalysators 70 gekoppelt gezeigt. Alternativ kann der UEGO-Sensor 126 gegen einen Abgassauerstoffsensor mit zwei Zuständen ausgetauscht werden. Der Katalysator 70 kann in einem Beispiel mehrere Katalysatorbausteine umfassen. In einem anderen Beispiel können mehrere Abgasreinigungsvorrichtungen jeweils mit mehreren Bausteinen verwendet werden. Der Katalysator 70 kann in einem Beispiel ein Dreiwege-Katalysator sein. Obwohl das dargestellte Beispiel den UEGO-Sensor 126 stromaufwärts der Turbine 164 zeigt, ist zu erkennen, dass der UEGO-Sensor in alternativen Ausführungsformen im Auslasskrümmer stromabwärts der Turbine 164 und stromaufwärts des Katalysators 70 angeordnet sein kann.
Die Steuereinheit 12 ist in 1 als herkömmlicher Mikrocomputer gezeigt, der umfasst: eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingabe/Ausgabe-Anschlüsse 104, einen Festwertspeicher 106, einen Direktzugriffsspeicher 108, einen Haltespeicher 110 und einen herkömmlichen Datenbus. Die Steuereinheit 12 ist verschiedene Signale von mit der Kraftmaschine 10 gekoppelten Sensoren zusätzlich zu den vorher erörterten Signalen empfangend gezeigt, einschließlich: der Kraftmaschinen-Kühlmitteltemperatur (ECT) vom Temperatursensor 112, der mit einer Kühlhülse 114 gekoppelt ist; eines Positionssensors 134, der mit einem Fahrpedal 130 gekoppelt ist, zum Erfassen der Fahrpedalposition (PP), die durch einen Fuß 132 eines Fahrzeugfahrers eingestellt wird; eines Klopfsensors zum Bestimmen der Zündung von Endgasen (nicht dargestellt); einer Messung des Kraftmaschinen-Krümmerdrucks (MAP) vom Drucksensor 121, der mit dem Einlasskrümmer 144 gekoppelt ist; einer Messung des Ladedrucks vom Drucksensor 122, der mit der Aufladekammer 146 gekoppelt ist; eines Kraftmaschinenpositionssensors von einem Hall-Effekt-Sensor 118, der die Position der Kurbelwelle 40 erfasst; einer Messung der in die Kraftmaschine eintretenden Luftmasse vom Sensor 120 (z. B. ein Hitzdraht-Luftdurchflussmesser); und einer Messung einer Drosselklappenposition vom Sensor 58. Der Luftdruck kann zur Verarbeitung durch die Steuereinheit 12 auch erfasst werden (Sensor nicht gezeigt). In einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Beschreibung erzeugt der Kraftmaschinen-Positionssensor 118 eine vorbestimmte Anzahl von gleich beabstandeten Impulsen bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle, aus denen die Kraftmaschinendrehzahl (RPM) bestimmt werden kann.
In einigen Ausführungsformen kann die Kraftmaschine mit einem Elektromotor/Batterie-System in einem Hybridfahrzeug gekoppelt sein. Das Hybridfahrzeug kann eine parallele Konfiguration, eine Reihenkonfiguration oder eine Variation oder Kombinationen davon aufweisen. Ferner können in einigen Ausführungsformen andere Kraftmaschinenkonfigurationen verwendet werden, beispielsweise eine Dieselkraftmaschine.
Während des Betriebs wird jeder Zylinder innerhalb der Kraftmaschine 10 typischerweise einem Vier-Takt-Zyklus unterzogen: der Zyklus umfasst den Einlasshub, den Kompressionshub, den Expansionshub und den Auslasshub. Während des Einlasshubs schließt sich im Allgemeinen das Auslassventil 154 und das Einlassventil 152 öffnet sich. Luft wird in die Brennkammer 30 über den Einlasskrümmer 144 eingeführt und der Kolben 36 bewegt sich zur Unterseite des Zylinders, um das Volumen innerhalb der Brennkammer 30 zu vergrößern. Die Position, in der sich der Kolben 36 nahe der Unterseite des Zylinders und am Ende seines Hubs befindet (z. B. wenn die Brennkammer 30 auf ihrem größten Volumen liegt), wird vom Fachmann auf dem Gebiet typischerweise als unterer Totpunkt (BDC) bezeichnet. Während des Kompressionshubs werden das Einlassventil 152 und das Auslassventil 154 geschlossen. Der Kolben 36 bewegt sich in Richtung des Zylinderkopfs, um die Luft innerhalb der Brennkammer 30 zu komprimieren. Der Punkt, an dem sich der Kolben 36 am Ende seines Hubs und am nächsten zum Zylinderkopf befindet (z. B. wenn die Brennkammer 30 auf ihrem kleinsten Volumen liegt), wird vom Fachmann auf dem Gebiet typischerweise als oberer Totpunkt (TDC) bezeichnet. In einem Prozess, der nachstehend als Einspritzung bezeichnet wird, wird Kraftstoff in die Brennkammer eingeführt. In einem Prozess, der nachstehend als Zündung bezeichnet wird, wird der eingespritzte Kraftstoff durch bekannte Zündmittel wie z. B. eine Zündkerze 92 gezündet, was zur Verbrennung führt. Während des Expansionshubs schieben die expandierenden Gase den Kolben 36 zum BDC zurück. Die Kurbelwelle 40 wandelt die Kolbenbewegung in ein Drehmoment der Drehwelle um. Während des Auslasshubs öffnet sich schließlich das Auslassventil 154, um das verbrannte Luft/Kraftstoff-Gemisch an den Auslasskrümmer 148 abzugeben, und der Kolben kehrt zum TDC zurück. Es ist zu beachten, dass das Obige lediglich als Beispiel beschrieben ist und dass die Einlass- und Auslassventil-Öffnungs- und/oder Schließzeitpunkte variieren können, wie z. B. um eine positive oder negative Ventilüberlappung, ein spätes Einlassventilschließen oder verschiedene andere Beispiele zu schaffen.
Wenn man sich nun 2 zuwendet, ist eine Beispielausführungsform 200 des Kompressor-Rückführungsventils (158) von 1 gezeigt. 3 zeigt eine Beispielausführungsform 300 des Ventils in den verschiedenen Verlagerungszuständen.
Die Ausführungsform 200 zeigt das CRV 158 im halboffenen Vorgabezustand. Das Ventil 158 kann mit einer Aufladeeinlasskammer 146 gekoppelt sein, so dass im halboffenen Zustand ein Teil der gekühlten komprimierten Luft, die von stromabwärts des Ladeluftkühlers empfangen wird, in den Durchgang 159 zur Zufuhr zum Kompressoreinlass zurückgeführt werden kann.
Das Ventil 158 kann einen Ventilschaft 206, einen Ventilkopf 204 und einen Ventilkörper 202 umfassen. Der Ventilkopf 204 kann über den Ventilschaft 206 in eine Ventilöffnung 205 verlagert, beispielsweise angehoben oder abgesenkt werden, um eine Menge einer Luftströmung 208 durch das Ventil zu verändern. Ein Paar von abgestuften Leisten mit einer oberen Leiste 214 und einer unteren Leiste 216 kann mit dem Ventilschaft 206 gekoppelt sein. Eine bewegliche Haltebeilagscheibe 218 kann auch mit dem Ventilschaft 206 gekoppelt sein. In der Vorgabeposition kann die bewegliche Haltebeilagscheibe 218 unmittelbar unter der oberen Leiste 214 gehalten werden. Eine unbewegliche Haltebeilagscheibe 220 kann in einer Reihe mit der oberen Leiste 214 in der Vorgabeposition angeordnet sein. Durch Anheben oder Absenken des Ventilkopfs 204 innerhalb der Ventilöffnung 205 kann die bewegliche Haltebeilagscheibe 218 relativ zu einer unbeweglichen Haltebeilagscheibe 220 verlagert werden (insbesondere wenn zwischen der Vorgabemittelposition und der geschlossenen Position übergegangen wird. Wenn das Ventil mehr offen ist als in der Vorgabeposition, bewegt sich die bewegliche Haltebeilagscheibe an sich nicht).
Das Ventil kann ferner ein Federsystem 203 mit einem Paar von entgegengesetzten Federn umfassen. Das Paar von Federn ist dazu konfiguriert, das Ventil über die Wirkung von Federkompressionskräften in der halboffenen Position zu halten. Das Paar von entgegengesetzten Federn kann eine innere Feder 212 und eine äußere Feder 210 umfassen. Die erste, innere Feder kann eine erste effektive Federrate aufweisen, die von einer zweiten effektiven Federrate der zweiten, äußeren Feder verschieden ist. In einem Beispiel kann die erste, innere Feder eine im Wesentlichen nicht-lineare effektive Federrate aufweisen und die zweite, äußere Feder kann eine im Wesentlichen lineare effektive Federrate aufweisen. In einem anderen Beispiel kann die zweite, äußere Feder eine im Wesentlichen nicht-lineare effektive Federrate aufweisen und die erste, innere Feder kann eine im Wesentlichen lineare effektive Federrate aufweisen. Alternativ kann jede der ersten und der zweiten Feder jeweils eine lineare oder nicht-lineare effektive Federrate aufweisen. In einem Beispiel kann die Federrate der ersten, inneren Feder niedriger sein als die Federrate der zweiten Feder. In einem anderen Beispiel kann die Federrate der ersten, inneren Feder höher sein als die Federrate der zweiten Feder. Wenn sie zusammen komprimiert werden, können die Federn außerdem eine effektive Federrate aufweisen, die mit der Verlagerung des Ventilkopfs 204 in der Öffnung 205 variiert. Es ist zu beachten, dass die innere Feder weiter komprimiert wird, wenn sich der Ventilschaft von der Vorgabeposition nach oben bewegt, während die äußere Feder unbeeinflusst ist. Ebenso wird die äußere Feder weiter komprimiert, wenn sich der Ventilschaft von der Vorgabeposition nach unten bewegt, während die innere Feder unbeeinflusst ist.
Es sollte beachtet werden, dass alternative Federanordnungen, die einen ähnlichen Effekt erreichen, möglich sind, wie z. B. obere und untere Federn anstelle von inneren und äußeren Federn. Es ist auch möglich, die Funktion der inneren und der äußeren Feder zu vertauschen, so dass sie in der entgegengesetzten Richtung von der gezeichneten Ausführungsform wirken. In jeder Ausführungsform ist die Basis, dass die Federn wirken, um das Ventil in entgegengesetzten Richtungen zu drängen, und dass jede Feder vorkomprimiert ist, so dass eine signifikante externe Kraft erforderlich ist, um das Ventil in der einen oder anderen Richtung zu bewegen.
Das Ventil 158 kann ferner einen externen Aktuator 222 umfassen, der auf der Basis von Signalen, die von der Steuereinheit 12 empfangen werden, betätigt wird. Wenn er betätigt wird, kann der externe Aktuator 222 am Ventilschaft 206 ziehen, um den Ventilkopf 204 aus der Öffnung 205 zu ziehen. Dies vergrößert die Größe des Spalts 207 und erhöht dadurch die Luftströmung durch das Ventil. Alternativ kann der externe Aktuator 222 den Ventilkopf 204 weiter in die Öffnung 205 schieben, um die Größe des Spalts 207 zu verkleinern und dadurch die Luftströmung durch das Ventil zu verringern. In einem Beispiel kann der externe Aktuator 222 ein Gegentakt-Solenoid sein, das durch die Steuereinheit 12 elektrisch betätigt wird. Wie mit Bezug auf 3 ausgearbeitet, kann das Solenoid zum Ziehen erregt werden, um das Ventil in die vollständig offene Position zu bewegen, und zum Schieben erregt werden, um das Ventil in die vollständig geschlossene Position zu bewegen. In einem anderen Beispiel kann der externe Aktuator 222 eine Membran oder ein Kolben sein, der pneumatisch durch die Steuereinheit 12 betätigt wird. In der pneumatischen Ausführungsform kann die Membran einem einstellbaren Luftdruck (oder Unterdruck) auf einer Seite ausgesetzt sein und dem Atmosphärendruck auf der anderen Seite ausgesetzt sein. Durch Verändern des auf die Membran aufgebrachten Luftdrucks kann der Aktuator geschoben oder gezogen werden, um dadurch die Position des Ventilkopfs 204 in der Öffnung 205 zu verändern.
Im halboffenen Zustand, wie in 2 gezeigt, sind sowohl die innere Feder 212 als auch die äußere Feder 210 teilweise komprimiert. Insbesondere können die Federn vorbelastet sein. Durch Halten der Federn in diesem vorkomprimierten Zustand wird der Ventilkopf 204 in einer Vorgabeposition (z. B. kollinear, wie dargestellt) relativ zur Ventilöffnung 205 gehalten, so dass ein kleinerer Spalt 207 gebildet wird, durch den eine Menge an Kompressor-Rückführungsströmung 208 zugeführt werden kann. Insbesondere bestimmen die Geometrie des Ventilschafts 206, der Leisten 214 und 216, der beweglichen Beilagscheibe 218 und der festen Beilagscheibe 220 zusammen mit dem Ventilkopf 204 und der Ventilöffnung 205 den Spalt 207. In einem Beispiel kann die Vorbelastung der Federn eingestellt werden, um einen Spalt aufrechtzuerhalten, der eine nominale Durchflussrate schafft. Die nominale Durchflussrate kann mit dem Druckverhältnis über dem Ventil variieren und kann auf der Basis der gewünschten zusätzlichen Strömung eingestellt werden, die erforderlich ist, um sich zu bevorzugteren Punkten im Kompressorkennfeld während der meisten Kraftmaschinenbetriebsbedingungen zu bewegen. Ein größerer Spalt kann beispielsweise mehr Luftströmung durch den Kompressor bedeuten, was vorteilhaft sein kann, um eine weiche Druckwelle zu vermeiden. Unter den meisten Bedingungen bedeuten jedoch der vergrößerte Spalt und die resultierende vermehrte Luftströmung, dass mehr Turbinenleistung erforderlich ist, um die Arbeit zu verrichten. Die verfügbare Turbinenleistung kann auf der Basis der Kraftmaschinenbetriebsbedingung begrenzt sein, so dass, sobald der Ladedruckbegrenzer vollständig geschlossen ist, eine unzureichende Turbinenleistung im Allgemeinen zu einem niedrigeren Ladedruck führt. Während solcher Bedingungen kann ein nominaler Spalt festgelegt werden, um diese Anforderungen auszugleichen.
An sich wird ein Kompressionszustand der inneren Feder 212 durch Ventilschafteinstellungen beeinflusst, die sich auf einen Abstand zwischen der unteren Leiste 216 und der beweglichen Haltebeilagscheibe 218 auswirken, während ein Kompressionszustand der äußeren Feder 210 durch Ventilschafteinstellungen beeinflusst wird, die sich auf einen Abstand zwischen der beweglichen Haltebeilagscheibe 218 und der unbeweglichen Haltebeilagscheibe 220 auswirken.
In einer alternativen Ausführungsform kann das Ventil dazu ausgelegt sein, sich passiv zu öffnen, um den Überdruck in der Aufladekammer 146 abzubauen. Durch Einstellen der Vorbelastung der Federn und der effektiven Federraten ist das Federsystem des Ventils dazu ausgelegt, sich in Gegenwart eines höheren Drucks an der Unterseite des Ventils passiv mehr zu öffnen.
Es ist zu erkennen, dass durch Festlegen oder Einstellen der Vorbelastung und der Federrate der inneren Feder 212 der Öffnungsgrad des Ventils im halboffenen Zustand (das heißt die Position des Kopfs 204 in der Öffnung 205 und folglich die Größe des Spalts 207) verändert werden kann. Das Ventil kann beispielsweise dazu ausgelegt sein, in Gegenwart eines höheren Drucks an der Unterseite des Ventils sich passiv mehr zu öffnen und zu ermöglichen, dass die Größe des Spalts 207 im halboffenen Zustand erhöht wird.
Wie gezeigt, kann, wenn es sich in der halboffenen Vorgabeposition befindet, die bewegliche Haltebeilagscheibe 218 mit der unbeweglichen Haltebeilagscheibe 220 in direktem Kontakt stehen, so dass kein Spalt zwischen den Beilagscheiben besteht. Infolge dieser Konfiguration wird die innere Feder 212 zwischen der unteren Leiste 216 und der beweglichen Haltebeilagscheibe 218 vorkomprimiert gehalten, während die äußere Feder 210 zwischen der beweglichen Haltebeilagscheibe 218 und dem Ventilkörper 202 vorkomprimiert gehalten wird. Diese Konfiguration ist auch bei der Ausführungsform 300 von 3 gezeigt.
Die Ausführungsform 310 von 3 zeigt das Ventil in der vollständig geschlossenen Position. In diesem Zustand wird der Aktuator 222 erregt, um eine Abwärtskraft oder einen Schub auf den Ventilschaft 206 und den Ventilkopf 204 aufzubringen. Infolge der Abwärtskraft wird die obere Leiste 214 nach unten geschoben, wobei sie auf die bewegliche Haltebeilagscheibe 218 auftrifft und sie nach unten schiebt. Infolge der Verlagerung der beweglichen Haltebeilagscheibe 218 wird eine Belastung und Kompression der äußeren Feder 210 erhöht. Insbesondere wird eine Kompression der äußeren Feder 210 zwischen dem Ventilkörper 202 und der beweglichen Haltebeilagscheibe 218 erhöht. Gleichzeitig wird die Kompression der inneren Feder 212 aufgrund keiner Änderung der Verlagerung der beweglichen Haltebeilagscheibe 218 relativ zur unteren Leiste 216 aufrechterhalten. Die Abwärtsverlagerung der Beilagscheibe 218 vergrößert einen Spalt 209 zwischen der beweglichen Haltebeilagscheibe 218 und der unbeweglichen Haltebeilagscheibe 220, während eine Abwärtskraft aufgebracht wird, die den Ventilkopf 204 weiter in die Öffnung 205 schiebt. Dies verkleinert den Spalt 207 und hält das Ventil gegen den Luftdruck geschlossen. In diesem Zustand kann keine Strömung durch das Ventil bestehen.
Die Ausführungsform 320 von 3 zeigt das Ventil in der vollständig offenen Position. In diesem Zustand wird der Aktuator 222 erregt, um eine Aufwärtskraft oder einen Zug auf den Ventilschaft 206 und den Ventilkopf 204 aufzubringen. Infolge der Aufwärtskraft wird die untere Leiste 216 nach oben in Richtung der beweglichen Haltebeilagscheibe 218 gezogen. Während die bewegliche Haltebeilagscheibe 218 in derselben Position relativ zur unbeweglichen Haltebeilagscheibe 218 wie in der Vorgabeposition (bei 300) bleibt, verursacht die Verlagerung der unteren Leiste 216 in Richtung der beweglichen Haltebeilagscheibe 218, dass eine Belastung und Kompression der inneren Feder 212 erhöht werden. Insbesondere wird eine Kompression der inneren Feder 212 zwischen der unteren Leiste 216 und der beweglichen Haltebeilagscheibe 218 erhöht. Gleichzeitig wird die Kompression der äußeren Feder 210 aufgrund keiner Änderung der Verlagerung der beweglichen Haltebeilagscheibe 218 relativ zum Ventilkörper 202 aufrechterhalten. Die Aufwärtsverlagerung der unteren Leiste 216 stellt die Federkompressionskräfte neu ein und verursacht, dass eine Nettoaufwärtskraft aufgebracht wird, die den Ventilkopf 204 von der Öffnung 205 weg zieht. Dies vergrößert den Spalt 207 und hält das Ventil offen. In diesem Zustand wird die Strömung 208 durch das Ventil erhöht.
In einem Beispiel kann das Ventil so ausgelegt sein, dass die halboffene Vorgabeposition eine nominale Durchflussrate vorsieht, die einen Ladedruck von bis zu 100 kPa, aber nicht viel darüber hinaus ermöglicht. Wenn der Ventilkopf eine Fläche 2 von 500 mm aufweist, wäre die Kraft am Ventil bei 100 kPa Ladedruck 50 N Kraft. Um dies zu ermöglichen, kann in einem Beispiel die innere Feder mit einer Last von 50 N vorbelastet sein und die an der inneren Feder festgelegte Federrate kann relativ niedrig wie z. B. 3 N/mm sein. Wenn der externe Aktuator das Ventil vollständig öffnen muss, beispielsweise um einen Hub von 10 mm über der Vorgabeposition zu schaffen, müsste der Aktuator eine Kraft von 80 N auf das Ventil ausüben (was zu 50 N Vorbelastung + 3 N/mm × 10 mm äquivalent ist). Eine zusätzliche Kraft wäre (vorübergehend) erforderlich, um das Ventilöffnen zu beschleunigen (z. B. das Ventil im Wesentlichen unverzüglich vollständig zu öffnen).
Die äußere Feder muss nicht sehr stark oder steif sein, da die Hauptaufgabe der äußeren Feder darin besteht, das Ventil im halboffenen Vorgabezustand teilweise offen zu halten, wenn minimale Kräfte versuchen, das Ventil zu schließen. Mit Bezug auf das obige Beispiel kann folglich, um den Ladedruck von bis zu 100 kPa zu ermöglichen, die äußere Feder mit einer Vorbelastung von 20 N und einer Federrate von 5 N/mm festgelegt sein. Wenn sich der Ventilkopf 2 mm von der Vorgabeposition in die geschlossene Position bewegt, müsste der Aktuator 30 N Kraft auf die Feder ausüben, um sie geschlossen zu halten. Eine zusätzliche Aktuatorkraft würde verwendet werden, um das Ventil gegen den Druck geschlossen zu halten. Um einen Ladedruck von 100 kPa zu halten, müsste der Aktuator 80 N Kraft ausüben (was zu 50 N für den Druck und 30 N für die Feder äquivalent ist). Wie im Fall der Öffnung des Ventils gegen die andere Feder wäre eine zusätzliche Kraft (vorübergehend) erforderlich, um das Ventilschließen zu beschleunigen (z. B. das Ventil im Wesentlichen unverzüglich vollständig zu schließen).
In dieser Weise ermöglicht der vorkomprimierte Zustand des Federsystems, dass das Ventil während nominaler Betriebsbedingungen passiv teilweise offen gehalten wird. Durch Ermöglichen, dass eine nominale Durchflussrate über dem Kompressor bereitgestellt wird, wird der Spielraum zur Druckwelle verbessert. Indem dann die Ventilposition aktiv in eine vollständig offene oder vollständig geschlossene Position geändert wird, wird eine externe Betätigung verwendet, wie erforderlich, um das Ventil zu öffnen (um die Druckwelle zu verringern) oder das Ventil zu schließen (um Übergänge zu verringern und den Ladedruck und die Strömung zur Kraftmaschine zu maximieren). Durch Vorsehen eines verbesserten Spielraums, der den Bedarf an einer häufigen Ventilbetätigung verringert, wird der Energieverbrauch verringert.
Noch weitere Ausführungsformen des Kompressor-Rückführungsventils (Ventil 158 von 1) sind mit Bezug auf 7–8 gezeigt. Die Ausführungsform 700 von 7 und die Ausführungsform 800 von 8 zeigen jeweils das Ventil im halboffenen Vorgabezustand.
Die Ausführungsform 700 umfasst dasselbe vorkomprimierte Federsystem von 2 mit einer inneren vorkomprimierten Feder und einer äußeren vorkomprimierten Feder.
Die Ausrichtung der Beilagscheiben relativ zu den abgestuften Leisten in der Ausführungsform von 7 ist jedoch relativ zur Ausrichtung in der Ausführungsform von 2 umgekehrt. In der Ausführungsform von 7 wird eine bewegliche Haltebeilagscheibe 718 unmittelbar unter der unteren Leiste 216 gehalten, während eine unbewegliche Haltebeilagscheibe 720 in einer Reihe mit der unteren Leiste 216 in der Vorgabeposition gehalten wird. Wenn der Aktuator 222 erregt wird, um eine Abwärtskraft oder einen Schub auf den Ventilschaft 206 aufzubringen, bewirkt hier die Abwärtskraft, dass die obere Leiste 214 nach unten in Richtung der beweglichen Haltebeilagscheibe 718 geschoben wird. Infolge der Verlagerung der oberen Leiste 214 in Richtung der beweglichen Haltebeilagscheibe 718 werden eine Belastung und Kompression der vorkomprimierten inneren Feder 712 erhöht. Insbesondere wird eine Kompression der inneren Feder 712 zwischen der oberen Leiste 214 und der beweglichen Haltebeilagscheibe 718 erhöht. Gleichzeitig wird die Kompression der vorkomprimierten äußeren Feder 710 aufgrund keiner Änderung der Verlagerung der beweglichen Haltebeilagscheibe 718 relativ zum anderen Ende der äußeren Feder aufrechterhalten, die am Ventilkörper 202 befestigt ist. Wenn der Aktuator 222 erregt wird, um eine Aufwärtskraft oder einen Zug auf den Ventilschaft 206 aufzubringen, zieht demgegenüber die Aufwärtskraft die untere Leiste 216 nach oben, was die bewegliche Haltebeilagscheibe 718 mit ihr in Richtung des Ventilkörpers 202 zieht. Wenn sich die untere Leiste 216 nach oben bewegt, verursacht die Verlagerung der beweglichen Haltebeilagscheibe 718 in Richtung des Ventilkörpers, dass eine Belastung und Kompression der äußeren Feder 210 erhöht werden. Insbesondere wird eine Kompression der äußeren Feder 710 zwischen der beweglichen Haltebeilagscheibe 718 und dem Ventilkörper 202 erhöht. Gleichzeitig wird die Kompression der inneren Feder 712 aufrechterhalten.
Die Ausführungsform 800 von 8 umfasst eine obere bzw. eine untere Feder 812 und 810, die in einem vorkomprimierten Zustand in der halboffenen Vorgabeposition gehalten werden. Wenn der Aktuator 222 erregt wird, um eine Abwärtskraft oder einen Schub auf den Ventilschaft 206 aufzubringen, verursacht die Abwärtskraft, dass die obere Leiste 214 nach unten in Richtung der beweglichen Haltebeilagscheibe 818 geschoben wird. Infolge der Verlagerung der oberen Leiste 214 in Richtung der beweglichen Haltebeilagscheibe 818 werden eine Belastung und Kompression der vorkomprimierten oberen Feder 812 erhöht. Gleichzeitig wird die Kompression der vorkomprimierten unteren Feder 210 aufgrund keiner Änderung der Verlagerung der beweglichen Haltebeilagscheibe 828 relativ zum Ventilkopf 204 aufrechterhalten. Wenn der Aktuator 222 erregt wird, um eine Aufwärtskraft oder einen Zug auf den Ventilschaft 206 aufzubringen, zieht demgegenüber die Aufwärtskraft den Ventilkopf 204 nach oben in Richtung der beweglichen Haltebeilagscheibe 828, was bewirkt, dass eine Belastung und Kompression der unteren Feder 810 erhöht werden. Gleichzeitig wird die Kompression der oberen Feder 812 aufrechterhalten, da der Abstand zwischen der oberen Leiste 214 und der beweglichen Beilagscheibe 818 aufrechterhalten wird.
Wenn man sich nun 5 zuwendet, ist eine Beispielroutine 500 zum Betätigen des Kompressor-Rückführungsventils von 1–3 gezeigt. Eine Steuereinheit kann einen externen Aktuator erregen, der mit dem Ventil gekoppelt ist, um das Ventil von der halboffenen Vorgabeposition in entweder eine vollständig offene Position oder eine vollständig geschlossene Position auf der Basis von Kraftmaschinenbetriebsbedingungen zu bewegen, um den Ladedruck dementsprechend einzustellen.
Bei 502 umfasst die Routine das Abschätzen und/oder Messen von Kraftmaschinenbetriebsbedingungen. Diese umfassen beispielsweise die Kraftmaschinendrehzahl, die Fahrerpedalposition, die Drehmomentanforderung, die Kraftmaschinentemperatur, den Einlasskrümmerdruck, den Luftdruck usw.
Bei 508 kann während stationärer aufgeladener Betriebsbedingungen ein Kompressor-Rückführungsventil, das über den Kompressor gekoppelt ist (in einem Durchgang, der von stromabwärts des Kompressors, stromaufwärts oder stromabwärts des Ladeluftkühlers mit dem Kompressoreinlass koppelt), in einer halboffenen Vorgabeposition gehalten werden. Wenn die Kraftmaschine aufgeladen und ohne irgendeine Druckwelle betrieben wird, wird folglich das Ventil, das den Kompressorauslass mit dem Kompressoreinlass koppelt, in der halboffenen Position gehalten. Wie mit Bezug auf 2–3 und 7–8 erörtert, kann die halboffene Position eine Vorgabeposition des Ventils sein, die ermöglicht, dass eine nominale Durchflussrate bereitgestellt wird. Die nominale Durchflussrate kann beispielsweise auf der Basis der abgeschätzten Kraftmaschinenbetriebsbedingungen vordefiniert werden. Das Ventil kann über die Geometrie der Komponenten im Ventil und über Kompressionskräfte von einem Paar von vorbelasteten entgegengesetzten Federn des Ventils und ohne Betätigung eines externen Aktuators des Ventils passiv in der halboffenen Position gehalten werden.
Von 508 geht die Routine zu jedem von 510, 512 und 514 weiter, um Kraftmaschinenbetriebsbedingungen zu identifizieren, die Einstellungen an der Position des Ventils auslösen können.
Insbesondere stellt die Routine bei 514 fest, ob eine vorübergehende Erhöhung der Drehmomentanforderung durch den Fahrzeugfahrer besteht. In einem Beispiel kann eine vorübergehende Erhöhung des Drehmoments durch den Fahrzeugfahrer während eines Fahrpedaltretens durch den Fahrer verlangt werden. In Reaktion auf die vorübergehende Erhöhung des vom Fahrzeugfahrer angeforderten Drehmoments umfasst die Routine bei 518 das Schalten des Ventils von der halboffenen Position in eine vollständig geschlossene Position. Das Schalten des Ventils von der halboffenen Position in die vollständig geschlossene Position umfasst die Verwendung der Betätigung des externen Aktuators, um das Ventil in einer Ventilschließrichtung zu erregen. Wie vorstehend erörtert, kann die Betätigung des externen Aktuators das elektrische Erregen eines Solenoids oder das pneumatische Erregen einer Membran oder eines Kolbens umfassen. Wenn bei 514 kein Fahrpedaltreten bestätigt wird, geht die Routine zu 512 weiter. Die Routine kann dann in vorgewählten Intervallen erneut durchgeführt werden. In einem Beispiel wird die Routine kontinuierlich durchgeführt, wobei die Kraftmaschinenbetriebsbedingungen kontinuierlich bewertet werden und die CRV-Position dementsprechend kontinuierlich eingestellt wird.
Um das Ventil von der halboffenen Position in die vollständig geschlossene Position zu schalten, wird der externe Aktuator in einer Schließrichtung betätigt, um die Kompression der zweiten, äußeren Feder zu erhöhen, während die Kompression der ersten, inneren Feder aufrechterhalten wird. Die erhöhte Kompression der äußeren Feder durch den externen Aktuator ändert die Kompressionskräfte, die auf das Ventil aufgebracht werden, und verlagert den Ventilkopf in einer Schließrichtung. Insbesondere wirkt der Aktuator auf den Ventilschaft. Die Kraft des Aktuators überwindet dann die Kraft der Feder, um das Ventil in die geschlossene Position zu bewegen.
Wenn bei 514 kein Fahrpedaltreten bestätigt wird, geht die Routine zu 512 weiter, um festzustellen, ob eine Angabe einer harten Druckwelle besteht. Alternativ kann die Routine direkt von 508 zu 512 weitergehen. In einem Beispiel kann die harte Druckwelle in Reaktion auf eine Angabe einer stärkeren Druckwelle bestätigt werden (z. B. eine Angabe, dass eine Druckwelle über jedem des ersten Schwellenwerts und des zweiten Schwellenwerts liegt). Als anderes Beispiel kann die harte Druckwelle in Reaktion auf einen aufgeladenen Kraftmaschinenbetrieb bestätigt werden, wobei ein Spielraum zu einer Druckwellengrenze (z. B. einer Druckwellenlinie wie z. B. der Druckwellenlinie 402 von 4) kleiner ist als der Schwellenwert. Dies kann beispielsweise umfassen, dass die Kraftmaschine mit einer Aufladung in einem Bereich 404 der harten Druckwelle des Kompressorkennfeldes 400 arbeitet. An sich kann die harte Druckwelle während eines Fahrpedallösens durch den Fahrer auftreten, wenn die Kraftmaschinen-Luftströmungsanforderung plötzlich abfällt. In noch weiteren Beispielen kann die Angabe sein, dass eine harte Druckwelle möglich ist (potentielle Bedingung einer harten Druckwelle) oder erwartet wird.
In Reaktion auf die Angabe einer stärkeren Druckwelle geht die Routine zu 516 weiter, um das Ventil von der halboffenen Position in eine vollständig offene Position zu schalten. Das Schalten des Ventils von der halboffenen Position in die vollständig offene Position umfasst die Verwendung der Betätigung eines externen Aktuators, um das Ventil in einer Ventilöffnungsrichtung zu betätigen. Wenn beispielsweise der externe Aktuator ein Solenoid ist, umfasst die Betätigung des externen Aktuators das elektrische Erregen des Solenoids. Als weiteres Beispiel, wenn der externe Aktuator eine pneumatisch gesteuerte Vorrichtung wie z. B. eine Membran oder ein Kolben ist, der einem steuerbaren Luftdruck auf einer Seite und dem Atmosphärendruck auf der entgegengesetzten Seite ausgesetzt ist, umfasst die Betätigung des externen Aktuators das pneumatische Erregen der Membran oder des Kolbens.
In einigen Ausführungsformen kann das Steuersystem während eines Fahrpedallösens in Erwartung der Durchflussratenverringerung automatisch das Ventil vollständig öffnen, um eine Druckwelle zu vermeiden, bevor eine tatsächliche Angabe der Druckwelle empfangen wird.
Wie vorher erörtert, kann das Ventil eine erste, innere Feder und eine zweite, äußere Feder umfassen, wobei die erste Feder mit einer ersten Last vorkomprimiert ist und die zweite Feder mit einer zweiten, anderen Last vorkomprimiert ist, so dass das Ventil über Kompressionskräfte der vorkomprimierten Federn ohne Betätigung des externen Aktuators in der halboffenen Position gehalten wird. Um das Ventil von der halboffenen Position in die vollständig offene Position zu schalten, wird der externe Aktuator in einer Öffnungsrichtung betätigt, um die Kompression der ersten, inneren Feder zu erhöhen, während die Kompression der zweiten, äußeren Feder aufrechterhalten wird. Die erhöhte Kompression der inneren Feder durch den externen Aktuator ändert die Kompressionskräfte, die auf das Ventil aufgebracht werden, und verlagert den Ventilkopf in einer Öffnungsrichtung. Insbesondere wirkt der Aktuator auf den Ventilschaft. Die Kraft des Aktuators überwindet dann die Kraft der Feder, um das Ventil in die offene Position zu bewegen.
Von jedem von 516 und 518 geht die Routine zu 520 weiter, wobei das Ventil anschließend in die Vorgabeposition zurückgeführt wird. In einem Beispiel kann das Ventil für eine vordefinierte Dauer vollständig offen oder vollständig geschlossen gehalten werden und dann in die halboffene Vorgabeposition zurückgeführt werden. In einem alternativen Beispiel iteriert die Steuereinheit durch 514 bis 512, bis die Angabe der Druckwelle verringert wurde und/oder die vorübergehende Drehmomentanforderung erfüllt wird, zu welchem Zeitpunkt das Ventil in die Vorgabeposition zurückgeführt wird.
In einem weiteren Beispiel, wenn jedes eines Fahrpedaltretens und einer harten Druckwelle nicht bestätigt wird, geht die Routine zu 510 weiter, wo festgestellt werden kann, ob eine Angabe einer weichen Druckwelle besteht. In einem Beispiel kann die weiche Druckwelle in Reaktion auf eine Angabe einer weniger starken Druckwelle bestätigt werden (z. B. eine Angabe, dass die Druckwelle über einem ersten Schwellenwert und unter einem zweiten Schwellenwert liegt, wobei der zweite Schwellenwert höher ist als der erste Schwellenwert). Als weiteres Beispiel kann die weiche Druckwelle in Reaktion auf einen aufgeladenen Kraftmaschinenbetrieb bestätigt werden, wobei ein Spielraum bis zur Druckwellengrenze (z. B. einer Druckwellenlinie wie z. B. der Druckwellenlinie 402 von 4) höher ist als ein Schwellenwert. Dies kann beispielsweise umfassen, dass die Kraftmaschine mit einem Ladedruck im Bereich 406 der weichen Druckwelle des Kompressorkennfeldes 400 arbeitet. An sich kann die weiche Druckwelle während eines Fahrpedallösens durch den Fahrer oder stationärer aufgeladener Betriebsbedingungen auftreten, wobei die Kraftmaschine das Aufrechterhalten des aufgeladenen Ansaugdrucks erfordert. In noch weiteren Beispielen kann die Angabe der weichen Druckwelle eine Angabe umfassen, dass eine weiche Druckwelle möglich ist (potentielle Bedingung einer weichen Druckwelle) oder erwartet wird.
In Reaktion auf die Angabe einer weniger starken Druckwelle kehrt die Routine zu 508 zurück, um das Ventil in die halboffene Position zu schalten oder dort zu halten. Indem das Ventil in Reaktion auf eine weniger starke Druckwelle oder weiche Druckwelle teilweise offen gehalten wird, wird hier zumindest eine gewisse zurückgeführte Luftströmung durch den Kompressor ermöglicht, wodurch die Strömung durch den Kompressor ohne Abfall des Ladedrucks erhöht wird.
In dieser Weise wird der Zustand des Ventils in Reaktion auf die weiche Druckwelle aufrechterhalten und nicht geändert. Es ist jedoch zu erkennen, dass während alternativer Bedingungen, wie z. B. wenn das Ventil vollständig geschlossen ist (z. B. während eines Fahrpedaltretens), in Reaktion auf die Angabe einer weichen Druckwelle das Ventil von der vollständig geschlossenen Position in die halboffene Position geschaltet werden kann. Ebenso kann während Bedingungen, unter denen das Ventil vollständig offen ist (z. B. wenn eine harte Druckwelle angegangen wird), in Reaktion auf die Angabe einer weichen Druckwelle das Ventil von der vollständig offenen Position in die halboffene Position geschaltet werden.
In einem Beispiel kann während stationärer aufgeladener Kraftmaschinenbetriebsbedingungen eine Steuereinheit ein Ventil, das in einer Umleitung über einen Kompressor gekoppelt ist, in einer halboffenen Position halten. In Reaktion auf ein Fahrpedaltreten (z. B. ein Fahrpedaltreten durch den Fahrer) kann die Steuereinheit das Ventil in eine vollständig geschlossene Position bewegen. Im Vergleich kann die Steuereinheit in Reaktion auf ein Fahrpedallösen (z. B. ein Fahrpedallösen durch den Fahrer) das Ventil in eine vollständig offene Position bewegen. Die stationären Kraftmaschinenbetriebsbedingungen können Bedingungen umfassen, unter denen keine Angabe einer Druckwelle oder ein Potential für eine weiche Druckwelle besteht, während das Fahrpedallösen eine Angabe einer harten Druckwelle umfassen kann.
Wenn man sich nun 6 zuwendet, ist eine Beispiel-Ventileinstellung in der Abbildung 600 gezeigt. Die Abbildung 600 stellt den Ladedruck im Diagramm 602, die Fahrerpedalposition (PP) im Diagramm 604, die Lufteinlass-Drosselklappenöffnung im Diagramm 606, einen Kompressor-Druckwellenspielraum relativ zu Grenzen einer harten und einer weichen Druckwelle im Diagramm 608 und Einstellungen an der Position eines Kompressor-Rückführungsventils (CRV) im Diagramm 610 dar.
Vor t1 kann die Kraftmaschine unter stationären Aufladungsbetriebsbedingungen arbeiten. Hier kann ein höherer Ladedruck (Diagramm 602) bereitgestellt werden, um die Drehmomentanforderung zu erfüllen, wie aus der Pedalposition (Diagramm 604) abgeleitet. Außerdem kann die Drosselklappe (Diagramm 606) mehr offen sein, um die Luftströmung zu liefern, die erforderlich ist, um die höhere Drehmomentanforderung zu erfüllen. Während dieser Bedingungen kann die Kraftmaschine mit dem CRV in der halboffenen Vorgabeposition (Diagramm 610) betrieben werden. Durch Erhöhen der Strömung durch den Kompressor über das CRV kann der Druckwellenspielraum (Diagramm 608) über den Druckwellenlinien 607 und 609, außerhalb jedes eines Bereichs der harten Druckwelle und eines Bereichs der weichen Druckwelle (in einem Bereich ohne Druckwelle) gehalten werden.
Bei t1 kann der Fahrer das Pedal lösen, was zu einem Fahrpedallöseereignis führt. In Reaktion auf das Fahrpedallösen und den entsprechenden Abfall der Luftströmung und der Drehmomentanforderung kann die Drosselklappenöffnung schnell verkleinert werden. Folglich kann eine plötzliche Verringerung der Kompressorströmung bestehen, während das Druckverhältnis relativ hoch ist, was verursacht, dass der Druckwellenspielraum verringert wird. In Reaktion auf das Fahrpedallösen und in Erwartung einer potentiellen harten Druckwelle kann das CRV bei t1 in eine vollständig offene Position geschaltet werden. Durch vollständiges Öffnen des Ventils kann der Ladedruck schnell von stromabwärts des Kompressors abgeführt werden, was die Druckdifferenz über dem Ventil verringert und die Kompressorströmung verbessert. Das Ventil kann dann in der vollständig offenen Position zumindest bis t2 gehalten werden, wenn das Kompressorverhältnis sich aus dem Bereich der weichen Druckwelle bewegt, wonach das Ventil in die halboffene Vorgabeposition zurückgeführt werden kann. In alternativen Beispielen kann die Steuereinheit das Ventil für eine vordefinierte Dauer öffnen und dann das Ventil in die halboffene Position zurückführen, sobald die vordefinierte Dauer abgelaufen ist.
An sich kann, wenn das CRV nicht halboffen gehalten werden würde vor t1 (z. B. wenn das CRV geschlossen gehalten wäre), zum Zeitpunkt des Fahrpedallösens bei t1 der Druckwellenspielraum sich wesentlich mehr verringern, was den Kompressorbetrieb vorübergehend in den Bereich der harten Druckwelle bewegt, unter der Grenze 609. Wenn in Reaktion auf die Angabe der harten Druckwelle das CRV geöffnet wird, kann dann der Druckwellenspielraum abnehmen und der Kompressor kann in den Bereich der weichen Druckwelle bewegt werden. Das Diagramm 612 (gestrichelte Linien) stellt diese Änderung des Kompressor-Druckwellenspielraums bei Abwesenheit einer Rückführungsströmung dar. Wenn das CRV während des Fahrpedallösens nicht betätigt werden würde, können außerdem beträchtliche Ladedruckoszillationen mit größerer Amplitude erfahren werden, wie durch das Segment 613 (gestrichelte Linie) des Diagramms 602 gezeigt.
Zwischen t2 und t3 kann die Kraftmaschine auf der Basis der mäßigen Drehmomentanforderung vom Fahrer mit einem mäßigen Ladedruck betrieben werden. Die Drosselklappenöffnung kann auch vergrößert werden, um die Drehmomentanforderung zu erfüllen. Während der stationären Bedingungen kann der Druckwellenspielraum hoch sein und der Kompressor kann im Wesentlichen im Bereich ohne Druckwelle arbeiten. Während dieser Bedingungen wird das Ventil im teilweise offenen Vorgabezustand gehalten, was eine gewisse Rückführungsströmung durch den Kompressor ermöglicht, was die Neigung zu einer weichen Druckwelle verringert. Wenn das Ventil während dieser Zeit geschlossen wäre, würde der Druckwellenspielraum verringert werden und der Kompressor könnte im Bereich der weichen Druckwelle arbeiten, wie durch die Linie 612 dargestellt, was zu Ladedruckschwankungen mit kleinerer Amplitude führt (wie im Segment (gestrichelte Linie) des Diagramms 602 gezeigt). Zwischen t2 und t3 wird folglich das Ventil im halboffenen Zustand gehalten.
Bei t3 kann der Fahrer das Pedal herabtreten, was zu einem Fahrpedaltrittereignis führt. In Reaktion auf das Fahrpedaltreten und die entsprechende Erhöhung der Luftströmungsanforderung, der Ladedruckanforderung und der Drehmomentanforderung kann die Drosselklappenöffnung schnell vergrößert werden. Um Drehmomentübergänge zu verringern und zu ermöglichen, dass der Ladedruck schnell erhöht wird, kann bei t3 auch das CRV in eine vollständig geschlossene Position geschaltet werden. Durch Schließen des Ventils, während eine Öffnung der Drosselklappe vergrößert wird, kann der Ladedruck stromabwärts vom Kompressor schnell erhöht werden, was ermöglicht, dass der zur Kraftmaschine zugeführte Ladedruck erhöht wird, um die Drehmomentanforderung zu erfüllen. Das Ventil kann dann in der vollständig geschlossenen Position gehalten werden, zumindest bis der angeforderte Ladedruck erreicht ist, wonach das Ventil in die halboffene Vorgabeposition zurückgeführt werden kann. In alternativen Beispielen kann die Steuereinheit das Ventil für eine vordefinierte Dauer schließen und dann das Ventil in die halboffene Position zurückführen, sobald die vordefinierte Dauer abgelaufen ist. An sich wird durch Schließen des CRV die Aufladeansprechzeit verbessert. Insbesondere wenn das Rückführungsventil in der Vorgabeposition bleiben würde, kann der gewünschte Ladedruck langsam erreicht werden (siehe Segment 603, gestrichelte Linien, des Diagramms 602) und eine Turboladerverzögerung kann erfahren werden. Durch Zurückführen des Ventils in die halboffene Position, nachdem der gewünschte Ladedruck erreicht wurde, kann der Kompressorbetrieb außerdem im Bereich ohne Druckwelle gehalten werden. Demgegenüber kann bei Abwesenheit einer Kompressorrückführung der Kompressorbetrieb sich in den Bereich der weichen Druckwelle nach dem Fahrpedaltreten bewegen, wie im Diagramm 612 (gestrichelte Linien) nach t4 gezeigt.
Es ist zu erkennen, dass in alternativen Beispielen dem Fahrpedallösen bei t1 unmittelbar ein Fahrpedaltreten folgen kann. In einem solchen Fall kann die Steuereinheit das Ventil von der vollständig offenen Position direkt in die vollständig geschlossene Position schalten.
In einem Beispiel umfasst ein Fahrzeugsystem eine Kraftmaschine, Antriebsräder, die das Fahrzeug mit einer Straße koppeln, ein Pedal zum Empfangen einer Fahrerdrehmomentanforderung und einen Kompressor zum Liefern einer aufgeladenen Luftladung zur Kraftmaschine. Das System kann ferner einen Rückführungsdurchgang mit einem Ventil umfassen, das einen Auslass des Kompressors mit einem Einlass des Kompressors koppelt, wobei das Ventil ein Paar von entgegengesetzten Federn umfasst, die mit einem externen Aktuator gekoppelt sind. Das Ventil kann eine erste, innere Feder, die mit einer ersten Last vorkomprimiert ist, und eine zweite, äußere Feder, die mit einer zweiten Last vorkomprimiert ist, umfassen, wobei das Ventil mit einem externen Aktuator gekoppelt ist. Eine Steuereinheit mit computerlesbaren Befehlen kann dazu konfiguriert sein, während eines aufgeladenen Kraftmaschinenbetriebs, während ein Spielraum zu einer Druckwellengrenze höher ist als ein Schwellenwert, den Kompressor zu betreiben, wobei das Ventil ohne Betätigung des externen Aktuators in einer halboffenen Position gehalten wird. In Reaktion darauf, dass der Spielraum kleiner ist als der Schwellenwert, kann die Steuereinheit den Ladedruck durch Erregen des externen Aktuators, um das Ventil in eine vollständig offene Position zu schalten, verringern. In Reaktion auf ein Fahrpedaltreten, kann die Steuereinheit ferner den Ladedruck durch Erregen des externen Aktuators, um das Ventil in eine vollständig geschlossene Position zu schalten, erhöhen. Der externe Aktuator kann ein Gegentakttyp eines elektrischen Solenoids sein, wobei das Erregen des externen Aktuators das elektrische Erregen des Solenoids in einer ersten Richtung, um das Ventil in die vollständig geschlossene Position zu schalten, und das elektrische Erregen des Solenoids in einer zweiten Richtung, um das Ventil in die vollständig offene Position zu schalten, umfasst. Der externe Aktuator kann in der ersten Richtung elektrisch erregt werden, um auf den Ventilschaft zu wirken, so dass die Kraft des Aktuators die Kraft der ersten Feder überwindet und das Ventil in die geschlossene Position bewegt (tatsächlich Erhöhen der ersten Last an der ersten Feder, während die zweite Last an der zweiten Feder aufrechterhalten wird, um das Ventil in die vollständig geschlossene Position zu schalten). Ebenso kann der externe Aktuator in der zweiten Richtung elektrisch erregt werden, um auf den Ventilschaft zu wirken, so dass die Kraft des Aktuators die Kraft der zweiten Feder überwindet und das Ventil in die offene Position bewegt (tatsächlich Erhöhen der zweiten Last an der zweiten Feder, während die erste Last an der ersten Feder aufrechterhalten wird, um das Ventil in die vollständig offene Position zu schalten). Alternativ kann der externe Aktuator eine Membran sein, wobei das Erregen des externen Aktuators das pneumatische Erregen der Membran in einer ersten Richtung, um das Ventil in die vollständig geschlossene Position zu schalten, und das pneumatische Erregen des Solenoids in einer zweiten Richtung, um das Ventil in die vollständig offene Position zu schalten, umfasst.
In dieser Weise wird ein einfaches, kosteneffizientes und energieeffizientes Ventil zum Angehen der Druckwelle geschaffen. Unter Verwendung eines Kompressor-Rückführungsventils mit einer teilweise offenen Vorgabekonfiguration wird die Durchflussrate durch den Kompressor durch Zurückführen eines Teils der Strömung von stromabwärts des Kompressors zu stromaufwärts des Kompressors während stationärer Bedingungen erhöht, was einen Spielraum bis zu einer Grenze einer harten Druckwelle verbessert. Durch passives Halten des Ventils in der Vorgabeposition ohne Verwendung eines externen Aktuators wird ferner eine erhöhte Strömung durch den Kompressor beim gleichen Ladedruck geschaffen, ohne Energie zu verbrauchen, um das Ventil in der gewünschten Position zu halten. Durch Zurückführen von zumindest einer gewissen Strömung in der Vorgabeventilposition wird die Häufigkeit des Druckwellenauftretens verringert. Durch Ermöglichen einer nominalen Menge an Rückführung kann der Kompressor vielmehr im druckwellenfreien Bereich als im Bereich der weichen Druckwelle arbeiten. Durch Verringern des Bedarfs an einer Ventilbetätigung können Energieeinsparungsvorteile erreicht werden. Durch Verlassen auf einen von drei Ventilzuständen kann außerdem die Druckwelle mit einem Ventil mit verringerten Kosten und verringerter Komplexität im Vergleich zu einem vollständig variablen Rückführungsventil angegangen werden.
Es ist zu erkennen, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Verfahren dem Wesen nach beispielhaft sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einer begrenzenden Hinsicht betrachtet werden sollen, da zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die obige Technologie auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, 4-Boxer- und andere Kraftmaschinentypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
Die folgenden Ansprüche weisen speziell auf bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen hin, die als neu und nicht offensichtlich betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf "ein" Element oder "ein erstes" Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sollten als die Integration von einem oder mehreren solchen Elementen umfassend verstanden werden, wobei sie zwei oder mehr solche Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage von neuen Ansprüchen in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden, ob sie im Schutzbereich gegenüber den ursprünglichen Ansprüchen breiter, schmäler, gleich oder anders sind, auch als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.
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.
Zitierte Patentliteratur

US 2012/0014812 [0003]

Claims

Verfahren für eine aufgeladene Kraftmaschine, das Folgendes umfasst: Betreiben einer Kraftmaschine ohne Druckwelle mit einem Ventil, das einen Kompressorauslass mit einem Kompressoreinlass koppelt, in einer halboffenen Position; in Reaktion auf eine Angabe einer weniger starken Druckwelle oder keiner Druckwelle Halten des Ventils in der halboffenen Position; und in Reaktion auf eine Angabe einer stärkeren Druckwelle Schalten des Ventils von der halboffenen Position in eine vollständig offene Position.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Angabe einer stärkeren Druckwelle eine Angabe einer harten Druckwelle umfasst und wobei die Angabe einer weniger starken Druckwelle eine Angabe einer weichen Druckwelle umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner in Reaktion auf eine vorübergehende Erhöhung der Drehmomentanforderung durch einen Fahrzeugfahrer das Schalten des Ventils von der halboffenen Position in eine vollständig geschlossene Position umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die halboffene Position eine Vorgabeposition des Ventils ist und wobei das Betreiben der Kraftmaschine mit dem Ventil in der halboffenen Position das Betreiben der Kraftmaschine aufgeladen mit dem Ventil in der halboffenen Position umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Ventil eine erste Feder und eine zweite Feder umfasst, wobei das Ventil mit einem externen Aktuator gekoppelt ist, wobei die erste Feder mit einer ersten Last vorkomprimiert ist und die zweite Feder mit einer zweiten Last vorkomprimiert ist, wobei das Ventil in der halboffenen Position über Kompressionskräfte der vorkomprimierten ersten und zweiten Feder ohne Betätigung des externen Aktuators gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Schalten des Ventils von der halboffenen Position in die vollständig offene Position die Verwendung der Betätigung eines externen Aktuators umfasst, um das Ventil in einer Öffnungsrichtung zu erregen, um die Kompression der ersten Feder zu erhöhen, während die Kompression der zweiten Feder aufrechterhalten wird, und wobei das Schalten des Ventils von der halboffenen Position in die vollständig geschlossene Position die Verwendung der Betätigung des externen Aktuators umfasst, um das Ventil in einer Schließrichtung zu erregen, um die Kompression der zweiten Feder zu erhöhen, während die Kompression der ersten Feder aufrechterhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der externe Aktuator ein Solenoid ist und wobei die Betätigung des externen Aktuators das elektrische Erregen des Solenoids umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der externe Aktuator eine pneumatisch gesteuerte Vorrichtung mit einer Membran oder einem Kolben ist und wobei die Betätigung des externen Aktuators das pneumatische Erregen der Membran oder des Kolbens umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die erste Feder eine innere Feder ist und die zweite Feder eine äußere Feder ist oder die erste Feder eine äußere Feder ist und die zweite Feder eine innere Feder ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die erste Feder eine untere Feder ist und wobei die zweite Feder eine obere Feder ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die halboffene Vorgabeposition des Ventils eine Position ist, die eine nominale Durchflussrate über den Kompressor schafft, wobei die nominale Durchflussrate auf einer die Druckwelle mildernden Kompressor-Durchflussrate basiert.
Verfahren für eine aufgeladene Kraftmaschine, das Folgendes umfasst: während stationärer aufgeladener Kraftmaschinenbetriebsbedingungen Halten eines Ventils, das in einem Rückführungspfad über einen Kompressor gekoppelt ist, in einer halboffenen Position; in Reaktion auf ein Fahrpedaltreten Bewegen des Ventils in eine vollständig geschlossene Position; und in Reaktion auf ein Fahrpedallösen Bewegen des Ventils in eine vollständig offene Position.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Kraftmaschine mit einem Straßenfahrzeug mit Rädern gekoppelt ist, die mit einer Straßenoberfläche in Kontakt stehen, und wobei das Fahrpedaltreten ein Fahrpedaltreten durch den Fahrer ist, und wobei das Fahrpedallösen ein Fahrpedallösen durch den Fahrer ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die stationären aufgeladenen Kraftmaschinenbetriebsbedingungen keine Angabe einer Druckwelle oder eine Angabe einer weichen Druckwelle umfassen und wobei das Fahrpedallösen eine Angabe einer harten Druckwelle umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Ventil mit einem Paar von entgegengesetzten Federn mit einer ersten, inneren Feder und einer zweiten, äußeren Feder und einem externen Aktuator gekoppelt ist, und wobei das Halten des Ventils in der halboffenen Position das passive Halten des Ventils in der halboffenen Position über eine erste Vorkompression der ersten Feder und eine zweite Vorkompression der zweiten Feder ohne Betätigung des externen Aktuators umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Bewegen des Ventils in eine vollständig geschlossene Position das Betätigen des externen Aktuators in einer ersten Richtung, um die Kompression der ersten, inneren Feder zu erhöhen, während die Vorkompression der zweiten, äußeren Feder aufrechterhalten wird, um das Ventil in die vollständig geschlossene Position zu bewegen, umfasst, und wobei das Bewegen des Ventils in eine vollständig offene Position das Betätigen des externen Aktuators in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung umfasst, um die Kompression der zweiten, äußeren Feder zu erhöhen, während die Vorkompression der ersten, inneren Feder aufrechterhalten wird, um das Ventil in die vollständig offene Position zu bewegen.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der externe Aktuator ein elektrisches Solenoid ist, das Betätigen des externen Aktuators das elektrische Erregen des Solenoids umfasst, und wobei, wenn der externe Aktuator ein Kolben oder eine Membran ist, das Betätigen des externen Aktuators das pneumatische Erregen des Aktuators umfasst.
Fahrzeugsystem, das Folgendes umfasst: eine Kraftmaschine; Antriebsräder, die das Fahrzeug mit einer Straße koppeln; ein Pedal zum Empfangen einer Fahrerdrehmomentanforderung; einen Kompressor zum Liefern einer aufgeladenen Luftladung zur Kraftmaschine; einen Rückführungsdurchgang mit einem Ventil, der einen Auslass des Kompressors mit einem Einlass des Kompressors koppelt, wobei das Ventil eine erste, innere Feder, die mit einer ersten Last vorkomprimiert ist, und eine zweite, äußere Feder, die mit einer zweiten Last vorkomprimiert ist, umfasst, wobei das Ventil mit einem äußeren Aktuator gekoppelt ist; und eine Steuereinheit mit computerlesbaren Befehlen, um: während ein Spielraum zu einer Druckwellengrenze höher ist als ein Schwellenwert, den Kompressor zu betreiben, wobei das Ventil in einer halboffenen Position ohne Betätigung des externen Aktuators gehalten wird; und in Reaktion darauf, dass der Spielraum kleiner ist als der Schwellenwert, den Ladedruck durch Erregen des externen Aktuators, um das Ventil in eine vollständig offene Position zu schalten, zu verringern.
System nach Anspruch 18, wobei die Steuereinheit weitere Befehle umfasst, um: in Reaktion auf ein Fahrpedaltreten, den Ladedruck durch Erregen des externen Aktuators, um das Ventil in eine vollständig geschlossene Position zu schalten, zu erhöhen.
System nach Anspruch 19, wobei der externe Aktuator ein elektrisches Gegentakt-Solenoid ist und wobei das Erregen des externen Aktuators das elektrische Erregen des Solenoids in einer ersten Richtung, um die erste Last an der ersten Feder zu erhöhen, während die zweite Last an der zweiten Feder aufrechterhalten wird, um das Ventil in die vollständig geschlossene Position zu schalten, und das elektrische Erregen des Solenoids in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung, um die zweite Last an der zweiten Feder zu erhöhen, während die erste Last an der ersten Feder aufrechterhalten wird, um das Ventil in die vollständig offene Position zu schalten, umfasst.