DE102015111731A1 - Systeme und verfahren zur egr-steuerung - Google Patents

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Brad Alan Boyer
Gregory Patrick McConville
Joseph Norman Ulrey
James Douglas Ervin
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Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum Ändern einer Stelle und einer Rate von EGR bereitgestellt, die von einem dedizierten EGR-Zylinder an einen Motor abgegeben wird. Der dedizierte EGR-Zylinder ist mit einer Mehrzahl von Auslassventilen ausgelegt, die über einen Nockenprofilumschaltmechanismus gesteuert werden, der ein Ändern der Öffnungszeit und -dauer jedes Auslassventils ermöglicht. Durch selektives Öffnen jeweils eines Auslassventils kann Abgas vom dedizierten EGR-Zylinder an eine Vor-Verdichterstelle, an eine Nach-Verdichterstelle oder bei Umgehung aller Motorzylinder an den Auslasskrümmer abgegeben werden.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zur Verbesserung der EGR-Steuerung in Motorsystemen, die mit einer dedizierten Zylindergruppe zum Bereitstellen von externer EGR für andere Motorzylinder ausgelegt sind.
  • Hintergrund und Kurzdarstellung
  • Motoren können mit Systemen zur Abgasrückführung (EGR für engl. exhaust-gas recirculation) ausgelegt sein, um wenigstens etwas Abgas von einem Motorauslasskrümmer zu einem Motoreinlasskrümmer umzuleiten. Durch Bereitstellen einer gewünschten Motorverdünnung verringern solche Systeme Motorklopfen, zylinderinterne Wärmeverluste, Drosselverluste sowie NOx-Emissionen. Als Ergebnis wird die Kraftstoffökonomie insbesondere bei hohen Pegeln des Motor-Ladedrucks verbessert. Gekühlte EGR wird jedoch durch die Fähigkeit des Verbrennungssystems zum Aufrechterhalten einer akzeptablen Stabilität und von akzeptablen Verbrennungsraten während des Verdünnens mit EGR eingeschränkt.
  • Motoren wurden auch mit einem einzigen Zylinder (oder einer einzigen Zylindergruppe) ausgelegt, der (die) zur Bereitstellung von externer EGR für andere Motorzylinder bestimmt ist. Dabei wird Abgas nur von der dedizierten Zylindergruppe zu restlichen Motoren zurückgeführt. Entsprechend ermöglicht dies bei den meisten Betriebsbedingungen die Bereitstellung einer im Wesentlichen festen Menge (z. B. Prozent) von EGR für Motorzylinder. Durch Anpassen der Kraftstoffzufuhr der dedizierten EGR-Zylindergruppe kann die EGR-Zusammensetzung geändert werden. Insbesondere kann der dedizierte Zylinder kraftstoffreicher als Stöchiometrie betrieben werden, um mehr verbrennbare Spezies, wie beispielsweise Wasserstoff und Kohlenmonoxid, zu erzeugen, die bei Umleitung zum Motoreinlass die EGR-Toleranz erhöhen können. Entsprechend verbessert dies den aus der EGR resultierenden kraftstoffökonomischen Vorteil durch Verringern der Verbrennungsinstabilität und Verbrennungszeiten bei gleichzeitigem Erhöhen von zulässigen EGR-Raten weiter.
  • Ein Beispiel eines aufgeladenen Motorsystems mit Fähigkeiten eines dedizierten EGR-Zylinders wird von Gingrich et al. in US 20120204844 dargelegt. Dabei wird Abgas vom dedizierten EGR-Zylinder mit vorverdichteter Luft von einem Verdichter an einer Stelle stromaufwärts eines Ladeluftkühlers und stromaufwärts einer Einlassdrosselklappe gemischt, so dass gekühlte EGR an den Motor abgegeben werden kann.
  • Die Erfinder hiervon haben jedoch mögliche Probleme bei solchen dedizierten EGR-Zylinderkonfigurationen erkannt. Insbesondere kann EGR bei Transienten auf dem falschen Niveau sein. Wenn als ein Beispiel eine plötzliche Zunahme des Drehmomentbedarfs und eine Änderung der Drosselklappenstellung in eine weiter offene Stellung mit einem daraus folgenden Abfall des EGR-Bedarfs vorliegen, kann es aufgrund der spezifischen EGR-Abgabestelle Krümmerfüllungsverzögerungen geben, die zu mehr im Krümmer verbleibenden EGR-Restabgasen als erwünscht führen. Die lange Verzögerung bei der Reinigung der EGR-Restabgase kann zu einem Abfall der Leistung des aufgeladenen Motors führen. Wenn als ein anderes Beispiel eine plötzliche Abnahme des Drehmomentbedarfs und eine Änderung der Drosselklappenstellung in eine weiter geschlossene Stellung mit einem daraus folgenden Anstieg des EGR-Bedarfs vorliegen, kann es aufgrund der EGR-Abgabestelle und resultierenden Krümmerfüllungsverzögerungen weniger EGR-Restabgase als erwünscht geben. Die lange Verzögerung beim Füllen des Krümmers mit EGR kann zu einem Abfall der Motorleistung führen. In beiden Fällen können auch Verbrennungsstabilitätsprobleme auftreten. Obwohl unter Bedingungen, unter welchen keine EGR erforderlich ist, Umleitventile zum Umleiten eines Teils oder der Gesamtheit des Abgases vom dedizierten EGR-Zylinder zu einer Auslassstelle verwendet werden können, kann die Verwendung von Umleitventilen abgesehen von den damit verbundenen Beständigkeitsproblemen auch unfinanzierbar sein.
  • Die Erfinder haben diese und andere Probleme erkannt und sie wenigstens teilweise durch ein Verfahren für einen Motor gelöst, das es ermöglicht, Abgas vom dedizierten EGR Zylinder basierend auf Motorbetriebsbedingungen zu einer Mehrzahl von Stellen zu leiten. Das Verfahren umfasst: selektives Öffnen einer Mehrzahl von Auslassventilen einer dedizierten EGR-Zylindergruppe, um Abgas an jeder von einer Vor-Verdichter- und einer Nach-Verdichterstelle zu restlichen Motorzylindern zurückzuführen. Auf diese Weise können EGR-Abgabestellen und -raten leicht variiert werden, wenn sich Motorbetriebsbedingungen ändern.
  • In einem Beispiel kann ein Motorsystem mit einem einzigen dedizierten EGR(DEGR)-Zylinder zum Bereitstellen von externer EGR für alle Motorzylinder ausgelegt sein. Ferner kann der Motor einen Ladeluftkühler (CAC für engl. charge air cooler) umfassen, der in den Einlasskrümmer integriert ist und eine Kompaktierung des aufgeladenen Motorsystems ermöglicht. Der dedizierte EGR-Zylinder kann eine Mehrzahl von Auslassventilen, zum Beispiel drei Auslassventile, und ein einziges Einlassventil umfassen. Ein erstes Auslassventil kann Abgas vom DEGR-Zylinder stromabwärts des Ladeluftkühlers und stromabwärts einer Einlassdrosselklappe zum Motoreinlass leiten, um dadurch ein Abgeben von heißer EGR an einer weiter stromabwärts gelegenen Stelle des Einlasskrümmers zu ermöglichen. Ein zweites Auslassventil kann Abgas vom DEGR-Zylinder stromaufwärts des Einlassverdichters zum Motoreinlass leiten, um dadurch ein Rückführen von gekühlter EGR an einer weiter stromaufwärts gelegenen Stelle des Einlasskrümmers zu ermöglichen. Da der Motor einen integrierten CAC umfasst, werden sowohl die heiße als auch die gekühlte EGR in ein kleineres Krümmervolumen abgegeben, wodurch Krümmerfüllungsverzögerungen verringert werden und EGR-Füllung beschleunigt wird, selbst wenn sich eine Drosselklappenstellung plötzlich ändert. Ein drittes Auslassventil kann heißes Abgas vom DEGR-Zylinder bei Umgehung der restlichen Motorzylinder an einer Stelle stromaufwärts eines Abgaskatalysators zum Auslasskrümmer leiten. Demnach ermöglicht das dritte Auslassventil, dass kein EGR an den Motor abgegeben wird. Die Mehrzahl von Auslassventilen kann mit einer variablen Ventilsteuerung, wie beispielsweise durch die Verwendung eines Mechanismus zur Nockenprofilumschaltung (CPS für engl. cam profile switching), betätigt werden, so dass eines oder mehrere der Auslassventile zu einem bestimmten Zeitpunkt selektiv aktiviert werden. Zum Beispiel kann der CPS-Mechanismus so verwendet werden, dass der dedizierte EGR-Zylinder basierend auf Motorbetriebsbedingungen in einem von einer Mehrzahl von Modi betrieben wird, wobei der Modus bestimmt, wann und für wie lange jedes Auslassventil während eines Auslasshubs in der dedizierten EGR-Zylindergruppe geöffnet wird. Als ein Beispiel kann der dedizierte EGR-Zylinder unter Bedingungen niedriger Last und/oder niedrigen Ladedrucks in einem ersten Modus betrieben werden, wobei während des Auslasshubs nur das erste Auslassventil geöffnet wird, so dass heiße EGR an einer Nach-Verdichterstelle an den Motoreinlass abgegeben wird. Unter Bedingungen hoher Last und/oder hohen Ladedrucks kann der dedizierte EGR-Zylinder dann in einem zweiten Modus betrieben werden, wobei während des Auslasshubs nur das zweite Auslassventil geöffnet wird, und gekühlte EGR an einer Vor-Verdichterstelle an den Motoreinlass abgegeben wird. Dagegen kann der dedizierte EGR-Zylinder bei Motor-Kaltstart- oder Katalysatoraufwärmzuständen oder, wenn keine Motorverdünnung erforderlich ist, in einem dritten Modus betrieben werden, wobei während des Auslasshubs nur das dritte Auslassventil geöffnet wird, um heißes Abgas bei Umgehung der Motorzylinder an den Abgaskatalysator abzugeben. In noch weiteren Beispielen können die Steuerzeiten eines jeden der Auslassventile so angepasst werden, dass sie mit verschiedenen Überschneidungsgraden (z. B. nur teilweiser Überschneidung) funktionieren.
  • Auf diese Weise kann eine Stelle der EGR-Abgabe von einer dedizierten EGR-Zylindergruppe bei einer Änderung von Betriebsbedingungen in einem aufgeladenen Motorsystem geändert werden. Durch Ermöglichen einer selektiven Abgabe von EGR an eine Vor-Verdichter- und/oder eine Nach-Verdichterstelle basierend auf Last- und Ladedruckbedingungen des Motors können Verbrennungsstabilitätsprobleme und EGR-Fehler bei instationären Änderungen der Drosselklappenstellung verringert werden. Durch Einführen von EGR in eine Vor-Verdichterstelle bei höheren Motorlasten und höheren EGR-Raten wird ein EGR-Abgleich von Zylinder zu Zylinder verbessert, während außerdem zusätzliche EGR-Kühlung durch einen Ladeluftkühler bereitgestellt wird. Außerdem wird das Risiko eines Pumpens des Verdichters reduziert. Durch Ändern der EGR-Abgabestelle basierend auf Motorbetriebsbedingungen wird ein Unterschied zwischen der Stelle, an welcher EGR unter diesen Bedingungen erforderlich ist, und der Stelle, an welcher EGR eingeführt wird, verringert, wodurch die Menge von erzeugten EGR-Abgabefehlern reduziert wird, sowie Krümmerfüllzeiten verkürzt werden. Entsprechend verringert dies die Wahrscheinlichkeit, dass die EGR auf dem falschen Niveau ist. Außerdem ermöglicht der Lösungsansatz ein gleichzeitiges Beziehen von gekühlter und ungekühlter EGR bei einer reduzierten Rate zusammen mit etwas Abgasstrom zum Katalysator zur Anspringwartung. Durch Anpassen der Öffnung einer Mehrzahl von Auslassventilen einer dedizierten EGR-Zylindergruppe kann der Vorauslassteil eines Auslasshubs für verbesserte EGR-Steuerungsfähigkeit vorteilhaft genutzt werden. Ferner kann das Abgas für verbesserte Turbolader-Leistung zu einer Vor-Turbinenstelle geleitet werden. Gleichermaßen kann die Auslassöffnung angepasst werden, um den Spülteil des Auslasshubs für eine höhere Konzentration von unverbrannten und teilweise verbrannten Kohlenwasserstoffen für verbesserte EGR-Toleranz im Motor vorteilhaft zu nutzen. Durch Reduzieren von EGR-Fehlern bei Transienten wird die Leistung des aufgeladenen Motors selbst bei hoher Motorverdünnung verbessert.
  • Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung genauer beschrieben werden. Sie soll keine entscheidenden oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstands aufzeigen, dessen Schutzbereich einzig durch die der ausführlichen Beschreibung folgenden Ansprüche definiert wird. Außerdem ist der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angeführten Nachteile lösen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die hier beschriebenen Vorteile werden durch Lektüre eines Beispiels einer Ausführungsform, das hier als „Ausführliche Beschreibung“ bezeichnet wird, alleine oder unter Bezugnahme auf die Zeichnungen besser verständlich, wobei:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Motorsystems ist, das eine dedizierte EGR-Spenderzylindergruppe umfasst.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung der mehreren Auslassventile der dedizierten EGR-Spenderzylindergruppe in den verschiedenen Betriebsmodi.
  • 3 ist eine schematische Darstellung eines Brennraums des Motors.
  • 4 stellt ein beispielhaftes Verfahren zum Anpassen der Auslassventilbetätigung der dedizierten EGR-Zylindergruppe dar, um den EGR-Strom basierend auf Motorbetriebsbedingungen zu ändern.
  • 5 stellt eine beispielhafte Routine zum Umschalten zwischen den verschiedenen Betriebsmodi der dedizierten EGR-Zylindergruppe in Reaktion auf Änderungen der Motorbetriebsbedingungen dar.
  • 6 stellt eine Tabelle dar, welche die verschiedenen Betriebsmodi der dedizierten EGR-Zylindergruppe aufführt.
  • 7 und 8 stellen beispielhafte Auslassventilsteuerzeiten für eine dedizierte EGR-Zylindergruppe in verschiedenen Betriebsmodi dar.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Die vorliegende Beschreibung betrifft EGR-Steuerung bei einem Motor, der mit hochverdünnten Zylindergemischen funktioniert, wie beispielsweise den Motorsystemen von 1 bis 3. Die Zylindergemische können unter Verwendung von zurückgeführten Abgasen (EGR), welche Nebenprodukte der Verbrennung von Luft-Kraftstoff-Gemischen sind, verdünnt werden. Ein dedizierter EGR-Zylinder (oder eine dedizierte EGR-Zylindergruppe) des Motors kann mit einer Mehrzahl von Auslassventilen ausgelegt sein, wobei das Öffnen jedes Ausventils über einen Nockenprofilumschaltmechanismus so gesteuert wird, dass die Anzahl und Identität von jeweils offenen Auslassventilen sowie eine Dauer der Auslassventilöffnung mit Motorbetriebsbedingungen geändert werden können. Eine Steuerung kann so ausgelegt sein, dass sie eine Steuerroutine, wie beispielsweise die Routine von 4, ausführt, um eine Mehrzahl von Auslassventilen basierend auf einem EGR-Bedarf selektiv so zu öffnen, dass eine Stelle und eine Rate der EGR-Abgabe geändert werden können. Zum Beispiel kann die Steuerung die dedizierte EGR-Zylindergruppe in einem von einer Mehrzahl von Modi (2 und 6) betreiben und zwischen der Mehrzahl von Modi (5) umschalten, wenn sich Betriebsbedingungen ändern, um die EGR-Abgabestelle zwischen einer Vor-Verdichter-, einer Nach-Verdichter- und einer Abgaskatalysatorstelle zu wechseln. Beispielhafte Auslassventilanpassungen zur EGR-Steuerung in einem aufgeladenen Motorsystem werden unter Bezugnahme auf 7 und 8 dargestellt.
  • 1 stellt schematisch Aspekte eines beispielhaften Motorsystems 100 dar, das einen Motor 10 mit vier Zylindern (1 bis 4) umfasst. Wie hierin näher ausgeführt, sind die vier Zylinder als eine erste Zylindergruppe 18 bestehend aus einem dedizierten EGR-Zylinder 4 und einer zweiten Zylindergruppe 17 bestehend aus nicht-dedizierten EGR-Zylindern 1 bis 3 ausgelegt. Eine ausführliche Beschreibung jedes Brennraums des Motors 10 wird unter Bezugnahme auf 3 bereitgestellt. Das Motorsystem 100 kann in einem Fahrzeug gekoppelt sein, das für Straßenfahrt ausgelegt ist, wie beispielsweise einem Personenkraftwagen.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Motor 10 ein aufgeladener Motor, der mit einem Turbolader 13 gekoppelt ist, der einen Verdichter 74 umfasst, der von einer Turbine 76 angetrieben wird. Insbesondere wird Frischluft entlang eines Einlasskanals 42 über ein Luftfilter 53 in den Motor 10 eingeführt und strömt zum Verdichter 74. Eine Strömungsgeschwindigkeit von Umgebungsluft, die durch den Einlassluftkanal 42 in das Einlasssystem eintritt, kann wenigstens zum Teil durch Anpassen einer Einlassdrosselklappe 20 gesteuert werden. Der Verdichter 74 kann jeder geeignete Einlassluftverdichter, wie beispielsweise ein elektromotorgetriebener oder antriebswellengetriebener Laderverdichter, sein. Im Motorsystem 10 ist der Verdichter jedoch ein Turboladerverdichter, der über eine Welle 19 mechanisch mit der Turbine 76 gekoppelt ist, wobei die Turbine 76 durch expandierendes Motorabgas angetrieben wird. In einer Ausführungsform können der Verdichter und die Turbine innerhalb eines zweiflutigen Turboladers gekoppelt sein. In einer anderen Ausführungsform kann der Turbolader ein Turbolader mit variabler Geometrie (VGT) sein, wobei die Turbinengeometrie als eine Funktion der Motordrehzahl aktiv verändert wird.
  • Wie in 1 dargestellt, ist der Verdichter 74 durch den Ladeluftkühler (CAC) 78 mit der Einlassdrosselklappe 20 gekoppelt. Der CAC 78 kann in den Einlasskrümmer 25 integriert sein und eine Verkleinerung des aufgeladenen Motors ermöglichen. Zum Beispiel kann das Motorsystem in einer ersten Konfiguration (Konfiguration A) hergestellt sein, wobei der CAC nicht integriert ist. Alternativ kann das Motorsystem in einer zweiten Konfiguration (Konfiguration B) hergestellt sein, wobei der CAC integriert ist. Wie unter Bezugnahme auf die Tabelle von 6 näher ausgeführt, kann jede Konfiguration in einem von drei Betriebsmodi betrieben werden, wobei verschiedene HP-EGR- und LP-EGR-Vorteile erreicht werden.
  • Die Einlassdrosselklappe 20 ist mit dem Motoreinlasskrümmer 25 gekoppelt. Vom Verdichter strömt die verdichtete Luftladung durch den Ladeluftkühler und das Drosselklappenventil zum Einlasskrümmer. Der Ladeluftkühler kann zum Beispiel ein Luft-Luft- oder Luft-Wasser-Wärmetauscher sein. In der in 1 dargestellten Ausführungsform wird der Druck der Luftladung innerhalb des Einlasskrümmers durch einen Sensor 24 für Krümmer-Luftdruck (MAP für engl. manifold air pressure) gemessen. Ein Verdichterumgehungsventil (nicht dargestellt) kann zwischen den Einlass und den Auslass des Verdichters 74 in Reihe gekoppelt sein. Das Verdichterumgehungsventil kann ein normalerweise geschlossenes Ventil sein, das so ausgelegt ist, dass es unter ausgewählten Betriebsbedingungen öffnet, um übermäßigen Ladedruck abzulassen. Zum Beispiel kann das Verdichterumgehungsventil unter Bedingungen abnehmender Motordrehzahl geöffnet werden, um ein Pumpen des Verdichters abzuwenden.
  • Der Einlasskrümmer 25 ist durch eine Reihe von Einlassventilen (siehe 3) mit einer Reihe von Brennräumen 30 gekoppelt. Die Brennräume sind ferner über eine Reihe von Auslassventilen (siehe 3) mit einem Auslasskrümmer 36 gekoppelt. Jeder Zylinder 30 kann von einem oder mehreren Ventilen versorgt werden. Im vorliegenden Beispiel können die Zylinder der zweiten Zylindergruppe (Zylinder 1 bis 3) jeweils mindestens ein Einlassventil und mindestens ein Auslassventil (nicht dargestellt) umfassen. Dagegen können die Zylinder der ersten Zylindergruppe (Zylinder 4) mit einem einzigen Einlassventil 62 und einer Mehrzahl von Auslassventilen ausgelegt sein. In der dargestellten Ausführungsform umfasst die erste Zylindergruppe jedes eines ersten, zweiten und dritten Auslassventils 64 bis 66. In der dargestellten Ausführungsform ist die Mehrzahl von Auslassventilen 64 bis 66 der dedizierten EGR-Zylindergruppe symmetrisch ausgelegt. In alternativen Ausführungsformen kann die Mehrzahl von Auslassventilen der dedizierten EGR-Zylindergruppe jedoch asymmetrisch ausgelegt sein. Als ein Beispiel kann ein größeres Auslassventil die Auslassroute speisen, während kleinere Auslassventile die Vor- und Nach-Verdichterrückführrouten speisen können. Als ein anderes Beispiel können die Auslassventile 64 und 65 so ausgelegt sein, dass sie größer als das Auslassventil 66 sind, derart dass mehr Abgas zu den Vor-Verdichter- und Nach-Verdichterstellen des Einlasskrümmers zurückgeführt wird, als Abgas zur Auslassturbine oder zum Abgaskatalysator umgeleitet wird.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst der Auslasskrümmer 36 eine Mehrzahl von Auslasskrümmerabschnitten, die es ermöglichen, dass ausströmendes Medium aus verschiedenen Brennräumen an verschiedene Stellen im Motorsystem geleitet wird. Insbesondere wird ausströmendes Medium aus der zweiten Zylindergruppe 17 (Zylinder 1 bis 3) durch die Turbine 76 des Auslasskrümmers 36 geleitet, bevor es durch einen Abgaskatalysator einer Abgassteuerungsvorrichtung 170 verarbeitet wird. Abgas aus der ersten Zylindergruppe 18 (Zylinder 4) wird dagegen über einen EGR-Kanal 54 und einen Wassergas-Shift-Katalysator 70 wieder zum Einlasskrümmer 25 zurückgeleitet. Der Wassergas-Shift(WGS)-Katalysator 70, der im EGR-Kanal 54 positioniert ist, ist so ausgelegt, dass er aus fettem Abgas, das im Kanal 54 vom Zylinder 4 empfangen wird, Wasserstoffgas erzeugt.
  • Jeder der Zylinder 1 bis 4 kann eine interne EGR umfassen, indem er Abgase aus einem Verbrennungsereignis im jeweiligen Zylinder einfängt und das Abgas während eines nachfolgenden Verbrennungsereignisses im jeweiligen Zylinder bleiben lässt. Die Menge interner EGR kann durch Anpassen der Öffnungs- und/oder Schließzeiten des Einlass- und/oder Auslassventils geändert werden. Zum Beispiel kann durch Erhöhen einer Einlass- und Auslassventilüberschneidung zusätzliche EGR während eines nachfolgenden Verbrennungsereignisses im Zylinder zurückgehalten werden. Externe EGR wird für die Zylinder 1 bis 4 nur über den Abgasstrom von der ersten Zylindergruppe 18 (hierin Zylinder 4) und den EGR-Kanal 54 bereitgestellt. In einem anderen Beispiel kann externe EGR nur für Zylinder 1 bis 3 und nicht für Zylinder 4 bereitgestellt werden. Externe EGR wird nicht durch den Abgasstrom aus Zylinder 1 bis 3 bereitgestellt. Demnach ist in diesem Beispiel der Zylinder 4 die einzige Quelle externer EGR für den Motor 10 und wird daher als der dedizierte EGR-Zylinder (oder die dedizierte Zylindergruppe) bezeichnet. Durch Rückführen des Abgases von einem Zylinder des Vierzylindermotors zum Motoreinlasskrümmer kann eine nahezu konstante EGR-Rate (von z. B. etwa 25 %) bereitgestellt werden. Die Zylinder 1 bis 3 werden hierin auch als nicht-dedizierte EGR-Zylindergruppe bezeichnet. Es versteht sich, dass, obwohl das aktuelle Beispiel die dedizierte EGR-Zylindergruppe so darstellt, dass sie einen einzigen Zylinder aufweist, die dedizierte EGR-Zylindergruppe in alternativen Motorkonfigurationen mehrere Motorzylinder aufweisen kann.
  • Der EGR-Kanal 54 kann einen EGR-Kühler 52 zum Kühlen von EGR umfassen, die an den Motoreinlass abgegeben wird. In einigen Ausführungsformen kann der dedizierte EGR-Zylinder 4 zum Ändern der EGR-Rate eine variable Ventilsteuerung an den Einlass- und/oder Auslassventilen aufweisen. Außerdem kann der EGR-Kanal 54 einen Abgassensor 51 zum Schätzen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases umfassen, das von der ersten Zylindergruppe zum Motoreinlass zurückgeführt wird. Optional kann stromabwärts der Auslasskrümmerabschnitte der ersten Zylindergruppe ein zweiter Abgassensor (nicht dargestellt) zum Schätzen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von Abgas in der ersten Zylindergruppe positioniert sein. Es können noch weitere Abgassensoren im Motorsystem von 1 enthalten sein.
  • Es versteht sich, dass der integrierte Ladeluftkühler 78 in einigen Beispielen so ausgelegt sein kann, dass er auch EGR-Kühlung durchführt. In solchen Ausführungsformen wird kein EGR-Kühler benötigt.
  • Der EGR-Kanal 54 kann eine erste Leitung 57, die eine Abgabe des zurückgeführten Abgases an eine Nach-Verdichterstelle (stromabwärts der Drosselklappe 20) ermöglicht, und eine zweite Leitung 55 umfassen, die eine Abgabe des zurückgeführten Abgases an eine Vor-Verdichterstelle (stromaufwärts des Verdichters 74 nahe eines Verdichtereinlasses) ermöglicht. Der EGR-Kühler 52 kann im EGR-Kanal 54 und insbesondere in der EGR-Leitung 55 angeordnet sein, derart dass Abgas, das zur Vor-Verdichterstelle zurückgeführt wird, vor der Abgabe gekühlt wird, während Abgas, das zur Nach-Verdichterstelle zurückgeführt wird, vor der Abgabe nicht gekühlt wird. Als Ergebnis wird vom zweiten Auslassventil gekühlte Niederdruck(LP für engl. low pressure)-EGR an die Vor-Verdichterstelle abgegeben, während vom ersten Auslassventil ungekühlte EGR an die Nach-Verdichterstelle abgegeben wird. Alternativ kann der EGR-Kühler 54 stromaufwärts verlegt und/oder der CAC 78 in den Einlasskrümmer integriert sein, wodurch eine Abgabe von gekühlter EGR entweder an die Vor- oder Nachverdichterstellen ermöglicht wird. Optional kann wenigstens ein Teil des Abgases von der ersten Zylindergruppe über ein Umgehungsleitung 56 zum Auslasskrümmer 48 umgeleitet werden. Im dargestellten Beispiel leitet die Leitung Abgas zum Auslasskrümmer stromaufwärts der Turbine 76 um. In alternativen Beispielen kann das Abgas jedoch zu einer Stelle stromabwärts der Turbine 76 und stromaufwärts eines Abgaskatalysators einer Abgassteuerungsvorrichtung 170 umgeleitet werden. Wie hierin näher ausgeführt, kann durch Ändern der Steuerzeit der Auslassventilbetätigung der ersten Zylindergruppe 18 Abgas von der dedizierten EGR-Zylindergruppe über die Leitungen 55, 57 zum Einlass zurückgeführt und/oder über die Leitung 56 zum Abgaskatalysator umgeleitet werden.
  • Eine Wasserstoffkonzentration in der externen EGR vom Zylinder 4 kann durch Anreichern eines Luft-Kraftstoff-Gemisches, das in Zylinder 4 verbrannt wird, erhöht werden. Insbesondere kann die Menge von Wasserstoffgas, das am WGS-Katalysator 70 erzeugt wird, durch Erhöhen des Fettheitsgrades von Abgas, das im Kanal 50 vom Zylinder 4 empfangen wird, erhöht werden. Demnach kann zum Bereitstellen von wasserstoffangereichertem Abgas für die Motorzylinder 1 bis 4 die Kraftstoffzufuhr der zweiten Zylindergruppe 18 so angepasst werden, dass der Zylinder 4 angereichert wird. In einem Beispiel kann die Wassersstoffkonzentration der externen EGR vom Zylinder 4 unter Bedingungen erhöht werden, unter welchen die Verbrennungsstabilität des Motors geringer als gewünscht ist. Diese Maßnahme erhöht die Wasserstoffkonzentration in der externen EGR und kann die Verbrennungsstabilität des Motors insbesondere bei niedrigeren Motordrehzahlen und -lasten (z. B. Leerlauf) verbessern. Außerdem ermöglicht die wasserstoffangereicherte EGR, dass im Motor wesentlich höhere EGR-Niveaus gegenüber herkömmlicher EGR (mit niedrigerer Wasserstoffkonzentration) toleriert werden, bevor es überhaupt zu Verbrennungsstabilitätsproblemen kommt. Durch Vergrößern des Bereichs und der Menge der EGR-Nutzung wird die Kraftstoffökonomie des Motors verbessert.
  • Das Motorsystem 100 umfasst ferner eine oder mehrere Nockenwellen zum Betätigen der Einlass- und Auslassventile der Brennräume. Zum Beispiel kann eine Einlassnockenwelle (nicht dargestellt) über verschiedene Nockenbuckel mit dem Einlassventil der ersten Zylindergruppe und dem Einlassventil jedes Zylinders der zweiten Zylindergruppe gekoppelt sein. Die Nockenwelle kann so betätigt werden, dass sie die entsprechenden Einlassventile über Anpassungen der Steuerzeit der entsprechenden Nockenbuckel betätigt. Jedes Einlassventil kann zwischen einer offenen Stellung, welche Einlassluft in den entsprechenden Zylinder einlässt, und einer geschlossenen Stellung, welche Einlassluft vom Zylinder im Wesentlichen aussperrt, betätigt werden. Die Einlassnockenwellen können als Teil eines Einlassventilbetätigungssystems enthalten sein.
  • Gleichermaßen kann eine Auslassnockenwelle 68 in einem Auslassventilbetätigungssystem 69 enthalten sein. Die Auslassnockenwelle 68 kann mit den Auslassventilen 64 bis 66 der ersten zylindergruppe 18 (hierin Zylinder 4) gekoppelt sein. Die Auslassnockenwelle 68 kann einen Auslassnocken 67 umfassen, der ein Nockenbuckelprofil zum Ändern der Steuerzeit und Dauer des Öffnens des Auslassventils 64 während eines Auslasshubs der ersten Zylindergruppe aufweist. Gleichermaßen können Auslassnocken mit ähnlichen oder verschiedenen Nockenbuckelprofilen so enthalten sein, dass sie mit den Auslassventilen 65 und 66 gekoppelt sind. Jedes Auslassventil 64 bis 66 kann zwischen einer offenen Stellung, welche Abgas aus dem entsprechenden Zylinder ausströmen lässt, und einer geschlossenen Stellung, welche Gas im Wesentlichen innerhalb des Zylinders zurückhält, betätigt werden. Basierend auf dem Buckelprofil jedes Auslassnockens kann das entsprechende Auslassventil zu einer anderen Steuerzeit und für eine andere Dauer geöffnet werden. Das Buckelprofil kann Nockenhubhöhe, Nockendauer und/oder Nockensteuerzeit beeinflussen. Eine Steuerung kann zum Schalten zwischen Auslassventilbetätigung durch Längsbewegen der Auslassnockenwelle 68 und Schalten zwischen Nockenprofilen imstande sein. Obwohl die Auslassnockenwelle 68 mit den Auslassventilen der ersten Zylindergruppe 18 gekoppelt dargestellt ist, kann eine ähnliche Auslassnockenwelle (nicht dargestellt) mit den Auslassventilen jedes Zylinders der zweiten Zylindergruppe 17 gekoppelt sein, wobei die gemeinsame Auslassnockenwelle betätigt wird, um die Auslassventile aller gekoppelten Zylinder zu betätigen.
  • Das Auslassventilbetätigungssystem 69 und das Einlassventilbetätigungssystem (nicht dargestellt) können ferner Stößelstangen, Kipphebel, Stößel usw. enthalten. Solche Vorrichtungen und Merkmale können die Betätigung der Einlassventile und der Auslassventile durch Umwandeln der Drehbewegung der Nocken in eine translatorische Bewegung der Ventile steuern. Wie bereits erwähnt, können die Ventile außerdem über zusätzliche Nockenbuckelprofile an den Nockenwellen betätigt werden, wobei die Nockenbuckelprofile zwischen den verschiedenen Ventilen unterschiedliche Nockenhubhöhe, Nockendauer und/oder Nockensteuerzeit bereitstellen können. Es können jedoch auch alternative Nockenwellenanordnungen (oben liegend und/oder Stößelstange) verwendet werden, falls gewünscht. In noch weiteren Beispielen kann jedes der Auslassventile und Einlassventile eines oder mehrerer Zylinder durch eine gemeinsame Nockenwelle betätigt werden. In einigen Beispielen können darüber hinaus einige der Einlassventile und/oder Auslassventile durch ihre eigene unabhängige Nockenwelle oder eine andere Vorrichtung betätigt werden.
  • Das Motorsystem 100 kann Systeme für variable Ventilsteuerung, zum Beispiel ein System 80 für variable Auslassnockensteuerung (VCT für engl. variable cam timing), umfassen. Das VCT-System 80 kann so ausgelegt sein, dass es das erste Auslassventil 64 während eines ersten Betriebsmodus bei einer ersten Steuerzeit und für eine erste Dauer öffnet. Der erste Betriebsmodus kann bei niedrigerer Motorlast und/oder niedrigeren Ladedrücken stattfinden. Die erste Leitung 57 koppelt das erste Auslassventil 64 der ersten Zylindergruppe mit dem Einlasskrümmer stromabwärts des Einlassverdichters 74 (an einer Stelle nach dem Verdichter). Die zweite Leitung 55 koppelt das zweite Auslassventil 65 der ersten Zylindergruppe mit dem Einlasskrümmer stromaufwärts des Einlassverdichters (an einer Stelle vor dem Verdichter). Die dritte Leitung 56 koppelt das dritte Auslassventil 66 der ersten Zylindergruppe mit dem Auslasskrümmer stromaufwärts eines Abgaskatalysators der Abgassteuerungsvorrichtung 170. Wie bei 2 und 4 näher ausgeführt, kann durch Ändern des Betriebs der Nockenwelle 68 das Öffnen und Schließen der Auslassventile 64 bis 66 geändert werden, um dadurch die EGR-Abgabestelle sowie die EGR-Abgaberate zu ändern.
  • Das VCT-System 80 kann einen Auslassnockenwellen-Phasenversteller 81, der mit der Auslassnockenwelle 68 gekoppelt ist, zum Ändern der Auslassventilsteuerzeit umfassen. Das VCT-System kann gleichermaßen einen Einlassnockenwellen-Phasenversteller, der mit einer Einlassnockenwelle gekoppelt ist, zum Ändern der Einlassventilsteuerzeit umfassen. Das VCT-System 80 kann so ausgelegt sein, dass es die Ventilsteuerzeit durch Nachfrüh- oder Nachspätverstellen der Nockensteuerzeit nach früh oder nach spät verstellt, und es kann durch die Steuerung 12 gesteuert werden. Das VCT-System 80 kann so ausgelegt sein, dass es die Steuerzeit von Ventilöffnungs- und -schließereignissen durch Ändern der Beziehung zwischen der Kurbelwellenstellung und der Nockenwellenstellung ändert. Zum Beispiel kann das VCT-System 80 zum Drehen der Einlassnockenwelle 68 unabhängig von der Kurbelwelle ausgelegt sein, um die Ventilsteuerzeit nach früh oder spät zu verstellen. In einigen Ausführungsformen kann das VCT-System 80 eine nockenmomentbetätigte Vorrichtung sein, die so ausgelegt ist, dass sie die Nockensteuerzeit schnell ändert. In einigen Ausführungsformen kann Ventilsteuerung, wie zum Beispiel Einlassventilschließen (IVC für engl. intake valve closing) und Auslassventilschließen (EVC für engl. exhaust valve closing), durch eine Vorrichtung zum stufenlosen Verstellen des Ventilhubs (CVVL für engl. continuously variable valve lift) geändert werden.
  • Die oben beschriebenen Ventil-/Nockensteuervorrichtungen und -systeme können hydraulisch angetrieben oder elektrisch betätigt oder Kombinationen davon sein. In einem Beispiel kann eine Stellung der Nockenwelle über Nockenphasenanpassung eines elektrischen Stellantriebs (z. B. eines elektrisch betätigten Nockenphasenverstellers) mit einer Genauigkeit geändert werden, welche diejenige der meisten hydraulisch betätigten Nockenphasenversteller überschreitet. Signalleitungen können Steuersignale an das VCT-System 80 senden und eine Nockensteuerzeit- und/oder Nockenauswahlmessung am Stellantrieb davon empfangen.
  • Die Brennräume 30 können mit einem oder mehreren Kraftstoffen, wie beispielsweise Benzin, alkoholischen Kraftstoffmischungen, Diesel, Biodiesel, Druck-Erdgas usw., versorgt werden. Der Kraftstoff kann den Brennräumen über eine Einspritzdüse 66 zugeführt werden. Die Kraftstoffeinspritzdüse 66 kann Kraftstoff aus einem Kraftstofftank saugen. Im dargestellten Beispiel ist die Kraftstoffeinspritzdüse 66 für Direkteinspritzung ausgelegt, obwohl die Kraftstoffeinspritzdüse 66 in anderen Ausführungsformen für Einlasskanaleinspritzung oder Drosselventilgehäuseeinspritzung ausgelegt sein kann. Ferner kann jeder Brennraum eine oder mehrere Kraftstoffeinspritzdüsen verschiedener Konfigurationen umfassen, um jeden Zylinder zu befähigen, Kraftstoff über Direkteinspritzung, Einlasskanaleinspritzung, Drosselventilgehäuseeinspritzung oder Kombinationen davon zu empfangen. In den Brennräumen kann die Verbrennung über Funkenzündung und/oder Verdichtungszündung ausgelöst werden.
  • Abgas vom Auslasskrümmer 36 wird zur Turbine 76 geleitet, um die Turbine anzutreiben. Wenn ein reduziertes Turbinenmoment erwünscht ist, kann etwas Abgas stattdessen durch Umgehen der Turbine durch ein Wastegate (nicht dargestellt) geleitet werden. Der kombinierte Strom aus der Turbine und dem Wastegate strömt dann durch die Abgassteuerungsvorrichtung 170. Im Allgemeinen können eine oder mehrere Abgasreinigungsvorrichtungen 170 einen oder mehrere Abgasnachbehandlungskatalysatoren aufweisen, die so ausgelegt sind, dass sie Abgasstrom katalytisch behandeln und dadurch eine Menge einer oder mehreren Substanzen im Abgasstrom reduzieren. Ein Abgasnachbehandlungskatalysator kann beispielsweise so ausgelegt sein, dass er NOX aus dem Abgasstrom abfängt, wenn der Abgasstrom mager ist, und das abgefangene NOX reduziert, wenn der Abgasstrom fett ist. In anderen Beispielen kann ein Abgasnachbehandlungskatalysator so ausgelegt sein, dass er NOX disproportioniert oder NOX mit Hilfe eines Reduktionsmittels selektiv reduziert. In anderen Beispielen kann ein Abgasnachbehandlungskatalysator so ausgelegt sein, dass er Restkohlenwasserstoffe und/oder Restkohlenmonoxid im Abgasstrom oxidiert. Verschiedene Abgasnachbehandlungskatalysatoren mit einer beliebigen solchen Funktionalität können in Zwischenschichten oder anderswo in den Abgasnachbehandlungsstufen entweder separat oder zusammen angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen können die Abgasnachbehandlungsstufen ein regenerierbares Rußfilter aufweisen, das so ausgelegt ist, dass es Rußpartikel im Abgasstrom einfängt und oxidiert. Die Gesamtheit oder ein Teil des behandelten Abgases aus der Abgasreinigungsvorrichtung 170 kann über die Auslassleitung 35 an die Umgebung abgegeben werden.
  • Das Motorsystem 100 umfasst ferner ein Steuersystem 14. Das Steuersystem 14 umfasst eine Steuerung 12, wobei es sich um ein beliebiges elektronisches Steuersystem des Motorsystems oder des Fahrzeugs, in welches das Motorsystem eingebaut ist, handeln kann. Die Steuerung 12 kann so ausgelegt sein, dass sie wenigstens teilweise basierend auf Eingaben von einem oder mehreren Sensoren 16 innerhalb des Motorsystems Steuerungsentscheidungen trifft und basierend auf den Steuerungsentscheidungen Stellantriebe 83 steuern kann. Zum Beispiel kann die Steuerung 12 computerlesbare Anweisungen in einem Speicher speichern, und die Stellantriebe 83 können durch Ausführung der Anweisungen gesteuert werden. Beispielhafte Sensoren umfassen MAP-Sensor 24, MAF-Sensor 49, Abgastemperatur- und Abgasdrucksensoren 128 und 129 sowie Abgas-Sauerstoffsensor 51. Beispielhafte Stellantriebe umfassen Drosselklappe 20, Kraftstoffeinspritzdüse 66, Einlassventil 62 und Auslassventile 64 bis 66. Es können zusätzliche Sensoren und Stellantriebe enthalten sein, wie in 2 bis 3 beschrieben. Das Festwertspeicher-Speichermedium in der Steuerung 12 kann mit computerlesbaren Daten programmiert sein, welche Anweisungen darstellen, die von einem Prozessor zum Durchführen der hierin im Folgenden beschriebenen Verfahren sowie anderer, vorweggenommener, aber nicht spezifisch aufgeführter Varianten ausgeführt werden können. Ein beispielhaftes Verfahren wird hier unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
  • 2 stellt eine detaillierte Ausführungsform 200 des Abgasstroms von der dedizierten EGR-Zylindergruppe zu verschiedenen Stellen im Motor während verschiedener Betriebsmodi dar. Entsprechend sind die Komponenten, die zuvor in 1 präsentiert wurden, ähnlich nummeriert. Es versteht sich, dass, obwohl die dargestellte Ausführungsform den dedizierten EGR-Zylinder (Zylinder 4) getrennt von den restlichen Motorzylindern (Zylinder 1 bis 3) darzustellen scheint, dies eine funktionelle Unterscheidung darstellen soll. Entsprechend können die Zylinder tatsächlich benachbart auf einem Motorblock angeordnet sein, wie in 1 veranschaulicht. In alternativen Beispielen kann die dedizierte Motorzylindergruppe jedoch physisch von den restlichen Motorzylindern getrennt, wie beispielsweise auf einer anderen Bank oder überhaupt auf einem separaten Motor, sein.
  • Ausführungsform 200 zeigt den Motor 10 mit einem Einlasskrümmer 25 und einem Auslasskrümmer 36, einem Turbolader, der einen Einlassverdichter 74 umfasst, der über eine Welle von einer Auslassturbine 76 angetrieben wird; und einem Ladeluftkühler 78 in einer Vor-Drosselklappenposition, wie durch durchgehende Linien dargestellt, oder alternativ in einer Nach-Drosselklappenposition, wie durch gestrichelte Linien dargestellt, in den Einlasskrümmer integriert. Die erste dedizierte EGR-Zylindergruppe 18 (hierin Zylinder Nummer 4) umfasst ein Einlassventil 62 und jedes von einem ersten Auslassventil 64, einem zweiten Auslassventil 65 und einem dritten Auslassventil 66. Das Einlassventil 62 saugt Einlassluft von stromaufwärts des Einlassverdichters in die erste Zylindergruppe 18, oder es könnte alternativ vorverdichtete Luft aus dem Einlasskrümmer 25 ansaugen.
  • Eine erste Leitung 57 koppelt das erste Auslassventil 64 der ersten Zylindergruppe mit dem Einlasskrümmer stromabwärts des Einlassverdichters. Die erste Leitung kann innerhalb des EGR-Kanals 54 enthalten sein. Hierbei wird die EGR auch stromabwärts der Einlassdrosselklappe 20 abgegeben. Auf diese Weise ist die dedizierte EGR-Zylindergruppe zum Rückführen von heißer EGR zum Motoreinlass an einer Nach-Verdichterstelle über das erste Auslassventil und die erste Leitung, wenn der CAC nicht in den Einlasskrümmer integriert ist, oder zum Rückführen von gekühlter EGR zum Motoreinlass an der Nach-Verdichterstelle über das erste Auslassventil und die erste Leitung ausgelegt. In einem Beispiel kann das erste Auslassventil in einem ersten Betriebsmodus bei niedrigerer Motorlast und niedrigerem Ladedruck selektiv geöffnet werden, um heiße EGR über die erste Leitung für den Motor bereitzustellen. Durch Abgeben der heißen EGR (oder der gekühlten EGR in der Konfiguration mit dem integrierten CAC) an den Motor stromabwärts des Verdichters in einem kleineren Volumen wird EGR-Füllung beschleunigt, und EGR-Fehler bei Transienten werden reduziert. Außerdem wird die heiße (oder gekühlte) EGR näher an der Stelle abgegeben, an der sie erwünscht ist. Alternativ könnte der EGR-Kühler 52 im Kanal 57 enthalten sein, oder der CAC 78 könnte in den Einlasskrümmer 25 integriert sein, was eine Abgabe von gekühlter EGR nach dem Verdichter ermöglicht.
  • Eine zweite Leitung 55 koppelt das zweite Auslassventil 65 der ersten Zylindergruppe mit dem Lufteinlass stromaufwärts des Einlassverdichters. Die zweite Leitung kann ebenfalls innerhalb des EGR-Kanals 54 enthalten und wenigstens teilweise benachbart zur ersten Leitung 57 angeordnet sein. Hierbei wird die EGR auch stromaufwärts der Einlassdrosselklappe 20 abgegeben. Auf diese Weise ist die dedizierte EGR-Zylindergruppe zum Rückführen von gekühlter EGR zum Motoreinlass an einer Vor-Verdichterstelle über das zweite Auslassventil und die zweite Leitung ausgelegt. Die EGR kann über den CAC entweder an der Vor-Drosselklappenstelle (wenn der CAC nicht integriert ist) oder an der Nach-Drosselklappenstelle (wenn der CAC integriert ist) gekühlt werden. In einem Beispiel kann das zweite Auslassventil in einem zweiten Betriebsmodus bei höherer Motorlast und höherem Ladedruck selektiv geöffnet werden, um gekühlte Niederdruck-EGR über die zweite Leitung für den Motor bereitzustellen. Durch Abgeben der gekühlten EGR an den Motor stromaufwärts des Verdichters sind größere Mischlängen vorhanden, wodurch eine gleichmäßigere Verteilung von EGR an die Motorzylinder und eine Vermeidung von Verdichterpumpproblemen während des aufgeladenen Betriebs ermöglicht werden.
  • Eine dritte Leitung 56 koppelt das dritte Auslassventil 66 der ersten Zylindergruppe mit dem Auslasskrümmer an einer Stelle stromaufwärts eines Abgaskatalysators 192 der Abgasreinigungsvorrichtung. Die dritte Leitung kann ebenfalls innerhalb des EGR-Kanals 54 enthalten, aber von den ersten und zweiten Leitungen 55 und 57 versetzt angeordnet sein. In der Ausführungsform von 2 ist die Leitung 56 stromabwärts der Turbine 76 gekoppelt, obwohl in alternativen Beispielen, wie beispielsweise in 1 dargestellt, die Leitung 56 stromaufwärts der Turbine 76 gekoppelt sein kann. Auf diese Weise ist die dedizierte EGR-Zylindergruppe so ausgelegt, dass sie Abgas zum Abgaskatalysator umleitet, um die Katalysatoraufwärmung zu beschleunigen und/oder im Wesentlichen keine Motorverdünnung bereitzustellen. In einem Beispiel kann das dritte Auslassventil in einem dritten Betriebsmodus bei einem Motor-Kaltstart selektiv geöffnet werden, um keine EGR für den Motor bereitzustellen. Das Leiten von Abgas zur Vor-Turbinenstelle kann außerdem die Aufladeleistung des Motors verbessern.
  • Ein Nockenprofilumschaltvorrichtungs-Stellantrieb kann mit jedem des ersten, zweiten und dritten Auslassventils der ersten Zylindergruppe gekoppelt sein. Eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen kann im Motorsystem enthalten und mit Code zum Anpassen einer Steuerzeit des Öffnens eines jeden des ersten, zweiten und dritten Auslassventils während eines Auslasshubs der ersten Zylindergruppe basierend auf einem oder mehreren von Motorlast, Ladedruck und Motorverdünnung ausgelegt sein. Zum Beispiel kann das Anpassen bei niedrigerer Motorlast und niedrigerem Ladedruck ein Öffnen und Schließen des ersten Auslassventils vor einem Schließen des zweiten und dritten Auslassventils während eines Auslasshubs der ersten Zylindergruppe umfassen. Das Anpassen kann ferner bei höherer Motorlast und höherem Ladedruck ein Öffnen und Schließen des zweiten Auslassventils vor einem Schließen des ersten und dritten Auslassventils umfassen. Darüber hinaus kann das Anpassen bei einem Motor-Kaltstart ein Öffnen und Schließen des dritten Auslassventils vor einem Schließen des ersten und zweiten Auslassventils umfassen. Hierbei kann die Steuerung eine Öffnungsdauer eines jeden des ersten und zweiten Auslassventils basierend auf einem Motorverdünnungsbedarf anpassen, während eine Öffnungsdauer des dritten Auslassventils basierend auf einer Temperatur eines mit dem Auslasskrümmer gekoppelten Abgaskatalysators angepasst wird. Zum Beispiel kann die Öffnungsdauer des ersten und zweiten Auslassventils mit zunehmendem Motorverdünnungsbedarf verlängert werden, während die Öffnungsdauer des dritten Auslassventils bei Abfall der Abgaskatalysatortemperatur unter eine Schwelle verlängert wird.
  • Ein Zeitablauf des Öffnens der Auslassventile kann derart angepasst werden, dass es keine Überschneidung zwischen Ventilbetätigungen oder wenigstens nur Teilüberschneidung gibt. Durch Anpassen der Steuerzeit der Ventilöffnung, der Dauer der Ventilöffnung sowie der Steuerzeitüberschneidung zwischen den Auslassventilen können eine Rate und eine Stelle der EGR-Abgabe geändert werden, wenn sich Motorbetriebsbedingungen ändern. Dies ermöglicht EGR-Abgabe an jede von einer Vor-Verdichter- und einer Nach-Verdichterstelle bei gleichzeitiger Änderung eines Verhältnisses der EGR-Abgabe zwischen den Stellen basierend wenigstens auf Motorlast und Ladedruck und bei gleichzeitiger Erfüllung von Motorverdünnungsanforderungen. Zum Beispiel kann unter Bedingungen höherer Motorlast und höheren Ladedrucks ein größerer Teil von EGR an eine Vor-Verdichterstelle abgegeben werden, während ein kleinerer Teil von EGR an eine Nach-Verdichterstelle abgegeben wird. Als ein anderes Beispiel kann unter Bedingungen niedrigerer Motorlast und niedrigeren Ladedrucks ein größerer Teil von EGR an die Nach-Verdichterstelle abgegeben werden, während eine kleinerer Teil von EGR an die Vor-Verdichterstelle abgegeben wird.
  • Nunmehr unter Bezugnahme auf 3 wird ein Zylinder eines Motors mit innerer Verbrennung 10, der eine Mehrzahl von Zylindern umfasst (wie in 1 bis 2 dargestellt) beschrieben. Der Motor 10 umfasst einen Brennraum 30 und Zylinderwände 132 mit einem darin positionierten Kolben 136, der mit einer Kurbelwelle 40 verbunden ist. Ein Schwungrad 197 und ein Zahnkranz 199 sind mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt. Ein Starter 196 umfasst eine Ritzelwelle 198 und ein Ritzel 195. Die Ritzelwelle 198 kann das Ritzel 195 zum Eingriff in den Zahnkranz 199 selektiv vorrücken. Der Starter 196 kann direkt an der Vorderseite des Motors oder der Rückseite des Motors angebracht sein. In einigen Beispielen kann der Starter 196 der Kurbelwelle 40 über einen Riemen oder eine Kette selektiv Drehmoment zuführen. In einem Beispiel befindet sich der Starter 196 in einem Grundzustand, wenn er nicht mit der Motorkurbelwelle in Eingriff steht.
  • Der Brennraum 30 steht in der Darstellung über ein Einlassventil 152 bzw. ein Auslassventil 154 mit einem Einlasskrümmer 144 und einem Auslasskrümmer 148 in Verbindung. Jedes Einlass- und Auslassventil kann durch einen Einlassnocken 151 und einen Auslassnocken 153 unabhängig betätigt werden. Eine Einlassventileinstellvorrichtung 85 verstellt die Phase des Einlassventils 152 in Bezug auf eine Stellung der Kurbelwelle 40 nach früh oder spät. Außerdem kann die Einlassventileinstellvorrichtung 85 eine Einlassventilhubhöhe herauf -oder herabsetzen. Eine Auslassventileinstellvorrichtung 83 verstellt die Phase des Auslassventils 154 in Bezug auf eine Stellung der Kurbelwelle 40 nach früh oder spät. Ferner kann die Auslassventileinstellvorrichtung 83 eine Auslassventilhubhöhe herauf -oder herabsetzen. Die Stellung des Einlassnockens 151 kann durch den Einlassnockensensor 155 bestimmt werden. Die Stellung des Auslassnockens 153 kann durch den Auslassnockensensor 157 bestimmt werden. In Fällen, in welchen der Brennraum 30 ein Teil eines dedizierten EGR-Zylinders ist, können die Steuerzeit und/oder die Hubhöhe der Ventile 152 und 154 unabhängig von anderen Motorzylindern angepasst werden, so dass die Zylinderluftladung des dedizierten EGR-Zylinders in Bezug auf andere Motorzylinder erhöht oder verringert werden kann. Auf diese Weise kann externe EGR, die den Motorzylindern zugeführt wird, fünfundzwanzig Prozent der Zylinderladungsmasse überschreiten. Externe EGR ist Abgas, das aus den Auslassventilen eines Zylinders gepumpt und über Zylindereinlassventile zu den Zylindern zurückgeführt wird. Ferner kann die interne EGR-Menge von anderen Zylindern als dem EGR-Zylinder durch Anpassen der Ventilsteuerzeit dieser jeweiligen Zylinder unabhängig vom dedizierten EGR-Zylinder angepasst werden. Interne EGR ist Abgas, das nach einem Verbrennungsereignis in einem Zylinder bleibt und Teil eines Gemisches im Zylinder für ein nachfolgendes Verbrennungsereignis ist.
  • In der Darstellung ist die Kraftstoffeinspritzdüse 66 so positioniert, dass sie den Kraftstoff direkt in den Zylinder 30 einspritzt, was dem Fachmann als Direkteinspritzung bekannt ist. Als Alternative dazu kann Kraftstoff in einen Einlasskanal eingespritzt werden, was dem Fachmann als Einlasskanaleinspritzung bekannt ist. In einigen beispielhaften Motorkonfigurationen können ein oder mehrere Zylinder Kraftstoff sowohl von Direkt- als auch Einlasskanaleinspritzdüsen empfangen.
  • In einem Beispiel kann die Kraftstoffeinspritzdüse 66 eine selektiv deaktivierbare Kraftstoffeinspritzdüse sein. Demnach kann ein Motorzylinder durch Abschalten des Kraftstoffs zum jeweiligen Zylinder selektiv deaktiviert werden. In einigen Ausführungsformen kann der dedizierte EGR-Zylinder durch ein Absperren von Luft statt eines Absperrens von Kraftstoff oder zusätzlich dazu deaktiviert werden. Zum Beispiel kann eines von den Einlassventil und dem oder den Auslassventil(en) des dedizierten EGR-Zylinders deaktiviert werden, aber nicht beide. Durch Deaktivieren entweder des Einlassventils oder des Auslassventils kann die Pumparbeit des Zylinders erhöht werden. Das Maximieren der Pumparbeit des dedizierten EGR-Zylinders kann außerdem ein Anpassen von Nockenphaseneinstellung, Ventilhub, Stellung einer Einlassanal-Drosselklappe oder einer Ladungsbewegungssteuervorrichtung usw. umfassen.
  • Der Einlasskrümmer 144 ist so dargestellt, dass er mit einer optionalen elektronischen Drosselklappe 162 in Verbindung steht, die eine Stellung der Drosselklappenplatte 164 anpasst, um Luftstrom vom Lufteinlass 42 in den Einlasskrümmer 144 zu steuern. In einigen Beispielen können die Drosselklappe 162 und die Drosselklappenplatte 164 zwischen dem Einlassventil 152 und dem Ansaugkrümmer 144 positioniert sein, derart dass die Drosselklappe 162 eine Einlasskanal-Drosselklappe ist. Ein vom Fahrer angefordertes Drehmoment kann aus einer Stellung des Gaspedals 180, die vom Gaspedalsensor 184 erfasst wird, bestimmt werden. Eine Spannung oder ein Strom, die/der das vom Fahrer angeforderte Drehmoment anzeigt, wird vom Gaspedalsensor 184 ausgegeben, wenn der Fahrerfuß 182 das Gaspedal 180 betätigt.
  • Ein verteilerloses Zündsystem 88 stellt über eine Zündkerze 92 in Reaktion auf die Steuerung 12 einen Zündfunken für den Brennraum 30 bereit. Ein universeller Abgas-Sauerstoff(UEGO für engl. Universal Exhaust Gas Oxygen)-Sensor 126 ist so dargestellt, dass er mit dem Auslasskrümmer 148 stromaufwärts eines katalytischen Konverters 170 gekoppelt ist. Als Alternative dazu kann anstelle des UEGO-Sensors 126 ein Abgas-Sauerstoffsensor mit zwei Zuständen eingesetzt werden.
  • Der Katalysator 170 kann in einem Beispiel mehrere Katalysatorblöcke enthalten. In einem anderen Beispiel können mehrere Abgasreinigungssysteme, jeweils mit mehreren Blöcken, verwendet werden. Der Katalysator 170 kann in einem Beispiel ein Dreiwege-Katalysator sein.
  • Die Steuerung 12 ist in 3 als ein herkömmlicher Mikrocomputer dargestellt, der umfasst: eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingabe-/Ausgabeanschlüsse (E/A) 104, einen (nicht-transitorischen) Festwertspeicher 106, einen Direktzugriffsspeicher 108, einen Erhaltungsspeicher (KAM für engl. keep alive memory) 110 und einen herkömmlichen Datenbus. Die Steuerung 12 ist so dargestellt, dass sie neben den zuvor erörterten Signalen verschiedene Signale von mit dem Motor 10 gekoppelten Sensoren empfängt, die umfassen: eine Motor-Kühlmitteltemperatur (ECT für engl. engine coolant temperature) von einem Temperatursensor 112, der mit einer Kühlhülse 113 gekoppelt ist; eine Messung von Motorkrümmerdruck (MAP für engl. manifold pressure) von einem Drucksensor 122, der mit dem Einlasskrümmer 144 gekoppelt ist; einen Motorpositionssensor von einem Hall-Effekt-Sensor 115, der die Position der Kurbelwelle 40 misst; eine Messung von in den Motor eintretender Luftmasse von einem Sensor 119; und eine Messung der Drosselklappenstellung (TP für engl. throttle position) von einem Sensor 158. Es kann auch Barometerdruck zur Verarbeitung durch die Steuerung 12 erfasst werden (Sensor nicht gezeigt). In einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Beschreibung erzeugt der Motorpositionssensor 115 bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle eine vorbestimmte Anzahl von gleichmäßig beabstandeten Impulsen, aus denen die Motordrehzahl (RPM) bestimmt werden kann.
  • Im Betrieb erfährt jeder Zylinder innerhalb des Motors 10 in der Regel einen Viertaktprozess: der Prozess umfasst den Einlasshub, den Verdichtungshub, den Arbeitshub und den Auslasshub. Während des Einlasshubs schließt sich im Allgemeinen das Auslassventil 154, und das Einlassventil 152 öffnet sich. Über den Einlasskrümmer 144 wird Luft in den Brennraum 30 eingeführt, und der Kolben 136 bewegt sich zum Boden des Zylinders, um das Volumen innerhalb des Brennraums 30 zu vergrößern. Die Position, an welcher der Kolben 136 in der Nähe des Bodens des Zylinders und am Ende seines Hubs ist (z. B. wenn der Brennraum 30 sein größtes Volumen aufweist), wird von den Fachleuten typischerweise als unterer Totpunkt (BDC für engl. bottom dead center) bezeichnet. Während des Verdichtungshubs sind das Einlassventil 152 und das Auslassventil 154 geschlossen. Der Kolben 136 bewegt sich zum Zylinderkopf, um die Luft im Brennraum 30 zu verdichten. Der Punkt, an welchem der Kolben 136 am Ende seines Hubs und dem Zylinderkopf am nächsten ist (z. B. wenn der Brennraum 30 sein kleinstes Volumen aufweist), wird von den Fachleuten typischerweise als oberer Totpunkt (TDC für engl. top dead center) bezeichnet.
  • Bei einem im Folgenden als Einspritzung bezeichneten Vorgang wird Kraftstoff in den Brennraum eingeführt. In einem Prozess, der nachfolgend als Zündung bezeichnet wird, wird der eingespritzte Kraftstoff durch bekannte Zündmittel, wie beispielsweise die Zündkerze 92, gezündet, was zur Verbrennung führt. Während des Arbeitshubs drücken die expandierenden Gase den Kolben 136 zum BDC zurück. Die Kurbelwelle 40 wandelt Kolbenbewegung in ein Drehmoment der Drehwelle um. Schließlich öffnet sich das Auslassventil 154 während des Auslasshubs, um das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch an den Auslasskrümmer 148 abzugeben, und der Kolben kehrt zum TDC zurück. Es ist zu beachten, dass das Vorhergesagte lediglich als Beispiel dargelegt wird, und dass die Zeitpunkte des Öffnens und/oder Schließens des Einlass- und Auslassventils variieren können, um beispielsweise eine positive oder negative Ventilüberschneidung, ein spätes Schließen des Einlassventils neben verschiedenen anderen Beispielen bereitzustellen.
  • Demnach sorgen die Komponenten von 1 bis 3 für ein Motorsystem, das so ausgelegt ist, dass es eine Mehrzahl von Auslassventilen einer dedizierten EGR-Zylindergruppe selektiv öffnet, um Abgas an jeder von einer Vorverdichter- und einer Nach-Verdichterstelle zu restlichen Motorzylindern zurückzuführen. Das System ermöglicht ferner ein (z. B. gleichzeitiges) Leiten eines Teils des Abgases vom dedizierten EGR-Zylinder zu einem Abgaskatalysator bei Umgehung der restlichen Motorzylinder.
  • 6 stellt eine Tabelle 600 dar, welche verschiedene Betriebsmodi der dedizierten EGR-Zylindergruppe aufführt. Konfiguration A führt die verschiedenen Betriebsmodi für die Motorkonfiguration auf, die keinen integrierten CAC aufweist, während Konfiguration B die verschiedenen Betriebsmodi für die Motorkonfiguration aufführt, die einen integrierten CAC aufweist.
  • Für beide Konfigurationen kann die Motorsteuerung die dedizierte EGR-Zylindergruppe in einem ersten Modus (Modus A) betreiben, wobei ein erstes Auslassventil offen und jedes von einem zweiten und dritten Auslassventil geschlossen ist, um Abgas an einer Nach-Verdichterstelle zu einem Einlasskrümmer zurückzuführen. Folglich kann in Konfiguration A heiße Hochdruck-EGR an den Motor abgegeben werden, während in Konfiguration B gekühlte Hochdruck-EGR an den Motor abgegeben werden kann.
  • Die Steuerung kann die dedizierte EGR-Zylindergruppe ferner in einem zweiten Modus (Modus B) betreiben, wobei das zweite Auslassventil offen und jedes von dem ersten und dritten Auslassventil geschlossen ist, um Abgas an einer Vor-Verdichterstelle zum Einlasskrümmer zurückzuführen. Folglich kann in Konfiguration A über den CAC gekühlte Niederdruck-EGR an einer Vor-Drosselklappenstelle an den Motor abgegeben werden, während in Konfiguration B über den integrierten CAC gekühlte Niederdruck-EGR an einer Nach-Drosselklappenstelle an den Motor abgegeben werden kann.
  • Die Steuerung kann die dedizierte EGR-Zylindergruppe ferner in einem dritten Modus (Modus C) betreiben, wobei das dritte Auslassventil offen und jedes von dem ersten und zweiten Auslassventil geschlossen ist, um Abgas bei Umgehung von Motorzylindern zu einem Auslasskrümmer umzuleiten.
  • Nunmehr unter Bezugnahme auf 4 ist ein beispielhaftes Verfahren 400 zum Anpassen der Auslassventilbetätigung einer dedizierten EGR-Zylindergruppe eines Mehrzylindermotors basierend auf Motorbetriebsbedingungen dargestellt, um eine Stelle und eine Rate von EGR-Strom basierend auf einem variierenden EGR-Bedarf zu ändern. Das Verfahren ermöglicht ein Rückführen von Abgas von einer dedizierten EGR-Zylindergruppe zu jeder von einer Vor-Verdichter- und einer Nach-Verdichterstelle. Ferner ermöglicht das Verfahren, wenigstens etwas Abgas unter Umgehung von Motorzylindern zu einem Abgaskatalysator umzuleiten.
  • Bei 402 umfasst die Routine ein Schätzen und/oder Messen von Motorbetriebsbedingungen, wie beispielsweise Motordrehzahl, Drehmomentbedarf, Motorlast, Ladedruck, MAP, Einlassluftstrom, Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise Umgebungsdruck, Temperatur, Feuchtigkeit, Abgaskatalysatortemperatur usw. Bei 404 wird basierend auf den Motorbetriebsbedingungen ein Motorverdünnungsbedarf bestimmt. In einem Beispiel kann der Motorverdünnungsbedarf bei niedrigeren Motorlasten und Ladedrücken geringer und bei höheren Motorlasten und Ladedrücken höher sein.
  • Bei 405 kann eine Kraftstoffzufuhr der dedizierten EGR-Zylindergruppe basierend auf dem Motorverdünnungsbedarf und ferner basierend auf der Verbrennungsstabilitätsgrenze des Motors unter den aktuellen Betriebsbedingungen angepasst werden. Wenn zum Beispiel die Verbrennungsstabilitätsgrenze des Motors niedriger ist, kann die EGR-Toleranz des Motors herabgesetzt werden. Unter solchen Bedingungen kann die dedizierte EGR-Zylindergruppe fett betankt werden, um die dedizierte EGR(DEGR)-Zylindergruppe bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu betreiben, das fetter als Stöchiometrie ist. Der WGS-Katalysator kann das kohlenwasserstoffreiche Abgas von der DEGR-Zylindergruppe verwenden, um mehr verbrennbare Spezies, wie beispielsweise CO und H2, zu erzeugen, die, wenn über den Einlasskrümmer in den Motor umgeleitet, die EGR-Toleranz des Motors durch Reduzieren der Verbrennungsinstabilität und Verbrennungsdauern erhöhen können. Entsprechend erhöht dies die zulässige EGR-Rate, wodurch der kraftstoffökonomische Vorteil aus der EGR verbessert wird. In einem Beispiel wird der Fettheitsgrad der Kraftstoffzufuhr des DEGR-Zylinders mit abnehmender Verbrennungsstabilitätsgrenze für einen bestimmten Motorverdünnungsbedarf erhöht.
  • Bei 406 wird basierend auf dem Motorverdünnungsbedarf und ferner basierend auf den Motorbetriebsbedingungen ein Betriebsmodus für den dedizierten EGR-Zylinder bestimmt. Zum Beispiel kann die Modusauswahl auf einem oder mehreren von Motorlast und Ladedruck basieren. Das Auswählen des Modus kann ein Bestimmen umfassen, ob der Motorverdünnungsbedarf mit heißer EGR oder gekühlter Niederdruck-EGR gedeckt werden soll. Falls beides, kann ein relatives Verhältnis der heißen EGR und der gekühlten LP-EGR bestimmt werden. Entsprechend umfasst die heiße EGR EGR, die vom DEGR-Zylinder an einer Nach-Verdichterstelle stromabwärts der Einlassdrosselklappe und im Wesentlichen direkt in den Einlasskrümmer ohne Durchtreten durch einen EGR-Kühler zum Motoreinlass zurückgeführt wird. Diese direkte Abgabe in den Einlasskrümmer verkürzt die EGR-Füllzeit des Krümmers. Die gekühlte LP-EGR umfasst EGR, die vom DEGR-Zylinder nach Kühlung nach dem Durchtritt durch einen EGR-Kühler an einer Vor-Verdichterstelle zum Motoreinlass zurückgeführt wird. Die Abgabe von gekühlter EGR an die Vor-Verdichterstelle verringert Zylinderwärmeverluste, mindert Motorklopfen und senkt Abgastemperaturen, um dadurch Anreicherungsanforderungen herabzusetzen. Der Einführpunkt vor dem Verdichter verbessert außerdem einen EGR-Abgleich von Zylinder zu Zylinder und stellt zusätzliche EGR-Kühlung durch den CAC bereit, was beides bei höheren EGR-Raten und hohen Lasten erforderlich ist. Das Auswählen des Modus kann ferner das Bestimmen enthalten, ob keine Motorverdünnung erforderlich ist und/oder ob Katalysatoraufwärmung erforderlich ist. Wenn Katalysatoraufwärmung erforderlich ist, kann auch eine Wärmeflussmenge, die am Abgaskatalysator erforderlich ist, bestimmt werden. Entsprechend kann basierend auf dem am Abgaskatalysator erforderlichen Wärmefluss eine Menge von heißem Abgas bestimmt werden, das bei Umgehung von Motorzylindern zum Abgaskatalysator der Abgasreinigungsvorrichtung umgeleitet werden soll. Insbesondere wenn die Katalysatortemperatur unter eine Schwellentemperatur (wie beispielsweise eine Anspringtemperatur, unter welcher der Abgaskatalysator nicht aktiviert wird) fällt, nimmt der erforderliche Wärmefluss zu, und es kann sein, dass mehr Abgas zum Katalysator umgeleitet werden muss. Gleichermaßen kann unter Bedingungen, unter welchen eine schnelle Reduktion der Motorverdünnung erforderlich ist, mehr vom Abgas von der DEGR-Zylindergruppe vom Einlasskrümmer weg und in den Auslasskrümmer umgeleitet werden. Basierend auf der Modusauswahl kann die Steuerung eine Vorrichtung zur Nockenprofilumschaltung (CPS) betätigen, welche Buckel umfasst, die jeweils mit der Mehrzahl von Auslassventilen der DEGR-Zylindergruppe gekoppelt sind, um eine Öffnungssteuerzeit sowie eine Öffnungsdauer eines jeden der Mehrzahl von Auslassventilen zu ändern.
  • Bei 408 kann bestimmt werden, ob ein erster Modus ausgewählt wurde. In einem Beispiel kann die Steuerung die dedizierte EGR-Zylindergruppe in Reaktion auf eine oder mehrere von Bedingungen niedrigerer Motorlast (z. B. niedriger als eine Schwellenlast) und niedrigeren Ladedrucks (z. B. niedriger als ein Schwellenladedruck) im ersten Modus betreiben. Die Routine umfasst, wenn der erste Modus bei 410 bestätigt wird, ein derartiges Anpassen der CPS-Vorrichtung, die mit den Auslassventilen der DEGR-Zylindergruppe gekoppelt ist, dass das erste Auslassventil selektiv geöffnet und heiße EGR vom DEGR-Zylinder an der Nach-Verdichterstelle an den Einlasskrümmer abgegeben wird. Insbesondere kann die Steuerung die dedizierte EGR-Zylindergruppe in einem ersten Modus betreiben, wobei das erste Auslassventil offen und jedes des zweiten und dritten Auslassventils geschlossen ist, um Abgas an der Nach-Verdichterstelle stromabwärts einer Einlassdrosselklappe zum Einlasskrümmer zurückzuführen.
  • In einem Beispiel wird das erste Auslassventil im ersten Modus vor einem Öffnen (und/oder Schließen) jedes des zweiten und dritten Ventils während eines Auslasshubs der dedizierten EGR-Zylindergruppe geöffnet und geschlossen. Zum Beispiel kann im ersten Modus während des Auslasshubs nur das erste Auslassventil geöffnet werden, während die zweiten und dritten Ventile beim Auslasshub geschlossen gehalten werden. Das heißt, die Ventile können einander gegenseitig ausschließend und ohne Ventilüberschneidung betätigt werden. In einem alternativen Beispiel können die Ventile wenigstens mit etwas Überschneidung betätigt werden, derart dass das erste Ventil geöffnet und geschlossen wird, bevor die anderen Ventile geöffnet werden oder bevor die anderen Ventile geschlossen werden. Zum Beispiel kann das erste Auslassventil während eines früheren Teil des Auslasshubs geöffnet und geschlossen werden, während die restlichen Auslassventile während eines späteren Teils des Auslasshubs geöffnet und/oder geschlossen werden. Das frühere öffnende Auslassventil könnte für verbesserte EGR-Steuerungsfähigkeit den Vorauslassteil des Auslasshubs vorteilhaft nutzen oder für verbesserte Turboleistung zur Vor-Turbinenstelle geleitet werden. Das später öffnende Auslassventil könnte den Spülteil des Auslasshubs für eine höhere Konzentration von unverbrannten und teilweise verbrannten Kohlenwasserstoffen für verbesserte EGR-Toleranz im Motor vorteilhaft nutzen.
  • Neben dem Anpassen einer Öffnungssteuerzeit des ersten Auslassventils kann auch eine Öffnungsdauer des ersten Auslassventils basierend wenigstens auf dem EGR-Bedarf angepasst werden, wobei die Öffnungsdauer mit zunehmendem EGR-Bedarf verlängert wird. Die Öffnungsdauer kann durch Erhöhen eines Ventilhubs des ersten Auslassventils zum Beispiel durch Anpassungen der CPS-Vorrichtung verlängert werden.
  • Wenn der erste Modus nicht bestätigt wird, kann bei 412 bestimmt werden, ob ein zweiter Modus ausgewählt wurde. In einem Beispiel kann die Steuerung die dedizierte EGR-Zylindergruppe in Reaktion auf eine oder mehrere von Bedingungen höherer Motorlast (z. B. höher als eine Schwellenlast) und höheren Ladedrucks (z. B. höher als ein Schwellenladedruck) im zweiten Modus betreiben. Die Routine umfasst bei 414, wenn der zweite Modus bestätigt wird, ein derartiges Anpassen der CPS-Vorrichtung, die mit den Auslassventilen der DEGR-Zylindergruppe gekoppelt ist, dass das zweite Auslassventil selektiv geöffnet und gekühlte EGR vom DEGR-Zylinder an der Vor-Verdichterstelle an den Einlasskrümmer abgegeben wird. Insbesondere kann die Steuerung die dedizierte EGR-Zylindergruppe in einem zweiten Modus betreiben, wobei das zweite Auslassventil offen und jedes des ersten und dritten Auslassventils geschlossen ist, um Abgas an der Vor-Verdichterstelle stromaufwärts des Einlassverdichters zum Einlasskrümmer zurückzuführen.
  • In einem Beispiel wird das zweite Auslassventil im zweiten Modus vor einem Öffnen (und/oder Schließen) jedes des ersten und dritten Ventils während eines Auslasshubs der dedizierten EGR-Zylindergruppe geöffnet und geschlossen. Zum Beispiel kann im zweiten Modus während des Auslasshubs nur das zweite Auslassventil geöffnet werden, während die ersten und dritten Ventile beim Auslasshub geschlossen gehalten werden. Das heißt, die Ventile können einander gegenseitig ausschließend und ohne Ventilüberschneidung betätigt werden. In einem alternativen Beispiel können die Ventile wenigstens mit etwas Überschneidung betätigt werden, derart dass das zweite Ventil geöffnet und geschlossen wird, bevor die anderen Ventile geöffnet werden oder bevor die anderen Ventile geschlossen werden. Zum Beispiel kann das zweite Auslassventil während eines früheren Teil des Auslasshubs geöffnet und geschlossen werden, während die restlichen Auslassventile während eines späteren Teils des Auslasshubs geöffnet und/oder geschlossen werden. Dies würde ein gleichzeitiges Beziehen von gekühlter und ungekühlter EGR bei einer reduzierten Rate zusammen mit einem etwas Abgasstrom zum Katalysator zur Anspringwartung ermöglichen.
  • Neben dem Anpassen einer Öffnungssteuerzeit des zweiten Auslassventils kann auch eine Öffnungsdauer des zweiten Auslassventils basierend wenigstens auf dem EGR-Bedarf angepasst werden, wobei die Öffnungsdauer mit zunehmendem EGR-Bedarf verlängert wird. Die Öffnungsdauer kann durch Erhöhen eines Ventilhubs des zweiten Auslassventils zum Beispiel durch Anpassungen der CPS-Vorrichtung verlängert werden.
  • Durch Auswählen zwischen den ersten und zweiten Modi kann die Steuerung eine Mehrzahl von Auslassventilen einer dedizierten EGR-Zylindergruppe selektiv öffnen, um Abgas an jeder von einer Vorverdichter- und einer Nach-Verdichterstelle zu restlichen Motorzylindern zurückzuführen. Zum Beispiel kann die Steuerung eine Öffnungssteuerzeit der Mehrzahl von Auslassventilen während eines Auslasshubs der dedizierten EGR-Zylindergruppe derart anpassen, dass sich das Rückführen von Abgas zur Vor-Verdichterstelle und das Rückführen von Abgas zur Nach-Verdichterstelle gegenseitig ausschließen. Alternativ kann die Steuerung eine Öffnungssteuerzeit der Mehrzahl von Auslassventilen während eines Auslasshubs der dedizierten EGR-Zylindergruppe derart anpassen, dass sich das Rückführen von Abgas zur Vor-Verdichterstelle wenigstens teilweise mit dem Rückführen von Abgas zur Nach-Verdichterstelle überschneidet.
  • Wenn der zweite Modus nicht bestätigt wird, kann bei 416 bestimmt werden, ob ein dritter Modus ausgewählt wurde. In einem Beispiel kann die Steuerung die dedizierte EGR-Zylindergruppe in Reaktion auf eine von Motor-Kaltstart-, Katalysatoraufwärm- und Motorleerlaufbedingung (wobei keine Motorverdünnung erforderlich ist) im dritten Modus betreiben. Die Routine umfasst bei 418, wenn der dritte Modus bestätigt wird, ein derartiges Anpassen der CPS-Vorrichtung, die mit den Auslassventilen der DEGR-Zylindergruppe gekoppelt ist, dass das dritte Auslassventil selektiv geöffnet wird, um Abgas von der DEGR-Zylindergruppe bei Umgehung der restlichen Motorzylinder zu einem Abgaskatalysator zu leiten. Insbesondere kann die Steuerung die dedizierte EGR-Zylindergruppe in einem dritten Modus betreiben, wobei das dritte Auslassventil offen und jedes des ersten und zweiten Auslassventils geschlossen ist, um Abgas vom Einlasskrümmer weg und stromaufwärts eines Abgaskatalysators und/oder stromaufwärts einer Auslassturbine in den Auslasskrümmer zu leiten.
  • In einem Beispiel wird das dritte Auslassventil im dritten Modus vor einem Öffnen (und/oder Schließen) jedes des ersten und zweiten Ventils während eines Auslasshubs der dedizierten EGR-Zylindergruppe geöffnet und geschlossen. Zum Beispiel kann im dritten Modus während des Auslasshubs nur das dritte Auslassventil geöffnet werden, während die ersten und zweiten Ventile beim Auslasshub geschlossen gehalten werden. Das heißt, die Ventile können einander gegenseitig ausschließend und ohne Ventilüberschneidung betätigt werden. In einem alternativen Beispiel können die Ventile wenigstens mit etwas Überschneidung betätigt werden, derart dass das dritte Ventil geöffnet und geschlossen wird, bevor die anderen Ventile geöffnet werden oder bevor die anderen Ventile geschlossen werden. Zum Beispiel kann das dritte Auslassventil während eines früheren Teil des Auslasshubs geöffnet und geschlossen werden, während die restlichen Auslassventile während eines späteren Teils des Auslasshubs geöffnet und/oder geschlossen werden. Dies wäre vorteilhaft, wenn der dritte Modus zur Vor-Turbinenstelle geleitet wird, so dass die Energie vom Vorauslassimpuls die Turboleistung verbessert, oder die heißesten Gase für verbesserte Katalysatorleistung zur Katalysatorstelle nach der Turbine geleitet werden.
  • Neben dem Anpassen einer Öffnungssteuerzeit des dritten Auslassventils kann auch eine Öffnungsdauer des dritten Auslassventils basierend wenigstens auf der Temperatur des Abgaskatalysators angepasst werden, wobei die Öffnungsdauer bei Abfall der Abgaskatalysatortemperatur unter eine Schwellentemperatur (z. B. Anspringtemperatur) verlängert wird. Die Öffnungsdauer kann durch Erhöhen eines Ventilhubs des dritten Auslassventils zum Beispiel durch Anpassungen der CPS-Vorrichtung verlängert werden.
  • Von jedem von 410, 414 und 418 geht die Routine zu 420 über, um zu bestimmen, ob eine Änderung der Betriebsbedingungen vorliegt, die eine Änderung des Betriebsmodus erfordert. Zum Beispiel kann die Routine den Betrieb zwischen den verschiedenen Modi in Reaktion auf Änderungen eines oder mehrerer von Motorlast, Ladedruck oder EGR-Bedarf umschalten. Wenn kein Umschalten erforderlich ist, endet die Routine, wobei der aktuelle DEGR-Zylinderbetriebsmodus aufrechterhalten wird. Andernfalls kann bei 422 ein Motorverdünnungsbedarf basierend auf den aktualisierten Motorbetriebsbedingungen aktualisiert werden. Die CPS-Vorrichtung kann dann so betätigt werden, dass sie basierend auf dem aktualisierten Motorverdünnungsbedarf zwischen Modi umschaltet. Wie unter Bezugnahme auf die Routine von 5 näher ausgeführt, kann dies als nicht einschränkende Beispiele ein Umschalten vom ersten Modus in den zweiten Modus in Reaktion auf eine Zunahme der Motorlast, Umschalten vom zweiten Modus in den ersten Modus in Reaktion auf eine Abnahme der Motorlast und Umschalten vom dritten Modus in den ersten Modus in Reaktion auf unzureichende Abgaskatalysatoraufwärmung umfassen.
  • Nunmehr unter Hinwendung zu 5 ist eine beispielhafte Routine 500 zum Auswählen eines Betriebsmodus und Umschalten zwischen Betriebsmodi einer dedizierten EGR-Zylindergruppe in Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen dargestellt.
  • Bei 502 können wie bei 402 Motorbetriebsbedingungen geschätzt und/oder gemessen werden. Bei 504 kann bestimmt werden, ob ein Motor-Kaltstartzustand vorliegt. In einem Beispiel kann ein Motor-Kaltstart bestätigt werden, wenn eine Abgaskatalysatortemperatur niedriger als eine Schwelle ist, wie beispielsweise niedriger als eine Anspringtemperatur. Wenn ein Motor-Kaltstartzustand bestätigt wird, dann umfasst die Routine bei 506 einen Betrieb im dritten Modus, wobei das dritte Auslassventil offen ist, um Abgas bei Umgehung von Motorzylindern zum Auslasskrümmer stromaufwärts eines Abgaskatalysators umzuleiten. Die ersten und zweiten Auslassventile können während des Auslasshubs gleichzeitig geschlossen werden.
  • Bei 508 kann bestimmt werden, ob der Abgaskatalysator warm genug ist, ob zum Beispiel die Abgaskatalysatortemperatur höher als die Schwelle ist. Falls nicht, kann die dedizierte EGR-Zylindergruppe mit dem Betrieb im dritten Modus fortfahren. Andernfalls kann die dedizierte EGR-Zylindergruppe bei 510 in einen ersten Modus umgeschaltet werden, wobei das erste Abgasventil offen ist, um heißes Abgas an einer Nach-Verdichterstelle zum Motoreinlass zurückzuführen. Die zweiten und dritten Auslassventile können während des Auslasshubs gleichzeitig geschlossen werden.
  • Zurück zu 504 umfasst die Routine, wenn kein Motor-Kaltstartzustand bestätigt wird, bei 512 ein Betreiben der dedizierten EGR-Zylindergruppe im ersten Modus, wobei das erste Auslassventil offen ist, um heißes Abgas an einer Nach-Verdichterstelle zum Motoreinlass zurückzuführen. Die zweiten und dritten Auslassventile können während des Auslasshubs gleichzeitig geschlossen werden. In einem Beispiel kann der erste Modus ein Standardbetriebsmodus der dedizierten EGR-Zylindergruppe sein. Das Auslassventil des ersten Modus könnte für ein Bereitstellen einer kleineren Menge EGR als 25 % für die Motorzylinder, da die EGR-Toleranz typischerweise niedriger ist, und niedrigere Motorlasten ausgelegt sein. Wenn außerdem die EGR des ersten Modus ungekühlt oder mäßig gekühlt ist, wäre dies ideal für Bedingungen niedriger Last, um die Verbrennungsstabilität zu verbessern und Pumpverluste zu verringern.
  • Von 512 und 510 begibt sich die Routine zu 514, um zu bestimmen, ob ein Tip-in auf höhere Motorlasten vorliegt. Falls ja, umfasst die Routine bei 516 ein Umschalten der dedizierten EGR-Zylindergruppe vom ersten Modus in einen zweiten Modus, wobei das zweite Auslassventil offen ist, um gekühltes Abgas an einer Vor-Verdichterstelle zum Motoreinlass zurückzuführen. Die ersten und dritten Auslassventile können während des Auslasshubs gleichzeitig geschlossen werden. Bei höheren Motorlasten ist Kühlung der EGR kritisch, und gemäß der Niederdruckkonfiguration wird die EGR über den EGR-Kühler und nochmalig durch den CAC gekühlt. Außerdem ist bei höheren Motordrehzahlen und -lasten weniger Zeit zum EGR-Mischen, weshalb die längere Route, die von der EGR durchlaufen wird, für eine gleiche Verteilung von Zylinder zu Zylinder sowie einen gleichmäßigeren Turbobetrieb bei geringerem Risiko für ein Pumpen des Verdichters sorgt.
  • Wenn bei 514 kein Tip-in auf höhere Lasten bestätigt wird, begibt sich die Routine ebenso wie von 516 zu 518, um zu bestimmen, ob Bedingungen eines Tip-out auf Leerlauf vorliegen. Wenn keine Bedingungen eines Tip-out auf Leerlauf bestätigt werden, umfasst die Routine bei 520 ein Zurückschalten in den ersten Modus, sobald das Tip-out-Ereignis abgeschlossen ist. Wenn Bedingungen eines Tip-out auf Leerlauf bestätigt werden, umfasst die Routine ein Umschalten in den dritten Modus, um Abgas bei Umgehung von Motorzylindern an den Abgaskatalysator abzugeben.
  • Auf diese Weise kann Abgas vom dedizierten EGR-Zylinder für schnelles Katalysator-Anspringen und schnelle Motoraufwärmung zum Hauptabgasstrom umgeleitet werden. Gleichermaßen wird, wenn keine EGR erforderlich ist, das Auslassventil aktiviert, das den Hauptabgasstromkanal speist. Dies verbessert den Wirkungsgrad des Motors. Außerdem kann der Motor je nach Bedarf mit Hochdruck- oder Niederdruck-EGR versehen werden.
  • Nunmehr unter Hinwendung zu 7 stellt ein Kennlinienfeld 700 einen Satz von beispielhaften Auslassventilsteuerzeiten für einen dedizierten EGR-Zylinder während der verschiedenen Betriebsmodi dar. Das Kennlinienfeld 700 stellt die Kolbenstellung bei den verschiedenen Motortakten bei Kurve 702 dar. Profile 750 bis 770 stellen jeweils beispielhafte Profile für die Modi 1 bis 3 dar. Hierbei wird in jedem Modus nur eines der Mehrzahl von Auslassventilen während des Auslasshubs selektiv geöffnet, während die anderen Auslassventile für die gesamte Dauer des Auslasshubs geschlossen gehalten werden. Mit anderen Worten werden die Auslassventile einander gegenseitig ausschließend betätigt. In jedem Profil ist die Einlassventilsteuerzeit durch eine durchgehende Linie (Kurve 710, 720, 730) dargestellt, und die Auslassventilsteuerzeit ist durch verschiedene gestrichelte Linien (Kurve 704, 706, 708) dargestellt.
  • Kurve 702 stellt Kolbenstellungen (entlang der y-Achse) in Bezug auf ihre Position vom oberen Totpunkt (TDC) und/oder unteren Totpunkt (BDC) und ferner in Bezug auf ihre Position innerhalb der vier Takte (Einlass, Verdichtung, Arbeit und Auslass) eines Motorzyklus dar. Wie durch eine sinusförmige Kurve 602 angezeigt, bewegt sich ein Kolben schrittweise vom TDC nach unten und schlägt durch das Ende des Arbeitshubs am BDC an. Dann kehrt der Kolben dann am Ende des Auslasshubs wieder zum oberen Ende an den TDC zurück. Danach bewegt sich der Kolben während des Einlasshubs erneut nach unten zum BDC und kehrt schließlich am Ende des Verdichtungshubs wieder in seine obere Ausgangsstellung am TDC zurück.
  • Kurve 710, 720, 730 stellen Ventilsteuerzeiten für ein Einlassventil (durchgehende Linie) während eines ersten, zweiten und dritten Modus des DEGR-Zylinderbetriebs bei Profil 750, 760 bzw. 770 dar. Wie dargestellt, kann das Einlassventil in jedem Modus bei oder vor dem Anfang eines Einlasshubs geöffnet werden und mindestens so lange geöffnet bleiben, bis ein anschließender Verdichtungshub begonnen hat. Ferner kann das Einlassventil bei verschiedenen Werten von Ventilhub und Dauer betätigt werden.
  • Profil 750 stellt die Auslassventilsteuerzeiten während eines ersten Modus dar, wobei Abgas über eine erste Leitung an einer Stelle stromabwärts des Verdichters und stromabwärts einer Einlassdrosselklappe zum Motoreinlass umgeleitet wird. Wie dargestellt, kann im ersten Modus nur das erste Auslassventil (Kurve 704) während des Auslasshubs öffnen und schließen, während die zweiten und dritten Auslassventile den gesamten Auslasshub hindurch geschlossen gehalten werden. Hierbei schließen sich die Betätigung des ersten Ventils und die Betätigung der zweiten und dritten Ventile während des jeweiligen Auslasshubs gegenseitig aus. In einem Beispiel läuft der Motor in diesem Modus hauptsächlich mit ungekühlter EGR in einer Hochdruckkonfiguration.
  • Profil 760 stellt die Auslassventilsteuerzeiten in einem zweiten Modus dar, wobei Abgas über eine zweite Leitung an einer Stelle stromaufwärts des Verdichters zum Motoreinlass umgeleitet wird. Wie dargestellt, kann im zweiten Modus nur das zweite Auslassventil (Kurve 706) während des Auslasshubs öffnen und schließen, während die ersten und dritten Auslassventile den gesamten Auslasshub hindurch geschlossen gehalten werden. Hierbei schließen sich die Betätigung des zweiten Ventils und die Betätigung der ersten und dritten Ventile während des jeweiligen Auslasshubs gegenseitig aus. In einem Beispiel kann dieser Modus bei höheren Motorlasten verwendet werden, wobei größere Mengen von gekühlter EGR erwünscht sind.
  • Profil 770 stellt die Auslassventilsteuerzeiten in einem dritten Modus dar, wobei Abgas über eine dritte Leitung bei Umgehung der Motorzylinder an einer Stelle stromaufwärts eines Abgaskatalysators zum Motorauslasskrümmer umgeleitet wird. Wie dargestellt, kann im dritten Modus nur das dritte Auslassventil (Kurve 708) während des Auslasshubs öffnen und schließen, während die ersten und zweiten Auslassventile den gesamten Auslasshub hindurch geschlossen gehalten werden. Hierbei schließen sich die Betätigung des dritten Ventils und die Betätigung der ersten und zweiten Ventile während des jeweiligen Auslasshubs gegenseitig aus. In einem Beispiel wird der dritte Modus bei einem Motor-Kaltstart ausgeführt.
  • In jedem der Profile 750 bis 770 ist der Schließpunkt des Auslassventilhubs unmittelbar nach dem TDC. In alternativen Beispielen kann der Schließpunkt jedoch auch unmittelbar beim TDC sein.
  • Es versteht sich, dass, obwohl das Beispiel von 7 nur ein einziges Auslassventil zu einem gegebenen Zeitpunkt aktiv darstellt, in alternativen Beispielen zwei oder alle der Auslassventile zu einem gegebenen Zeitpunkt aktiv sein können.
  • Zum Beispiel kann in einem ersten Modus, wobei Abgas über eine erste Leitung an einer Stelle stromabwärts des Verdichters und stromabwärts einer Einlassdrosselklappe zum Motoreinlass umgeleitet wird, das erste Auslassventil während eines früheren Teils des Auslasshubs zuerst öffnen und schließen, während die zweiten und dritten Auslassventile geschlossen gehalten werden. Insbesondere kann das erste Auslassventil unmittelbar dann öffnen, wenn der Kolben am Ende des Arbeitshubs anlangt. Das zweite Ventil kann als Nächstes öffnen und schließen, gefolgt von der Betätigung des dritten Auslassventils. Insbesondere kann das dritte Ventil schließen, wenn der Kolben den Auslasshub vollendet. Hierbei überschneidet sich die Betätigung jedes Ventils nicht mit der Betätigung eines anderen Auslassventils während eines gegebenen Auslasshubs. In alternativen Beispielen kann die Betätigung der Auslassventile wenigstens teilweise überschneidend sein. Durch Ändern der Ventilhubhöhe werden eine Dauer und ein Grad der Ventilöffnung geändert, wodurch eine Menge von Abgas, das über jedes Auslassventil abgegeben wird, geändert wird. Zum Beispiel kann der Ventilhub des ersten Auslassventils in Bezug auf den Ventilhub der restlichen Auslassventile so erhöht werden, dass der Motor hauptsächlich mit ungekühlter EGR in einer Hochdruckkonfiguration, aber gemischt mit etwas gekühlter EGR in einer Niederdruckkonfiguration sowie einer kleinen Menge von Abgas zum Katalysator zur Warmhaltung läuft.
  • In einem zweiten Modus, wobei Abgas über eine zweite Leitung an einer Stelle stromaufwärts des Verdichters zum Motoreinlass umgeleitet wird, kann das zweite Auslassventil während eines früheren Teils des Auslasshubs zuerst öffnen und schließen, während die ersten und dritten Auslassventile geschlossen gehalten werden. Insbesondere kann das zweite Auslassventil unmittelbar dann öffnen, wenn der Kolben am Ende des Arbeitshubs anlangt. Das erste Ventil kann als Nächstes öffnen und schließen, gefolgt von der Betätigung des dritten Auslassventils. Insbesondere kann das dritte Ventil schließen, wenn der Kolben den Auslasshub vollendet. Hierbei überschneidet sich die Betätigung jedes Ventils nicht mit der Betätigung eines anderen Auslassventils während eines gegebenen Auslasshubs. In alternativen Beispielen kann die Betätigung der Auslassventile wenigstens teilweise überschneidend sein. Durch Ändern der Ventilhubhöhe werden eine Dauer und ein Grad der Ventilöffnung geändert, wodurch eine Menge von Abgas, das über jedes Auslassventil abgegeben wird, geändert wird. Zum Beispiel kann der Ventilhub des zweiten Auslassventils in Bezug auf den Ventilhub der restlichen Auslassventile erhöht werden. Entsprechend können diese Szenarios auch bei höheren Motorlasten bestehen, wobei größere Mengen von EGR erwünscht sind, während dennoch etwas ungekühlte HP-EGR und ein gewisser Strom zum Auslass zur Katalysatorwarmhaltung aufrechterhalten wird.
  • In einem dritten Modus, wobei Abgas über eine dritte Leitung bei Umgehung der Motorzylinder an einer Stelle stromaufwärts eines Abgaskatalysators zum Motorauslasskrümmer umgeleitet wird, kann das dritte Auslassventil während eines früheren Teils des Auslasshubs zuerst öffnen und schließen, während die ersten und zweiten Auslassventile geschlossen gehalten werden. Insbesondere kann das dritte Auslassventil unmittelbar dann öffnen, wenn der Kolben am Ende des Arbeitshubs anlangt. Das erste Ventil kann als Nächstes öffnen und schließen, gefolgt von der Betätigung des zweiten Auslassventils. Insbesondere kann das zweite Ventil schließen, wenn der Kolben den Auslasshub vollendet. Hierbei überschneidet sich die Betätigung jedes Ventils nicht mit der Betätigung eines anderen Auslassventils während eines gegebenen Auslasshubs. In alternativen Beispielen kann die Betätigung der Auslassventile wenigstens teilweise überschneidend sein. Durch Ändern der Ventilhubhöhe werden eine Dauer und ein Grad der Ventilöffnung geändert, wodurch eine Menge von Abgas, das über jedes Auslassventil abgegeben wird, geändert wird. Zum Beispiel kann der Ventilhub des dritten Auslassventils in Bezug auf den Ventilhub der restlichen Auslassventile erhöht werden. Zum Beispiel kann das dritte Auslassventil bei einem Motor-Kaltstart mit einem größeren Ventilhub, aber für eine kürzere Dauer betätigt werden, um schnelleres Aufwärmen zu ermöglichen. In einem Beispiel ist das Szenario des dritten Modus der wahrscheinlichste Modus, wobei nur ein einziges Auslassventil offen wäre, da normalerweise der Motor nicht kraftstoffreich laufen würde, wie in EGR-Modi erwünscht, und außerdem fettes Abgas zum Katalysator senden würde.
  • Nunmehr unter Hinwendung zu 8 ist ein beispielhafter Motorbetrieb mit EGR-Anpassung über selektives Öffnen eines von einer Mehrzahl von Auslassventilen eines dedizierten EGR-Zylinders dargestellt. Insbesondere stellt ein Kennlinienfeld 800 Motordrehzahl bei Kurve 802, Ladedruck bei Kurve 804, Abgastemperatur (Texh) bei Kurve 806 und EGR-Bedarf bei Kurve 808 dar. Kurve 810 stellt dar, wenn ein erstes Auslassventil (EV1) eines DEGR-Zylinders, das den Zylinder mit einem Einlasskrümmer stromabwärts des Einlassverdichters koppelt, aktiv ist. Kurve 812 stellt dar, wenn ein zweites Auslassventil (EV2), das den DEGR-Zylinder mit dem Einlasskrümmer stromaufwärts des Einlassverdichters koppelt, aktiv ist. Kurve 814 stellt dar, wenn ein drittes Auslassventil (EV3), das den DEGR-Zylinder bei Umgehung von Motorzylindern mit dem Auslasskrümmer koppelt, aktiv ist.
  • Es versteht sich, dass ein bestimmtes Auslassventil, das für eine Dauer aktiv ist, nicht bedeutet, dass das Auslassventil für die Dauer offen ist. Das Aktivsein des Auslassventils bedeutet, dass das jeweilige Auslassventil in Betrieb ist und über jedes Verbrennungsereignis kontinuierlich zwischen offenen und geschlossenen Zuständen wechselt, wie durch gestrichelte Linien 811 dargestellt. Es versteht sich ferner, dass, wenn ein bestimmtes Auslassventil aktiv ist, die Öffnungsdauer und der Öffnungsgrad variieren können. In einem Beispiel können die Ventilparameter durch Ändern des Ventilhubs angepasst werden.
  • Bei t0 kann ein Motor-Neustart initiiert werden. Der Motor-neustart kann ein Motor-Kaltstart sein, wobei die Temperatur eines Abgaskatalysators unter seiner Aktivierungstemperatur ist. Entsprechend ist während dieser Zeit Motorverdünnung möglicherweise nicht erwünscht. Demnach wird zwischen t0 und t1, wenn der Motor neu gestartet wird und während die Abgastemperatur und die Abgaskatalysatortemperatur zunehmen, das dritte Auslassventil aktiviert, während die ersten und zweiten Auslassventile des dedizierten EGR-Zylinders inaktiv gehalten werden. Folglich wird Abgas vom dedizierten EGR-Zylinder bei Umgehung der Motorzylinder zum Abgaskatalysator geleitet.
  • Bei t1 kann die Abgastemperatur hoch genug sein, und die Abgaskatalysatortemperatur kann über seiner Aktivierungstemperatur sein. Außerdem können bei t1 Motordrehzahl und -last bei Bedingungen niedrigerer Drehzahl und Last sein. Zum Beispiel kann die Motordrehzahl bei oder über Leerlaufdrehzahl sein, und die Motorlast kann niedriger als eine Schwellenlast sein, derart dass kein Ladedruck erforderlich ist. Unter solchen Bedingungen niedrigerer Drehzahl und Last kann der EGR-Bedarf höher sein. Demnach kann zum Bereitstellen der erforderlichen Motorverdünnung das dritte Auslassventil bei t1 deaktiviert werden, während das erste Auslassventil aktiviert wird. Ferner kann das zweite Auslassventil inaktiv gehalten werden. Das erste Ventil kann bis t2 aktiv gehalten werden. Folglich wird Abgas vom dedizierten EGR-Zylinder zu einer Nach-Verdichterstelle zurückgeführt, um Hochdruck-EGR bereitzustellen.
  • Bei t2 können aufgrund einer Änderung des Drehmomentbedarfs des Betreibers die Motordrehzahl und -last zunehmen. Zum Beispiel kann die Motorlast höher als eine Schwellenlast sein. Außerdem kann der Ladedruck erhöht werden, um den Bedarf des Betreibers zu decken. Unter solchen Bedingungen hoher Drehzahl und Last kann der EGR-Bedarf niedriger sein. Demnach kann zum Bereitstellen der erforderlichen niedrigeren Motorverdünnung das erste Auslassventil bei t2 deaktiviert werden, während das zweite Auslassventil aktiviert wird. Ferner kann das dritte Auslassventil inaktiv gehalten werden. Das zweite Ventil kann bis t3 aktiv gehalten werden. Folglich wird Abgas vom dedizierten EGR-Zylinder zu einer Vor-Verdichterstelle zurückgeführt, um gekühlte Niederdruck-EGR bereitzustellen.
  • Bei t3 können sich die Motorbetriebsbedingungen ändern, und Drehzahl und Last des Motors können wieder in einen niedrigeren Bereich zurückkehren, wobei der EGR-Bedarf höher und der Ladedruckbedarf niedriger ist. Demnach kann bei t3 das zweite Auslassventil deaktiviert werden, während das erste Auslassventil reaktiviert wird. Ferner kann das dritte Auslassventil inaktiv gehalten werden. Außerdem kann der Motor den Empfang von EGR an einer Nach-Verdichterstelle vom dedizierten EGR-Zylinder wieder aufnehmen.
  • Es versteht sich, dass, obwohl das Beispiel von 8 nur ein einziges Auslassventil zu einem gegebenen Zeitpunkt aktiv darstellt, in alternativen Beispielen zwei oder alle der Auslassventile zu einem gegebenen Zeitpunkt aktiv sein können. Als ein Beispiel können das erste und zweite Abgasventil aktiviert werden, so dass eine relative Menge EGR, die an Vor- und Nach-Verdichterstellen abgegeben wird, geändert werden kann.
  • Auf diese Weise kann Abgas von der dedizierten EGR-Zylindergruppe zu einem Motoreinlass zurückgeführt werden, um jede von Hochdruck- und Niederdruck-EGR bereitzustellen. Ferner kann das Abgas rückgeführt werden, um nach Wunsch jede von heißer EGR und gekühlter EGR bereitzustellen. Durch Aktivieren eines oder mehrerer Auslassventile, welche Abgas von einem dedizierten EGR-Zylinder in einen EGR-Kanal einspeisen, wenn EGR erforderlich ist, können eindeutige Probleme, die mit niedrigen und hohen Lasten und EGR assoziiert sind, gelöst werden. Durch Aktivieren eines Auslassventils, welches Abgas von einem dedizierten EGR-Zylinder bei Umgehung eines EGR-Kanals in einen Auslasskanal einspeist, kann ein Abfall der Motorverdünnung beschleunigt werden, wenn keine EGR erforderlich ist. Außerdem kann Abgas zu einem Auslasskrümmer umgeleitet werden, um unter kalten Bedingungen Turbinenanlauf und Katalysatoraufwärmung zu beschleunigen. Durch Abgeben von EGR an verschiedenen Stellen eines Motors mit einem integrierten Ladeluftkühler wird das Krümmerfüllvolumen reduziert, wodurch EGR-Niveauänderungen bei Transienten schnell erreicht werden, wie gewünscht. Durch Reduzieren von EGR-Fehlern bei Transienten wird die Leistung des aufgeladenen Motors selbst bei hoher Motorverdünnung verbessert.
  • Es ist zu erwähnen, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in nicht-flüchtigem Speicher gespeichert werden. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen, wie zum Beispiel ereignisgesteuert, interrupt-gesteuert, Multitasking, Multithreading und und dergleichen. Entsprechend können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Operationen und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel ausgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele zu erreichen, sondern lediglich zur Vereinfachung der Veranschaulichung und Beschreibung vorgesehen. Eine oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Operationen und/oder Funktionen können abhängig von der jeweils verwendeten Strategie wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Operationen und/oder Funktionen Code grafisch darstellen, der in nicht-flüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Motorsteuerungssystem programmiert werden soll.
  • Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne auszulegen sind, da zahlreiche Varianten möglich sind. Die oben genannte Technologie kann zum Beispiel auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, Vierzylinder-Boxer- und andere Motortypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart werden.
  • Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere gewisse Kombinationen und Unterkombinationen auf, die als neuartig und nicht offensichtlich betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie den Einschluss eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen, 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 neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet, einerlei ob sie einen weiteren, engeren, gleichen oder anderen Schutzumfang aufweisen.
  • 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 20120204844 [0004]

Claims (20)

  1. Verfahren für einen Motor, umfassend: selektives Öffnen einer Mehrzahl von Abgasventilen einer dedizierten EGR-Zylindergruppe, um Abgas an jeder von einer Vor-Verdichter- und einer Nach-Verdichterstelle zu Motorzylindern zurückzuführen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das selektive Öffnen ein derartiges Anpassen einer Öffnungssteuerzeit der Mehrzahl von Auslassventilen während eines Auslasshubs der dedizierten EGR-Zylindergruppe umfasst, dass das Rückführen von Abgas zur Vor-Verdichterstelle und das Rückführen von Abgas zur Nach-Verdichterstelle einander ausschließen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das selektive Öffnen ein derartiges Anpassen einer Öffnungssteuerzeit der Mehrzahl von Auslassventilen während eines Auslasshubs der dedizierten EGR-Zylindergruppe umfasst, dass das Rückführen von Abgas zur Vor-Verdichterstelle sich mit dem Rückführen von Abgas zur Nach-Verdichterstelle wenigstens teilweise überschneidet.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das selektive Öffnen auf einem oder mehreren von Motorlast und Ladedruck basiert.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das selektive Öffnen umfasst: Öffnen eines ersten Auslassventils bei niedrigerer Last oder niedrigerem Ladedruck, während restliche Auslassventile geschlossen gehalten werden, um Abgas vom dedizierten EGR-Zylinder zu einer Nach-Verdichterstelle zurückzuführen; und Öffnen eines zweiten, verschiedenen Auslassventils bei höherer Last oder höherem Ladedruck, während restliche Auslassventile geschlossen gehalten werden, um Abgas vom dedizierten EGR-Zylinder zu einer Vor-Verdichterstelle zurückzuführen.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend ein selektives Öffnen eines dritten Auslassventils bei einem Motor-Kaltstart oder, wenn keine EGR erforderlich ist, während restliche Auslassventile geschlossen gehalten werden, um Abgas vom dedizierten EGR-Zylinder bei Umgehung der Motorzylinder zu einem Abgaskatalysator zu leiten.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das selektive Öffnen einer Mehrzahl von Auslassventilen ein Betätigen einer Nockenprofilumschaltvorrichtung umfasst, welche Buckel umfasst, die mit jedem der Mehrzahl von Auslassventilen gekoppelt sind, um eine Öffnungssteuerzeit und eine Öffnungsdauer jedes der Mehrzahl von Auslassventilen zu ändern.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Öffnungsdauer jedes der Mehrzahl von Auslassventilen wenigstens auf einem EGR-Bedarf des Motors basiert, wobei die Öffnungsdauer mit zunehmendem EGR-Bedarf des Motors verlängert wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Verlängern der Öffnungsdauer eines Auslassventils ein Erhöhen eines Ventilhubs des Auslassventils durch Anpassungen der Nockenprofilumschaltvorrichtung umfasst.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Auslassventilen der dedizierten EGR-Zylindergruppe symmetrisch ausgelegt ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Auslassventilen der dedizierten EGR-Zylindergruppe asymmetrisch ausgelegt ist.
  12. Verfahren, umfassend: Betreiben einer dedizierten EGR-Zylindergruppe in einem ersten Modus, wobei ein erstes Auslassventil offen und jedes von einem zweiten und dritten Auslassventil geschlossen ist, um Abgas an einer Nach-Verdichterstelle zu einem Einlasskrümmer zurückzuführen; Betreiben der dedizierten EGR-Zylindergruppe in einem zweiten Modus, wobei ein zweites Auslassventil offen und jedes von einem ersten und dritten Auslassventil geschlossen ist, um Abgas an einer Vor-Verdichterstelle zu einem Einlasskrümmer zurückzuführen; und Betreiben der dedizierten EGR-Zylindergruppe in einem dritten Modus, wobei ein drittes Auslassventil offen und jedes von einem ersten und zweiten Auslassventil geschlossen ist, um Abgas bei Umgehung von Motorzylindern zu einem Auslasskrümmer umzuleiten.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend ein Umschalten des Betriebs zwischen den Modi in Reaktion auf eines oder mehrere von Motorlast, Ladedruck und EGR-Bedarf.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Betreiben im ersten Modus in Reaktion auf eine von Bedingungen niedrigerer Last und niedrigeren Ladedrucks erfolgt, wobei das Betreiben im zweiten Modus in Reaktion auf eine von Bedingungen höherer Motorlast und höheren Ladedrucks erfolgt, und wobei das Betreiben im dritten Modus in Reaktion auf einen von Motor-Kaltstart-, Katalysatoraufwärm- und Motorleerlaufzustand erfolgt.
  15. Verfahren nach Anspruch 12, wobei im ersten Modus das erste Ventil vor einem Öffnen jedes des zweiten und dritten Ventils während eines Auslasshubs der dedizierten EGR-Zylindergruppe geöffnet und geschlossen wird, wobei im zweiten Modus das zweite Ventil vor einem Öffnen jedes des ersten und dritten Ventils während eines Auslasshubs geöffnet und geschlossen wird, und wobei im dritten Modus das dritte Ventil vor einem Öffnen jedes des ersten und zweiten Ventils während eines Auslasshubs geöffnet und geschlossen wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Umleiten zum Auslasskrümmer bei Betrieb im dritten Modus ein Umleiten zum Auslasskrümmer stromaufwärts einer Auslassturbine und stromaufwärts eines Abgaskatalysators umfasst.
  17. Motorsystem, umfassend: einen Motor mit einem Einlasskrümmer und einem Auslasskrümmer; einen Turbolader, der einen Einlassverdichter umfasst, der von einer Auslassturbine angetrieben wird; einen Ladeluftkühler, der in den Einlasskrümmer integriert ist; einen ersten Zylinder, der ein Einlassventil und jedes von einem ersten, zweiten und dritten Auslassventil umfasst; eine erste Leitung, die das erste Auslassventil des ersten Zylinders mit dem Einlasskrümmer stromabwärts des Einlassverdichters koppelt; eine zweite Leitung, die das zweite Auslassventil des ersten Zylinders mit dem Einlasskrümmer stromaufwärts des Einlassverdichters koppelt; eine dritte Leitung, die das dritte Auslassventil des ersten Zylinders mit dem Auslasskrümmer koppelt; einen Nockenprofilumschaltvorrichtungs-Stellantrieb, der mit jedem des ersten, zweiten und dritten Auslassventils des ersten Zylinders gekoppelt ist; einen zweiten Zylinder mit einem Einlassventil und einem Auslassventil, das mit dem Auslasskrümmer gekoppelt ist; und eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen zum: Anpassen einer Öffnungssteuerzeit jedes des ersten, zweiten und dritten Auslassventils während eines Auslasshubs des ersten Zylinders basierend auf einem oder mehreren von Motorlast, Ladedruck und Motorverdünnung.
  18. System nach Anspruch 17, wobei das Anpassen umfasst: Öffnen und Schließen des ersten Auslassventils vor dem Schließen des zweiten und dritten Auslassventils bei niedrigerer Motorlast und niedrigerem Ladedruck; Öffnen und Schließen des zweiten Auslassventils vor dem Schließen des ersten und dritten Auslassventils bei höherer Motorlast und höherem Ladedruck; und Öffnen und Schließen des dritten Auslassventils vor dem Schließen des ersten und zweiten Auslassventils bei einem Motor-Kaltstart.
  19. System nach Anspruch 18, wobei die Steuerung ferner Anweisungen zum Anpassen einer Öffnungsdauer jedes des ersten und zweiten Auslassventils basierend auf einem Motorverdünnungsbedarf und zum Anpassen einer Öffnungsdauer des dritten Auslassventils basierend auf einer Temperatur eines Abgaskatalysators umfasst, der mit dem Auslasskrümmer gekoppelt ist.
  20. System nach Anspruch 19, wobei die Öffnungsdauer des ersten und zweiten Auslassventils mit zunehmendem Motorverdünnungsbedarf verlängert wird, und wobei die Öffnungsdauer des dritten Auslassventils bei Abfall der Abgaskatalysatortemperatur unter eine Schwelle verlängert wird.
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