DE102015111793A1

DE102015111793A1 - Verfahren und System zum diagonalen Durchblasabgasspülen

Info

Publication number: DE102015111793A1
Application number: DE102015111793.2A
Authority: DE
Inventors: Joseph Norman Ulrey; Brad Alan VanDer Wege; Brad Alan Boyer
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2015-07-21
Publication date: 2016-02-04
Also published as: RU2015130343A3; CN105317564B; US20160032843A1; RU2015130343A; RU2699866C2; CN105317564A; US9599036B2

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum Betreiben einer Kraftmaschine in einem Modus des diagonalen Zweiventil-Durchblasens bereitgestellt, bei dem eine Mehrheit des Durchblasens über ein erstes Einlassventil, das diagonal gegenüber einem ersten Auslassventil positioniert ist, geleitet wird, um eine Strecke des Strömungsweges vom Einlassventil zum Auslassventil zu vergrößern.

Description

Gebiet
Die vorliegende Beschreibung bezieht sich im Allgemeinen auf Verfahren und Systeme zum Verbessern der Drehmomentausgabe mit Durchblasluft in einer aufgeladenen Brennkraftmaschine.
Hintergrund/Zusammenfassung
Die Leistung einer Kraftmaschine kann über einen Turbolader oder einen Lader vergrößert werden. Der Turbolader oder der Lader setzt die Umgebungsluft unter Druck, um die Dichte der in die Kraftmaschinenzylinder eintretenden Luft zu vergrößern. Die in dem Zylinder eingeschlossene Luftmenge wird vergrößert, da die Zylinderladung dichter als die einer nicht turboaufgeladenen Kraftmaschine sein kann. Dies kann es ermöglichen, dass im Vergleich zu einer nicht turboaufgeladenen Kraftmaschine eine vergrößerte Kraftstoffmenge in den Kraftmaschinenzylinder eingespritzt wird, was folglich ein vergrößertes Drehmoment zur Folge hat.
Während bestimmter Bedingungen (z. B. bei niedrigen Kraftmaschinendrehzahlen und Vollgas) können die aufgeladenen Kraftmaschinen stark klopfbegrenzt sein, was zu einer verringerten Drehmomentausgabe führt. Eine Herangehensweise, um das klopfbegrenzte Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen zu erhöhen, enthält das Bereitstellen einer variablen Zeitsteuerung der Einlass- und/oder Auslassventile. Insbesondere können die Einlass- und Auslassventile einer turboaufgeladenen Kraftmaschine so eingestellt werden, dass die Kraftmaschinen-Ausgangsleistung vergrößert sein kann, wenn die Einlass- und Auslassventile eines Zylinders gleichzeitig offen sind und wenn der Einlasskrümmerdruck der Kraftmaschine höher als der Auslasskrümmerdruck der Kraftmaschine ist. Die unter Druck gesetzte Luft im Einlasskrümmer der Kraftmaschine kann die Abgase aus dem Zylinder zum Auslasskrümmer der Kraftmaschine treiben, so dass die frische Zylinderladung (z. B. Luft und Kraftstoff) vergrößert sein kann. Ferner können durch das Ersetzen des eingeschlossenen Abgases durch Frischluft die Ladungstemperaturen verringert werden. Folglich kann die Tendenz zum Klopfen verringert werden.
Die Erfinder erhabenen jedoch hier Probleme bei einer derartigen Herangehensweise identifiziert. Als ein Beispiel kann während des Überschneidungszeitraums aufgrund des kurzen Strömungswegs zwischen den Einlass- und den Auslassventilen die durch den Kompressor zugeführte Luft in die Auslassöffnungen entweichen, bevor die Abgase vollständig aus dem Zylinder entleert worden sind. Folglich kann eine vergrößerte Menge der aufgeladenen Luft erforderlich sein, um die Kammer von den Abgasen zu entleeren, was den Betrag der Aufladung begrenzen kann, der durch den Kompressor bereitgestellt werden kann.
Ferner kann, um ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases aufrechtzuerhalten, zusätzlicher Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt werden, um die zusätzliche Luft im Abgas zu kompensieren. Im Ergebnis können die Abgase hohe Kohlenmonoxid- und Wasserstoffkonzentrationen enthalten, die sich exotherm mit dem Überschusssauerstoff in der zusätzlichen Luft verbinden können, die, wenn sie im Katalysator oxidiert werden, zu Katalysatorübertemperaturbedingungen führen können.
In einem Beispiel können die obigen Probleme wenigstens teilweise durch ein Verfahren für eine Kraftmaschine behandelt werden, die einen oder mehrere Vierventilzylinder enthält, das Folgendes umfasst: während eines ersten Modus mit positiver Ventilüberschneidung Strömen von mehr Durchblasen von einem Einlasskrümmer zu einem Auslasskrümmer durch ein erstes Einlassventil und ein erstes Auslassventil als durch ein zweites Einlassventil und ein zweites Auslassventil des Zylinders.
Als ein Beispiel kann während des Kraftmaschinenbetriebs im ersten Überschneidungsmodus komprimierte Luft vom Einlasskrümmer über das erste Einlassventil geleitet werden, wobei heiße Restegase über das erste Auslassventil entleert werden können. Das erste Einlassventil und das erste Auslassventil können in einem Zylinderkopf diagonal positioniert sein. Folglich kann während des Durchblasens das Gas durch einen längeren diagonalen Weg strömen.
In dieser Weise können durch das Leiten der Gase, damit sie durch einen längeren Weg strömen, die Abgase effektiver aus dem Zylinder entleert werden, wobei mehr Frischluft in dem Zylinder eingeschlossen werden kann. Die resultierende vergrößerte Zylinderluftladung kann mehr Drehmoment bereitstellen. Die vergrößerte Drehmomentausgabe bei niedrigen Kraftmaschinendrehzahlen kann den Zeitraum im höchsten Gang vergrößern, was zu einer verbesserten Kraftstoffwirtschaftlichkeit führt. Ferner kann, zurückzuführen auf mehr Luft, die in dem Zylinder eingeschlossen ist, eine Menge der zum Auslass entweichenden Luft verringert sein. Folglich kann der Zylinder weniger fett betrieben werden. Die verringerte Luftmenge im Abgas und die weniger fette Verbrennung können die Menge des Kraftstoffs und der Luft, die sich im Auslasskrümmer exotherm verbinden, verringern. Im Ergebnis können die übermäßige Zunahme der Abgastemperaturen und deshalb die übermäßige Zunahme der Abgaskatalysatortemperaturen verringert werden.
Ferner kann im Ergebnis dessen, dass die Abgase effektiv entleert werden, eine Temperatur im Zylinder verringert sein. Folglich kann die niedrigere Temperatur im Zylinder die Tendenz zum Klopfen verringern, was es ermöglichen kann, dass die Kraftmaschine mit mehr Funkenfrühverstellung betrieben wird, was außerdem zum Verringern der Abgastemperatur beitragen kann.
Zusammengenommen kann durch das Bereitstellen eines diagonalen Durchblasens bei niedriger Drehzahl mehr Drehmoment verfügbar sein, kann die Kraftstoffwirtschaftlichkeit verbessert sein, kann die übermäßige Erwärmung des Abgaskatalysators verringert sein und kann eine verringerte Häufigkeit des Klopfens erreicht sein.
Die obigen Vorteile und weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung leicht offensichtlich, wenn sie allein oder im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird.
Es sollte selbstverständlich sein, dass die obige Zusammenfassung bereitgestellt ist, um eine Auswahl der Konzepte in vereinfachter Form einzuführen, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben sind. Sie ist nicht beabsichtigt, Schlüssel- oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, dessen Umfang eindeutig durch die Ansprüche definiert ist, die der ausführlichen Beschreibung folgen. Außerdem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf die Implementierungen eingeschränkt, die alle oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angegebenen Nachteile beseitigen.
Kurzbeschreibung der Figuren
1 zeigt eine schematische graphische Darstellung eines Zylinders eines beispielhaften Kraftmaschinensystems.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Kraftmaschinensystems einer 4-Zylinder-Kraftmaschine, die einen Turbolader enthält.
3A, 3B, 3C und 3D zeigen einen beispielhaften Vierventil-Zylinderkopf, der die Leitung der Gasströmung während eines Vierventil-Durchblasens, eines diagonalen Zweiventil-Durchblasens, eines maskierten Zweiventil-Durchblasens bzw. eines maskierten Vierventil-Durchblasens enthält.
4 zeigt einen beispielhaften Ablaufplan, der eine Routine zum Bestimmen eines Typs des Durchblasens in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Kraftmaschine veranschaulicht.
5 zeigt einen beispielhaften Ablaufplan, der eine Routine zum Bereitstellen eines diagonalen Zweiventil-Durchblasens veranschaulicht.
6 zeigt einen beispielhaften Ablaufplan, der eine Routine zum Bereitstellen eines Vierventil-Durchblasens veranschaulicht.
7 zeigt eine beispielhafte graphische Darstellung, die beispielhafte Ventilzeitsteuerungen, Ventilhübe und Dauern während des diagonalen Zweiventil-Durchblasens darstellt.
8 zeigt eine beispielhafte graphische Darstellung, die beispielhafte Ventilzeitsteuerungen, Ventilhübe und Dauern während des Vierventil-Durchblasens darstellt.
Ausführliche Beschreibung
Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf Verfahren und Systeme zum Verbessern des Durchblasspülens in einem Kraftmaschinensystem, das einen Turbolader enthält, wie in den 1–2 dargestellt ist. Ein Kraftmaschinen-Controller kann konfiguriert sein, Steuerroutinen, wie z. B. jene, die in den 4–6 dargestellt sind, auszuführen, um einen Typ des Durchblasens (diagonales Zweiventil-Durchblasen oder Vierventil-Durchblasen) zu bestimmen und die Kraftmaschine in dem bestimmten Durchblasmodus zu betreiben. Der Modus des diagonalen Zweiventil-Durchblasens, wie in 3B veranschaulicht ist, kann verwendet werden, um eine Strecke der Strömung der Gase von einem ersten Einlassventil zu einem ersten Auslassventil zu vergrößern und dadurch das Mischen der Gase für ein effizienteres Entleeren zu verbessern und die Zylinderluftladung durch das Verringern einer Menge der Durchblasluft, die in einen Auslasskrümmer entweicht, zu vergrößern. Der Modus des Vierventil-Durchblasens, wie in 3A veranschaulicht ist, kann anstelle des Modus des Zweiventil-Durchblasens verwendet werden, wenn eine Temperatur eines oder mehrerer Ventile größer als eine Verschlechterungs-Schwellentemperatur ist, um die Verschlechterung der für das Durchblasen verwendeten Ventile zu verringern. In einem Beispiel kann der Modus des Vierventil-Durchblasens verwendet werden, um die Erwärmung eines Abgaskatalysators, der an die Kraftmaschine nach den 1–2 gekoppelt ist, zu beschleunigen. In einigen Beispielen kann ein Modus des maskierten Zweiventil-Durchblasens, wie in 3C gezeigt ist, verwendet werden. In einigen anderen Beispielen kann ein Modus des maskierten Vierventil-Durchblasens, wie in 3D gezeigt ist, verwendet werden. Beispielhafte Ventilzeitsteuerungen, Ventildauern und Ventilhübe während des Modus des diagonalen Zweiventil-Durchblasens und während des Modus des Vierventil-Durchblasens sind in den 7 bzw. 8 gezeigt.
1 stellt eine beispielhafte Ausführungsform einer Verbrennungskammer oder eines Zylinders einer Brennkraftmaschine 10 dar. Die Kraftmaschine 10 kann Steuerparameter von einem Steuersystem, das einen Controller 12 enthält, und eine Eingabe von einer Bedienungsperson 130 des Fahrzeugs über eine Eingabevorrichtung 132 empfangen. In diesem Beispiel enthält die Eingabevorrichtung 132 ein Fahrpedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Der Zylinder (hier außerdem die "Verbrennungskammer") 14 der Kraftmaschine 10 kann die Verbrennungskammerwände 136 enthalten, in denen ein Kolben 138 positioniert ist. Der Kolben 138 kann an eine Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, so dass die Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. Die Kurbelwelle 140 kann über ein Getriebesystem an wenigstens ein Antriebsrad des Passagierfahrzeugs gekoppelt sein. Ferner kann ein Startermotor über eine Schwungscheibe an die Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, um eine Startoperation der Kraftmaschine 10 zu ermöglichen.
Der Zylinder 14 kann Einlassluft über eine Folge von Einlassluftkanälen 142, 144 und 146 empfangen. Der Einlassluftkanal 146 kann zusätzlich zu dem Zylinder 14 mit weiteren Zylindern der Kraftmaschine 10 in Verbindung stehen. In einigen Ausführungsformen können einer oder mehrere der Einlasskanäle eine Ladevorrichtung, wie z. B. einen Turbolader oder einen Lader, enthalten. 1 zeigt, dass die Kraftmaschine 10 z. B. mit einem Turbolader konfiguriert ist, der einen Kompressor 174, der zwischen den Einlasskanälen 142 und 144 angeordnet ist, und eine Abgasturbine 176, die entlang dem Auslasskanal 148 angeordnet ist, enthält. Der Kompressor 174 kann über eine Welle 180 wenigstens teilweise durch die Abgasturbine 176 angetrieben sein, wobei die Ladevorrichtung als ein Turbolader konfiguriert ist. In anderen Beispielen, wie z. B. wenn die Kraftmaschine 10 mit einem Lader versehen ist, kann die Abgasturbine 176 optional weggelassen sein, wobei der Kompressor 174 durch eine mechanische Eingabe von einem Motor oder der Kraftmaschine angetrieben sein kann. Eine Drosselklappe 20, die eine Drosselklappenplatte 164 enthält, kann entlang einem Einlasskanal der Kraftmaschine bereitgestellt sein, um die Durchflussmenge und/oder den Druck der Einlassluft, die den Kraftmaschinenzylindern bereitgestellt wird, zu variieren. Die Drosselklappe 20 kann z. B. stromabwärts des Kompressors 174 angeordnet sein, wie hier gezeigt ist, oder kann alternativ stromaufwärts des Kompressors 174 bereitgestellt sein.
Der Auslasskanal 148 kann die Abgase zusätzlich zu dem Zylinder 14 von den anderen Zylindern der Kraftmaschine 10 empfangen. Es ist gezeigt, dass ein Abgassensor 128 stromaufwärts einer Abgasreinigungsvorrichtung 178 an den Auslasskanal 148 gekoppelt ist. Der Sensor 128 kann aus verschiedenen geeigneten Sensoren ausgewählt sein, um eine Angabe des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der Abgase bereitzustellen, wie z. B. ein linearer Sauerstoffsensor oder UEGO- (universeller oder Weitbereichs-Abgassauerstoff-), ein Zweizustands-Sauerstoffsensor oder EGO- (wie dargestellt ist), ein HEGO- (ein erwärmter EGO-), ein NOx-, HC- oder CO-Sensor. Die Abgasreinigungsvorrichtung 178 kann ein Dreiwegekatalysator (TWC), eine NOx-Falle, verschiedene andere Abgasreinigungsvorrichtungen oder Kombinationen daraus sein.
Die Abgastemperatur kann durch einen oder mehrere (nicht gezeigte) Temperatursensoren, die sich im Auslasskanal 148 befinden, geschätzt werden. Alternativ kann die Abgastemperatur basierend auf den Betriebsbedingungen der Kraftmaschine, wie z. B. der Drehzahl, der Last, dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (AFR), der Funkenspätverstellung usw., abgeleitet werden. Ferner kann die Abgastemperatur durch einen oder mehrere Abgassensoren 128 berechnet werden. Es kann erkannt werden, dass die Abgastemperatur alternativ durch irgendeine Kombination der hier aufgelisteten Temperaturschätzverfahren geschätzt werden kann.
Jeder Zylinder der Kraftmaschine 10 kann ein oder mehrere Einlassventile und ein oder mehrere Auslassventile enthalten. Es ist z. B. gezeigt, dass der Zylinder 14 wenigstens ein Einlass-Tellerventil 150 und wenigstens ein Auslass-Tellerventil 156 enthält, die sich in einem oberen Bereich des Zylinders 14 befinden. In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder der Kraftmaschine 10 einschließlich des Zylinders 14 wenigstens zwei Einlass-Tellerventile und wenigstens zwei Auslass-Tellerventile enthalten, die sich in einem oberen Bereich des Zylinders befinden.
Das Einlassventil 150 kann durch den Controller 12 durch Nockenbetätigung über ein Nockenbetätigungssystem 151 gesteuert sein. Ähnlich kann das Auslassventil 156 durch den Controller 12 über ein Nockenbetätigungssystem 153 gesteuert sein. Jedes der Nockenbetätigungssysteme 151 und 153 kann einen oder mehrere Nocken enthalten und kann ein Nockenkurvenschaltsystem (CPS-System) und/oder ein System mit variabler Nockenzeitsteuerung (VCT-System) und/oder ein System mit variabler Ventilzeitsteuerung (VVT-System) und/oder ein System mit variablem Ventilhub (VVL-System) verwenden, die durch den Controller 12 betrieben sein können, um den Ventilbetrieb zu variieren. Die Positionen des Einlassventils 150 und des Auslassventils 156 können durch die Ventilpositionssensoren 155 bzw. 157 bestimmt werden. In alternativen Ausführungsformen können das Einlass- und/oder das Auslassventil durch eine elektrische Ventilbetätigung gesteuert sein. Der Zylinder 14 kann z. B. alternativ ein über eine elektrische Ventilbetätigung gesteuertes Einlassventil und ein über eine Nockenbetätigung, die das CPS- und/oder das VCT-System enthält, gesteuertes Auslassventil enthalten. In noch weiteren Ausführungsformen können die Einlass- und Auslassventile durch ein gemeinsames Ventilaktuator- oder Ventilbetätigungssystem oder ein Ventilaktuator- oder Ventilbetätigungssystem mit variabler Zeitsteuerung gesteuert sein.
Der Zylinder 14 kann ein Verdichtungsverhältnis aufweisen, das das Verhältnis der Volumina ist, wenn sich der Kolben 138 an der unteren Mitte befindet, bis zur oberen Mitte. Herkömmlich liegt das Verdichtungsverhältnis im Bereich von 9:1 bis 10:1. In einigen Beispielen, in denen andere Kraftstoffe verwendet werden, kann das Verdichtungsverhältnis jedoch vergrößert sein. Dies kann z. B. geschehen, wenn Kraftstoffe mit einer höheren Oktanzahl oder Kraftstoffe mit einer höheren latenten Verdampfungsenthalpie verwendet werden. Falls eine Direkteinspritzung verwendet wird, kann das Verdichtungsverhältnis aufgrund ihrer Wirkung auf das Kraftmaschinenklopfen außerdem vergrößert sein.
In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder der Kraftmaschine 10 eine Zündkerze 192 zum Einleiten der Verbrennung enthalten. Das Zündsystem 190 kann der Verbrennungskammer 14 in Reaktion auf ein Zündvorverstellungssignal SA von dem Controller 12 unter ausgewählten Betriebsmodi über die Zündkerze 192 einen Zündfunken bereitstellen. In einigen Ausführungsformen kann jedoch die Zündkerze 192 weggelassen sein, wie z. B. wenn die Kraftmaschine 10 die Verbrennung durch Selbstzündung oder durch Einspritzung des Kraftstoffs einleiten kann, wie es bei einigen Diesel-Kraftmaschinen der Fall sein kann.
In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder der Kraftmaschine 10 mit einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzdüsen konfiguriert sein, um ihm Kraftstoff bereitzustellen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel ist gezeigt, dass der Zylinder 14 eine Kraftstoffeinspritzdüse 166 enthält. Es ist gezeigt, dass die Kraftstoffeinspritzdüse 166 direkt an den Zylinder 14 gekoppelt ist, um den Kraftstoff proportional zu der Impulsbreite eines Signals FPW, das über einen elektronischen Treiber 168 von dem Controller 12 empfangen wird, direkt in ihn einzuspritzen. In dieser Weise stellt die Kraftstoffeinspritzdüse 166 das bereit, was als Direkteinspritzung (die im Folgenden außerdem als "DI" bezeichnet wird) des Kraftstoffs in den Verbrennungszylinder 14 bekannt ist. Während 1 die Einspritzdüse 166 als eine Seiteneinspritzdüse zeigt, kann sie sich außerdem über dem Kolben, wie z. B. in der Nähe der Position der Zündkerze 192, befinden. Eine derartige Position kann, wenn die Kraftmaschine mit einem Kraftstoff auf Alkoholbasis betrieben wird, aufgrund der geringeren Flüchtigkeit einiger Kraftstoffe auf Alkoholbasis das Mischen und die Verbrennung verbessern. Alternativ kann sich die Einspritzdüse über dem und in der Nähe des Einlassventils befinden, um das Mischen zu verbessern. Der Kraftstoff kann der Kraftstoff-Einspritzdüse 166 von einem Hochdruck-Kraftstoffsystem 8 zugeführt werden, das Kraftstofftanks, Kraftstoffpumpen und einen Kraftstoffverteiler enthält. Alternativ kann der Kraftstoff durch eine einstufige Kraftstoffpumpe mit einem niedrigeren Druck zugeführt werden, wobei in diesem Fall die Zeitsteuerung der Kraftstoff-Direkteinspritzung während des Verdichtungstakts mehr eingeschränkt sein kann, als wenn ein Hochdruck-Kraftstoffsystem verwendet wird. Ferner können die Kraftstofftanks einen Drucksensor aufweisen, der dem Controller 12 ein Signal bereitstellt, während dies nicht gezeigt ist. Es wird erkannt, dass in einer alternativen Ausführungsform die Einspritzdüse 166 eine Kanaleinspritzdüse sein kann, die den Kraftstoff in der Einlassöffnung stromaufwärts des Zylinders 14 bereitstellt.
Es wird außerdem erkannt, dass, während die dargestellte Ausführungsform veranschaulicht, dass die Kraftmaschine durch das Einspritzen des Kraftstoffs über eine einzige Direkteinspritzdüse betrieben wird; in alternativen Ausführungsformen die Kraftmaschine unter Verwendung von zwei oder mehr Einspritzdüsen (z. B. einer Direkteinspritzdüse und einer Kanaleinspritzdüse) und das Variieren der relativen Menge der Einspritzung von jeder Einspritzdüse betrieben werden kann.
Der Kraftstoff kann während eines einzigen Zyklus des Zylinders durch die Einspritzdüse dem Zylinder zugeführt werden. Ferner können sich die Verteilung und/oder die relative Menge des Kraftstoffs, der von der Einspritzdüse zugeführt wird, mit den Betriebsbedingungen ändern. Außerdem können für ein einziges Verbrennungsereignis mehrere Einspritzungen des zugeführten Kraftstoffs pro Zyklus ausgeführt werden. Die mehreren Einspritzungen können während des Verdichtungstakts, des Einlasstakts oder irgendeiner geeigneten Kombination daraus ausgeführt werden. Außerdem kann Kraftstoff während des Zyklus eingespritzt werden, um das Verhältnis der Luft zum eingespritzten Kraftstoff (AFR) der Verbrennung einzustellen. Der Kraftstoff kann z. B. eingespritzt werden, um ein stöchiometrisches AFR bereitzustellen. Es kann ein AFR-Sensor enthalten sein, um eine Schätzung des AFR innerhalb des Zylinders bereitzustellen. In einem Beispiel kann der AFR-Sensor ein Abgassensor sein, wie z. B. der EGO-Sensor 128. Durch das Messen einer Menge des restlichen Sauerstoffs (für magere Gemische) oder der unverbrannten Kohlenwasserstoffe (für fette Gemische) in dem Abgas kann der Sensor das AFR bestimmen. Das AFR als solches kann für ein gegebenes Gemisch als ein Lambda-Wert (λ-Wert), d. h., als ein Verhältnis des tatsächlichen AFR zur Stöchiometrie, bereitgestellt werden. Folglich gibt ein Lambda von 1,0 ein stöchiometrisches Gemisch an, wobei Gemische, die fetter als die Stöchiometrie sind, einen Lambda-Wert besitzen können, der kleiner als 1,0 ist, während Gemische, die magerer als die Stöchiometrie sind, einen Lambda-Wert besitzen können, der größer als 1 ist.
Wie oben beschrieben worden ist, zeigt 1 nur einen Zylinder einer Mehrzylinderkraftmaschine. Als solcher kann jeder Zylinder ähnlich seinen eigenen Satz aus Einlass-/Auslassventilen, Kraftstoffeinspritzdüse(n), einer Zündkerze usw. enthalten.
Die Kraftstofftanks im Kraftstoffsystem 8 können Kraftstoff mit verschiedenen Kraftstoffqualitäten enthalten, wie z. B. mit verschiedenen Kraftstoffzusammensetzungen. Diese Unterschiede können einen anderen Alkoholgehalt, eine andere Oktanzahl, andere Verdampfungswärmen, andere Kraftstoffmischungen und/oder Kombinationen daraus usw. enthalten.
Die Kraftmaschine 10 kann ferner einen Klopfsensor 90 enthalten, der an jeden Zylinder 14 gekoppelt ist, um anormale Zylinderverbrennungsereignisse zu identifizieren. In alternativen Ausführungsformen können ein oder mehrere Klopfsensoren 90 an ausgewählte Orte des Kraftmaschinenblocks gekoppelt sein. Der Klopfsensor kann ein Beschleunigungsmesser am Zylinderblock oder ein Ionisationssensor, der in der Zündkerze jedes Zylinders konfiguriert ist, sein. Die Ausgabe des Klopfsensors kann mit der Ausgabe eines Kurbelwellen-Beschleunigungssensors kombiniert werden, um ein anormales Verbrennungsereignis in dem Zylinder anzugeben.
Der Controller 12 ist als ein Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 106, die Eingabe-/Ausgabe-Ports 108, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Eichwerte, das in diesem speziellen Beispiel als ein Festwertspeicher-Chip 110 gezeigt ist, einen Schreib-Lese-Speicher 112, einen Haltespeicher 114 und einen Datenbus enthält. Der Controller 12 kann zusätzlich zu jenen Signalen, die vorher erörtert worden sind, verschiedene Signale von an die Kraftmaschine 10 gekoppelten Sensoren empfangen, einschließlich der Messung des eingeleiteten Luftmassendurchflusses (MAF) von einem Luftmassendurchflusssensor 122; einer Kraftmaschinen-Kühlmitteltemperatur (ECT) von einem an eine Kühlhülse 118 gekoppelten Temperatursensor 116; eines Profil-Zündungs-Ansprechsignals (PIP) von einem Hall-Effekt-Sensor 120 (oder einem anderen Typ), der an die Kurbelwelle 140 gekoppelt ist; einer Drosselklappenposition (TP) von einem Drosselklappenpositionssensor; eines Krümmerabsolutdrucksignals (MAP) von einem Sensor 124, des Zylinder-AFR vom EGO-Sensor 128 und der anormalen Verbrennung vom Klopfsensor 90 und einem Kurbelwellen-Beschleunigungssensor. Das Kraftmaschinen-Drehzahlsignal, RPM, kann durch den Controller 12 aus dem Signal PIP erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von einem Krümmerdrucksensor kann verwendet werden, um eine Angabe des Unterdrucks oder des Drucks in dem Einlasskrümmer bereitzustellen.
Der Festwertspeicher 110 des Speichermediums kann mit computerlesbaren Daten programmiert sein, die durch den Prozessor 106 ausführbare Anweisungen repräsentieren, um sowohl die im Folgenden beschriebenen Verfahren als auch andere Varianten, die vorhergesehen werden, aber nicht spezifisch aufgelistet sind, auszuführen. Beispielhafte Routinen sind bezüglich der 4–6 gezeigt.
Es wird erkannt, dass, während das vorliegende Beispiel bezüglich einer aufgeladenen Kraftmaschine mit Durchblasfähigkeiten beschrieben wird, das Einstellen der Betriebsparameter der Kraftmaschine, wie z. B. der Werte der Fettheit des Kraftstoffs, der Durchblas-Schwellenwerte, der Temperaturschwellenwerte usw., in anderen Ausführungsformen geeicht sein kann, so dass es für eine spezielle Kraftmaschinen-, Antriebsstrang- und/oder Fahrzeugkombination optimal arbeitet.
In einigen Beispielen kann die Kraftmaschine an ein Elektromotor-/Batteriesystem in einem Hybridfahrzeug gekoppelt sein. Das Hybridfahrzeug kann eine Parallelkonfiguration, eine Reihenkonfiguration oder eine Variation oder Kombinationen davon aufweisen. Ferner können in einigen Ausführungsformen andere Kraftmaschinenkonfigurationen verwendet werden, z. B. eine Dieselkraftmaschine.
Während des Betriebs durchläuft jeder Zylinder in der Kraftmaschine 10 typischerweise einen Viertaktzyklus: der Zyklus enthält den Einlasstakt, den Verdichtungstakt, den Arbeitstakt und den Ausstoßtakt. Im Allgemeinen ist während des Einlasstakts das Auslassventil 156 geschlossen und das Einlassventil 150 geöffnet. Über den Einlasskrümmer 146 wird Luft in die Verbrennungskammer 14 eingeleitet, wobei sich der Kolben 138 zum Boden des Zylinders bewegt, um das Volumen in der Verbrennungskammer 14 zu vergrößern. Die Position, in der sich der Kolben 138 in der Nähe des Bodens des Zylinders und am Ende seines Takts befindet (z. B. wenn sich die Verbrennungskammer 14 auf ihrem größten Volumen befindet), wird durch die Fachleute auf dem Gebiet typischerweise als unterer Totpunkt (UTP) bezeichnet. Während des Verdichtungstakts sind das Einlassventil 150 und das Auslassventil 156 geschlossen. Der Kolben 138 bewegt sich zum Zylinderkopf, um die Luft in der Verbrennungskammer 14 zu verdichten. Der Punkt, an dem sich der Kolben 138 am Ende seines Takts und am nächsten beim Zylinderkopf befindet (z. B. wenn sich die Verbrennungskammer 30 auf ihrem kleinsten Volumen befindet), wird durch die Fachleute auf dem Gebiet typischerweise als oberer Totpunkt (OTP) bezeichnet. In einem Prozess, der im Folgenden als Einspritzung bezeichnet wird, wird der Kraftstoff in die Verbrennungskammer eingeleitet. In einem Prozess, der im Folgenden als Zündung bezeichnet wird, wird der eingespritzte Kraftstoff durch bekannte Zündmittel, wie z. B. eine Zündkerze 192, gezündet, was zur Verbrennung führt. Während des Arbeitstakts schieben die sich ausdehnenden Gase den Kolben 138 zurück zum UTP. Die Kurbelwelle 40 setzt die Kolbenbewegung in ein Drehmoment der Drehwelle um. Schließlich ist das Auslassventil 156 während des Ausstoßtakts geöffnet, um das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch zum Auslasskrümmer 48 auszustoßen, wobei der Kolben zum OTP zurückkehrt. Es sei angemerkt, dass das Obige lediglich als ein Beispiel gezeigt worden ist und dass sich die Öffnungs- und/oder Schließzeiten der Einlass- und Auslassventile ändern können, wie z. B. um eine positive oder negative Ventilüberschneidung, ein spätes Schließen des Einlassventils oder verschiedene andere Beispiele bereitzustellen.
Basierend auf den Zeitsteuerungsunterschieden zwischen dem Schließen der Auslassventile und dem Öffnen der Einlassventile können die Ventile mit einer negativen Ventilüberschneidung betrieben werden, wobei während einer kurzen Dauer nach dem Ende des Ausstoßtakts und vor dem Beginn des Einlasstakts sowohl das Einlass- als auch das Auslassventil geschlossen sind. Dieser Zeitraum, während dessen beide Ventile geschlossen sind, wird als negative (Einlass-zu-Auslass-)Ventilüberschneidung bezeichnet. In einem Beispiel kann das VCT-System so eingestellt sein, dass die Zeitsteuerung der negativen Einlass-zu-Auslassventil-Überschneidung eine vorgegebene Nockenposition der Kraftmaschine während der Zylinderverbrennung sein kann.
Alternativ können die Ventile mit einer positiven Ventilüberschneidung betrieben werden, wobei während einer kurzen Dauer vor dem Ende des Ausstoßtakts und nach dem Beginn des Einlasstakts sowohl das Einlass- als auch das Auslassventil offen sein können. Dieser Zeitraum, während dessen beide Ventile offen sein können, wird als eine positive (Einlass-zu-Auslass-)Ventilüberschneidung bezeichnet. Das VCT-System kann so eingestellt sein, dass der Betrag der positiven Ventilüberschneidung während ausgewählter aufgeladener Betriebsbedingungen der Kraftmaschine die positive Ventilüberschneidung vergrößert. Spezifisch kann eine Position der Einlassnockenwelle so eingestellt werden, dass eine Zeitsteuerung der Öffnung des Einlassventils nach früh verstellt ist. Folglich kann das Einlassventil früher vor dem Ende des Ausstoßtakts geöffnet werden, wobei eine Dauer, während der beide Ventile offen sind, vergrößert sein kann, was zu mehr positiver Ventilüberschneidung führt. Als ein Beispiel kann die positive Ventilüberschneidung vergrößert werden, indem die Einlassnockenwelle von einer Position mit etwas positiver Ventilüberschneidung zu einer Position, die mehr positive Ventilüberschneidung aufweist, bewegt wird. Als ein weiteres Beispiel kann die positive Ventilüberschneidung durch das Bewegen der Einlassnockenwelle von einer Position mit negativer Ventilüberschneidung zu einer Position mit positiver Ventilüberschneidung vergrößert werden. In einem Beispiel kann das VCT-System so eingestellt werden, dass die Zeitsteuerung der negativen Einlass-zu-Auslassventil-Überschneidung eine vorgegebene Nockenposition der Kraftmaschine während eines Kaltstarts der Kraftmaschine sein kann.
Es wird erkannt, dass, während das obige Beispiel das Vergrößern der positiven Ventilüberschneidung durch das Verstellen der Zeitsteuerung des Öffnens des Einlassventils nach früh vorschlägt, in alternativen Beispielen die positive Ventilüberschneidung durch das Einstellen einer Auslassnockenwelle, um das Schließen des Auslassventils nach spät zu verstellen, vergrößert werden kann. Noch weiter können sowohl die Einlass- als auch die Auslassnockenwelle eingestellt werden, um die positive Ventilüberschneidung durch das Variieren der Zeitsteuerungen sowohl der Einlass- als auch der Auslassventile zu variieren.
In dem Kraftmaschinensystem 10 kann während der Zeiträume einer schnell zunehmenden Kraftmaschinenlast, wie z. B. unmittelbar nach dem Start, bei einem Pedaldruck oder beim Verlassen der DFSO, der durch den Kompressor bereitgestellte Betrag der Kompression der Einlassluft unangemessen sein. Während wenigstens einiger dieser Bedingungen kann der Betrag des Ladedrucks, der von dem Kompressor verfügbar ist, aufgrund dessen, dass die Turbine nicht zu einer ausreichend hohen Drehzahl hochgedreht ist (z. B. aufgrund der niedrigen Abgastemperatur oder des niedrigen Abgasdrucks), begrenzt sein. Der Zeitraum, der erforderlich ist, bis die Turbine hochdreht und den Kompressor antreibt, um die erforderliche Menge der komprimierten Einlassluft bereitzustellen, wird als solcher als Turboloch bezeichnet. Während des Turbolochs kann der bereitgestellte Betrag des Drehmoments nicht dem Drehmomentbedarf entsprechen, was zu einem Abfall der Kraftmaschinenleistung führt.
Um das Hochdrehen der Turbine zu beschleunigen und das Turboloch zu verringern, kann die Kraftmaschine während dieser Bedingungen in einem Durchblasmodus betrieben werden. Darin kann eine Menge der komprimierten Einlassluft, die hier außerdem als Durchblasluft bezeichnet wird, vom Einlasskrümmer zum Auslasskrümmer geleitet werden, während die stöchiometrische Zylinderverbrennung aufrechterhalten wird, um einen zusätzlichen Massenstrom zum Hochdrehen der Turbine bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen kann die Kraftstoffeinspritzung eingestellt (z. B. angereichert) werden, um mit der Menge der Durchblasluft im Einklang zu stehen, um eine zusätzliche Enthalpie zum Hochdrehen der Turbine bereitzustellen. Die Durchblasluft kann bereitgestellt werden, während die Kraftmaschine wenigstens etwas Aufladung aufweist, d. h., während ein Einlasskrümmerdruck (MAP) um wenigstens einen Schwellenbetrag höher als der Auslasskrümmerdruck ist. Basierend auf den Betriebsbedingungen der Kraftmaschine, die zu dem Zeitpunkt vorherrschend sind, zu dem die Durchblasluft angefordert wird, wird ein Betrag der Ventilüberschneidung eingestellt, so dass die erforderliche Menge der Durchblasluft über die Kraftmaschinenzylinder durch positive Ventilüberschneidung der Turbine bereitgestellt werden kann.
Um z. B. das Durchblasen über die Kraftmaschinenzylinder bereitzustellen, kann das VCT-System von einer anfänglichen Position, die keine positive Ventilüberschneidung aufweist, zu einer endgültigen Position, die eine vergrößerte positive Ventilüberschneidung aufweist, eingestellt werden. In einem Beispiel kann die endgültige Position eine Position der vollständigen Ventilüberschneidung (oder der maximalen positiven Ventilüberschneidung) sein. Während die Verfahren hier das Bereitstellen von Durchblasluft immer über positive Ventilüberschneidung erörtern, kann in alternativen Ausführungsformen die Durchblasluft nur über eine positive Ventilüberschneidung bereitgestellt werden, falls die Ventilzeitsteuerung zum Bereitstellen der positiven Ventilüberschneidung die Kraftstoffwirtschaftlichkeit, die Verbrennungsstabilität und die Drehmomentausgabe der Kraftmaschine nicht verschlechtert.
Wie im Folgenden erörtert wird, kann während einer ersten Durchblasbedingung, wie z. B. während eines Pedaldruckbetrags, der größer als ein Schwellenbetrag ist, einer Angabe des Klopfens und bei Operationen bei hohem Drehmomentbedarf bei niedriger Drehzahl, wenn eine erste Auslassventiltemperatur kleiner als eine Verschlechterungs-Schwellentemperatur ist, die Kraftmaschine in einem Modus des diagonalen Zweiventil-Durchblasens betrieben werden, wobei eine Dauer der positiven Überschneidung zwischen dem ersten Einlass- und dem ersten Auslassventil größer als eine Dauer der positiven Überschneidung zwischen dem zweiten Einlassventil und dem zweiten Auslassventil sein kann, so dass eine Mehrheit der aufgeladenen Einlassluft über das erste Einlassventil geleitet werden kann, um heiße Restegase über das erste Auslassventil zu entleeren. Das erste Einlassventil kann im Zylinderkopf diagonal gegenüber dem ersten Auslassventil positioniert sein.
In dieser Weise kann durch das diagonale Leiten der Durchblasluft über die diagonalen Einlass- und Auslassventile eine Strecke des Strömungswegs der Gase vom Einlassventil zum Auslassventil vergrößert sein, was zu einem verringerten Entweichen der Durchblasluft zum Auslass führt. Das heißt, durch das Vergrößern der Strecke des Strömungswegs können die Restgase in dem Zylinder effizienter entleert werden, wobei mehr Durchblasluft im Verdichtungsraum des Zylinders eingeschlossen werden kann. Im Ergebnis kann die Drehmomentausgabe (aufgrund der vergrößerten Zylinderluftladung, die sich aus der vergrößerten Menge der eingeschlossenen Luft ergibt) vergrößert sein. Aufgrund des erhöhten Wirkungsgrads des Entleerens kann die Temperatur im Zylinder verringert sein, was die Tendenz zum Klopfen verringert. Noch weiter kann aufgrund der verringerten Durchblasluft in dem Abgas der Zylinder weniger fett betrieben werden. Die weniger fette Verbrennung und die verringerte Luft im Abgas können zu einer verringerten Abgastemperatur führen, wobei deshalb eine übermäßige Zunahme der Abgaskatalysatortemperatur verringert werden kann. Im Ergebnis kann die Katalysatorverschlechterung verringert sein und kann die Menge der Durchblasluft, die verwendet werden kann, (die anderweitig durch die übermäßige Katalysatortemperatur begrenzt sein kann) vergrößert sein.
Während einiger Betriebsbedingungen kann es jedoch erwünscht sein, die Temperatur des Abgaskatalysators zu erhöhen, wie z. B. während eines Kaltstarts, wenn die Abgaskatalysatortemperatur kleiner als die Aktivierungstemperatur ist. Während dieser Bedingungen kann das Vierventil-Durchblasen verwendet werden, bei dem alle vier Ventile mit positiver Überschneidung betrieben werden können, um die aufgeladene Luft vom Einlasskrümmer zum Auslasskrümmer zu leiten, wobei der Zylinder (im Vergleich zum Zweiventil-Durchblasen) fetter betrieben werden kann. Die Produkte der fetten Verbrennung können sich exotherm mit der Durchblasluft im Abgas verbinden, was die Abgastemperatur erhöht. Folglich kann die Katalysatortemperatur erhöht werden, wobei dadurch die Erwärmung des Abgaskatalysators beschleunigt wird.
Ferner kann während einiger anderer Bedingungen, wenn der Modus des Zweiventil-Durchblasens verwendet wird, aufgrund dessen, dass die Mehrheit des Durchblasens nur durch einen Satz diagonaler Ventile ausgeführt wird, die Temperatur der Ventile, die an dem Zweiventil-Durchblasen teilnehmen, über die Verschlechterungs-Schwellentemperatur zunehmen, über der die Verschlechterung der Ventile auftreten kann. Deshalb kann der Controller, wenn eine Temperatur eines oder mehrerer Ventile über den Schwellenwert zunimmt, den Kraftmaschinenbetrieb zu dem Modus des Vierventil-Durchblasens wechseln, um die thermische Belastung der Ventile zu verringern.
Die Einzelheiten des Modus des Zweiventil-Durchblasens und des Modus des Vierventil-Durchblasens werden bezüglich der 3–7 weiter ausgearbeitet.
In einigen Beispielen kann eine Maske entweder für das Einlassventil und/oder für das Auslassventil, die für das Zweiventil-Durchblasen verwendet werden, bereitgestellt sein, um den kürzesten Weg vom Einlassventil zum Auslassventil zu blockieren. Die Durchblasgase können über und/oder um die Maske geleitet werden, so dass die Strecke des Strömungswegs (bezüglich des Zweiventilmodus ohne Maske) weiter vergrößert ist. Ferner kann die Maske ein Mischen der Gase verbessern, was die Temperaturen im Zylinder verringern kann und dadurch die Tendenz zum Klopfen verringert. Die Einzelheiten des maskierten Zweiventil-Durchblasens werden bezüglich 3C weiter ausgearbeitet.
In einigen anderen Beispielen kann einem oder mehreren Ventilen, die für das Vierventil-Durchblasen verwendet werden, eine Maske bereitgestellt sein. Wie oben erörtert worden ist, kann die um die Maske geleitete Durchblasluft das Mischen verbessern und die Temperaturen im Zylinder verringern. Die Einzelheiten des maskierten Zweiventil-Durchblasens werden bezüglich 3D weiter ausgearbeitet.
2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Kraftmaschinensystems 200, das eine Kraftmaschine 10, einen Controller 12, einen Turbolader 290 und einen Kraftmaschinenblock 206 mit mehreren Zylindern 14 enthalten kann. Es ist gezeigt, dass das Kraftmaschinensystem 200 einen Einlasskrümmer 146, der konfiguriert ist, den Zylindern 14 Einlassluft und/oder Kraftstoff zuzuführen, und einen Auslasskrümmer 148, der konfiguriert ist, die Verbrennungsprodukte aus den Zylindern 14 zu entleeren, aufweist. Die Strömung der Umgebungsluft kann durch einen Einlassluftkanal 142 und einen Luftfilter 210 in das Einlasssystem eintreten. Eine Drosselklappe 20, die eine Drosselklappenplatte 164 enthält, kann entlang dem Einlasskanal der Kraftmaschine bereitgestellt sein, um die Durchflussmenge und/oder den Druck der Einlassluft, die den Kraftmaschinenzylindern bereitgestellt wird, zu variieren. Dementsprechend kann die Drosselklappenposition als ein Betriebsparameter der Kraftmaschine zum Steuern der Luftströmung in der Kraftmaschine verwendet werden. Die Drosselklappe 20 kann z. B. stromabwärts des Kompressors 174 angeordnet sein, wie hier gezeigt ist, oder kann alternativ stromaufwärts des Kompressors 174 bereitgestellt sein.
Der Turbolader 290 enthält einen Kompressor 174, der durch eine Welle 180 an eine Turbine 176 gekoppelt sein kann, um dadurch den Kompressor anzutreiben. Die Turbine 176 und der Kompressor 174 des Turboladers 290, die gekoppelt sind, können sich mit einer Drehzahl drehen, die mit dem Betrieb des Turboladers zunehmen oder abnehmen kann. Die Drehzahl des Turboladers kann ein Betriebsparameter der Kraftmaschine zum Steuern der Aufladung für die Zylinder 14 sein. Es ist ferner gezeigt, dass der Kompressor 174 in einem Kompressorkanal 264 angeordnet ist. Parallel zum Kompressorkanal 264 befindet sich der Umgehungskanal 262 und die Kompressorumgehungsdrosselklappe 282. Folglich kann die Menge der Einlassluft, die den Kompressor umgeht, durch das Einstellen der Kompressorumgehungsdrosselklappe 282 gesteuert werden. Ferner kann in einigen Ausführungsformen die Kompressorumgehungsdrosselklappe 282 außerdem als ein Druckstoßventil funktionieren, um es der Luft zu ermöglichen, um den Kompressor zu strömen, wenn der Kompressor eine unerwünschte Einschränkung der Einlassluft verursacht, wie es z. B. bei höheren Kraftmaschinenlasten auftreten kann.
Es ist ferner gezeigt, dass sich der Kompressorkanal 264 und der Kompressorumgehungskanal 262 in den Einlasskrümmer 146 wieder vereinigen. Die im Kompressor 174 komprimierte Luft kann über den Einlasskrümmer 146 fluidtechnisch mit einem oder mehreren der Zylinder 14 in Verbindung stehen. Der Turbolader 290 kann konfiguriert sein, eine Luftmasse, die in wenigstens einen der Zylinder 14 eintritt, zu vergrößern. In dieser Weise kann der Turbolader 290 wenigstens teilweise einen Betrag der Luftströmung in der Kraftmaschine 200 steuern. Die Luft- und Abgasströmung in die und aus den Zylindern 14 kann mit den Zylindereinlassventilen I2, I4 und den Zylinderauslassventilen E1, E3 gesteuert sein, was im Folgenden ausführlicher erörtert wird.
Es ist gezeigt, dass der Auslasskrümmer 148 über einen Abgaseinlass 274 fluidtechnisch mit dem Turbinenkanal 272 in Verbindung steht, um es zu ermöglichen, dass die Abgase zur Turbine 176 strömen. Der Turbinenkanal 272 kann ein einziger Auslasskanal für einen gesamten Weg sein, den die Auslassluft vom Abgaseinlass bis zur Turbine 176 nehmen kann. Der Turbinenkanal 272 ermöglicht, dass ein einziges gemischtes Abgas vom Auslasskrümmer 148 in die Turbine 176 eintritt. In anderen Beispielen kann der Turbolader mehr als einen Turbinenkanal vom Abgaseinlass bis zur Turbine enthalten (d. h., der Turbolader kann ein zweiflutiger Turbolader sein). In derartigen Beispielen kann eine zusätzliche Anreicherung des Kraftstoffs für die Steuerung der Abgastemperatur erforderlich sein, wobei in den Elementen und Komponenten des Turboladers (z. B. einem Turbinengehäuseflansch) hochwertige Materialien erforderlich sein können. In den Beispielen mit einem einzigen Turbinenkanal (wie z. B. jenem, der in 2 gezeigt ist) können eine zusätzliche Kraftstoffanreicherung und hochwertige Materialien nicht erforderlich sein. Ferner kann die Turbine 176 in einigen Ausführungsformen eine Turbine mit variabler Geometrie sein. Parallel zum Turbinenkanal befinden sich das Turbinenumgehungsventil 270 und ein Ladedrucksteuerventil 286. Die Menge des Abgases, die die Turbine umgeht, kann durch das Einstellen des Ladedrucksteuerventils 286 gesteuert werden. Schließlich ist gezeigt, dass sich der Turbinenkanal 272 und der Turbinenumgehungskanal 270 vor dem Entleeren zur Umgebung wieder vereinigen, um den Auslasskanal 276 zu bilden.
In einigen Ausführungsformen kann das Einlass- und/oder das Auslasssystem ferner ein oder mehrere Sensoren enthalten, die konfiguriert sind, die Temperatur und den Druck an verschiedenen Orten zu messen. Ein Umgebungsluft-Temperatursensor und ein Umgebungsluft-Drucksensor können z. B. in der Nähe des Eingangs des Einlasskanals 142 angeordnet sein. Gleichermaßen können die Sensoren unter anderen Orten entlang dem Einlasskanal vor und/oder nach dem Kompressor und/oder innerhalb des Einlasskrümmers in der Nähe des Eingangs in den (die) Verbrennungszylinder angeordnet sein. Jeder dieser Sensoren kann konfiguriert sein, über Signalleitungen mit dem Controller 12 zu kommunizieren. In dieser Weise kann die Regelung der Temperatur und des Drucks der Einlassluft und der Auslassluft durch die hier beschriebenen verschiedenen Steuermechanismen aufrechterhalten werden.
In Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen kann ein Anteil des Abgases vom Auslasskrümmer 148 stromaufwärts der Turbine 176 zum Einlasskrümmer 146 stromabwärts des Kompressors 174 über einen AGR-Kanal 251 zurückgeführt werden. Ein AGR-Kühler 50 und ein AGR-Ventil 52 können in den AGR-Kanal 251 gekoppelt sein. In dieser Weise kann eine Hochdruck-Abgasrückführung (HP-AGR) ermöglicht sein. In einigen Ausführungsformen kann außerdem zusätzlich zu der HP-AGR eine Niederdruck-Abgasrückführung (LP-AGR) ermöglicht sein, wobei ein Anteil des behandelten Abgases vom Auslasskrümmer 148 stromabwärts der Turbine 176 zum Einlasskrümmer 146 stromaufwärts des Kompressors 174 über einen Niederdruck-AGR-Kanal und einen AGR-Kühler und ein AGR-Ventil, die darin gekoppelt sind (und nicht gezeigt sind), zurückgeführt wird.
Weiter mit 2 enthält der Kraftmaschinenblock 206 eine Kurbelwelle 140 und die Zylinder 14. Die Zylinder 14 können jeder eine Zündkerze und eine Kraftstoffeinspritzdüse zum direkten Zuführen des Kraftstoffs zur Verbrennungskammer enthalten, wie oben in 1 beschrieben worden ist. In alternativen Ausführungsformen kann jedoch jeder Zylinder 14 keine Zündkerze und/oder keine Kraftstoff-Direkteinspritzdüse enthalten. Die Zylinder 14 können jeder durch ein oder mehrere Ventile bedient sein. In dem vorliegenden Beispiel enthält jeder der Zylinder 14 die Einlassventile I2 und I4 und die Auslassventile E1 und E3.
Die Einlassventile I2 und I4 können zwischen einer offenen Position, die die Einlassluft in einen ersten Zylinder der Zylinder 14 ermöglicht, und einer geschlossenen Position, die die Einlassluft im Wesentlichen von dem ersten Zylinder blockiert, betätigbar sein. Ferner können die Einlassventile durch eine (nicht gezeigte) gemeinsame Einlassnockenwelle betätigt sein, die in einem (nicht gezeigten) Einlassventil-Betätigungssystem enthalten ist. Die Auslassventile E1 und E3 können zwischen einer offenen Position, die das Abgas aus dem ersten Zylinder der Zylinder 14 ermöglicht, und einer geschlossenen Position, die das Gas im Wesentlichen innerhalb des ersten Zylinders hält, betätigtbar sein. Die Einlassventil-Betätigungssysteme und die Auslassventil-Betätigungssysteme (die nicht gezeigt sind) können ferner Ventilstoßstangen, Kipphebel, Ventilstößel usw. enthalten. Derartige Vorrichtungen und Merkmale können die Betätigung der Einlassventile und der Auslassventile durch das Umsetzen der Drehbewegung der Nocken in eine Translationsbewegung der Ventile steuern. In anderen Beispielen können die Ventile über zusätzliche Nockenvorsprungsprofile an den Nockenwellen betätigt sein, wobei die Nockenvorsprungsprofile zwischen den verschiedenen Ventilen eine variierende Nockenhubhöhe, eine variierende Nockendauer und/oder eine variierende Nockenzeitsteuerung bereitstellen können. Es könnten, falls gewünscht, alternative (obenliegende und/oder Ventilstoßstangen-)Nockenwellenanordnungen verwendet werden. Ferner kann in einigen Beispielen jeder der Zylinder 14 mehr als ein Auslassventil und/oder mehr als ein Einlassventil aufweisen. In noch weiteren Beispielen können die Auslassventile und die Einlassventile über eine gemeinsame Nockenwelle betätigt sein. In einer alternativen Ausführungsform kann jedoch wenigstens eines der Einlassventile und/oder der Auslassventile durch seine eigene unabhängige Nockenwelle oder eine andere Vorrichtung betätigt sein.
Die Kraftmaschine 200 kann variable Ventilzeitsteuerungssysteme, z. B. ein CPS-System, und ein variables Nockenzeitsteuerungssystem, VCT-System, enthalten. Ein variables Ventilzeitsteuerungssystem kann konfiguriert sein, ein erstes Ventil während eines ersten Betriebsmodus während einer ersten Dauer zu öffnen. Der erste Betriebsmodus kann bei einer Kraftmaschinenlast unter einem Teillast-Schwellenwert der Kraftmaschine auftreten. Ferner kann das variable Ventilzeitsteuerungssystem konfiguriert sein, das erste Ventil während eines zweiten Betriebsmodus während einer zweiten Dauer, die kürzer als die erste Dauer ist, zu öffnen. Der zweite Betriebsmodus kann bei einer Kraftmaschinenlast über einem Lastschwellenwert der Kraftmaschine und einer Kraftmaschinendrehzahl unter einem Drehzahlschwellenwert der Kraftmaschine (z. B. während niedriger bis mittlerer Kraftmaschinendrehzahlen) auftreten. In einigen Beispielen kann der Lastschwellenwert der Kraftmaschine des zweiten Betriebsmodus der gleiche wie der Teillast-Schwellenwert der Kraftmaschine des ersten Betriebsmodus sein. In anderen Beispielen ist der Lastschwellenwert der Kraftmaschine des zweiten Betriebsmodus nicht der gleiche wie der Teillast-Schwellenwert der Kraftmaschine des ersten Betriebsmodus.
Das CPS-System kann konfiguriert sein, die Einlassnockenwelle longitudinal zu verschieben und dadurch zu verursachen, dass der Betrieb der Einlassventile zwischen ersten Einlassnocken und zweiten Einlassnocken variiert. Ferner kann das CPS-System konfiguriert sein, eine Auslassnockenwelle longitudinal zu verschieben und dadurch zu verursachen, dass der Betrieb der Auslassventile zwischen ersten Auslassnocken und zweiten Auslassnocken variiert. In dieser Weise kann das CPS-System zwischen einem ersten Nocken zum Öffnen eines Ventils während einer ersten Dauer und einem zweiten Nocken zum Öffnen des Ventils während einer zweiten Dauer wechseln.
Ferner kann das CPS-System konfiguriert sein, während eines ersten Betriebsmodus, der bei einer Kraftmaschinenlast unter einem Teillast-Schwellenwert der Kraftmaschine auftritt, die Einlassventile mit den ersten Einlassnocken zu betätigen und die Auslassventile mit den ersten Auslassnocken zu betätigen. Noch weiter kann das CPS-System konfiguriert sein, während eines zweiten Betriebsmodus, der bei einer Kraftmaschinenlast über einem Lastschwellenwert der Kraftmaschine und bei einer Kraftmaschinendrehzahl unter einem Drehzahlschwellenwert der Kraftmaschine auftritt, die Einlassventile mit den zweiten Einlassnocken zu betätigen und die Auslassventile mit den zweiten Auslassnocken zu betätigen.
Außerdem kann das CPS-System in Reaktion auf die Betriebsparameter und -bedingungen der Kraftmaschine betrieben werden. Vorübergehende Luftströmungsunterschiede, wie z. B. zwischen dem Einlasskrümmer 146 und den Zylindern 14, können z. B. zum Auswählen einer speziellen Drehzahl oder eines speziellen Drehzahlbereichs für das CPS-System führen, um eine Nockenwelle zwischen den ersten Nocken und den zweiten Nocken umzustellen. Das CPS-System kann ferner wenigstens eines von einem Auslassventil und einem Einlassventil eines ersten Zylinders und einem zweiten Ventil eines zweiten Zylinders mit einer kurzen Nockendauer betreiben, um zu verhindern, dass ein Abgas-Durchblasen des ersten Zylinders in den zweiten Zylinder eintritt.
Die oben beschriebene Konfiguration der Nocken kann verwendet werden, um eine Steuerung der Luftmenge, die den Zylindern 14 zugeführt wird und von den Zylindern 14 entleert wird, bereitzustellen. Es können jedoch andere Konfigurationen verwendet werden, um es dem CPS-System zu ermöglichen, die Ventilsteuerung zwischen zwei oder mehr Nocken umzustellen. Es kann z. B. ein umstellbarer Ventilstößel oder Kipphebel zum Variieren der Ventilsteuerung zwischen zwei oder mehr Nocken verwendet werden.
Die Kraftmaschine 200 kann ferner ein (nicht gezeigtes) VCT-System enthalten. Das VCT-System kann ein doppelt unabhängiges variables Nockenwellen-Zeitsteuerungssystem sein, um die Einlassventil-Zeitsteuerung und die Auslassventil-Zeitsteuerung unabhängig voneinander zu ändern. Das VCT-System enthält einen Einlass-Nockenwellensteller und einen Auslass-Nockenwellensteller zum Ändern der Ventilzeitsteuerung. Das VCT-System kann konfiguriert sein, durch das Verstellen der Nockenzeitsteuerung (eines beispielhaften Betriebsparameters der Kraftmaschine) nach früh oder nach spät die Ventilzeitsteuerung nach früh oder nach spät zu verstellen, wobei es über Signalleitungen durch den Controller 12 gesteuert sein kann. Das VCT-System kann konfiguriert sein, die Zeitsteuerung der Öffnungs- und Schließereignisse der Ventile durch das Variieren der Beziehung zwischen der Kurbelwellenposition und der Nockenwellenposition zu variieren. Das VCT-System kann z. B. konfiguriert sein, die Einlassnockenwelle und/oder die Auslassnockenwelle unabhängig von der Kurbelwelle zu drehen, um zu verursachen, dass die Ventilzeitsteuerung nach früh oder nach spät verstellt ist. In einigen Ausführungsformen kann das VCT-System eine durch das Nockendrehmoment betätigte Vorrichtung sein, die konfiguriert ist, die Nockenzeitsteuerung schnell zu ändern. In einigen Ausführungsformen kann die Ventilzeitsteuerung, wie z. B. das Schließen der Einlassventile (IVC) und das Schließen der Auslassventile (EVC), durch eine kontinuierlich variable Ventilhubvorrichtung (CVVL) variiert werden.
Die oben beschriebenen Ventil-/Nockensteuervorrichtungen und -systeme können hydraulisch angetrieben, elektrisch betätigt oder Kombinationen daraus sein. Die Signalleitungen können Steuersignale an das CPS-System und das VCT-System senden und können eine Nockenzeitsteuerungs- und/oder Nockenauswahlmessung von dem CPS-System und dem VCT-System empfangen.
Wie oben beschrieben worden ist, zeigt 2 ein nicht einschränkendes Beispiel einer Brennkraftmaschine und der zugeordneten Einlass- und Auslasssysteme. Es sollte erkannt werden, dass in einigen Ausführungsformen die Kraftmaschine unter anderen mehr oder weniger Verbrennungszylinder, Steuerventile, Drosselklappen und Kompressionsvorrichtungen aufweisen kann. Beispielhafte Kraftmaschinen können Zylinder aufweisen, die in einer "V"-Konfiguration angeordnet sind. Ferner kann eine erste Nockenwelle die Einlassventile für eine erste Gruppe oder Reihe der Zylinder steuern, während eine zweite Nockenwelle die Einlassventile für eine zweite Gruppe von Zylindern steuern kann. In dieser Weise kann ein einziges CPS-System und/oder VCT-System verwendet werden, um den Ventilbetrieb einer Gruppe von Zylindern zu steuern, oder es können getrennte CPS- und/oder VCT-Systeme verwendet werden. Noch weiter kann in einigen Ausführungsformen das Kraftmaschinensystem 200 eine Batterie und einen Turbotreiber enthalten, die durch den Controller 12 gesteuert sind, um den Kompressor 174 elektronisch anzutreiben. Noch weiter kann in einigen Ausführungsformen der Turbolader 290 alternativ ein Lader oder eine andere Kompressionsvorrichtung sein.
3A zeigt einen beispielhaften Vierventil-Zylinderkopf, der zwei Einlass- und zwei Auslassventile enthält, während eines Vierventil-Durchblaszustands. Das Vierventil-Durchblasen kann durch das Bereitstellen einer positiven Überschneidung zwischen den Einlass- und Auslassventilen erreicht werden, so dass die aufgeladene Luft von einem ersten Einlassventil (z. B. dem Einlassventil I2) und einen zweiten Einlassventil (z. B. dem Einlassventil I4) in den Zylinder geleitet werden kann, um das Restgas zu entleeren, das den Zylinder über ein erstes Auslassventil (z. B. das Auslassventil E1) und ein zweites Auslassventil (z. B. das Auslassventil E3) verlassen kann. Das Vierventil-Durchblasen als solches kann während der Kaltstartbedingungen bereitgestellt sein, um das Erwärmen des Abgaskatalysators zu beschleunigen, wenn eine Abgaskatalysatortemperatur kleiner als eine Katalysatoranspringtemperatur ist. In einigen Beispielen kann das Vierventil-Durchblasen bereitgestellt sein, wenn eine Temperatur eines oder mehrerer Einlass- und/oder Auslassventile größer als eine Verschlechterungs-Schwellentemperatur ist, um die thermische Belastung der Ventile zu verringern.
In dem hier veranschaulichten Beispiel ist eine Position (offen/geschlossen) der Einlass-/Auslassventile während eines Zeitraums der positiven Überschneidung, wenn die Kraftmaschine in dem Modus des Vierventil-Durchblasens betrieben wird, gezeigt. Ferner ist die Strömungsrichtung der Gase in den Pfeilen angegeben. Das Einlassventil I2, das Einlassventil I4, das Auslassventil E1 und das Auslassventil E3 können während des Zeitraums der positiven Überschneidung gleichzeitig offen sein (was als offene Kreise angegeben ist). Im Ergebnis kann aufgeladene Einlassluft vom Einlassventil I2 zum Auslassventil E1 und vom Einlassventil I4 zum Auslassventil E3 strömen, um das Restgas aus dem Zylinder zu entleeren. Das heißt, wenn alle vier Ventile offen sind (wie z. B. während des Modus des Vierventil-Durchblasens), können die Gase (d. h., die Einlassluft) über einen kurzen Strömungsweg (z. B. von I2 zu E1 und von I4 zu E3, wie durch die Pfeile angegeben ist) strömen. Aufgrund des kurzen Strömungswegs kann ein Anteil der aufgeladenen Einlassluft, die durch den Zylinder geblasen wird, zum Auslasssystem verloren werden.
In einem Beispiel kann die aufgeladene Luft, die zum Auslasssystem verloren wird, verwendet werden, um die Erwärmung eines Abgaskatalysators während der Kaltstartbedingungen zu beschleunigen, wenn eine Temperatur des Katalysators kleiner als eine Anspringtemperatur ist, die für die Aktivierung des Katalysators erforderlich ist. Der Zylinder kann z. B. während des Modus des Vierventil-Durchblasens mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Zylinders betrieben werden, was zu einer fetten Verbrennung führt. Die Produkte der fetten Verbrennung können mit dem Sauerstoff in der Luft im Abgas exotherm reagieren und dadurch Wärme an dem/in der Nähe des Katalysators freisetzen, die eine Temperatur des Katalysators erhöhen kann. Folglich kann die Aktivierung des Katalysators beschleunigt werden.
In einem weiteren Beispiel kann die Kraftmaschine anstelle eines Modus des Zweiventil-Durchblasens in dem Modus des Vierventil-Durchblasens betrieben werden, wenn eine Temperatur eines oder mehrerer der Einlass- und/oder Auslassventile größer als eine Schwellentemperatur ist, über der eine Verschlechterung der Ventile auftreten kann. Es kann z. B. vorteilhaft sein, das Vierventil-Durchblasen anstelle des Zweiventil-Durchblasens (das im Folgenden in 3B und weiter in den 5 und 7 erörtert ist) während der Kaltstartbedingungen zu verwenden, um eine Drehzahl der Turbine auf eine Solldrehzahl zu erhöhen, wenn eine oder mehrere Ventiltemperaturen größer als die Schwellentemperatur sind, um die thermische Belastung der Ventile zu verringern. Durch das Verwenden des Modus des Vierventil-Durchblasens kann eine übermäßige Erwärmung der Ventile verringert werden, weil alle vier Ventile verwendet werden.
In dieser Weise kann die Kraftmaschine in dem Modus des Vierventil-Durchblasens betrieben werden, um die Erwärmung des Katalysators zu beschleunigen und/oder die Beschädigung durch überschüssige Wärme der Einlass- und/oder Auslassventile während des Durchblaszeitraums zu verringern.
3B zeigt einen beispielhaften Vierventil-Zylinderkopf, der zwei Einlass- und zwei Auslassventile enthält, während eines Zustands des diagonalen Zweiventil-Durchblasens. Das diagonale Zweiventil-Durchblasen als solches kann bereitgestellt sein, um die Menge der Frischluft zu verringern, die während der Durchblaszustände die Auslassöffnung erreicht. Das Zweiventil-Durchblasen kann z. B. während der Bedingungen einer niedrigen Drehzahl bereitgestellt sein, wenn ein Drehmomentbedarf größer als ein Schwellen-Drehmomentbedarf ist. Unter Verwendung des Zweiventil-Durchblasens kann eine Weglänge für die Gasströmung vergrößert sein. Im Ergebnis kann eine Menge der Frischluft, die in dem Zylinder eingeschlossen ist, zunehmen, während eine Menge der Frischluft, die zu den Auslassöffnungen entweicht, abnehmen kann.
Während des diagonalen Zweiventil-Durchblasens kann eine Dauer der positiven Überschneidung, die für ein erstes Paar von Einlass-/Auslassventilen bereitgestellt ist, größer als eine erste Schwellendauer sein, während eine Dauer der Überschneidung für ein zweites Paar von Einlass-/Auslassventilen des Vierventilzylinders kleiner als eine zweite Schwellendauer sein kann. Die erste Schwellendauer kann größer als die oder gleich der zweiten Schwellendauer sein. Mit anderen Worten, eine Dauer der Überschneidung zwischen dem ersten Paar von Einlass-/Auslassventilen ist größer als die Dauer der Überschneidung zwischen dem zweiten Paar von Einlass-/Auslassventilen.
Hier wird das Einlassventil des Paars von Einlass-/Auslassventilen mit der größeren Dauer der Überschneidung (d. h., das erste Paar von Einlass-/Auslassventilen) als das Spüleinlassventil bezeichnet. Ähnlich wird das Auslassventil des Paars von Einlass-/Auslassventilen mit der größeren Dauer der Überschneidung als das Spülauslassventil bezeichnet. Ferner wird das Einlassventil des Paars von Einlass-/Auslassventilen mit der kürzeren Dauer der Überschneidung (d. h., das zweite Paar von Einlass-/Auslassventilen) als das Nichtspüleinlassventil bezeichnet. Ähnlich wird das Auslassventil des Paars von Einlass-/Auslassventilen mit der kürzeren Dauer der Überschneidung als das Nichtspülauslassventil bezeichnet.
In dem hier veranschaulichten Beispiel ist eine Position (offen/geschlossen) der Einlass-Auslassventile während des diagonalen Zweiventil-Durchblasens gezeigt. Ferner ist die Richtung der Strömung der Gase vom Einlassventil I4 zum Auslassventil E1 in den Pfeilen angegeben. Ein Abstand von einer Mitte des Einlassventils I4 zu einer Mitte des Auslassventils E1 als solcher kann größer als ein Abstand von einer Mitte des Einlassventils I2 zur Mitte des Auslassventils E1 oder größer als ein Abstand von der Mitte des Einlassventils I4 zu einer Mitte des Auslassventils E3 sein. Während des diagonalen Zweiventil-Durchblasens können das Einlassventil I4 und das Auslassventil E4 offen sein, wohingegen das Einlassventil I2 und das Auslassventil geschlossen sein können. Die Frischluft kann dem Zylinder durch das Einlassventil I4 zugeführt werden. Die Frischluft kann vom Einlassventil I4 zum Auslassventil E1 strömen und irgendwelche restliche Abgase entleeren. Der Strömungsweg der Gase vom Einlass zum Auslass über das Einlass- und das Auslassventil, die diagonal positioniert sind, ist länger als der Strömungsweg der Gase vom Einlass zum Auslass über die Ventile, die in einer Reihe oder eine Spalte nebeneinander positioniert sind. Deshalb kann die Strömung der Gase durch das Schließen eines Einlass- und eines Auslassventils in einem diagonalen Weg oder einem gebogenen diagonalen Weg geleitet werden.
Durch das Strömen von Durchblasluft über den längeren diagonalen Strömungsweg kann eine Menge der frischen Einlassluft, die im Zylinder gehalten ist, zunehmen, wobei dadurch die Zylinderluftladung vergrößert wird. Folglich kann die Drehmomentausgabe vergrößert sein. Ferner kann aufgrund des längeren diagonalen Strömungswegs eine Menge der Durchblasluft, die zum Auslasskrümmer entweicht, verringert sein. Noch weiter können unter Verwendung des Zweiventil-Durchblasens die Reste der Abgase im Zylinder effizienter entleert werden, was die Temperaturen im Zylinder verringern kann, wobei im Ergebnis die Tendenz zum Klopfen verringert sein kann. Während des diagonalen Durchblasens kann das Mischen der Gase (der Frischluft und des verbrannten restlichen Abgases im Zylinder) verringert werden, wodurch ermöglicht wird, dass mehr verbranntes Restgas (und deshalb weniger gemischtes Gas, das Luft und verbranntes Gas enthält) aus dem Zylinder entleert wird.
In dem gegebenen Beispiel ist eine geschlossene oder eine offene Position der Ventile veranschaulicht. Es muss jedoch erkannt werden, dass zu bestimmten Zeitpunkten während des diagonalen Durchblasens alle vier Ventile offen sein können, wobei die Ventilhübe der Spülventile größer als die Ventilhübe der Nichtspülventile sind. Im Ergebnis kann eine Menge des Durchblasens, die über die Spülventile strömt, größer als die Menge des Durchblasens sein, die über die Nichtspülventile strömt. In einigen Beispielen können der Betrag der Ventilüberschneidung zwischen den Nichtspülventilen und der Betrag des Ventilhubs der Spülventile niedrig sein, so dass die Menge des Durchblasens, die durch die Nichtspülventile strömt, vernachlässigbar sein kann.
Die Einzelheiten der Ventilhübe und der Ventildauern während des Zweiventil-Durchblasens werden in 7 weiter ausgearbeitet. Die Einzelheiten der Ventilhübe und der Ventildauern während des Vierventil-Durchblasens werden in 8 weiter ausgearbeitet.
3C zeigt einen beispielhaften Vierzylinder-Ventilkopf, der zwei Einlass- und zwei Auslassventile enthält, während des Kraftmaschinenbetriebs in einem Modus des maskierten Zweiventil-Durchblasens. Für ein oder mehrere Spülventile kann z. B. eine Maske 304 bereitgestellt sein, so dass sich die Maske von einem Abschnitt einer Innenwand des Zylinderkopfs um einen (nicht gezeigten) Ventilsitz und in die Verbrennungskammer erstreckt. Die Maske kann während der Ventilhübe einen Abschnitt der Öffnung des Spülventils zwischen dem Spülventilsitz und dem Spülventil blockieren. Ferner kann die Maske so angeordnet sein, dass die Maske den kürzesten Strömungsweg zwischen einem Spüleinlassventil und einem Spülauslassventil blockiert. In einem Beispiel kann eine Höhe der Maske kleiner als 100 % des gesamten Ventilhubs des Ventils sein, für das die Maske bereitgestellt ist.
Wenn der Betrag des Ventilhubs gleich der oder kleiner als die Maskenhöhe ist, kann die Maske den Abschnitt der Öffnung des Einlassventils zwischen dem Ventilsitz und dem Ventil vollständig blockieren. Bei einem Ventilhub, der z. B. gleich der Maskenhöhe ist, kann die Einlassluft oder das Luft-Kraftstoff-Gemisch vom Einlasskrümmer durch die Maske blockiert werden und kann durch den Abschnitt des Ventils, der durch die Maske blockiert ist, nicht in den Zylinder eintreten. Die Einlassluft oder das Luft-Kraftstoff-Gemisch kann jedoch um die Maske strömen. Wenn der Betrag des Ventilhubs größer als die Maskenhöhe ist, kann die Ventilöffnung zwischen dem Ventilsitz bis zu einem Ende der Maske blockiert sein, während ein Abschnitt der Öffnung des Einlassventils zwischen dem Ende der Maske und dem Einlassventil nicht blockiert sein kann.
Im vorliegenden Beispiel ist das Spüleinlassventil I4 maskiert. Es muss jedoch erkannt werden, dass die Maske zusätzlich oder alternativ auf ein oder mehrere Spüleinlass- und/oder -auslassventile angewendet werden kann.
Während des Kraftmaschinenbetriebs in dem Modus des maskierten Zweiventil-Durchblasens können das Einlassventil I4 und das Auslassventil E1 offen sein, wohingegen das Einlassventil I2 und das Auslassventil E3 geschlossen sein können. Die frische aufgeladene Luft kann dem Zylinder durch das Einlassventil I4 zugeführt werden. Die Frischluft kann vom Einlassventil I4 zum Auslassventil E1 strömen, wobei sie alle restlichen Abgase entleert. Der kürzeste Strömungsweg 310 kann jedoch durch die Maske 310 blockiert sein. Um die Wirksamkeit der Maske zu verbessern, können ferner Ventilhübe in der Maskenhöhe mit verlängerten Haltezeiten für das (die) maskierte(n) Ventil(e) bereitgestellt sein.
In einem Beispiel kann eine Größe der Spüleinlass- und/oder -auslassventile eingestellt sein, um die Spülströmung zu optimieren. Eine Größe des Spülauslassventils kann z. B. bezüglich einer Größe des Spüleinlassventils kleiner sein, um während des Durchblasens mehr aufgeladene Luft im Zylinder zu halten. In einem weiteren Beispiel kann die Größe des Spülauslassventils bezüglich einer Größe des Nichtspülauslassventils kleiner sein, um die Durchblasströmung zu optimieren. Das Spüleinlassventil und das Nichtspüleinlassventil können als solche die gleiche Größe aufweisen, um das Verwirbeln der Strömung in einer ordentlichen Weise am UTP zu unterstützen.
3D zeigt einen beispielhaften Vierventil-Zylinderkopf, der zwei Einlassventile und zwei Auslassventile enthält, während des Kraftmaschinenbetriebs in einem Modus des maskierten Vierventil-Durchblasens. Wie oben erörtert worden ist, kann die Maske 304 für eines oder mehrerer Spülventile bereitgestellt sein, um einen Strömungsweg vom Einlass zum Auslass zu vergrößern. In dem hier veranschaulichten Beispiel sind alle vier Ventile maskiert. Während des maskierten Vierventil-Durchblasens können jedoch ein oder zwei oder drei Ventile maskiert sein. Wie oben erörtert worden ist, kann durch das Bereitstellen der Ventilhübe in den Maskenhöhen die Maske einen Abschnitt der Ventilöffnung blockieren, der zur Maskenhöhe äquivalent ist. Ferner können durch das Bereitstellen der Ventilhübe in den Maskenhöhen die Einlassluft und/oder das Einlass-Luft-Kraftstoff-Gemisch umgelenkt werden, um um die Maske zu strömen und dadurch die minimale Länge der Strömung der Gase zu vergrößern.
In dieser Weise kann unter Verwendung einer Maske ein minimaler Strömungsweg der Gase vom Einlass zum Auslass vergrößert werden.
4 zeigt eine beispielhafte Routine 400 zum Bestimmen eines Typs des Durchblasens basierend auf den Betriebsbedingungen der Kraftmaschine. Während einer ersten Bedingung kann z. B. ein Vierventil-Durchblasen bereitgestellt sein. Die erste Bedingung kann eine Kaltstartbedingung enthalten, wenn eine Abgaskatalysatortemperatur unter einer Aktivierungstemperatur liegt. Ein Vierventil-Durchblasen kann bereitgestellt sein, um das Erwärmen des Abgaskatalysators durch das Bereitstellen zusätzlicher Masse und Enthalpie für das Abgas zu beschleunigen. Während einer zweiten Bedingung, die von der ersten Bedingung verschieden ist, kann ein diagonales Zweiventil-Durchblasen bereitgestellt sein. Die zweite Bedingung kann eine Bedingung niedriger Drehzahl und hoher Last enthalten. Das Zweiventil-Durchblasen kann bereitgestellt sein, um durch das Vergrößern einer Zylinderluftladung mehr Drehmoment bereitzustellen. Das Verfahren nach 4 kann als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher des Controllers 12, der in den 1–2 gezeigt ist, gespeichert sein.
Bei 410 kann die Routine 400 das Schätzen und/oder das Messen der Betriebsbedingungen der Kraftmaschine enthalten. Die Betriebsbedingungen der Kraftmaschine können die Kraftmaschinendrehzahl, die Drehmomentausgabe, die Abgastemperatur, die Abgaskatalysatortemperatur, die Turbinendrehzahl, den Einlasskrümmerdruck (MAP), den Ladedruck, den Atmosphärendruck (BP), den Auslasskrümmerdruck, die Pedalposition, die Fahrzeuggeschwindigkeit usw. enthalten.
Als Nächstes kann die Routine 400 bei 412 basierend auf den geschätzten Betriebsbedingungen der Kraftmaschine das Bestimmen enthalten, ob die Durchblasbedingungen erfüllt worden sind. In einem Beispiel können die Durchblasbedingungen in Reaktion auf ein Pedaldruckereignis erfüllt sein.
In einem weiteren Beispiel können die Durchblasbedingungen in Reaktion auf eine Turbinendrehzahl erfüllt sein, die zum Zeitpunkt des Pedaldrucks niedriger als ein Schwellenwert ist. Hier kann in Reaktion auf das Pedaldruckereignis komprimierte Einlassluft durchgeblasen und vom Einlasskrümmer zum Auslasskrümmer geleitet werden, um die Turbine hochzudrehen und die Turbinendrehzahl und die Kraftmaschinenaufladung zu vergrößern.
In einem noch weiteren Beispiel können die Durchblasbedingungen erfüllt sein, wenn ein Drehmomentbedarf größer als ein Schwellen-Drehmomentbedarf ist und eine Kraftmaschinendrehzahl kleiner als eine Schwellen-Kraftmaschinendrehzahl ist. Hier kann das Durchblasen eine zusätzliche Zylinderluftladung bereitstellen, die erforderlich ist, um das Drehmoment zu vergrößern, um dem Drehmomentbedarf zu entsprechen.
In einem noch weiteren Beispiel können die Durchblasbedingungen erfüllt sein, wenn es eine Angabe des Klopfens gibt. Eine Angabe des Klopfens kann z. B. basierend auf einem Messwert eines Klopfsensors bestimmt werden. Hohe Zylindertemperaturen und -drücke können das Auftreten des Klopfens vergrößern, was zu einer verringerten Kraftmaschinenleistung und zu einer verringerten Fahrbarkeit führt. Um die Zylindertemperatur und den Zylinderdruck zu verringern, kann das Durchblasen bereitgestellt sein, was die Ladungstemperaturen durch das Verringern der Menge des heißen Restgases aus dem Verdichtungsraum des Zylinders und das Einschließen zusätzlicher Frischluft in dem Verdichtungsraum verringern kann.
Das Bestätigen der Durchblasbedingungen kann ferner das Bestätigen enthalten, dass der Einlasskrümmerdruck (MAP) höher als ein Auslasskrümmerdruck ist. Das heißt, es kann ein positives Pumpregime bestätigt werden. Es kann als solches Fehler bei der Schätzung des MAP und des Auslasskrümmerdrucks geben. Die geschätzten Werte des MAP und das Auslasskrümmerdrucks können z. B. 50 In Hg bzw. 48 In Hg sein, was ein positives Pumpregime ermöglicht und es ermöglicht, dass Durchblasluft vom Einlasskrümmer zum Auslasskrümmer geleitet wird. Die tatsächlichen Werte des MAP und des Auslasskrümmerdrucks können jedoch 48 In Hg bzw. 50 In Hg sein. Dies würde verursachen, dass die Luft und das Abgas tatsächlich in entgegengesetzter Richtung vom Auslasskrümmer zum Einlasskrümmer strömen.
Um derartige Fehler zu verringern, kann beim Vergleichen des MAP mit dem Auslasskrümmerdruck (EXHMAP) eine tote Zone enthalten sein. Um z. B. zu bestimmen, dass die Durchblasbedingungen erfüllt sind, kann bestätigt werden, dass der MAP um wenigstens einen Schwellenbetrag höher als der Auslasskrümmerdruck ist (z. B. MAP > EXHMAP + X). Um die AGR (die eine Strömung in der entgegengesetzten Richtung vom Auslasskrümmer zum Einlasskrümmer ist) zu ermöglichen, kann im Vergleich bestätigt werden, dass der Auslasskrümmerdruck um wenigstens einen Schwellenbetrag höher als der MAP ist (z. B. EXHMAP > MAP + Y). Durch das Einbeziehen toter Zonen beim Vergleichen der Einlass- und Auslasskrümmerdrücke wird eine Toleranz für die Variation bei der Messung oder Schätzung der Einlass- und Auslasskrümmerdrücke bereitgestellt.
Beim Bestätigen der Durchblasbedingungen kann die Routine 400 zu 416 weitergehen. Bei 416 kann die Routine 400 das Bestimmen enthalten, ob die Abgaskatalysatortemperatur größer als eine Katalysatoranspringtemperatur ist. Mit anderen Worten, die Routine kann bestimmen, ob der Katalysator eine Aktivierungstemperatur erreicht hat. Falls die Antwort bei 416 NEIN lautet, kann die Routine zu 426 weitergehen.
Bei 426 kann die Routine das Betreiben der Kraftmaschine in einem Modus des Vierventil-Durchblasens enthalten. Das Betreiben in dem Modus des Vierventil-Durchblasens enthält das Einstellen der Vorrichtung für die variable Nockenzeitsteuerung, um eine Nockenwellenposition zu verschieben und dadurch die Zeitsteuerung der Einlass- und/oder Auslassventile des Kraftmaschinenzylinders (der Kraftmaschinenzylinder) von einer ersten Ventilzeitsteuerung, die keiner positiven Ventilüberschneidung (oder einer niedrigeren positiven Ventilüberschneidung) entspricht, zu einer zweiten Ventilzeitsteuerung, die einer positiven Überschneidung vom Einlassventil zum Auslassventil (oder einer vergrößerten positiven Ventilüberschneidung) entspricht, einzustellen. Sobald die Ventilzeitsteuerung eingestellt worden ist, kann dann die Einlassluft vom Einlasskrümmer stromabwärts eines Kompressors über die positive Überschneidung durch den einen oder die mehreren Kraftmaschinenzylinder zum Auslasskrümmer stromaufwärts einer Turbine geleitet werden. Außerdem kann während des Leitens eine Kraftstoffeinspritzmenge basierend auf der Menge der Luft, die über die positive Ventilüberschneidung geleitet wird, eingestellt werden, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Abgase bei der oder etwa bei der Stöchiometrie aufrechtzuerhalten. Während des Leitens kann z. B. die Kraftstoffeinspritzung des Zylinders vorübergehend zu einer fetteren Kraftstoffeinspritzung umgestellt werden, wobei ein Grad der Fettheit der fetten Kraftstoffeinspritzung auf der Luftmenge basiert, die als Durchblasluft unter Verwendung der positiven Ventilüberschneidung über die Zylinder geleitet wird. Die fettere Kraftstoffeinspritzung kann ein fetteres Verbrennungsereignis erzeugen. Das fettere Verbrennungsereignis kann ein fetteres verbranntes Gas erzeugen, das kurzkettige Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid enthält. Das so erzeugte fettere Abgas kann in einer exothermen Reaktion im Auslasskrümmer mit der Durchblasluft reagieren. Im Ergebnis kann die Abgastemperatur erhöht sein und kann folglich die Erwärmung des Katalysators durch die erhöhten Abgastemperaturen beschleunigt werden.
Falls zurück bei 416 die Katalysatortemperatur größer als die oder gleich der Anspringtemperatur ist (d. h., falls die Antwort bei 416 JA lautet), kann die Routine zu 420 weitergehen. Bei 420 kann der Controller bestimmen, ob eine Temperatur eines oder mehrerer Auslassventile größer als eine Schwellen-Ventiltemperatur ist. In einem Beispiel kann der Controller bestimmen, ob eine Temperatur eines oder mehrerer Einlassventile und/oder Auslassventile größer als eine Schwellen-Ventiltemperatur ist. Falls zurück bei 420 die Antwort bei 420 NEIN lautet, kann die Routine zu 428 weitergehen.
Bei 428 kann die Routine das Bereitstellen des diagonalen Zweiventil-Durchblasens enthalten. Das Zweiventil-Durchblasen kann z. B. durch das Einstellen der Zeitsteuerungen der Einlass- und Auslassventile bereitgestellt werden, so dass eine Dauer der positiven Überschneidung zwischen einem ersten Einlassventil (z. B. dem Einlassventil I4 in 3B) und einem ersten Auslassventil (z. B. dem Auslassventil E1 in 3B) größer als eine Dauer der positiven Überschneidung zwischen einem zweiten Einlassventil (z. B. dem Einlassventil I2 in 3B) und einem zweiten Auslassventil (z. B. dem Auslassventil E4 in 3B) sein kann. Das erste Einlass- und das erste Auslassventil können diagonal am Zylinderkopf positioniert sein, wie in 3B gezeigt ist. Mit anderen Worten, während einer Mehrheit der Dauer der positiven Überschneidung können nur zwei Ventile (ein Einlass und ein Auslass), die diagonal positioniert sind, für das Durchblasen verwendet werden. Im Ergebnis kann eine Strecke des Strömungswegs des Gases vom Einlassventil zum Auslassventil vergrößert sein. Durch das Vergrößern der Strecke des Strömungswegs des Gases kann eine Menge der in dem Zylinder gehaltenen Frischluft vergrößert werden. Folglich können die Zylindertemperaturen verringert werden, was das Klopfen verringern kann. Ferner kann eine übermäßige Katalysatorerwärmung verringert werden und kann bei einer niedrigen Drehzahl ein vergrößertes Drehmoment erreicht werden. Die Einzelheiten des diagonalen Zweiventil-Durchblasens werden in den 5 und 7 weiter ausgearbeitet.
In einem Beispiel kann das Einlassventil, das für das Zweiventil-Durchblasen verwendet wird, maskiert sein, um die Strecke des Strömungswegs während des Durchblasens weiter zu vergrößern. In einem weiteren Beispiel können die Auslassventile, die für das Zweiventil-Durchblasen verwendet werden, maskiert sein, um die Strecke des Strömungswegs während des Durchblasens weiter zu vergrößern. In einem noch weiteren Beispiel können sowohl das Einlassventil als auch das Auslassventil maskiert sein, um die Strecke des Strömungswegs während des Durchblasens zu vergrößern.
Falls zurück bei 420 die Antwort bei 420 JA lautet, kann die Routine zu 426 weitergehen. Bei 426 kann die Routine das Bereitstellen des Vierventil-Durchblasens enthalten. Das heißt, falls bestimmt wird, dass eine Temperatur von einem oder mehreren Auslassventilen größer als ein Schwellenwert ist, kann die Kraftmaschine anstelle des Modus des Zweiventil-Durchblasens im Modus des Vierventil-Durchblasens betrieben werden, um die thermische Belastung der für das Durchblasen verwendeten Ventile zu verringern.
Das Vierventil-Durchblasen kann durch das Einstellen der Zeitsteuerungen der Einlass- und der Auslassnocken bereitgestellt werden, so dass alle vier Ventile für das Durchblasen verwendet werden können. Während des Vierventil-Durchblasens kann die Gasströmung keinen diagonalen Weg nehmen, stattdessen kann das Gas durch einen kürzeren Weg zwischen einem Einlassventil und einem Auslassventil strömen. Folglich kann die aufgeladene Luft, die verwendet wird, um das Abgas zu entleeren, den Auslasskrümmer erreichen. Das heißt, eine Menge der aufgeladenen Luft im Auslasskrümmer kann größer als ein Schwellenwert sein. Wenn die Kraftmaschine fett betrieben wird, kann folglich überschüssige Luft im Auslasskrümmer mit den fetten verbrannten Gasen reagieren, was die Temperatur der Abgase im Auslasskrümmer erhöht. Im Ergebnis kann die Erwärmung des Katalysators beschleunigt werden. Ferner können die vergrößerte Masse und Enthalpie der Abgase verwendet werden, um eine Turbine hochzudrehen und dadurch das Turboloch zu verringern.
In dieser Weise kann das Vierventil-Durchblasen während der Kaltstartbedingungen verwendet werden, um das Erwärmen eines Abgaskatalysators zu beschleunigen und das Turboloch zu verringern. Ferner kann das Vierventil-Durchblasen anstelle des diagonalen Zweiventil-Durchblasens bereitgestellt werden, wenn die Temperatur eines oder mehrerer Einlass- und/oder Auslassventile größer als ein Schwellenwert ist. Das Zweiventil-Durchblasen als solches kann eine Ventiltemperatur eines oder mehrerer der für das Durchblasen verwendeten Ventile erhöhen. Deshalb kann, um eine Beschädigung der Ventile aufgrund der übermäßigen Ventiltemperatur zu verhindern, das Vierventil-Durchblasen verwendet werden, wenn die Temperatur eines oder mehrerer Einlass- oder Auslassventile größer als die Schwellen-Ventiltemperatur ist.
Falls zurück bei 416 die Katalysatortemperatur nicht größer als die Anspringtemperatur ist, kann das Vierventil-Durchblasen bereitgestellt werden, um das Erwärmen des Abgaskatalysators durch das Erhöhen der Abgastemperatur zu beschleunigen. Wie oben erörtert worden ist, kann z. B., wenn das Vierventil-Durchblasen bereitgestellt ist, aufgeladene Einlassluft während des Überschneidungszeitraums in den Auslasskrümmer strömen. Ferner kann die Kraftmaschine fett betrieben werden. Die Gase von der fetten Verbrennung können exotherm mit der Luft im Abgas reagieren. Im Ergebnis können die Abgastemperaturen zunehmen und kann folglich das Erwärmen des Katalysators beschleunigt werden.
Falls bei 412 nun bestimmt wird, dass die Durchblasbedingungen nicht erfüllt sind, kann die Routine 400 zu 414 weitergehen. Bei 414 kann die Routine das Betreiben der Kraftmaschine ohne Durchblasen enthalten. In einem Beispiel wird, wenn in dem Nichtdurchblasmodus gearbeitet wird, die Nockenwellenposition so eingestellt, dass keine positive Ventilüberschneidung bereitgestellt wird. Die Position, die keine positive Ventilüberschneidung bereitstellt, kann z. B. eine vorgegebene Position der Nockenwelle sein. In anderen Beispielen, wenn in dem Nichtdurchblasmodus gearbeitet wird, kann jedoch eine von null verschiedene positive Ventilüberschneidung bereitgestellt sein und kann die Ventilüberschneidung verringert sein, so dass das Durchblasen vernachlässigbar ist.
Als Nächstes kann die Routine 400 bei 418 das Bestimmen enthalten, ob eine erste Bedingung erfüllt ist. Die ersten Bedingungen können auf einer oder mehreren Betriebsbedingungen der Kraftmaschine basieren und können die Kraftmaschinendrehzahl und die Kraftmaschinenlast enthalten. Falls die erste Bedingung erfüllt ist, kann die Routine zu 424 weitergehen. Bei 424 kann die Routine das Betreiben aller Zylinder der Kraftmaschine mit zwei Ventilen enthalten (d. h., mit einem Einlassventil und einem Auslassventil). Falls die erste Bedingung nicht erfüllt ist, kann die Routine zu 422 weitergehen. Bei 422 kann die Routine das Betreiben aller Zylinder der Kraftmaschine mit vier Ventilen enthalten (d. h., mit zwei Einlassventilen und zwei Auslassventilen).
Falls in einem Beispiel die Kraftmaschine nicht im Durchblasmodus betrieben wird, (d. h., während des Kraftmaschinenbetriebs im Nichtdurchblasmodus), kann die Nockenphasenverstellung für den Kraftmaschinenbetrieb in einem Normalmodus eingestellt werden. Der Normalmodus kann z. B. das Einstellen der Nockenphasenverstellung enthalten, um eine Einlassventil- und Auslassventil-Überschneidung bereitzustellen, so dass eine Sollmenge des inneren Rests für eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit erhalten werden kann.
In dieser Weise kann basierend auf den Betriebsbedingungen der Kraftmaschine die Kraftmaschine in dem Nichtdurchblasmodus, im Modus des diagonalen Zweiventil-Durchblasens oder in dem Modus des Vierventil-Durchblasens betrieben werden.
5 zeigt eine Routine 500 zum Bereitstellen eines diagonalen Zweiventil-Durchblasens. Das diagonale Zweiventil-Durchblasen kann z. B. bereitgestellt sein, um eine Weglänge der Gasströmung vom Einlassventil zum Auslassventil zu vergrößern. Durch das Vergrößern der Weglänge kann eine Menge Frischluft, die während des Entleerens des Abgases in dem Zylinder während des Durchblasens in den Auslasskrümmer entweichen kann, verringert werden. Mit anderen Worten, eine Menge der im Zylinder eingeschlossenen Frischluft kann vergrößert werden. Durch das Vergrößern der Menge der Frischluft im Zylinder kann die Drehmomentausgabe verbessert werden, z. B. insbesondere bei niedrigen Kraftmaschinendrehzahlen.
Bei 510 enthält die Routine 500 das Bestimmen, ob die Bedingungen des diagonalen Zweiventil-Durchblasens erfüllt sind. Wie in 4 erörtert ist, können die Bedingungen des Zweiventil-Durchblasens ein Pedaldruckereignis und/oder eine Turbinendrehzahl, die zum Zeitpunkt des Pedaldrucks niedriger als ein Schwellenwert ist, und/oder einen Drehmomentbedarf, der größer als ein Schwellen-Drehmomentbedarf ist, und eine Kraftmaschinendrehzahl, die kleiner als eine Schwellen-Kraftmaschinendrehzahl ist, und/oder eine Angabe des Klopfens enthalten. Die Bedingungen des Zweiventil-Durchblasens können ferner eine Ventiltemperatur jedes der beiden Einlass- und der beiden Auslassventile enthalten, die kleiner als eine Schwellentemperatur ist. Falls bei 510 die Bedingungen des Zweiventil-Durchblasens nicht erfüllt sind, kann die Routine 500 enden. Falls die Bedingungen des Zweiventil-Durchblasens erfüllt sind, kann die Routine 500 zu 512 weitergehen.
Bei 512 kann die Routine 500 das Bestimmen der Spülventile und der Nichtspülventile für jeden Zylinder enthalten. Die Spülventile können ein Spüleinlassventil (z. B. das Einlassventil I4 in 3B) und ein Spülauslassventil (z. B. das Auslassventil E1 in 3B) enthalten, die sich in der Nähe des oberen Totpunkts (OTP) während einer Dauer, die größer als eine erste Schwellendauer ist, überschneiden können, um das Durchblasen bereitzustellen. Die Nichtspülventile können ein Nichtspüleinlassventil (z. B. das Einlassventil I2 in 3B) und ein Nichtspülauslassventil (z. B. das Auslassventil E3 in 3B) enthalten, die sich während einer Dauer, die kleiner als eine zweite Schwellendauer ist, während des Durchblasens überschneiden können. Die erste Schwellendauer kann größer als die zweite Schwellendauer sein. Das Bestimmen der Spülventile und der Nichtspülventile kann z. B. auf einer Ventiltemperatur basieren. Ferner kann das Spüleinlassventil diagonal gegenüber dem Spülauslassventil positioniert sein.
Nach dem Bestimmen der Spül- und Nichtspülventile kann die Routine 500 zu 513 weitergehen. Bei 513 kann die Routine 500 das Betreiben der Kraftmaschine in einem Modus des Zweiventil-Durchblasens enthalten. Der Kraftmaschinenbetrieb im Zweiventil-Durchblasen kann (bei 514) das Bereitstellen von Ventilhüben enthalten, so dass eine Dauer des Ventilhubs für die Spülventile größer als eine Dauer des Ventilhubs für die Nichtspülventile ist.
Ferner kann bei 516 eine Zeitsteuerung der Ventile so eingestellt werden, dass eine Dauer der positiven Überschneidung zwischen den Spülventilen größer als eine Dauer der positiven Überschneidung zwischen den Nichtspülventilen ist. Eine Schließzeitsteuerung des Spülauslassventils kann z. B. bezüglich einer Schließzeitsteuerung des Nichtspülauslassventils nach spät verstellt sein, während eine Öffnungszeitsteuerung des Spüleinlassventils bezüglich der Öffnungszeitsteuerung eines Nichtspüleinlassventils nach früh verstellt sein kann. Die Öffnungszeitpunkte des Spülauslassventils und des Nichtspülauslassventils können übereinstimmen, wobei die Schließzeitpunkte des Spüleinlassventils und des Nichtspüleinlassventils außerdem übereinstimmen können. Durch die Verstellung des Schließzeitpunkts des Auslassventils nach spät und die Verstellung des Öffnungszeitpunkts des Spüleinlassventils nach früh können das Spülauslassventil und das Spüleinlassventil während einer längeren Dauer als die Nichtspülventile gleichzeitig offen sein. Das heißt, die Spülventile können bezüglich der Nichtspülventile mit einer größeren Dauer der Überschneidung betrieben werden. Die Einzelheiten der Ventilhübe und der Ventilzeitsteuerungen, die während des Zweiventil-Durchblasens verwendet werden können, sind in 7 weiter ausgearbeitet.
Als Nächstes kann die Routine 500 bei 518 das Bestimmen einer Menge des Zylinderdurchblasens enthalten. In einem Beispiel kann die Durchblasmenge basierend auf einem Gesamtmassendurchfluss durch den Zylinder und einer Kurve des maximalen volumetrischen Wirkungsgrads des Zylinders basieren. Eine Menge des Kraftmaschinen-Durchblasens kann basierend auf einer Summe der Durchblasmengen jedes Zylinders während eines oder mehrerer Kraftmaschinenzyklen bestimmt werden.
Nach dem Bestimmen der Durchblasmenge kann die Routine 500 zu 520 weitergehen. Bei 520 kann die Routine 500 das Einstellen des Kraftmaschinenbetriebs basierend auf der Durchblasmenge enthalten. Eine Kraftstoffeinspritzmenge kann z. B. proportional mit der Durchblasmenge eingestellt werden, um ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Gesamtverhältnis der Abgase zu erhalten. Die Kraftstoffeinspritzmenge kann z. B. durch das Einstellen der Kraftstoffeinspritzdüsen-Impulsbreite eingestellt werden. Ferner können eine Funkenzeitsteuerung, eine AGR-Strömung und eine Strömung vom PCV basierend auf der Durchblasmenge eingestellt werden. Die Funkenzeitsteuerung kann z. B. nach früh verstellt werden, wenn die Durchblasmenge zunimmt, die AGR-Strömung kann vergrößert werden, wenn die Durchblasmenge aufgrund der verringerten inneren AGR zunimmt, und die PCV-Strömung kann nicht beeinflusst werden.
In einigen Beispielen können ein oder mehrere Betriebsparameter der Kraftmaschine eingestellt werden, um eine Soll-Durchblasmenge zu erhalten. Es können z. B. eine Drosselklappenposition und eine Ladedrucksteuerventilposition eingestellt werden, um die Soll-Durchblasmenge zu erhalten. In einem Beispiel kann ein Ladedrucksteuerventil geschlossen werden und kann eine Drosselklappe geöffnet werden, um die Durchblasmenge auf die Sollmenge zu vergrößern. Falls alternativ das Durchblasen größer als erwünscht ist, kann die Drosselklappe geschlossen werden und kann das Ladedrucksteuerventil geöffnet werden, um die Durchblasmenge zu verringern. In einigen anderen Beispielen kann eine Dauer der positiven Ventilüberschneidung eingestellt werden, um die Soll-Durchblasmenge zu erhalten. Wenn die Durchblasmenge z. B. kleiner als die Soll-Durchblasmenge ist, kann die Dauer der positiven Überschneidung vergrößert werden, während, wenn die Durchblasmenge größer als erwünscht ist, die Dauer der positiven Überschneidung verringert werden kann. In weiteren Beispielen kann die Durchblasmenge durch das Öffnen eines Kompressorumgehungsventils verringert werden. Alternativ kann die Durchblasmenge durch das Einrücken eines Laders vergrößert werden.
Während des Kraftmaschinenbetriebs als solchem in einem Durchblasmodus (z. B. dem Modus des Vierventil-Durchblasens) kann es aufgrund des kurzen Strömungswegs der Gase vom Einlass zum Auslass einen Verlust von Frischluft zum Auslasssystem geben. Deshalb kann während der Verbrennung ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis verwendet werden, um ein Luft-Kraftstoff-Gesamtverhältnis der Abgase auf der Stöchiometrie aufrechtzuerhalten. Wenn jedoch die Kraftmaschine in dem Modus des diagonalen Zweiventil-Durchblasens betrieben wird, wie hier erörtert ist, kann aufgrund des vergrößerten Strömungswegs der Gase vom Einlass zum Auslass der Verlust von Frischluft zum Auslasssystem verringert sein. Folglich kann für eine gegebene Soll-Durchblasmenge im Vergleich zu dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Zylinder, das während der Verbrennung verwendet werden kann, wenn in dem Modus des Vierventil-Durchblasens gearbeitet wird, ein weniger fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Zylinder verwendet werden, wenn in einem Modus des diagonalen Zweiventil-Durchblasens gearbeitet wird. Mit anderen Worten, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Zylinder, das für eine Soll-Durchblasmenge verwendet werden kann, wenn die Kraftmaschine in einem Modus des Zweiventil-Durchblasens betrieben wird, kann weniger fett als das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Zylinder sein, das für die gleiche Soll-Durchblasmenge verwendet werden kann, wenn die Kraftmaschine in einem Modus des Vierventil-Durchblasens betrieben wird. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Zylinder während des Modus des Zweiventil-Durchblasens kann z. B. weniger fett als im Modus des Vierventil-Durchblasens sein, weil in dem Modus des Zweiventil-Durchblasens heißes Restgas effizienter entleert werden kann, wobei eine verringerte Menge der Durchblasluft zum Auslasskrümmer entweicht.
In einem Beispiel kann das AFR im Zylinder eingestellt werden, um basierend auf dem Überschneidungsmodus ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Gesamtverhältnis oder ein anderes Ziel aufrechtzuerhalten. Während eines zweiten Überschneidungsmodus kann die Kraftmaschine z. B. mit einem fetteren Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Zylinder als während eines ersten Überschneidungsmodus betrieben werden, um ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Abgase aufrechtzuerhalten, wobei der zweite Überschneidungsmodus der Modus des Vierventil-Durchblasens ist und der erste Überschneidungsmodus der Modus des Zweiventil-Durchblasens ist.
Wenn die Kraftmaschine in dem Modus des Zweiventil-Durchblasens betrieben wird, kann ferner das Mischen der Gasströmung im Vergleich zu dem Modus des Vierventil-Durchblasens effizienter gesteuert werden. Im Ergebnis kann das heiße Restgas effizienter entleert werden, wobei dadurch die Temperaturen im Zylinder verringert werden und folglich das Klopfen verringert wird.
In dieser Weise kann durch das diagonale Leiten der Durchblasluft über diagonale Einlass- und Auslassventile eine Strecke des Strömungsweges der Gase vom Einlassventil zum Auslassventil vergrößert werden, was dazu führt, dass in dem Verdichtungsraum des Zylinders mehr Durchblasluft eingeschlossen wird. Im Ergebnis kann die Drehmomentausgabe vergrößert sein. Ferner können die Temperaturen im Zylinder verringert sein, was die Tendenz zum Klopfen verringert. Noch weiter kann aufgrund der verringerten Durchblasluft im Abgas der Zylinder weniger fett betrieben werden. Die weniger fette Verbrennung und die verringerte Luft im Abgas können zu einer verringerten Abgastemperatur führen, wobei deshalb eine übermäßige Zunahme der Abgaskatalysatortemperatur verringert sein kann. Im Ergebnis kann die Katalysatorverschlechterung verringert sein und kann die Menge des Durchblasens, die verwendet werden kann (die anderweitig durch die übermäßige Katalysatortemperatur begrenzt sein kann), vergrößert sein.
6 zeigt eine Routine 600 zum Betreiben der Kraftmaschine in einem Modus des Vierventil-Durchblasens. Das Vierventil-Durchblasen kann z. B. bereitgestellt sein, um einen Abgaskatalysator während der Kaltstartbedingungen zu erwärmen, wenn sich die Katalysatortemperatur unter einer Anspringtemperatur befindet. Während des Vierventil-Durchblasens kann die Kraftmaschine mit positiver Überschneidung betrieben werden, so dass die aufgeladene Durchblasluft in den Kraftmaschinenauslass geleitet werden kann. Ferner kann die Kraftmaschine mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Zylinder betrieben werden. Die Durchblasluft kann mit dem fetten Zylinderverbrennungsgemisch im Auslasskrümmer in der Nähe des Abgaskatalysators exotherm reagieren und dadurch den Katalysator erwärmen. In einigen Beispielen kann anstelle des Zweiventil-Durchblasens ein Vierventil-Durchblasen bereitgestellt sein, wenn eine Temperatur eines oder mehrerer Ventile eines Zylinders größer als eine Schwellentemperatur ist, über der eine Ventilverschlechterung auftreten kann.
Bei 610 enthält die Routine 600 das Bestimmen, ob die Bedingungen des Vierventil-Durchblasens erfüllt sind. Wie in 4 erörtert ist, können die Bedingungen des Vierventil-Durchblasens ein Pedaldruckereignis und/oder eine Turbinendrehzahl, die zum Zeitpunkt des Pedaldrucks niedriger als ein Schwellenwert ist, einen Drehmomentbedarf, der größer als ein Schwellen-Drehmomentbedarf ist, und eine Kraftmaschinendrehzahl, die kleiner als eine Schwellen-Kraftmaschinendrehzahl ist, und/oder eine Angabe des Klopfens enthalten. Die Bedingungen des Vierventil-Durchblasens können ferner eine Ventiltemperatur eines oder mehrerer Ventile in einem Zylinder, die größer als eine Schwellentemperatur ist, enthalten. Wenn die Ventiltemperatur eines oder mehrerer Ventile in dem Zylinder größer als ein Schwellenwert ist, kann z. B. anstelle des Zweiventil-Durchblasens das Vierventil-Durchblasen verwendet werden, um eine Beschädigung der Ventile aufgrund der hohen Ventiltemperaturen zu verringern. Falls bei 610 die Bedingungen des Vierventil-Durchblasens nicht erfüllt sind, kann die Routine 600 enden. Falls die Bedingungen des Vierventil-Durchblasens erfüllt sind, kann die Routine 600 zu 611 weitergehen.
Bei 611 können alle vier Ventile (zwei Einlass- und zwei Auslassventile) als Spülventile bestimmt werden. Als Nächstes kann die Routine 600 bei 612 das Betreiben der Kraftmaschine im Modus des Vierventil-Durchblasens enthalten. Der Kraftmaschinenbetrieb im Modus des Vierventil-Durchblasens kann z. B. bei 614 das Bereitstellen von Ventilhüben enthalten, so dass die Dauern der Ventilhübe für die beiden Einlassventile (z. B. I2 und I4 in 3A) und die beiden Auslassventile (z. B. E1 und E3 in 3A) gleich sein können. Ferner kann bei 616 ein Vierventil-Durchblasen das Einstellen einer Zeitsteuerung der Ventile enthalten, so dass eine Dauer einer positiven Überschneidung zwischen einem ersten Paar von Einlass-/Auslassventilen und einer positiven Überschneidung zwischen einem zweiten Paar von Einlass-/Auslassventilen gleich sind. Das heißt, eine Öffnungszeitsteuerung und eine Schließzeitsteuerung für das erste Paar von Einlass-/Auslassventilen und eine Öffnungszeitsteuerung und eine Schließzeitsteuerung für das zweite Paar von Einlass-/Auslassventilen können übereinstimmen. Die Einzelheiten der Ventilhübe und der Ventilzeitsteuerungen, die während des Vierventil-Durchblasens verwendet werden können, sind in 8 weiter ausgearbeitet.
Als Nächstes kann die Routine 600 bei 618 das Bestimmen einer Menge des Zylinder-Durchblasens enthalten. Die Durchblasmenge kann auf einem Gesamtmassendurchfluss durch den Zylinder und einer Kurve des maximalen volumetrischen Wirkungsgrads des Zylinders basieren. Nach dem Bestimmen der Durchblasmenge kann die Routine 600 zu 620 weitergehen. Bei 620 kann die Routine 600 das Einstellen des Kraftmaschinenbetriebs basierend auf der Durchblasmenge enthalten. Eine Kraftstoffeinspritzmenge kann z. B. proportional zu der Durchblasmenge eingestellt werden, um ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Gesamtverhältnis der Abgase zu erhalten. Die Kraftstoffeinspritzmenge kann z. B. durch das Einstellen einer Kraftstoffeinspritzdüsen-Impulsbreite eingestellt werden.
Wie bezüglich des Zweiventil-Durchblasens nach 5 erörtert worden ist, können ferner eine Funkenzeitsteuerung, eine AGR-Strömung und eine Strömung vom PCV basierend auf der Durchblasmenge eingestellt werden. Die Funkenzeitsteuerung kann z. B. nach früh verstellt werden, wenn die Durchblasmenge zunimmt, die AGR-Strömung kann vergrößert werden, wenn die Durchblasmenge zunimmt, (um die verringerte innere AGR während des Durchblasens zu kompensieren), und die PCV-Strömung kann nicht beeinflusst werden.
Es muss angegeben werden, dass unter den gegebenen Betriebsbedingungen der Kraftmaschine (z. B. den Bedingungen, die zu einer gegebenen Soll-Durchblasmenge führen) die in dem Zylinder eingeschlossene Luftmenge, falls die Kraftmaschine in dem Modus des Zweiventil-Durchblasens betrieben wird, größer als die in dem Zylinder eingeschlossene Luftmenge (und folglich die Zylinder-Gesamtluftströmung), falls die Kraftmaschine in dem Modus des Vierventil-Durchblasens betrieben wird, sein kann. Folglich kann unter den gegebenen Betriebsbedingungen die Funkenzeitsteuerung für den Modus des Zweiventil-Durchblasens bezüglich der Funkenzeitsteuerung für den Modus des Vierventil-Durchblasens nach früh verstellt sein, wobei die äußere AGR-Strömung für den Modus des Zweiventil-Durchblasens bezüglich der äußeren AGR-Strömung für den Modus des Vierventil-Durchblasens vergrößert sein kann.
In dieser Weise kann das Vierventil-Durchblasen bereitgestellt werden, um die Erwärmung des Abgaskatalysators zu beschleunigen und/oder die Ventilverschlechterung zu verringern.
Als Nächstes zeigt 7 ein Kennfeld 700 der Ventilzeitsteuerung und der Ventilhübe, die einem beispielhaften Spüleinlassventil, einem beispielhaften Nichtspüleinlassventil, einem beispielhaften Spülauslassventil und einem beispielhaften Nichtspülauslassventil während der Bedingungen des diagonalen Zweiventil-Durchblasens bereitgestellt werden, und die Kolbenposition bezüglich einer Kraftmaschinenposition für einen gegebenen Kraftmaschinenzylinder. Ein Kraftmaschinen-Controller als solcher kann konfiguriert sein, eine Aufladungsvorrichtung der Kraftmaschine, wie z. B. einen Turbolader, zu betreiben, um eine aufgeladene Luftströmung durch die Kraftmaschinenzylinder zu treiben, während die Kraftmaschine mit einer positiven Einlass-zu-Auslass-Überschneidung betrieben wird. Der Kraftmaschinen-Controller kann ein Kennfeld, wie z. B. das Kennfeld 700, verwenden, um den Zeitraum der positiven Überschneidung zu identifizieren.
Das Zweiventil-Durchblasen als solches kann bereitgestellt sein, um bei niedriger Drehzahl mehr Drehmoment bereitzustellen, das Auftreten des Klopfens durch das Verringern der Temperaturen im Zylinder zu verringern und die übermäßige Erwärmung des Abgaskatalysators zu verringern, die während der Durchblasoperationen, wie z. B. eines Vierventil-Durchblasens, auftreten kann. Wie in den 4 und 5 erörtert ist, können die Bedingungen des Zweiventil-Durchblasens ein Pedaldruckereignis und/oder eine Turbinendrehzahl, die zum Zeitpunkt des Pedaldrucks niedriger als ein Schwellenwert ist, einen Drehmomentbedarf, der größer als ein Schwellen-Drehmomentbedarf ist, und eine Kraftmaschinendrehzahl, die kleiner als eine Schwellen-Kraftmaschinendrehzahl ist, und/oder eine Angabe des Klopfens enthalten. Die Bedingungen des Zweiventil-Durchblasens können ferner eine Ventiltemperatur von jedem der beiden Einlass- und der beiden Auslassventile enthalten, die kleiner als eine Schwellentemperatur ist.
Das Kennfeld 700 veranschaulicht eine Kraftmaschinenposition entlang einer X-Achse in Kurbelwinkelgraden (CAD). Die Kurve 702 stellt die Kolbenposition (entlang der Y-Achse) bezüglich ihres Ortes vom oberen Totpunkt (OTP) und/oder vom unteren Totpunkt (UTP) und ferner bezüglich ihres Ortes innerhalb der vier Takte (Einlass, Verdichtung, Arbeit und Ausstoß) eines Kraftmaschinenzyklus dar.
Während des Einlasstakts sind im Allgemeinen die Auslassventile geschlossen und die Einlassventile offen. Über den entsprechenden Einlasskanal wird Luft in den Zylinder eingeleitet, wobei sich der Zylinderkolben, der durch die Sinuskurve 702 angegeben ist, zum Boden des Zylinders bewegt, um das Volumen innerhalb des Zylinders zu vergrößern. Während des Verdichtungstakts sind die Einlassventile und die Auslassventile geschlossen. Der Kolben bewegt sich zum Zylinderkopf, um die Luft innerhalb der Verbrennungskammer zu verdichten. Während des Arbeitstakts schieben die sich ausdehnenden Gase den Kolben zurück zum UTP. Eine Kurbelwelle setzt diese Kolbenbewegung in ein Drehmoment der Drehwelle um. Während des Ausstoßtakts sind in einer herkömmlichen Bauform die Auslassventile geöffnet, um das restliche verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch zu den entsprechenden Auslasskanälen auszustoßen, wobei der Kolben zum OTP zurückkehrt.
Die Ventilhübe und die Ventilzeitsteuerungen für das Spülauslassventil (z. B. das Auslassventil E3 in 3B) und das Nichtspülauslassventil (z. B. das Auslassventil E1 in 3B) sind durch die Kurven 704 bzw. 706 gezeigt. Die Ventilhübe und die Ventilzeitsteuerungen für das Spüleinlassventil (z. B. das Einlassventil I2 in 3B) und das Nichtspüleinlassventil I4 (z. B. das Einlassventil I4 in 3B) sind durch die Kurven 708 bzw. 710 gezeigt. In dem vorliegenden Beispiel können die Auslassventile E1 und E3 gleichzeitig offen sein. Die Schließzeitsteuerung für das Spülauslassventil kann jedoch bezüglich einer Schließzeitsteuerung für das Nichtspülauslassventil nach spät verstellt sein. Im Ergebnis kann das Spülauslassventil E1 während einer Dauer offen bleiben, die länger als die des Nichtspülauslassventils E3 ist. Ferner kann eine Zeitsteuerung für das Öffnen des Spüleinlassventils I4 bezüglich einer Zeitsteuerung des Öffnens des Nichtspüleinlassventils I2 nach früh verstellt sein, während sich das Spüleinlassventil I4 und das Nichtspüleinlassventil I2 zum gleichen Zeitpunkt schließen können. Im Ergebnis kann das Spüleinlassventil I4 während einer Dauer offen sein, die länger als die des Nichtspüleinlassventils I2 ist. Sowohl das Spülauslassventil E3 als auch das Spüleinlassventil I4 können während einer Dauer der positiven Überschneidung 712 gleichzeitig offen bleiben.
In einigen Beispielen kann die Dauer 712 der Ventilüberschneidung länger als die hier beschriebene Dauer der Ventilüberschneidung sein, um ein gutes Spülen und ein Drehmoment bereitzustellen, wenn ein Einlassdruck größer als ein Auslassdruck ist. In einigen anderen Beispielen kann die Überschneidungsdauer 712 kürzer als die hier beschriebene Überschneidungsdauer sein, um eine bereitgestellte Durchblasmenge zu verringern.
In einigen Beispielen kann eine Zeitsteuerung der positiven Überschneidung bezüglich der Zeitsteuerung der positiven Überschneidung, die in diesem Beispiel erörtert ist, nach früh oder nach spät verstellt sein. In dem vorliegenden Beispiel tritt die maximale Ventilüberschneidung beim OTP bei 360 Grad auf. In einem Beispiel kann die Zeitsteuerung des Zeitraums der positiven Überschneidung nach früh verstellt sein, wobei die maximale Ventilüberschneidung auftreten kann, bevor der Kolben den OTP bei 360 Grad am Ende des Ausstoßtakts erreicht. In einem weiteren Beispiel kann die Zeitsteuerung des Zeitraums der positiven Überschneidung nach spät verstellt sein, wobei eine maximale Ventilüberschneidung auftreten kann, nachdem der Kolben den OTP am Ende des Ausstoßtakts erreicht hat.
Das Nichtspülauslassventil E3 und das Nichtspüleinlassventil I2 können während eines verringerten Zeitraums während des Zeitraums 712 der positiven Überschneidung offen bleiben, so dass das Durchblasen über die Nichtspüleinlass- und -auslassventile vernachlässigbar ist. Außerdem kann während der Dauer der positiven Überschneidung, wenn die Nichtspülventile offen sind, der Ventilhub der Nichtspülventile niedrig sein, so dass das Durchblasen über die Nichtspüleinlass- und -auslassventile vernachlässigbar sein kann. Das heißt, während des Zeitraums 712 der positiven Überschneidung kann eine Mehrheit der aufgeladenen Einlassluft über das Spüleinlassventil zum Zylinder geleitet werden und kann eine Mehrheit des durch die aufgeladene Einlassluft entleerten Restgases den Zylinder über das Spülauslassventil verlassen. Mit anderen Worten, für das Durchblasen können nur das Spüleinlassventil und das Spülauslassventil verwendet werden. Ferner kann die vom Spüleinlassventil zum Spülauslassventil geleitete aufgeladene Luft durch einen diagonalen Weg strömen, weil sich das Spüleinlassventil im Zylinderkopf diagonal gegenüber dem Spülauslassventil befindet. Ferner kann die Strömung über die Nichtspülventile aufgrund der niedrigen Ventilhübe und der kurzen Dauer der Ventilöffnung vernachlässigbar sein. Im Ergebnis kann ein Strömungsweg des Gases vom Einlass zum Auslass vergrößert sein, wenn das diagonale Zweiventilspülen verwendet wird.
In dieser Weise können die Ventilzeitsteuerungen eingestellt werden, um das diagonale Zweiventil-Durchblasen bereitzustellen.
Als Nächstes zeigt 8 ein Kennfeld 800 der Ventilzeitsteuerung und der Ventilhübe, die einem beispielhaften Spüleinlassventil, einem beispielhaften Nichtspüleinlassventil, einem beispielhaften Spülauslassventil und einem beispielhaften Nichtspülauslassventil während der Bedingungen des diagonalen Zweiventil-Durchblasens bereitgestellt werden, und die Kolbenposition bezüglich einer Kraftmaschinenposition für einen gegebenen Kraftmaschinenzylinder. Ein Kraftmaschinen-Controller als solcher kann konfiguriert sein, eine Aufladungsvorrichtung der Kraftmaschine, wie z. B. einen Turbolader, zu betreiben, um eine aufgeladene Luftströmung durch die Kraftmaschinenzylinder zu treiben, während die Kraftmaschine mit einer positiven Einlass-zu-Auslass-Überschneidung betrieben wird. Der Kraftmaschinen-Controller kann ein Kennfeld, wie z. B. das Kennfeld 800, verwenden, um den Zeitraum der positiven Überschneidung zu identifizieren.
Eine Kraftmaschine als solche kann in einem Modus des Vierventil-Durchblasens betrieben werden, um bei niedriger Drehzahl mehr Drehmoment bereitzustellen, das Auftreten des Klopfens durch das Verringern der Temperaturen im Zylinder zu verringern, die Erwärmung des Abgaskatalysators während der Kaltstartbedingungen zu beschleunigen und eine Turbinendrehzahl während der Kaltstartbedingungen auf eine Solldrehzahl zu erhöhen. Wie in den 4 und 6 erörtert ist, können die Bedingungen des Vierventil-Durchblasens ein Pedaldruckereignis und/oder eine Turbinendrehzahl, die zum Zeitpunkt des Pedaldrucks niedriger als ein Schwellenwert ist, und/oder einen Drehmomentbedarf, der größer als ein Schwellen-Drehmomentbedarf ist, und eine Kraftmaschinendrehzahl, die kleiner als eine Schwellen-Kraftmaschinendrehzahl ist, und/oder eine Angabe des Klopfens enthalten. Die Bedingungen des Vierventil-Durchblasens können ferner eine Ventiltemperatur eines oder mehrerer Ventile in einem Zylinderkopf enthalten, die größer als eine Schwellentemperatur ist. Wenn z. B. eine Temperatur eines oder mehrerer Ventile in einem Zylinderkopf größer als ein Schwellenwert ist und wenn das Durchblasen erwünscht ist, kann die Kraftmaschine anstelle des Zweiventil-Durchblasens in einem Modus des Vierventil-Durchblasens betrieben werden, um die Verschlechterung der Einlass- und Auslassventile aufgrund der übermäßigen Wärme zu verringern.
Das Kennfeld 800 veranschaulicht eine Kraftmaschinenposition entlang einer X-Achse in Kurbelwellengraden (CAD). Die Kurve 802 stellt eine Kolbenposition (entlang der Y-Achse) bezüglich ihres Ortes vom oberen Totpunkt (OTP) und/oder vom unteren Totpunkt (UTP) und ferner bezüglich ihres Ortes innerhalb der vier Takte (Einlass, Verdichtung, Arbeit und Ausstoß) eines Kraftmaschinenzyklus dar. Wie durch die Sinuskurve 802 angegeben ist, bewegt sich ein Kolben allmählich vom OTP nach unten, wobei er durch das Ende des Arbeitstakts am UTP die Talsohle erreicht. Der Kolben kehrt dann zur höchsten Stelle am OTP durch das Ende des Ausstoßtakts zurück. Dann bewegt sich der Kolben während des Einlasstakts abermals zurück nach unten zum UTP, wobei er durch das Ende des Verdichtungstakts zu seiner ursprünglichen oberen Position am OTP zurückkehrt.
Die Kurven 804 und 806 stellen die Ventilzeitsteuerungen für die Spülauslassventile E1 bzw. E3 (z. B. die Auslassventile E1 und E3 in 3A) dar, während die Kurven 808 und 810 die Ventilzeitsteuerungen für die Spüleinlassventile I4 bzw. I2 (z. B. die Einlassventile I2 und I4 in 3A) während des Kraftmaschinenbetriebs im Modus des Vierventil-Durchblasens darstellen. Wie veranschaulicht ist, können die Auslassventile geöffnet werden, gerade bevor der Kolben den UTP am Ende des Arbeitstakts erreicht. Die Auslassventile können geschlossen werden, wenn der Kolben den Ausstoßtakt abschließt, wobei sie offen bleiben können, wenigstens bis ein folgender Einlasstakt begonnen hat. In der gleichen Weise können die Einlassventile beim oder vor dem Beginn des Einlasstakts geöffnet werden, wobei sie offen bleiben können, wenigstens bis der nachfolgende Verdichtungstakt begonnen hat.
Im Ergebnis der Unterschiede der Zeitsteuerung zwischen dem Schließen der Auslassventile und dem Öffnen der Einlassventile während einer kurzen Dauer 812 vor dem Ende des Ausstoßtakts und nach dem Beginn des Einlasstakts können die Einlass- und Auslassventile offen sein. Das heißt, die positive Ventilüberschneidung kann auftreten. In einem Beispiel kann die positive Ventilüberschneidung eine vorgegebene Nockenposition der Kraftmaschine während eines Kaltstarts der Kraftmaschine sein.
In dieser Weise können die Ventilzeitsteuerungen, die Dauern und die Ventilhübe eingestellt werden, um das Vierventil-Durchblasen bereitzustellen.
Zusammengenommen kann in dieser Weise die Kraftmaschine während der Durchblasbedingungen in einem Modus des Zweiventil-Durchblasens betrieben werden, um die Länge des Strömungswegs zu vergrößern und dadurch die während des Durchblasens in dem Zylinder eingeschlossene Luftmenge zu vergrößern. Im Ergebnis können aufgrund der vergrößerten Zylinderluftladung und des verringerten Entweichens von Luft in den Auslass eine verbesserte Drehmomentausgabe, eine verringerte Abgaskatalysatortemperatur, eine verringerte Tendenz zum Klopfen und eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit erreicht werden. Wenn die beschleunigte Erwärmung des Katalysators erwünscht ist (z. B. während eines Kaltstarts), kann jedoch das Vierventil-Durchblasen verwendet werden. Ferner kann das Vierventil-Durchblasen anstelle des Zweiventil-Durchblasens verwendet werden, wenn die Temperatur eines oder mehrerer Einlass und/oder Auslassventile größer als eine Verschlechterungs-Schwellentemperatur ist, um die thermische Belastung der Ventile zu verringern.
Es sei angegeben, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Konfigurationen des Kraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystems verwendet werden können. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere aus irgendeiner Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie z. B. ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, repräsentieren. Als solche können die veranschaulichten verschiedenen Handlungen, Operationen und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge ausgeführt werden, parallel ausgeführt werden oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, sondern sie ist für die Leichtigkeit der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine oder mehrere der veranschaulichten Handlungen oder Funktionen können in Abhängigkeit von der verwendeten besonderen Strategie wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen Code graphisch darstellen, der in das computerlesbare Speichermedium in dem Kraftmaschinen-Steuersystem zu programmieren ist.
Es ist klar, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Art sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinn zu betrachten sind, weil zahlreiche Variationen möglich sind. Die obige Technik kann z. B. auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, Boxer-4- und andere Kraftmaschinentypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthält alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderen Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart sind.
Die folgenden Ansprüche legen bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen besonders dar, die als neuartig und nicht offensichtlich betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf "ein" Element oder "ein erstes" Element oder dessen Äquivalent beziehen. Derartige Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente enthalten und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Weitere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Darstellung neuer Ansprüche in dieser oder einer in Beziehung stehenden Anmeldung beansprucht werden. Derartige Ansprüche, ob ihr Umfang umfassender als der, enger als der oder gleich dem Umfang der ursprünglichen Ansprüche ist oder vom Umfang der ursprünglichen Ansprüche verschieden ist, werden außerdem als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.

Claims

Verfahren für eine Kraftmaschine, die einen oder mehrere Vierventilzylinder enthält, das Folgendes umfasst: während eines ersten Modus mit positiver Ventilüberschneidung Strömen von mehr Durchblasen von einem Einlasskrümmer zu einem Auslasskrümmer durch ein erstes Einlassventil und ein erstes Auslassventil als durch ein zweites Einlassventil und ein zweites Auslassventil des Zylinders.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Einlassventil in einem Zylinderkopf des Zylinders diagonal gegenüber dem ersten Auslassventil positioniert ist und das zweite Einlassventil diagonal gegenüber dem zweiten Auslassventil positioniert ist.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner während eines zweiten Modus einer positiven Ventilüberschneidung das Strömen von Durchblasen durch das erste Einlassventil, das zweite Einlassventil, das erste Auslassventil und das zweite Auslassventil umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei während des ersten Modus einer positiven Ventilüberschneidung eine Dauer des Hubs des ersten Einlassventils größer als eine Dauer des Hubs des zweiten Einlassventils ist und eine Dauer des Hubs des ersten Auslassventils größer als eine Dauer des Hubs des zweiten Auslassventils ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei während des zweiten Modus einer positiven Ventilüberschneidung eine Dauer des Hubs des ersten Einlassventils gleich einer Dauer des Hubs des zweiten Einlassventils ist und eine Dauer des Hubs des ersten Auslassventils gleich einer Dauer des Hubs des zweiten Auslassventils ist.
Verfahren nach Anspruch 3, das ferner während des ersten Überschneidungsmodus umfasst, keine positive Überschneidung zwischen dem zweiten Einlassventil und dem zweiten Auslassventil bereitzustellen, wenn eine positive Überschneidung zwischen dem ersten Einlassventil und dem zweiten Einlassventil, die größer als eine positive Schwellenüberschneidung ist, bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, das ferner während des zweiten Überschneidungsmodus das Bereitstellen einer positiven Überschneidung zwischen dem ersten Einlass- und dem ersten Auslassventil und zwischen dem zweiten Einlass- und dem zweiten Auslassventil umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Strömen des Durchblasens in Reaktion auf einen Pedaldruck, der größer als ein Schwellenpedaldruck ist, und/oder eine Detektion des Klopfens und/oder eine Kraftmaschinendrehzahl, die kleiner als eine Schwellendrehzahl ist, und einen Drehmomentbedarf, der größer als ein Schwellenbedarf ist, geschieht.
Verfahren nach Anspruch 5, das ferner das Einstellen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses im Zylinder, um ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases aufrechtzuerhalten, während des ersten Überschneidungsmodus und des zweiten Überschneidungsmodus umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Strömen des Durchblasens während des ersten Überschneidungsmodus ferner in Reaktion auf eine Temperatur eines ersten Auslassventils, die kleiner als die Schwellentemperatur ist, geschieht.
Verfahren nach Anspruch 3, das ferner das Strömen des Durchblasens an einer Maske am ersten Einlassventil oder am ersten Auslassventil oder beiden vorbei umfasst, wobei die Maske die kürzeste Strecke zwischen dem ersten Einlassventil und dem ersten Auslassventil blockiert.
Verfahren für eine Kraftmaschine, das Folgendes umfasst: während einer ersten Bedingung Bereitstellen des Zylinder-Durchblasens über einen ersten Satz diagonaler Ventile mit einer positiven Ventilüberschneidung, die größer als ein Schwellenwert ist, und während einer zweiten Bedingung Bereitstellen des Zylinder-Durchblasens über alle vier Ventile mit einer positiven Überschneidung, die größer als der Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die erste Bedingung einen Pedaldruck, der größer als ein Schwellenpedaldruck ist, und/oder eine Detektion des Klopfens, und/oder eine Kraftmaschinendrehzahl, die kleiner als eine Schwellendrehzahl ist, und einen Drehmomentbedarf, der größer als ein Schwellenbedarf ist, und/oder eine Temperatur jedes des ersten Satzes diagonaler Ventile, die kleiner als eine Schwellentemperatur ist, enthält und wobei die zweite Bedingung eine Katalysatortemperatur, die kleiner als eine Anspringtemperatur ist, und/oder einen Pedaldruck, der größer als ein Schwellenpedaldruck ist, und/oder eine Detektion des Klopfens, und/oder eine Kraftmaschinendrehzahl, die kleiner als eine Schwellendrehzahl ist, und einen Drehmomentbedarf, der größer als ein Schwellenbedarf ist, und/oder eine Temperatur eines oder mehrerer der vier Ventile, die größer als die Schwellentemperatur ist, enthält.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner während der ersten Bedingung umfasst, das Durchblasen über einen zweiten Satz diagonaler Ventile nicht bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei während der ersten Bedingung eine Öffnungszeitsteuerung des ersten Auslassventils des ersten Satzes von Ventilen mit einer Öffnungszeitsteuerung des zweiten Auslassventils des zweiten Satzes von Ventilen übereinstimmt und eine Schließzeitsteuerung des ersten Auslassventils des ersten Satzes von Ventilen von einer Schließzeitsteuerung des zweiten Auslassventils des zweiten Satzes von Ventilen nach spät verstellt ist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei während der ersten Bedingung eine Öffnungszeitsteuerung des ersten Einlassventils des ersten Satzes von Ventilen von einer Öffnungszeitsteuerung des zweiten Einlassventils des zweiten Satzes von Ventilen nach früh verstellt ist und eine Schließzeitsteuerung des ersten Einlassventils des ersten Satzes von Ventilen mit einer Schließzeitsteuerung des zweiten Einlassventils des zweiten Satzes von Ventilen übereinstimmt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei während der zweiten Bedingung die Öffnungszeitsteuerung des ersten Auslassventils mit der Öffnungszeitsteuerung des zweiten Auslassventils übereinstimmt, die Schließzeitsteuerung des ersten Auslassventils mit der Schließzeitsteuerung des zweiten Auslassventils übereinstimmt, die Öffnungszeitsteuerung des zweiten Einlassventils mit der Öffnungszeitsteuerung des zweiten Einlassventils übereinstimmt und die Schließzeitsteuerung des ersten Einlassventils mit der Schließzeitsteuerung des zweiten Einlassventils übereinstimmt.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner das Leiten des Durchblasens an einer Teilmaske eines oder mehrerer der vier Ventile vorbei während der zweiten Bedingung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner das Bereitstellen einer Teilmaske für eines oder mehrere des ersten Satzes diagonaler Ventile während der ersten Bedingung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner während der zweiten Bedingung das Betreiben des Zylinders mit einem fetteren Luft-Kraftstoff-Verhältnis und während der ersten Bedingung das Betreiben des Zylinders mit einem weniger fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis umfasst, um ein Luft-Kraftstoff-Gesamtverhältnis der Abgase auf der Stöchiometrie aufrechtzuerhalten.