DE102015111967A1 - Koordination von Sekundärluft- und Durchblasluftzufuhr - Google Patents

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Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum Steuern und Koordinieren der Sekundärlufteinleitung und des Durchblasens, um das Turboloch zu verringern, bereitgestellt. Unter Verwendung von Sekundärlufteinleitung vor dem Vorsehen von Durchblasen und Deaktivieren der Sekundärluftpumpe, wenn ein gewünschter Ladedruck für das Durchblasen erreicht ist, kann das Turbinenhochdrehen auf eine gewünschte Drehzahl beschleunigt werden und die anfängliche Drehmomentausgabe kann erhöht werden.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Beschreibung bezieht sich im Allgemeinen auf Verfahren und Systeme zum Verbessern des Turbolochs und der Drehmomentausgabe mit der Koordination der Sekundärlufteinleitung und Durchblasluft in einer aufgeladenen Brennkraftmaschine.
  • Hintergrund und Zusammenfassung
  • Eine aufgeladene Kraftmaschine kann eine größere Kraftstoffeffizienz und niedrigere Emissionen bieten als eine Saugkraftmaschine mit ähnlicher Leistung. Während Übergangsbedingungen können jedoch die Leistung, die Kraftstoffeffizienz und die Emissionskontrollleistung einer aufgeladenen Kraftmaschine leiden. Solche Übergangsbedingungen können eine schnell zunehmende oder abnehmende Kraftmaschinenlast, Kraftmaschinendrehzahl oder Luftmassenströmung umfassen. Wenn beispielsweise die Kraftmaschinenlast schnell zunimmt, kann ein Turbolader-Kompressor ein erhöhtes Drehmoment erfordern, um eine erhöhte Luftströmung zu liefern. Ein solches Drehmoment kann nicht verfügbar sein, wenn die Turbine, die den Kompressor antreibt, nicht vollständig hochgedreht wird. Folglich kann eine unerwünschte Leistungsverzögerung auftreten, bevor die Einlassluftströmung sich auf das erforderliche Niveau aufbaut.
  • Vorher wurde erkannt, dass ein Kraftmaschinensystem mit Turbolader so ausgelegt sein kann, dass es "Durchblas"-Luft vorsieht, wobei aufgeladene Einlassluft vom Einlasskrümmer stromabwärts des Kompressors durch den (die) Kraftmaschinenzylinder und in den Auslasskrümmer stromaufwärts der Turbine getrieben wird. Ein System mit variabler Nockenzeitsteuerung (VCT) kann beispielsweise vorübergehend eingestellt werden, um eine hohe Ventilüberlappung zu schaffen. Während der positiven Ventilüberlappung wird die aufgeladene Luft durch die Zylinder in die Turbine eingeführt, um vorübergehend eine zusätzliche Massenströmung und Enthalpie im Auslass zu schaffen. Die zusätzliche Turbinenenergie ermöglicht, dass die Turbine schneller hochdreht, wodurch das Turboloch verringert wird.
  • Die Erfinder haben jedoch hier potentielle Probleme bei einer solchen Methode erkannt. Als ein Beispiel, um das Durchblasen zu schaffen, muss sich die Kraftmaschine im positiven Pumpverlauf befinden (das heißt unter einem aufgeladenen Kraftmaschinenbetrieb), ansonsten kann die Turboladerleistung verschlechtert werden. Während des Durchblasens kann die Kraftmaschine ferner mit hohen Niveaus an Spätzündung betrieben werden, um zusätzliche Energie zum Abgas zum Erhöhen der Turbinendrehzahl und Aufladung zu liefern. Das Betreiben der Kraftmaschine mit hohen Niveaus an Spätzündung kann jedoch verursachen, dass die Verbrennung später als zu einem optimalen Zeitpunkt stattfindet, der für eine unmittelbare Drehmomentausgabe erforderlich ist.
  • Folglich können zumindest einige der obigen Probleme durch ein Verfahren für eine Kraftmaschine mit Turbolader angegangen werden, das Folgendes umfasst: Zuführen von komprimierter Luft durch eine Drosselklappe zu einer Kraftmaschine von einem Kompressor, der durch eine Turbine angetrieben wird, die mit einem Auslass der Kraftmaschine gekoppelt ist; und während eines Fahrpedaltretens der Drosselklappe Verringern des Turbolochs durch Zuführen von Umgebungsluft zur Turbine während eines ersten Betriebsmodus und während eines zweiten Betriebsmodus Vorsehen von Durchblasen eines Teils der komprimierten Luft durch die Kraftmaschine ohne Verbrennung zur Turbine.
  • Als Beispiel kann in Reaktion auf ein Fahrpedaltreten eine Sekundärluftpumpe verwendet werden, um Sekundärluft in einen Auslasskrümmer stromaufwärts einer Turbine zuzuführen. Gleichzeitig kann eine Anfettung bereitgestellt werden, um hohe Niveaus an Kohlenmonoxid (CO), Wasserstoff (H2) und Kohlenwasserstoffen aus der Kraftmaschine zu erzeugen, um mit der Sekundärluft im Abgas zu reagieren. Folglich können die Masse und Enthalpie des Abgases erhöht werden, das verwendet werden kann, um eine Drehzahl der Turbine auf eine gewünschte Drehzahl zu erhöhen. Aufgrund der Erhöhung der Turbinendrehzahl kann ferner ein Ladedruck erhöht werden. Beim Erreichen eines Schwellenladedrucks, bei dem eine ausreichende Aufladung für das Durchblasen verfügbar sein kann, kann der Kraftmaschinenbetrieb auf das Vorsehen des Durchblasens umschalten. Das heißt, die Sekundärlufteinleitung kann gestoppt werden und das Durchblasen kann verwendet werden, um zusätzliche Luft im Auslass bereitzustellen.
  • In einigen Beispielen kann beim Erreichen des Schwellenladedrucks eine Sekundärlufteinleitungsmenge verringert werden und gleichzeitig kann die Durchblasluftmenge erhöht werden, bis die Sekundärlufteinleitungsmenge unter eine Schwellenmenge abnimmt, wonach die Kraftmaschine nur mit Durchblasen betrieben werden kann, bis die gewünschte Turbinendrehzahl erreicht ist.
  • Durch frühes Vorsehen der Sekundärlufteinleitung während des Fahrpedaltretens kann eine ausreichende Aufladung erzeugt werden, die für das Durchblasen verwendet werden kann. Folglich kann die Turboladerleistung verbessert werden. Die Verwendung der Sekundärlufteinleitung während des anfänglichen Teils des Fahrpedaltretens kann ferner eine höhere eingeschlossene Masse im Zylinder ermöglichen (da die zusätzliche Luft im Abgas, die für zusätzliche Abgasenergie erforderlich ist, durch die Sekundärluftpumpe anstatt den Turbolader geliefert wird). Folglich kann die anfängliche Drehmomentausgabe verbessert werden. Außerdem können unter Verwendung der Sekundärlufteinleitung während des frühen Teils des Fahrpedaltretens Ventilzeitsteuerungen eingestellt werden, um die anfängliche Drehmomentausgabe zu erhöhen. Noch ferner kann durch Umschalten des Kraftmaschinenbetriebs, um zusätzlich oder alternativ Durchblasen vorzusehen, nachdem eine ausreichende Aufladung erreicht ist, die Zeit, die erforderlich ist, damit die Turbine eine gewünschte Drehzahl erreicht, verkürzt werden, wodurch das Turboloch verringert wird. In dieser Weise können die Sekundärlufteinleitung und das Durchblasen während des Fahrpedaltretens koordiniert werden, um das Turbinenhochdrehen zu beschleunigen und die anfängliche Drehmomentausgabe zu verbessern.
  • Selbstverständlich ist die obige Zusammenfassung vorgesehen, um eine Auswahl von Konzepten, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden, in vereinfachter Form einzuführen. Sie soll keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstandes identifizieren, dessen Schutzbereich nur durch die Ansprüche definiert ist, die der ausführlichen Beschreibung folgen. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen begrenzt, die irgendwelche vorstehend oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angegebenen Nachteile lösen.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftmaschinensystems.
  • 2 zeigt ein schematisches Diagramm eines Zylinders des Kraftmaschinensystems von 1.
  • 3 zeigt einen Ablaufplan hoher Ebene, der eine Routine darstellt, die zum Koordinieren der Sekundärlufteinleitung und des Durchblasens während eines Fahrpedaltretens implementiert werden kann, um das Turboloch zu verringern.
  • 4 zeigt einen Ablaufplan hoher Ebene, der eine Routine darstellt, die zum Vorsehen der Sekundärlufteinleitung implementiert werden kann, die in Verbindung mit 3 verwendet werden soll.
  • 5 zeigt einen Ablaufplan hoher Ebene, der eine Routine darstellt, die zum Vorsehen des Durchblasens implementiert werden kann, die in Verbindung mit 3 verwendet werden soll.
  • 6 zeigt einen Ablaufplan hoher Ebene, der eine Routine darstellt, die zum Erhöhen der Durchblasmenge implementiert werden kann, während die Sekundärlufteinleitungsmenge verringert wird, die in Verbindung mit 3 verwendet werden soll.
  • 7 zeigt Beispiel-Sekundärluft- und Durchblaseinstellungen, um das Turboloch zu verringern, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Es werden Verfahren und Systeme zum Verringern des Turbolochs in einer Fahrzeugkraftmaschine wie z. B. dem in 1–2 dargestellten Kraftmaschinensystem bereitgestellt. Während eines Fahrpedaltretens können die Sekundärlufteinleitung und das Durchblasen koordiniert werden, um das Drehen einer Turbine auf eine gewünschte Drehzahl zu beschleunigen und die Drehmomentausgabe zu erhöhen. Eine Steuereinheit kann dazu konfiguriert sein, Steuerroutinen durchzuführen, wie z. B. die Beispielroutinen von 3–6, um einen Typ des Kraftmaschinenbetriebs zu bestimmen, der während des Fahrpedaltretens durchgeführt werden kann (z. B. Sekundärlufteinleitung und/oder Durchblasen), und den Kraftmaschinenbetrieb auf der Basis des Typs des Betriebsmodus einzustellen. Die Beispiel-Sekundärlufteinleitungs- und Durchblaseinstellungen werden bei 7 beschrieben.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugsystems 106. Das Fahrzeugsystem 106 umfasst ein Kraftmaschinensystem 108 mit einer Kraftmaschine 100, die mit einem Abgasreinigungssystem 122 gekoppelt ist. Die Kraftmaschine 100 umfasst mehrere Zylinder 14. Die Kraftmaschine 100 umfasst auch einen Einlass 123 und einen Auslass 125. Der Einlass 123 kann frische Luft von der Atmosphäre durch einen Einlassdurchgang 142 empfangen. Luft, die in den Einlassdurchgang 142 eintritt, kann durch einen Luftfilter 191 gefiltert werden. Der Einlassdurchgang 142 kann eine Lufteinlassdrosselklappe 164 umfassen, die stromabwärts eines Einlasskompressors 152 und eines Einlassladeluftkühlers 184 angeordnet ist. Die Einlassdrosselklappe 164 kann dazu konfiguriert sein, die Strömung von Einlassgas (z. B. aufgeladener Einlassluft), das in den Kraftmaschinen-Einlasskrümmer 146 eintritt, einzustellen. Der Auslass 125 umfasst einen Auslasskrümmer 148, der zu einem Auslassdurchgang 145 führt, der Abgas über ein Auspuffrohr 135 zur Atmosphäre lenkt.
  • Die Kraftmaschine 100 kann eine aufgeladene Kraftmaschine mit einer Aufladevorrichtung wie z. B. einem Turbolader 161 sein. Der Turbolader 161 kann einen Einlasskompressor 152, der entlang des Einlassdurchgangs 142 angeordnet ist, und eine Auslassturbine 154, die entlang des Auslassdurchgangs 145 angeordnet ist, umfassen. Der Kompressor 152 kann zumindest teilweise durch die Turbine 154 über eine Welle 180 angetrieben werden. Das Ausmaß der Aufladung, die durch den Turbolader bereitgestellt wird, kann durch eine Kraftmaschinensteuereinheit verändert werden. Ein Turbinenumleitdurchgang 163, der über einen Ladedruckbegrenzer 165 gesteuert wird, kann über die Auslassturbine gekoppelt sein, so dass einiges oder alles der Abgase, die durch den Auslassdurchgang 145 strömen, die Turbine 154 umgehen kann. Durch Einstellen der Position des Ladedruckbegrenzers kann eine Menge an Abgas, das durch die Turbine zugeführt wird, verändert werden, wodurch ein Ausmaß an Aufladung, die zum Kraftmaschineneinlass geliefert wird, verändert wird.
  • In weiteren Ausführungsformen kann ein ähnlicher Umleitdurchgang, der über ein Umleitventil (nicht dargestellt) gesteuert wird, über den Einlasskompressor gekoppelt sein, so dass einiges oder alles der durch den Kompressor 152 komprimierten Einlassluft in den Einlassdurchgang 142 stromaufwärts des Kompressors 152 zurückgeführt werden kann. Durch Einstellen der Position des Kompressorumleitventils kann der Druck im Einlasssystem während ausgewählter Bedingungen abgebaut werden, um die Effekte der Kompressorstoßbelastung zu verringern.
  • Ein optionaler Ladeluftkühler 184 kann stromabwärts des Kompressors 152 im Einlassdurchgang enthalten sein, um die Temperatur der durch den Turbolader komprimierten Einlassluft zu verringern. Insbesondere kann ein Nachkühler 184 stromaufwärts der Einlassdrosselklappe 164 enthalten sein oder in den Einlasskrümmer 144 integriert sein.
  • Das Abgasreinigungssystem 122, das mit dem Auslassdurchgang 145 gekoppelt ist, umfasst eine Abgasreinigungsvorrichtung 178. Die Abgasreinigungsvorrichtung 178 kann in einem Beispiel mehrere Katalysatorbausteine umfassen. In einem anderen Beispiel können mehrere Abgasreinigungsvorrichtungen jeweils mit mehreren Bausteinen verwendet werden. Die Abgasreinigungsvorrichtung 178 kann in einem Beispiel ein Katalysator vom Dreiwegetyp sein. In anderen Beispielen kann die Abgasreinigungsvorrichtung 178 ein Oxidationskatalysator, eine Mager-NOx-Falle, eine Vorrichtung zur selektiven Katalysatorreduktion (SCR), ein Partikelfilter oder eine andere Abgasbehandlungsvorrichtung sein. Obwohl die Abgasreinigungsvorrichtung 178 stromabwärts der Turbine 154 in den hier beschriebenen Ausführungsformen angeordnet ist, kann die Abgasreinigungsvorrichtung 178 in anderen Ausführungsformen stromaufwärts einer Turboladerturbine oder an einer anderen Stelle im Kraftmaschinen-Auslassdurchgang angeordnet sein, ohne vom Schutzbereich dieser Offenbarung abzuweichen.
  • In einigen Beispielen kann das Fahrzeugsystem 106 ferner ein Niederdruck-Abgasrückführung-System (low pressure LP-AGR-System) (nicht dargestellt) umfassen. Das LP-AGR-System kann einen LP-AGR-Durchgang umfassen, der den Auslassdurchgang 145 stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung 178 mit einem Lufteinlassdurchgang 142 stromaufwärts des Kompressors 152 koppelt. Ein AGR-Kühler (nicht dargestellt) und ein LP-AGR-Ventil (nicht dargestellt) können im LP-AGR-Durchgang angeordnet sein, um das Abgas zu kühlen, das durch diesen strömt, und eine Menge und/oder eine Rate des Abgases zu verändern, das vom Auslassdurchgang zum Einlassdurchgang jeweils über das LP-AGR-System zurückgeführt wird.
  • In einigen Beispielen (wie dargestellt) kann das Fahrzeugsystem 106 ferner ein Hochdruck-AGR-System (high pressure HP-AGR-System) 171 umfassen. Das HP-AGR-System 171 umfasst einen AGR-Durchgang 173, der den Auslassdurchgang 145 stromaufwärts der Turbine 154 mit dem Lufteinlassdurchgang 142 stromabwärts des Kompressors 152 und stromaufwärts des Ladeluftkühlers 184 und der Einlassdrosselklappe 164 koppelt. Ein AGR-Kühler 172, der im AGR-Durchgang 173 angeordnet ist, kühlt das durch diesen strömende Abgas. Eine Position eines AGR-Ventils 179, das im AGR-Durchgang 173 auf der Einlassdurchgangsseite des AGR-Kühlers 172 angeordnet ist, kann durch die Steuereinheit 120 eingestellt werden, um eine Menge und/oder eine Rate des Abgases einzustellen, das vom Auslassdurchgang zum Einlassdurchgang über das HP-AGR-System zurückgeführt wird. In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere Sensoren innerhalb des HP-AGR-Durchgangs 173 angeordnet sein, um eine Angabe von einem oder mehreren eines Drucks, einer Temperatur und eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases zu liefern, das durch den HP-AGR-Durchgang zurückgeführt wird.
  • Die Kraftmaschine 100 kann zumindest teilweise durch ein Steuersystem 140 mit einer Steuereinheit 120 und durch eine Eingabe von einem Fahrzeugfahrer über eine Eingabevorrichtung (nicht dargestellt) gesteuert werden. Das Steuersystem 140 ist dazu konfiguriert, Informationen von mehreren Sensoren 160 (von denen verschiedene Beispiele hier beschrieben werden) zu empfangen und Steuersignale zu mehreren Aktuatoren 181 zu senden. Als ein Beispiel können die Sensoren 160 einen Abgassauerstoffsensor 126, der mit dem Auslasskrümmer 148 gekoppelt ist, einen MAP-Sensor 121, der mit dem Einlasskrümmer 144 gekoppelt ist, einen Abgaskatalysator-Temperatursensor 117, einen Abgasdrucksensor 119, der stromaufwärts der Abgasreinigungsvorrichtung 178 im Auspuffrohr 135 angeordnet ist, einen Abgastemperatursensor 127 und einen Abgasdrucksensor 129, die stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung 178 im Auspufrohr 135 angeordnet sind, umfassen. Verschiedene Abgassensoren können auch im Auslassdurchgang 145 stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung 178 enthalten sein, wie z. B. Partikelmaterialsensoren (PM-Sensoren), NOx-Sensoren, Sauerstoffsensoren, Ammoniaksensoren, Kohlenwasserstoffsensoren usw. Andere Sensoren, wie z. B. zusätzliche Druck-, Temperatur-, Luft/Kraftstoff-Verhältnis- und Zusammensetzungssensoren, können mit verschiedenen Stellen im Fahrzeugsystem 106 gekoppelt sein. Als weiteres Beispiel können die Aktuatoren 181 eine Kraftstoffeinspritzdüse 166, ein AGR-Ventil 159 und eine Einlassdrosselklappe 164 umfassen. Andere Aktuatoren wie z. B. eine Vielfalt von zusätzlichen Ventilen und Drosselklappen können mit verschiedenen Stellen im Fahrzeugsystem 106 gekoppelt sein. Die Steuereinheit 120 kann Eingangsdaten von den verschiedenen Sensoren empfangen, die Eingangsdaten verarbeiten und die Aktuatoren in Reaktion auf die verarbeiteten Eingangsdaten auf der Basis eines darin programmierten Befehls oder Codes entsprechend einer oder mehreren Routinen auslösen. Beispielsteuerroutinen werden hier im Hinblick auf 3–6 beschrieben.
  • Wie hier weiter mit Bezug auf 3 und 4 ausgearbeitet, kann die Steuereinheit 120 dazu konfiguriert sein, eine Sekundärluftströmung in den Auslassdurchgang stromaufwärts der Turbine einzuleiten, um die Abgasenergie während ausgewählter Kraftmaschinenbetriebsbedingungen (z. B. während eines frühen Teils eines Fahrpedaltretens) zu erhöhen. Eine Luftpumpe 96 kann vorhanden sein, um Außenluft (z. B. von der Atmosphäre) in den Auslasskrümmer 148 über eine Einleitungsleitung 94 einzuleiten, die durch ein Ventil 95 gesteuert wird. An sich kann die Luftpumpe 96, die verwendet wird, um das Turboloch zu verringern, wie hier erörtert, mit einer höheren Durchflussrate in Bezug auf eine Luftpumpe ausgelegt sein, die für einen Kaltstart verwendet werden kann. In einen Beispiel kann die Luftpumpe 96 Außenluft in den Auslassdurchgang 135 an einer Stelle stromabwärts der Turbine und stromaufwärts des Katalysators zuführen. Wie hier mit Bezug auf 3 und 5 ausgearbeitet, kann die Steuereinheit 120 ferner dazu konfiguriert sein, das VCT-System auf eine Zeitsteuerung einzustellen, die eine hohe positive Ventilüberlappung schafft, um Durchblasluft zum Auslasskrümmer stromaufwärts der Turbine während ausgewählter Kraftmaschinenoperationen zu liefern (z. B. während eines späteren Teils des Fahrpedaltretens). In einigen Beispielen, wie hier mit Bezug auf 3 und 6 ausgearbeitet, kann die Steuereinheit 120 gleichzeitig die Sekundärlufteinleitung und das Durchblasen während ausgewählter Kraftmaschinenoperationen (z. B. während eines Zwischenteils des Fahrpedaltretens zwischen dem frühen Teil und dem späten Teil) einstellen. In dieser Weise, wie hier mit Bezug auf 3–6 ausgearbeitet, kann die Steuereinheit dazu konfiguriert sein, die Sekundärlufteinleitung und die VCT-Zeitsteuerung für das Durchblasen zu koordinieren, um das Turboloch zu verringern und die anfängliche Drehmomentausgabe zu erhöhen.
  • 2 stellt eine Beispielausführungsform einer Brennkammer oder eines Zylinders der Brennkraftmaschine 100 dar. Die Kraftmaschine 100 kann Steuerparameter von einem Steuersystem mit der Steuereinheit 120 und eine Eingabe von einem Fahrzeugfahrer 130 über eine Eingabevorrichtung 132 empfangen. In diesem Beispiel umfasst die Eingabevorrichtung 132 ein Fahrpedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Der Zylinder (hier auch "Brennkammer") 14 der Kraftmaschine 100 kann Brennkammerwände 136 umfassen, wobei ein Kolben 138 darin angeordnet ist. Der Kolben 138 kann mit einer Kurbelwelle 141 gekoppelt sein, so dass eine Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. Die Kurbelwelle 141 kann mit mindestens einem Antriebsrad des Personenkraftwagens über ein Getriebesystem gekoppelt sein. Ferner kann ein Startermotor mit der Kurbelwelle 141 über ein Schwungrad gekoppelt sein, um einen Startvorgang der Kraftmaschine 100 zu ermöglichen.
  • Der Zylinder 14 kann Einlassluft über eine Reihe von Einlassluftdurchgängen 142, 144 und 146 empfangen. Der Einlassluftdurchgang 146 kann mit anderen Zylindern der Kraftmaschine 100 zusätzlich zum Zylinder 14 in Verbindung stehen. In einigen Ausführungsformen können einer oder mehrere der Einlassdurchgänge eine Aufladevorrichtung wie z. B. einen Turbolader oder einen Lader umfassen. 1 zeigt beispielsweise die Kraftmaschine 100 mit einem Turbolader mit einem Kompressor 152, der zwischen den Einlassdurchgängen 142 und 144 angeordnet ist, und einer Auslassturbine 154, die entlang des Auslassdurchgangs 145 angeordnet ist, konfiguriert. Der Kompressor 152 kann zumindest teilweise durch die Auslassturbine 154 über eine Welle 180 angetrieben werden, wenn die Aufladevorrichtung als Turbolader konfiguriert ist. In anderen Beispielen, wie z. B. wenn die Kraftmaschine 100 mit einem Lader versehen ist, kann jedoch die Auslassturbine 154 wahlweise weggelassen sein, wobei der Kompressor 152 durch eine mechanische Eingabe von einem Motor oder von der Kraftmaschine angetrieben werden kann. Eine Drosselklappe 20 mit einer Drosselplatte 164 kann entlang eines Einlassdurchgangs der Kraftmaschine zum Verändern der Durchflussrate und/oder des Drucks von Einlassluft, die zu den Kraftmaschinenzylindern geliefert wird, vorgesehen sein. Die Drosselklappe 20 kann beispielsweise stromabwärts des Kompressors 152 angeordnet sein, wie hier gezeigt, oder kann alternativ stromaufwärts des Kompressors 152 vorgesehen sein.
  • Der Auslasskrümmer 148 kann Abgase von anderen Zylindern der Kraftmaschine 100 zusätzlich zum Zylinder 14 empfangen. Ein Auslassdurchgang 145 kann mit dem Auslasskrümmer 148 gekoppelt sein. Ein Abgassensor 128 ist mit dem Auslassdurchgang 148 stromaufwärts der Abgasreinigungsvorrichtung 178 gekoppelt gezeigt. Der Sensor 128 kann aus verschiedenen geeigneten Sensoren zum Vorsehen einer Angabe des Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ausgewählt sein, wie beispielsweise einem linearen Sauerstoffsensor oder UEGO (universeller oder Breitband-Abgassauerstoff-Sensor), einem Sauerstoffsensor mit zwei Zuständen oder EGO (wie dargestellt), einem HEGO (erhitzten EGO), einem NOx-, HC- oder CO-Sensor. Die Abgasreinigungsvorrichtung 178 kann ein Dreiwege-Katalysator (TWC), eine NOx-Falle, verschiedene andere Abgasreinigungsvorrichtungen oder Kombinationen davon sein.
  • Die Abgastemperatur kann durch einen oder mehrere Temperatursensoren (nicht dargestellt), die im Auslassdurchgang 145 angeordnet sind, abgeschätzt werden. Alternativ kann die Abgastemperatur auf der Basis von Kraftmaschinenbetriebsbedingungen wie z. B. Drehzahl, Last, Luft/Kraftstoff-Verhältnis (AFR), Spätzündung 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 von hier aufgelisteten Temperaturabschätzverfahren abgeschätzt werden kann.
  • Jeder Zylinder der Kraftmaschine 100 kann ein oder mehrere Einlassventile und ein oder mehrere Auslassventile umfassen. Der Zylinder 14 ist beispielsweise mit mindestens einem Einlasstellerventil 150 und mindestens einem Auslasstellerventil 156 gezeigt, die in einem oberen Bereich des Zylinders 14 angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder der Kraftmaschine 100, einschließlich des Zylinders 14, mindestens zwei Einlasstellerventile und mindestens zwei Auslasstellerventile, die in einem oberen Bereich des Zylinders angeordnet sind, umfassen.
  • Das Einlassventil 150 kann durch die Steuereinheit 120 durch Nockenbetätigung über ein Nockenbetätigungssystem 151 gesteuert werden. Ebenso kann das Auslassventil 156 durch die Steuereinheit 120 über ein Nockenbetätigungssystem 153 gesteuert werden. Die Nockenbetätigungssysteme 151 und 153 können jeweils einen oder mehrere Nocken umfassen und können eines oder mehrere von Systemen zum Nockenprofilschalten (CPS), zur variablen Nockenzeitsteuerung (VCT), zur variablen Ventilzeitsteuerung (VVT) und/oder zum variablen Ventilhub (VVL) verwenden, die durch die Steuereinheit 120 betätigt werden können, um den Ventilbetrieb zu verändern. Die Position des Einlassventils 150 und des Auslassventils 156 kann durch Ventilpositionssensoren 155 bzw. 157 bestimmt werden. In alternativen Ausführungsformen können das Einlass- und/oder Auslassventil durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Der Zylinder 14 kann beispielsweise alternativ ein Einlassventil, das über elektrische Ventilbetätigung gesteuert wird, und ein Auslassventil, das über Nockenbetätigung gesteuert wird, einschließlich CPS- und/oder VCT-Systemen, umfassen. In noch anderen Ausführungsformen können die Einlass- und Auslassventile durch einen gemeinsamen Ventilaktuator oder ein gemeinsames Ventilbetätigungssystem oder einen Aktuator zur variablen Ventilzeitsteuerung oder ein Betätigungssystem zur variablen Ventilzeitsteuerung gesteuert werden.
  • Der Zylinder 14 kann ein Kompressionsverhältnis aufweisen, das das Verhältnis von Volumina, wenn sich der Kolben 138 am unteren Totpunkt befindet, zum oberen Totpunkt ist. Herkömmlich liegt das Kompressionsverhältnis im Bereich von 9:1 bis 10:1. In einigen Beispielen, in denen verschiedene Kraftstoffe verwendet werden, kann jedoch das Kompressionsverhältnis erhöht werden. Dies kann beispielsweise geschehen, wenn Kraftstoffe mit höherer Oktanzahl oder Kraftstoffe mit höherer latenter Verdampfungsenthalpie verwendet werden. Das Kompressionsverhältnis kann auch erhöht werden, wenn eine Direkteinspritzung verwendet wird, aufgrund ihres Effekts auf das Kraftmaschinenklopfen.
  • In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder der Kraftmaschine 100 eine Zündkerze 192 zum Einleiten der Verbrennung umfassen. Ein Zündsystem 190 kann einen Zündfunken zur Brennkammer 14 über die Zündkerze 192 in Reaktion auf ein Vorzündungssignal SA von der Steuereinheit 120 unter ausgewählten Betriebsmodi liefern. In einigen Ausführungsformen kann jedoch die Zündkerze 192 weggelassen werden, wie z. B. wenn die Kraftmaschine 100 die Verbrennung durch Selbstzündung oder durch Einspritzen von Kraftstoff einleiten kann, wie es z. B. bei einigen Dieselkraftmaschinen der Fall sein kann.
  • In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder der Kraftmaschine 100 mit einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzdüsen zum Zuführen von Kraftstoff zu diesem konfiguriert sein. Als nicht begrenzendes Beispiel ist der Zylinder 14 mit einer Kraftstoffeinspritzdüse 166 gezeigt. Die Kraftstoffeinspritzdüse 166 ist direkt mit dem Zylinder 14 gekoppelt gezeigt zum Einspritzen von Kraftstoff direkt in diesen im Verhältnis zur Impulsbreite eines Signals FPW, das von der Steuereinheit 120 über einen elektronischen Treiber 168 empfangen wird. In dieser Weise schafft die Kraftstoffeinspritzdüse 166 das, was als Direkteinspritzung (nachstehend auch als "DI" bezeichnet) von Kraftstoff in den Verbrennungszylinder 14 bekannt ist. Obwohl 1 die Einspritzdüse 166 als Seiteneinspritzdüse zeigt, kann sie auch über dem Kolben angeordnet sein, wie z. B. nahe der Position der Zündkerze 192. Eine solche Position kann das Mischen und die Verbrennung verbessern, wenn die Kraftmaschine mit einem Kraftstoff auf Alkoholbasis betrieben wird, aufgrund der niedrigeren Flüchtigkeit von einigen Kraftstoffen auf Alkoholbasis. Alternativ kann die Einspritzdüse über und nahe dem Einlassventil angeordnet sein, um das Mischen zu verbessern. Kraftstoff kann zur Kraftstoffeinspritzdüse 166 von einem Hochdruck-Kraftstoffsystem 8, einschließlich Kraftstofftanks, Kraftstoffpumpen und einer Kraftstoffverteilerleitung, zugeführt werden. Alternativ kann Kraftstoff durch eine einstufige Kraftstoffpumpe mit einem niedrigeren Druck zugeführt werden, in welchem Fall der Zeitpunkt der Direktkraftstoffeinspritzung während des Kompressionshubs mehr begrenzt werden kann als wenn ein Hochdruck-Kraftstoffsystem verwendet wird. Obwohl nicht gezeigt, können die Kraftstofftanks ferner einen Druckwandler aufweisen, der ein Signal zur Steuereinheit 120 liefert. Es ist zu erkennen, dass in einer alternativen Ausführungsform die Einspritzdüse 166 eine Kanaleinspritzdüse sein kann, die Kraftstoff in den Einlasskanal stromaufwärts des Zylinders 14 zuführt.
  • Es ist auch zu erkennen, dass, obwohl die dargestellte Ausführungsform die Kraftmaschine durch Einspritzen von Kraftstoff über eine einzelne Direkteinspritzdüse betrieben darstellt, in alternativen Ausführungsformen die Kraftmaschine unter Verwendung von zwei Einspritzdüsen (beispielsweise einer Direkteinspritzdüse und eine Kanaleinspritzdüse) und Verändern einer relativen Menge an Einspritzung von jeder Einspritzdüse betrieben werden kann.
  • Kraftstoff kann durch die Einspritzdüse zum Zylinder während eines einzelnen Zyklus des Zylinders zugeführt werden. Ferner können die Verteilung und/oder die relative Menge des von der Einspritzdüse zugeführten Kraftstoffs mit den Betriebsbedingungen variieren. Ferner können für ein einzelnes Verbrennungsereignis mehrere Einspritzungen des zugeführten Kraftstoffs pro Zyklus durchgeführt werden. Die mehreren Einspritzungen können während des Kompressionshubs, Einlasshubs oder irgendeiner geeigneten Kombination davon durchgeführt werden. Kraftstoff kann auch während des Zyklus eingespritzt werden, um das Verhältnis der Luft zum eingespritzten Kraftstoff (AFR) der Verbrennung einzustellen. Der Kraftstoff kann beispielsweise eingespritzt werden, um ein stöchiometrisches AFR zu schaffen. Ein AFR-Sensor kann enthalten sein, um eine Abschätzung des AFR im Zylinder zu liefern. In einem Beispiel kann der AFR-Sensor (air-to-injected-fuel-ratio sensor), ein Abgassensor wie z. B. ein EGO-Sensor 128 sein. Durch Messen einer Menge an restlichem Sauerstoff (für magere Gemische) oder unverbrannten Kohlenwasserstoffen (für fette Gemische) im Abgas kann der Sensor das AFR bestimmen. An sich kann das AFR als Lambda-Wert (λ-Wert) geliefert werden, das heißt als Verhältnis des tatsächlichen AFR zur Stöchiometrie für ein gegebenes Gemisch. Folglich gibt ein Lambda von 1,0 ein stöchiometrisches Gemisch an, Gemische, die fetter sind als Stöchiometrie, können einen Lambda-Wert aufweisen, der geringer ist als 1,0, und Gemische, die magerer sind als Stöchiometrie, können einen Lambda-Wert größer als 1 aufweisen.
  • Wie vorstehend beschrieben, zeigt 2 nur einen Zylinder einer Mehrzylinder-Kraftmaschine. An sich kann jeder Zylinder ebenso seinen eigenen Satz von Einlass/Auslassventilen, Kraftstoffeinspritzdüse(n), Zündkerze usw. umfassen.
  • Kraftstofftanks im Kraftstoffsystem 8 können Kraftstoff mit verschiedenen Kraftstoffqualitäten wie z. B. verschiedenen Kraftstoffzusammensetzungen halten. Diese Unterschiede können einen unterschiedlichen Alkoholgehalt, eine unterschiedliche Oktanzahl, eine unterschiedliche Verdampfungswärme, unterschiedliche Kraftstoffgemische und/oder Kombinationen davon usw. umfassen.
  • Die Kraftmaschine 100 kann ferner einen Klopfsensor 90, der mit jedem Zylinder 14 gekoppelt ist, zum Identifizieren von anomalen Zylinderverbrennungsereignissen umfassen. In alternativen Ausführungsformen können ein oder mehrere Klopfsensoren 90 mit geeigneten Stellen 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 anomales Verbrennungsereignis im Zylinder anzugeben.
  • Die Steuereinheit 120 ist als Mikrocomputer mit einer Mikroprozessoreinheit 105, Eingabe/Ausgabe-Anschlüssen 107, einem elektronischen Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, das als Festwertspeicherchip 110 in diesem speziellen Beispiel gezeigt ist, einem Direktzugriffsspeicher 112, einem Haltespeicher 114 und einem Datenbus gezeigt. Die Steuereinheit 120 kann verschiedene Signale von Sensoren, die mit der Kraftmaschine 100 gekoppelt sind, zusätzlich zu den vorher erörterten Signalen empfangen, einschließlich der Messung der eingeführten Luftmassenströmung (MAF) vom Luftmassendurchflusssensor 111; der Kraftmaschinen-Kühlmitteltemperatur (ECT) vom Temperatursensor 116, der mit einer Kühlhülse 118 gekoppelt ist; eines Profilzündaufnahmesignals (PIP) von einem Hall-Effekt-Sensor 115 (oder anderen Typ), der mit der Kurbelwelle 141 gekoppelt ist; einer Drosselklappenposition (TP) von einem Drosselklappen-Positionssensor; eines Krümmerabsolutdrucksignals (MAP) vom Sensor 124, eines Zylinder-AFR vom EGO-Sensor 128 und einer anomalen Verbrennung vom Klopfsensor 90 und einem Kurbelwellen-Beschleunigungssensor. Ein Kraftmaschinendrehzahlsignal RPM kann durch die Steuereinheit 120 aus dem Signal PIP erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von einem Krümmerdrucksensor kann verwendet werden, um eine Angabe des Unterdrucks oder Drucks im Einlasskrümmer zu liefern.
  • Der Speichermedium-Festwertspeicher 110 kann mit computerlesbaren Daten programmiert sein, die Befehle darstellen, die von einem Prozessor 105, zum Durchführen der nachstehend beschriebenen Verfahren sowie anderer Varianten, die erwartet werden, aber nicht speziell aufgelistet sind, ausführbar sind. Beispielroutinen werden mit Bezug auf 3–6 gezeigt.
  • Es ist zu erkennen, dass, obwohl das vorliegende Beispiel mit Bezug auf eine aufgeladene Kraftmaschine mit Durchblasfähigkeiten beschrieben wird, die Einstellung der Kraftmaschinenbetriebsparameter wie z. B. Kraftstofffettheitswerte, Durchblasschwellenwerte, Temperaturschwellenwerte usw. in anderen Ausführungsformen so kalibriert werden kann, dass sie für eine spezielle Kraftmaschine, einen speziellen Antriebsstrang und/oder eine spezielle Fahrzeugkombination optimal arbeitet.
  • In einigen Beispielen kann die Kraftmaschine mit einem Elektromotor/Batterie-System in einem Hybridfahrzeug gekoppelt sein. Das Hybridfahrzeug kann eine parallele Konfiguration, eine Reihenkonfiguration oder eine Variation oder Kombination davon aufweisen. Ferner können in einigen Ausführungsformen andere Kraftmaschinenkonfigurationen verwendet werden, beispielsweise eine Dieselkraftmaschine.
  • Während des Betriebs wird jeder Zylinder innerhalb der Kraftmaschine 100 typischerweise einem Viertaktzyklus unterzogen: der Zyklus umfasst den Einlasshub, den Kompressionshub, den Expansionshub und den Auslasshub. Während des Einlasshubs schließt sich im Allgemeinen das Auslassventil 156 und das Einlassventil 150 öffnet sich. Luft wird in die Brennkammer 14 über den Einlasskrümmer 146 eingeführt und der Kolben 138 bewegt sich zur Unterseite des Zylinders, um das Volumen innerhalb der Brennkammer 14 zu vergrößern. Die Position, in der der Kolben 138 sich nahe der Unterseite des Zylinders und am Ende seines Hubs befindet (z. B. wenn sich die Brennkammer 14 auf ihrem größten Volumen befindet), wird typischerweise durch den Fachmann auf dem Gebiet als unterer Totpunkt (BDC) bezeichnet. Während des Kompressionshubs werden das Einlassventil 150 und das Auslassventil 156 geschlossen. Der Kolben 138 bewegt sich in Richtung des Zylinderkopfs, um die Luft innerhalb der Brennkammer 14 zu komprimieren. Der Punkt, an dem sich der Kolben 138 am Ende seines Hubs und am nächsten zum Zylinderkopf befindet (z. B. wenn die Brennkammer 30 auf ihrem kleinsten Volumen liegt), wird vom Fachmann auf dem Gebiet typischerweise als oberer Totpunkt (TDC) bezeichnet. In einem Prozess, der nachstehend als Einspritzung bezeichnet wird, wird Kraftstoff in die Brennkammer eingeführt. In einem Prozess, der nachstehend als Zündung bezeichnet wird, wird Kraftstoff durch bekannte Zündmittel wie z. B. eine Zündkerze 192 gezündet, was zur Verbrennung führt. Während des Expansionshubs schieben die expandierenden Gase den Kolben 138 zum BDC zurück. Die Kurbelwelle 40 setzt die Kolbenbewegung in ein Drehmoment der Drehwelle um. Schließlich öffnet sich während des Auslasshubs das Auslassventil 156, um das verbrannte Luft/Kraftstoff-Gemisch an den Auslasskrümmer 48 auszulassen, und der Kolben kehrt zum TDC zurück. Es ist zu beachten, dass das Obige lediglich als Beispiel beschrieben wird und dass die Einlass- und Auslassventil-Öffnungs- und/oder Schließzeitpunkte variieren können, wie z. B. um eine positive oder negative Ventilüberlappung, ein spätes Einlassventilschließen oder verschiedene andere Beispiele vorzusehen.
  • Auf der Basis der Zeitablaufunterschiede zwischen dem Auslassventilschließen und dem Einlassventilöffnen können die Ventile mit negativer Ventilüberlappung betrieben werden, wobei für eine kurze Dauer nach dem Ende des Auslasshubs und vor dem Beginn des Einlasshubs sowohl das Einlass- als auch das Auslassventil geschlossen werden. Diese Zeitdauer, während der beide Ventile geschlossen sind, wird als negative (Einlass- zu Auslass-)Ventilüberlappung bezeichnet. In einem Beispiel kann das VCT-System so eingestellt werden, dass der negative Einlass- zu Auslassventilüberlappungszeitpunkt eine Vorgabenockenposition der Kraftmaschine während der Zylinderverbrennung sein kann.
  • Alternativ können die Ventile mit positiver Ventilüberlappung betrieben werden, wobei für eine kurze Dauer vor dem Ende des Auslassventilhubs und nach dem Beginn des Einlasshubs sowohl das Einlass- als auch das Auslassventil offen sein können. Diese Zeitdauer, während der beide Ventile offen sein können, wird als positive (Einlass- zu Auslass-)Ventilüberlappung bezeichnet. Das VCT-System kann so eingestellt werden, dass ein Ausmaß der positiven Ventilüberlappung während ausgewählter Betriebsbedingungen einer aufgeladenen Kraftmaschine die positive Ventilüberlappung erhöht. Insbesondere kann eine Position der Einlassnockenwelle derart eingestellt werden, dass ein Öffnen des Einlassventilzeitpunkts vorverlegt wird. Folglich kann das Einlassventil früher vor dem Ende des Auslasshubs geöffnet werden und eine Dauer, über die beide Ventile offen sind, kann verlängert werden, was zu mehr positiver Ventilüberlappung führt. Als ein Beispiel kann die positive Ventilüberlappung durch Bewegen der Einlassnockenwelle von einer Position irgendeiner positiven Ventilüberlappung in eine Position mit mehr positiver Ventilüberlappung erhöht werden. Als anderes Beispiel kann die positive Ventilüberlappung durch Bewegen der Einlassnockenwelle von einer Position von negativer Ventilüberlappung in eine Position von positiver Ventilüberlappung erhöht werden. In einem Beispiel kann das VCT-System so eingestellt werden, dass der negative Einlass- zu Auslassventil-Überlappungszeitpunkt eine Vorgabenockenposition der Kraftmaschine während eines Kraftmaschinenkaltstarts sein kann.
  • Es ist zu erkennen, dass, obwohl das obige Beispiel das Erhöhen der positiven Ventilüberlappung durch Vorverlagern des Einlassöffnungszeitpunkts vorschlägt, in alternativen Beispielen die positive Ventilüberlappung durch Einstellen einer Auslassnockenwelle, um das Auslassventilschließen zu verzögern, erhöht werden kann. Noch ferner kann jede der Einlass- und der Auslassnockenwelle eingestellt werden, um die positive Ventilüberlappung durch Verändern sowohl der Einlass- als auch der Auslassventilzeitsteuerung zu verändern. In anderen Beispielen kann das Nockennasenumschalten oder der variable Ventilhub anstelle der variablen Nockenwellenzeitsteuerung verwendet werden.
  • Im Kraftmaschinensystem 100 kann während Perioden von schnell zunehmender Kraftmaschinenlast wie z. B. unmittelbar nach dem Start, beim Fahrpedaltreten oder beim Verlassen von Verlangsamungskraftstoffabschaltung (DFSO) das Ausmaß an Einlassluftkompression, die durch den Kompressor bereitgestellt wird, ungeeignet sein. Während zumindest einiger dieser Bedingungen kann der Betrag an Ladedruck, der vom Kompressor verfügbar ist, aufgrund dessen begrenzt sein, dass die Turbine nicht auf eine ausreichend hohe Drehzahl hochgedreht wird (beispielsweise aufgrund einer niedrigen Abgastemperatur oder eines niedrigen Abgasdrucks). An sich wird die Zeit, die erforderlich ist, damit die Turbine hochdreht und den Kompressor antreibt, um die erforderliche Menge an komprimierter Einlassluft zu liefern, als Turboloch bezeichnet. Während des Turbolochs kann der Betrag des gelieferten Drehmoments nicht der Drehmomentanforderung entsprechen, was zu einem Abfall der Kraftmaschinenleistung führt.
  • An sich kann während eines Fahrpedaltretens, wenn eine tatsächliche Turbinendrehzahl unter einer gewünschten Turbinendrehzahl liegt, und wenn eine Differenz zwischen einem Einlasskrümmerdruck und einem Auslasskrümmerdruck geringer ist als eine Schwellendifferenz, die Kraftmaschine in einem Sekundärlufteinleitungsmodus betrieben werden. Die Details des Kraftmaschinenbetriebs im Sekundärlufteinleitungsmodus werden bei 4 weiter ausgearbeitet. Sekundärluft kann beispielsweise zum Auslasskrümmer unter Verwendung einer Sekundärluftpumpe zugeführt werden. Eine Menge an zugeführter Sekundärluft kann auf der gewünschten Turbinendrehzahl basieren. Gleichzeitig kann die Kraftmaschine mit einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Zylinder betrieben werden. Infolge des fetten Betriebs der Kraftmaschine können hohe Niveaus an CO, H2 und Kohlenwasserstoffen aus der Kraftmaschine erzeugt werden, die sich exotherm mit der Sekundärluft im Auslasskrümmer kombinieren können, wodurch die Abgasenergie erhöht wird. Die erhöhte Abgasenergie kann verwendet werden, um die Drehung der Turbine auf die gewünschte Drehzahl zu beschleunigen, wodurch das Turboloch verringert wird. Während des Kraftmaschinenbetriebs mit Sekundärlufteinleitung können ferner eine Einlassventilzeitsteuerung und eine Auslassventilzeitsteuerung eingestellt werden, um die anfängliche Drehmomentausgabe zu erhöhen. In dieser Weise kann die Sekundärlufteinleitung während eines frühen Teils des Fahrpedaltretens verwendet werden, um das Turbinenhochdrehen zu beschleunigen und eine anfängliche Drehmomentausgabe zu erhöhen, bis ein ausreichender Ladedruck für das Durchblasen erreicht wird.
  • Beim Erreichen einer ausreichenden Aufladung für das Durchblasen (das heißt wenn die Differenz zwischen dem Einlasskrümmerdruck und dem Auslasskrümmerdruck größer ist als eine Schwellendifferenz) kann die Kraftmaschine in einem Kombinationsmodus mit Sekundärlufteinleitung und Durchblasen betrieben werden, bis eine Sekundärlufteinleitungs-Durchflussrate unter einer Schwellendurchflussrate liegt. Die Details des Kraftmaschinenbetriebs im Kombinationsmodus werden bei 6 weiter ausgearbeitet. Während des Kraftmaschinenbetriebs im Kombinationsmodus kann beispielsweise die Sekundärluft-Durchflussrate verringert werden, während eine Menge an Durchblasluft erhöht wird. Gleichzeitig kann die Kraftmaschine fett betrieben werden, um fettes Abgas zu erzeugen, das sich exotherm mit Sekundärluft und Durchblasluft im Auslasskrümmer kombinieren kann, um die Abgasenergie zu erhöhen. In einem Beispiel kann der Kraftmaschinenbetrieb nicht vom Sekundärlufteinleitungsmodus auf den Kombinationsmodus umschalten, bis ein Schwellenladedruck erreicht ist. Der Schwellenladedruck kann zumindest beispielsweise auf einer Drehmomentanforderung basieren.
  • Wenn die Sekundärluft-Durchflussrate unter die Schwellendurchflussrate gelangt, kann die Sekundärlufteinleitung gestoppt werden und die Kraftmaschine kann in einem Durchblasmodus betrieben werden. Die Details des Kraftmaschinenbetriebs im Durchblasmodus werden bei 5 weiter ausgearbeitet. Während des Durchblasmodus kann beispielsweise eine Menge an komprimierter Einlassluft, die hier auch als Durchblasluft bezeichnet wird, vom Einlasskrümmer zum Auslasskrümmer gelenkt werden, während stöchiometrische Katalysatorbedingungen aufrechterhalten werden, um eine zusätzliche Massenströmung zum Hochdrehen der Turbine zu liefern. In einigen Ausführungsformen kann eine Kraftstoffeinspritzung entsprechend der Durchblasluftmenge eingestellt (z. B. angefettet) werden, um zusätzliche Enthalpie zum Hochdrehen der Turbine zu schaffen. Die Durchblasluft kann geliefert werden, während die Kraftmaschine zumindest eine gewisse Aufladung aufweist, das heißt, während ein Einlasskrümmerdruck (MAP) um zumindest einen Schwellenbetrag höher ist als der Auslasskrümmerdruck. Auf der Basis der Kraftmaschinenbetriebsbedingungen, die zu dem Zeitpunkt vorherrschen, zu dem Durchblasluft angefordert wird, wird ein Ausmaß der Ventilüberlappung so eingestellt, dass die erforderliche Menge an Durchblasluft zur Turbine über die Kraftmaschinenzylinder durch positive Ventilüberlappung zugeführt werden kann.
  • Um beispielsweise das Durchblasen über die Kraftmaschinenzylinder zu schaffen, kann das VCT-System von einer anfänglichen Position ohne positive Ventilüberlappung in eine Endposition mit erhöhter positiver Ventilüberlappung eingestellt werden. In einem Beispiel kann die Endposition eine Position einer vollständigen Ventilüberlappung (oder maximalen positiven Ventilüberlappung) sein. Während die Verfahren hier das Liefern von Durchblasluft immer über positive Ventilüberlappung erörtern, kann in alternativen Ausführungsformen Durchblasluft nur über positive Ventilüberlappung geliefert werden, wenn die Ventilzeitsteuerung zum Vorsehen einer positiven Ventilüberlappung die Kraftmaschinen-Kraftstoffsparsamkeit, Verbrennungsstabilität und Drehmomentausgabe nicht verschlechtert.
  • In einem Beispiel kann der Kraftmaschinenbetrieb vom Sekundärlufteinleitungsmodus auf den Durchblasmodus ohne Betrieb im Kombinationsmodus umschalten. Als Beispiel kann eine maximale Menge an Sekundärluft, die durch die Sekundärluftpumpe zuführbar ist, auf einem Umgebungsdruck basieren. Bei höheren Höhenlagen, wo der Umgebungsdruck niedriger ist, kann daher die maximale Menge an Sekundärluft, die durch die Sekundärluftpumpe zuführbar ist, abnehmen. Wenn ein Abgasdruck über einen Schwellendruck zunimmt, kann folglich die Menge an zugeführter Sekundärluft signifikant geringer sein als die gewünschte Menge. Mit anderen Worten, der Abgasdruck kann die Sekundärluftpumpenfähigkeit überschreiten. Folglich kann der Kraftmaschinenbetrieb vom Sekundärlufteinleitungsmodus direkt auf den Durchblasmodus umschalten. In einigen Beispielen kann jedoch die Kraftmaschine im Kombinationsmodus arbeiten, wobei die Differenz zwischen der tatsächlichen Sekundärluftmenge und der gewünschten Sekundärluftmenge über Durchblasen bereitgestellt wird.
  • In einem anderen Beispiel kann der Kraftmaschinenbetrieb auf den Durchblasmodus umschalten, wenn die Bedingungen für die Oxidation im Auslasskrümmer nicht günstig sind. Wenn beispielsweise eine Abgastemperatur unter einer Schwellentemperatur liegt, kann die Sekundärluftpumpe gestoppt werden und die Kraftmaschine kann im Durchblasmodus arbeiten.
  • In einigen Beispielen kann erhitzte Sekundärluft während des Kraftmaschinenbetriebs mit Sekundärlufteinleitung zugeführt werden, um die Oxidation im Auslasskrümmer zu erhöhen. In dieser Weise kann durch Koordinieren der Sekundärlufteinleitung mit der Durchblasluft das Turboloch verringert werden und die Drehmomentausgabe kann verbessert werden. Die Details der Koordination der Sekundärlufteinleitung mit Durchblasluft werden mit Bezug auf 3 weiter ausgearbeitet.
  • Wenn man sich 3 zuwendet, zeigt sie eine Beispielroutine 300 zum Bestimmen des Typs des Kraftmaschinenbetriebs, der in Reaktion auf das Fahrpedaltreten durchgeführt wird, um das Turboloch zu verringern. Während des frühen Teils des Fahrpedaltretens, wenn eine Turbinendrehzahl unter einer Schwellendrehzahl liegt und bis ein Schwellenladedruck erreicht ist, kann beispielsweise die Sekundärluft in den Auslasskrümmer eingeleitet werden, um die Abgasenergie zu erhöhen, die verwendet werden kann, um die Turbine zu drehen. Beim Erreichen des Schwellenladedrucks kann die Sekundärlufteinleitungsrate verringert werden und gleichzeitig kann Durchblasen verwendet werden. Wenn die Sekundärlufteinleitungsrate unter eine Schwellenrate abnimmt, kann die Sekundärlufteinleitung gestoppt werden und der Kraftmaschinenbetrieb kann auf einen Durchblasmodus umschalten, wodurch aufgeladene Einlassluft zum Auslasskrümmer über positive Ventilüberlappung gelenkt werden kann. Das Verfahren von 3 kann als ausführbare Befehle im nichtflüchtigen Speicher der in 1–2 gezeigten Steuereinheit 120 gespeichert sein.
  • Bei 302 umfasst das Verfahren das Abschätzen und/oder Messen von Kraftmaschinenbetriebsbedingungen. Diese können beispielsweise die Kraftmaschinendrehzahl, die Last, die Aufladung, den MAP, die Einlassluftströmung, Umgebungsbedingungen wie z. B. Umgebungsdruck, Temperatur, Feuchtigkeit, die Fahrerdrehmomentanforderung, die Abgastemperatur, die Turbinendrehzahl, den Ladedruck, die Pedalposition, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Kraftmaschinenverdünnungsanforderung, die Sekundärluftpumpendrehzahl, die tatsächliche Sekundärluftmenge, die Sekundärluft-Durchflussrate usw. umfassen. Bei 304 kann als nächstes ein Fahrpedaltreten bestätigt werden. Beispielsweise kann festgestellt werden, ob die Drehmomentanforderung mehr erhöht wird als um einen Schwellenbetrag und/oder ob ein Fahrpedal mehr als um ein Schwellenausmaß getreten wird. Wenn kein Fahrpedaltreten detektiert wird, kann die Routine enden. Wenn die Antwort bei 304 JA ist (das heißt, wenn ein Fahrpedaltreten bestätigt wird), kann die Routine 300 zu 306 weitergehen. Bei 306 kann die Routine das Feststellen, ob eine tatsächliche Turbinendrehzahl geringer ist als eine gewünschte Turbinendrehzahl, umfassen. Wenn die Antwort bei 306 NEIN ist, kann die Routine enden. Wenn die Antwort bei 306 JA ist, kann die Routine zu 308 weitergehen. Das heißt, wenn die Turbinendrehzahl geringer ist als die gewünschte Drehzahl, kann die Routine zu 308 weitergehen.
  • Bei 308 kann die Routine das Feststellen, ob eine Differenz zwischen einem Krümmerabsolutdruck am Einlasskrümmer und einem Auslasskrümmerdruck größer ist als eine Schwellendifferenz, umfassen. Das heißt, es kann festgestellt werden, ob ein positiver Pumpverlauf hergestellt ist. An sich kann ein positiver Pumpverlauf angeben, dass die Kraftmaschinenbetriebsbedingungen für einen Durchblasbetrieb geeignet sind. Wenn die Antwort bei 308 NEIN ist, kann festgestellt werden, dass eine Ausreichende Aufladung für den Durchblasdruck nicht verfügbar ist, und anschließend kann die Routine zu 310 weitergehen. Bei 310 kann die Routine das Einstellen des Kraftmaschinenbetriebs umfassen, um eine Sekundärlufteinleitung vorzusehen. Beim Feststellen, dass eine ausreichende Aufladung für Durchblasen nicht verfügbar ist, kann die Kraftmaschine beispielsweise mit Sekundärlufteinleitung betrieben werden. Während der Sekundärlufteinleitung kann eine Sekundärluftpumpe betrieben werden, um Luft in den Auslasskrümmer zu liefern, und gleichzeitig kann die Kraftmaschine mit einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Zylinder betrieben werden, um eine exotherme Reaktion zwischen den Abgasen von der fetten Verbrennung und der Sekundärluft, die durch die Sekundärluftpumpe zugeführt wird, zu erzeugen. Folglich können die Masse und Enthalpie des Abgases erhöht werden, die verwendet werden kann, um die Turbinendrehzahl auf die gewünschte Turbinendrehzahl zu erhöhen.
  • Während des Kraftmaschinenbetriebs mit Sekundärlufteinleitung kann ferner das VCT-System eingestellt werden, um die anfängliche Drehmomentausgabe zu erhöhen. Die Details des Kraftmaschinenbetriebs mit Sekundärlufteinleitung werden mit Bezug auf 4 weiter ausgearbeitet.
  • In einem Beispiel kann beim Detektieren eines Fahrpedaltrittereignisses, wenn die tatsächliche Turbinendrehzahl geringer als erwünscht ist, die Kraftmaschine mit Sekundärlufteinleitung betrieben werden, bis eine Schwellenturbinendrehzahl erreicht wird, ungeachtet der Differenz zwischen dem Einlasskrümmerdruck und dem Auslasskrümmerdruck, um die anfängliche Drehmomentausgabe zu verbessern. Beim Erreichen der Schwellenturbinendrehzahl kann der Kraftmaschinenbetrieb auf den Betrieb gleichzeitig mit Sekundärlufteinleitung und Durchblasen oder Durchblasen allein umschalten.
  • Mit Rückkehr zu 308 kann, wenn die Antwort bei 308 JA ist, die Routine zu 312 weitergehen. Das heißt, wenn festgestellt wird, dass die Kraftmaschinenbetriebsbedingungen für den Durchblasbetrieb geeignet sind, kann die Routine zu 312 weitergehen. Bei 312 kann die Routine das Feststellen, ob die Sekundärluftpumpe aktiv ist, umfassen. Wenn die Antwort bei 312 Ja ist, kann die Routine zu 314 weitergehen. Das heißt, wenn festgestellt wird, dass die Sekundärluftpumpe aktiv ist, wenn ausreichend Aufladung für das Durchblasen verfügbar ist und die Turbinendrehzahl geringer als erwünscht ist, kann die Routine zu 314 weitergehen. Bei 314 kann die Routine das Feststellen, ob ein tatsächlicher Ladedruck größer als ein Schwellenladedruck ist, umfassen. In diesem Beispiel kann der Ladedruck ein Einlasskrümmerdruck in Bezug auf den Umgebungsdruck sein. Der Schwellenladedruck kann auf der Differenz zwischen dem Einlasskrümmerdruck und dem Auslasskrümmerdruck, der größer ist als die Schwellendruckdifferenz basieren, und ferner auf einer oder mehreren der Drehmomentanforderung, der Kraftmaschinendrehzahl, der Abgastemperatur, der Kraftmaschinentemperatur usw. basieren. Beim Feststellen, dass ausreichend Aufladung für das Durchblasen verfügbar ist, kann der Kraftmaschinenbetrieb beispielsweise mit nur Sekundärlufteinleitung fortfahren, bis ein Ladedruck über einen Schwellendruck zunimmt. Wenn die Drehmomentanforderung zunimmt, kann ferner der Schwellenladedruck zunehmen.
  • Wenn die Antwort bei 314 NEIN ist, kann die Routine folglich zu 318 weitergehen. Bei 318 kann beim Feststellen, dass der tatsächliche Ladedruck geringer ist als der Schwellenladedruck, die Routine das Fortsetzen des Kraftmaschinenbetriebs mit nur Sekundärlufteinleitung umfassen.
  • Wenn die Antwort bei 314 JA ist, kann die Routine zu 322 weitergehen. Beim Feststellen, dass der tatsächliche Ladedruck größer ist als der Schwellenladedruck, kann die Kraftmaschine in einem Kombinationsmodus, in dem die Sekundärlufteinleitung und das Durchblasen gleichzeitig durchgeführt werden können, oder einem Durchblasmodus, in dem die Sekundärlufteinleitung gestoppt werden kann und nur Durchblasen bereitgestellt werden kann, betrieben werden. An sich kann der Typ von Kraftmaschinenbetrieb, der durchgeführt werden kann (wenn der tatsächliche Ladedruck größer ist als der Schwellenladedruck), auf einer tatsächlichen Sekundärluft-Durchflussrate basieren. Bei 322 kann folglich die Routine das Feststellen, ob eine Sekundärluft-Durchflussrate geringer ist als eine Schwellenrate, umfassen.
  • Wenn bei 322 die Sekundärluft-Durchflussrate unter der Schwellenrate liegt, kann die Routine zu 324 weitergehen. Bei 324 kann die Routine das Deaktivieren der Sekundärluftpumpe und das Liefern von Sekundärluft nur über Durchblasen umfassen. Das heißt, der Kraftmaschinenbetrieb kann auf den Durchblasmodus umschalten, wenn festgestellt wird, dass die Sekundärluft-Durchflussrate unter der Schwellenrate liegt. Das Ausmaß an Durchblasen kann auf der gewünschten Turbinendrehzahl basieren. Wenn beispielsweise die gewünschte Turbinendrehzahl zunimmt, kann das Ausmaß des Durchblasens zunehmen. Die Details des Kraftmaschinenbetriebs mit Durchblasen werden mit Bezug auf 5 weiter ausgearbeitet.
  • Mit Rückkehr zu 322 kann, wenn die Sekundärluft-Durchflussrate nicht geringer ist als die Schwellenrate, die Routine zu 326 weitergehen. Bei 326 kann die Routine das Verringern der Sekundärluft-Durchflussrate umfassen, während das Ausmaß des Durchblasens erhöht wird. Das Ausmaß des Durchblasens kann auf der gewünschten Turbinendrehzahl und der tatsächlichen Sekundärluft-Durchflussrate basieren. Die Details des Kraftmaschinenbetriebs mit Sekundärlufteinleitung und Durchblasen werden bei 6 ausgearbeitet.
  • Mit Rückkehr zu 312 kann, wenn die Sekundärluftpumpe nicht aktiv ist, die Routine zu 320 weitergehen. Bei 320 kann die Routine das Betreiben der Kraftmaschine mit Durchblasen umfassen, um Sekundärluft im Auslass bereitzustellen, um das Turboloch zu verringern. Das Durchblasausmaß kann auf der gewünschten Turbinendrehzahl basieren. Die Details des Kraftmaschinenbetriebs im Durchblasmodus werden in Bezug auf 5 weiter ausgearbeitet.
  • In einem Beispiel kann der Kraftmaschinenbetrieb vom Sekundärlufteinleitungsmodus auf den Durchblasmodus umschalten, wenn eine gewünschte Sekundärlufteinleitungsmenge die Sekundärluftpumpenfähigkeit übersteigt. Beispielsweise kann eine tatsächliche Sekundärlufteinleitungsmenge überwacht werden. Wenn die Differenz zwischen der gewünschten Sekundärlufteinleitungsmenge und der tatsächlichen Sekundärlufteinleitungsmenge größer ist als eine Schwellenmenge, kann festgestellt werden, dass die Sekundärluftpumpe nicht die gewünschte Sekundärlufteinleitungsmenge zuführt. Beispielsweise kann die durch die Sekundärluftpumpe zugeführte Sekundärlufteinleitungsmenge auf einem Umgebungsdruck und einem Abgasdruck basieren. In hohen Höhenlagen, wenn der Umgebungsdruck abnimmt, kann das Ausmaß an Sekundärlufteinleitung, die durch die Sekundärluftpumpe zugeführt wird, abnehmen. Daher kann die Sekundärluftpumpe mit einer höheren Drehzahl arbeiten, um eine gewünschte Sekundärlufteinleitungsmenge zuzuführen. Die Pumpe kann jedoch bald eine maximale Drehzahl erreichen und die Sekundärluftpumpe kann außerstande sein, die gewünschte Sekundärlufteinleitungsmenge zuzuführen. Wenn die Differenz zwischen der gewünschten Sekundärlufteinleitungsmenge und der tatsächlichen Sekundärlufteinleitungsmenge über einer Schwellendifferenz liegt, kann daher die Sekundärluftpumpe gestoppt werden und zusätzliche Luft zur Oxidation im Abgas kann über Durchblasen zugeführt werden. Wenn beispielsweise der Umgebungsdruck abnimmt, kann das Durchblasen früher bereitgestellt werden. Das heißt, mit zunehmender Höhenlage nimmt der Umgebungsdruck ab und folglich kann das Durchblasen früher bereitgestellt werden. In einem Beispiel kann die Sekundärluftpumpe in Reaktion auf eine Abnahme des Umgebungsdrucks unter einen Schwellenumgebungsdruck früher gestoppt werden.
  • In einem anderen Beispiel kann die Sekundärluftpumpe auf der Basis einer Auslasskanaltemperatur deaktiviert werden. Wenn beispielsweise die Auslasskanaltemperatur unter einer Schwellentemperatur liegt, kann die Auslasskanaltemperatur zu kalt sein, um eine ausreichende Oxidation zu unterstützen, um Wärme zu erzeugen. Daher kann die Sekundärlufteinleitung gestoppt werden und die Kraftmaschine kann mit Durchblasen betrieben werden.
  • In noch einem anderen Beispiel kann die Sekundärluftpumpe deaktiviert werden, wenn eine Oxidationsrate im Auslasskrümmer vor der Turbine unter einer Schwellenrate liegt.
  • In dieser Weise kann während des Fahrpedaltretens der Kraftmaschinenbetrieb koordiniert werden, um Sekundärlufteinleitung vor dem Vorsehen von Durchblasen zu schaffen, um das Turboloch zu verringern und die anfängliche Drehmomentausgabe zu verbessern. Durch Vorsehen der Sekundärlufteinleitung während einer frühen Phase des Fahrpedaltretens kann die anfängliche Drehmomentausgabe erhöht werden. Unter Verwendung von Sekundärlufteinleitung vor dem Durchblasen kann ferner eine ausreichende Aufladung für einen anschließenden Durchblasbetrieb erzeugt werden. Folglich kann die Kraftmaschinenleistung verbessert werden.
  • In einem Beispiel kann ein Verfahren für eine Kraftmaschine während einer ersten Bedingung das Zuführen einer Sekundärluftmenge stromaufwärts einer Auslassturbine über nur eine Sekundärluftpumpe; während einer zweiten Bedingung das Zuführen der Sekundärluftmenge über die Sekundärluftpumpe und das Zuführen einer Durchblasluftmenge über eine positive Ventilüberlappung; und während einer dritten Bedingung das Zuführen nur der Durchblasluftmenge über die positive Ventilüberlappung umfassen. Die erste Bedingung kann eine tatsächliche Turbinendrehzahl, die geringer ist als eine gewünschte Turbinendrehzahl, eine Differenz zwischen einem Einlasskrümmerdruck und einem Auslasskrümmerdruck, die geringer ist als eine Schwellendruckdifferenz, umfassen. Die zweite Bedingung kann eine tatsächliche Turbinendrehzahl, die geringer ist als eine gewünschte Turbinendrehzahl, eine Differenz zwischen dem Einlasskrümmerdruck und dem Auslasskrümmerdruck, die größer ist als die Schwellendruckdifferenz, und einen Ladedruck, der größer ist als ein Schwellenladedruck, umfassen. Die dritte Bedingung kann eine tatsächliche Turbinendrehzahl, die geringer ist als eine gewünschte Turbinendrehzahl, eine Differenz zwischen dem Einlasskrümmerdruck und dem Auslasskrümmerdruck, die größer ist als die Schwellendruckdifferenz, den Ladedruck, der größer ist als den Schwellenladedruck, und die Sekundärluftmenge, die geringer ist als eine Schwellenmenge, umfassen. Die dritte Bedingung kann ferner das Deaktivieren der Sekundärluftpumpe, um die Sekundärluftströmung zu stoppen, umfassen. Ferner kann eine Sekundärluft-Durchflussrate auf der Basis einer Menge an Sauerstoff, der für die Oxidation stromaufwärts der Turbine verfügbar ist, umfassen. In einigen Beispielen kann die Sekundärluftpumpe früher deaktiviert werden, wenn eine Höhenlage zunimmt.
  • Wenn man sich 4 zuwendet, stellt eine Routine 400 ein Verfahren zum Einstellen des Kraftmaschinenbetriebs dar, um Sekundärluft über eine Sekundärluftpumpe in den Auslasskrümmer stromaufwärts einer Turbine zuzuführen, um eine Dauer zu verringern, die erforderlich ist, um eine Drehzahl der Turbine auf eine gewünschte Turbinendrehzahl zu erhöhen, während Übergangsbedingungen wie z. B. einem Fahrpedaltreten. Insbesondere kann die Sekundärluftpumpe verwendet werden, um Sekundärluft während eines frühen Teils des Fahrpedaltretens zuzuführen, wenn keine ausreichende Aufladung für einen Durchblasbetrieb verfügbar ist. Das Verfahren von 4 kann als ausführbare Befehle im nichtflüchtigen Speicher der in 1–2 gezeigten Steuereinheit 120 gespeichert sein.
  • Bei 402 kann die Routine 400 das Bestimmen und/oder Messen von Kraftmaschinenbetriebsbedingungen umfassen. Die Kraftmaschinenbetriebsbedingungen können eine Kraftmaschinentemperatur, eine Kraftmaschinendrehzahl, eine Kraftmaschinenlast, eine Umgebungstemperatur, einen Luftdruck, eine Abgastemperatur, eine Sekundärluftpumpendrehzahl, eine Sekundärluftmenge, eine Fahrpedalposition, einen Batterie-Ladungszustand usw. umfassen. Als nächstes kann die Routine 400 bei 404 das Bestimmen einer gewünschten Turbinendrehzahl umfassen. Die gewünschte Turbinendrehzahl kann beispielsweise auf einer Drehmomentanforderung und einer Fahrpedalposition basieren. Nach dem Bestimmen der gewünschten Turbinendrehzahl kann die Routine zu 406 weitergehen. Bei 406 kann die Routine das Bestimmen einer gewünschten Sekundärlufteinleitungs-Durchflussrate auf der Basis der gewünschten Turbinendrehzahl umfassen. Wenn die gewünschte Turbinendrehzahl beispielsweise zunimmt, kann die gewünschte Sekundärlufteinleitungs-Durchflussrate zunehmen.
  • Als nächstes umfasst die Routine bei 408 das Einstellen der Sekundärluftpumpe, um eine gewünschte Sekundärluftmenge zuzuführen. Eine Drehzahl der Sekundärluftpumpe kann beispielsweise eingestellt werden, um die gewünschte Sekundärluftmenge zuzuführen. Nach dem Einstellen der Sekundärluftpumpe umfasst die Routine bei 410 das Bestimmen einer tatsächlichen Sekundärluft-Durchflussrate. Die tatsächliche Sekundärluft-Durchflussrate kann beispielsweise auf der Sekundärluftpumpendrehzahl, dem Umgebungsdruck und dem Abgasdruck basieren.
  • Als nächstes umfasst die Routine 400 bei 412 das Einstellen des Kraftmaschinenbetriebs auf der Basis der tatsächlichen Sekundärluft-Durchflussrate. Das Einstellen des Kraftmaschinenbetriebs umfasst beispielsweise bei 414 das Einstellen einer Kraftstoffeinspritzmenge auf der Basis der tatsächlichen Sekundärluft-Durchflussrate. In einem Beispiel kann die Kraftstoffeinspritzmenge zunehmen, wenn die Sekundärluft-Durchflussrate zunimmt. Ferner kann die Kraftstoffeinspritzmenge derart eingestellt werden, dass das gesamte Kraftmaschinen-Luft/Kraftstoff-Verhältnis stöchiometrisch ist. Wenn die Sekundärlufteinleitung verwendet wird, kann die Kraftmaschine folglich mit einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Zylinder betrieben werden. Ferner kann bei 416 das Einstellen des Kraftmaschinenbetriebs das Einstellen des VCT-Systems umfassen, so dass die Volumeneffizienz optimiert werden kann. Eine Einlass- und/oder eine Auslassventilzeitsteuerung kann beispielsweise eingestellt werden, um die positive Ventilüberlappung zu verringern und die anfängliche Drehmomentausgabe zu erhöhen. Noch ferner kann bei 418 das Einstellen des Kraftmaschinenbetriebs das Einstellen eines Zündfunkenzeitpunkts umfassen. Während des Kraftmaschinenbetriebs im Sekundärlufteinleitungsmodus kann beispielsweise der Zündfunkenzeitpunkt verzögert werden. Ein Ausmaß der Spätzündung kann auf einem oder mehreren einer gewünschten Drehmomentausgabe und einer gewünschten Abgasenergie zur Turbine basieren. Ein Ausmaß der Spätzündung, das während der Sekundärlufteinleitung bereitgestellt wird, kann jedoch geringer als das Ausmaß der Spätzündung sein, das während des Durchblasens bereitgestellt wird. Da weniger Spätzündung während der Sekundärlufteinleitung verwendet werden kann, kann die Verbrennung nahe dem Optimum für eine unmittelbare Drehmomentausgabe stattfinden. Folglich kann die anfängliche Drehmomentausgabe erhöht werden, wenn die Sekundärlufteinleitung verwendet wird.
  • In dieser Weise kann die Sekundärlufteinleitung früh während des Fahrpedaltretens verwendet werden, um die anfängliche Drehmomentausgabe zu erhöhen, ausreichend Aufladung für den Durchblasbetrieb erzeugen und das Turboloch zu verringern.
  • Wenn man sich nun 5 zuwendet, stellt die Routine 500 ein Verfahren zum Durchblasen dar, um das Turboloch zu verringern. Das Verfahren von 5 kann als ausführbare Befehle im nichtflüchtigen Speicher der in 1–2 gezeigten Steuereinheit 120 gespeichert sein. In Reaktion auf ein Fahrpedaltreten kann beispielsweise die Kraftmaschine 100 anfänglich mit Sekundärlufteinleitung (wie in 4 erörtert) betrieben werden, um eine Aufladung für das Durchblasen zu erzeugen, das Drehen der Turbine auf eine gewünschte Drehzahl zu beschleunigen und die anfängliche Drehmomentausgabe zu erhöhen. Anschließend kann der Kraftmaschinenbetrieb umschalten, um nur das Durchblasen zu schaffen, wenn eine Sekundärlufteinleitungsmenge unter eine Schwelleneinleitungsmenge abnimmt. In einigen Beispielen kann in Reaktion auf das Fahrpedaltreten Durchblasen vorgesehen werden, wenn eine Differenz zwischen dem Einlasskrümmerdruck und einem Auslasskrümmerdruck über eine Schwellendifferenz zunimmt. In einigen anderen Beispielen kann in Reaktion auf das Fahrpedaltreten Durchblasen bereitgestellt werden, wenn ein Ladedruck auf oder über einem Schwellenladedruck liegt. Vor dem Erreichen des Schwellenladedrucks kann die Kraftmaschine mit Sekundärlufteinleitung betrieben werden, wie bei 4 erörtert.
  • An sich kann während des Durchblasens die Kraftmaschine mit positiver Überlappung betrieben werden, so dass die aufgeladene Durchblasluft in den Kraftmaschinenauslass gelenkt werden kann. Ferner kann die Kraftmaschine mit einem fetten Zylinder-Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben werden. Die Durchblasluft kann exotherm mit dem Abgas aus der Kraftmaschine (durch die fette Verbrennung erzeugt) im Auslasskrümmer reagieren, wodurch die Masse und die Enthalpie des Abgases erhöht werden, um die Turbinendrehzahl auf die gewünschte Drehzahl zu erhöhen.
  • Bei 502 kann die Routine 500 das Bestimmen und/oder Messen von Kraftmaschinenbetriebsbedingungen umfassen. Die Kraftmaschinenbetriebsbedingungen können eine Kraftmaschinendrehzahl, eine gewünschte Drehmomentausgabe, eine Abgastemperatur, eine Auslasskatalysatortemperatur, eine Turbinendrehzahl, einen Einlasskrümmerdruck, einen Ladedruck, einen Luftdruck, einen Auslasskrümmerdruck, eine Pedalposition, eine Fahrzeuggeschwindigkeit usw. umfassen. Nach dem Bestimmen der Kraftmaschinenbetriebsbedingungen kann die Routine zu 504 weitergehen, um eine gewünschte Turbinendrehzahl zu bestimmen. Die gewünschte Turbinendrehzahl kann beispielsweise auf einer Drehmomentanforderung und einer Fahrpedalposition basieren.
  • Als nächstes kann bei 504 die Routine das Bestimmen einer gewünschten Durchblasmenge auf der Basis zumindest der gewünschten Turbinendrehzahl umfassen. Wenn die gewünschte Turbinendrehzahl beispielsweise zunimmt, kann die Durchblasmenge zunehmen.
  • Nach dem Bestimmen der gewünschten Durchblasmenge kann die Routine 500 bei 508 das Einstellen des Kraftmaschinenbetriebs auf der Basis der gewünschten Durchblasmenge umfassen. Das Einstellen des Kraftmaschinenbetriebs kann beispielsweise bei 510 das Einstellen einer Einlassventilzeitsteuerung und einer Auslassventilzeitsteuerung umfassen, um eine positive Ventilüberlappung zwischen einem Einlassventil und einem Auslassventil zu schaffen. Insbesondere kann das Auslassventilschließen verzögert werden und das Einlassventilöffnen kann vorverlegt werden, um eine positive Ventilüberlappung für Durchblasspülen zu schaffen. Ferner können die Dauer der positiven Überlappung, ein Einlassventilhubausmaß und ein Auslassventilhubausmaß eingestellt werden, um das gewünschte Durchblasen zu schaffen. Ferner kann das Einstellen des Kraftmaschinenbetriebs bei 512 das Einstellen einer Kraftstoffeinspritzmenge proportional zur Durchblasmenge umfassen, um ein gesamtes stöchiometrisches Kraftmaschinen-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erhalten. Die Kraftstoffeinspritzmenge kann beispielsweise durch Einstellen einer Kraftstoffeinspritzdüsen-Impulsbreite eingestellt werden. Noch ferner kann bei 514 ein Zündfunkenzeitpunkt eingestellt werden. Der Zündfunkenzeitpunkt kann beispielsweise verzögert werden, wenn das Ausmaß an Durchblasen zunimmt.
  • In dieser Weise kann Durchblasluft während eines späteren Teils des Fahrpedaltretens nach der Sekundärlufteinleitung bereitgestellt werden, um die Turbinendrehzahl auf die gewünschte Turbinendrehzahl zu erhöhen.
  • Wenn man sich 6 zuwendet, stellt eine Routine 600 ein Verfahren zum Zuführen einer Kombination von Sekundärluft und Durchblasen dar, so dass Sekundärluft von einer Sekundärluftpumpe und die aufgeladene Luft von einem Durchblasbetrieb im Auslasskrümmer gleichzeitig verfügbar sind, um das Turboloch zu verringern. Das Verfahren von 6 kann als ausführbare Befehle im nichtflüchtigen Speicher der in 1–2 gezeigten Steuereinheit 120 gespeichert sein. Während eines Fahrpedaltretens kann beispielsweise die Sekundärlufteinleitung durchgeführt werden, bis ein tatsächlicher Ladedruck einen Schwellenladedruck erreicht, wonach die Kraftmaschine mit Sekundärlufteinleitung und Durchblasen arbeiten kann, bevor auf den Betrieb nur mit Durchblasen umgeschaltet wird, um eine Zeitdauer zu verringern, um eine tatsächliche Turbinendrehzahl auf eine gewünschte Turbinendrehzahl zu erhöhen. Mit anderen Worten, während einer frühen Phase des Fahrpedaltretens kann die Kraftmaschine mit nur Sekundärlufteinleitung betrieben werden, während einer Zwischenphase des Fahrpedaltretens kann die Kraftmaschine mit Sekundärlufteinleitung und Durchblasen betrieben werden und während einer späten Phase des Fahrpedaltretens kann die Kraftmaschine mit nur Durchblasen betrieben werden.
  • An sich kann die Zwischenphase des Kraftmaschinenbetriebs mit Sekundärlufteinleitung und Durchblasen durchgeführt werden, um den Kraftmaschinenbetrieb von nur der Sekundärlufteinleitung auf nur Durchblasen zu überführen. Wenn die Zwischenphase fortschreitet, kann eine Sekundärlufteinleitungsmenge verringert werden und die Durchblasmenge kann erhöht werden.
  • Bei 602 kann die Routine 600 das Bestimmen und/oder Messen von Kraftmaschinenbetriebsbedingungen umfassen. Die Kraftmaschinenbetriebsbedingungen können eine Kraftmaschinentemperatur, eine Kraftmaschinendrehzahl, eine Kraftmaschinenlast, eine Umgebungstemperatur, einen Luftdruck, eine Abgastemperatur, eine Auslasskatalysatortemperatur, eine Sekundärluftpumpendrehzahl, eine Sekundärluftmenge, einen Batterie-Ladungszustand, ein Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis usw. umfassen.
  • Als nächstes kann die Routine 600 bei 604 das Bestimmen einer gewünschten Turbinendrehzahl umfassen. Die gewünschte Turbinendrehzahl kann beispielsweise auf einer Drehmomentanforderung und einer Fahrpedalposition basieren. Nach dem Bestimmen der gewünschten Turbinendrehzahl kann die Routine zu 606 weitergehen. Bei 606 kann die Routine das Bestimmen einer tatsächlichen Sekundärluft-Durchflussrate umfassen. Vor dem Betrieb mit Durchblasen und Sekundärlufteinleitung kann die Kraftmaschine an sich mit nur Sekundärlufteinleitung betrieben werden.
  • Als nächstes kann die Routine bei 607 das Verringern der Sekundärluft-Durchflussrate um eine Schwellenrate umfassen. Die Sekundärluft-Durchflussrate kann beispielsweise durch Verringern einer Sekundärluftpumpendrehzahl verringert werden. In einem Beispiel kann die Schwellenrate eine feste Rate sein. In einem anderen Beispiel kann die Schwellenrate mit jedem Kraftmaschinenzyklus zunehmen. Nach dem Verringern der Sekundärluft-Durchflussrate kann die Routine 600 zu 608 weitergehen. Bei 608 kann die Routine das Bestimmen einer gewünschten Durchblasmenge zumindest auf der Basis der gewünschten Turbinendrehzahl und der verringerten Sekundärluft-Durchflussrate umfassen. Wenn die Sekundärlufteinleitungsrate beispielsweise abnimmt, kann die Durchblasmenge zunehmen.
  • Als nächstes umfasst die Routine 600 bei 610 das Einstellen des Kraftmaschinenbetriebs, um Durchblasen zu schaffen, auf der Basis der gewünschten Durchblasmenge. Das Einstellen des Kraftmaschinenbetriebs, um das Durchblasen zu schaffen, kann bei 612 das Einstellen einer Kraftstoffeinspritzmenge auf der Basis der gewünschten Turbinendrehzahl, der verringerten Sekundärlufteinleitungsmenge und der gewünschten Durchblasmenge umfassen. An sich kann die Kraftmaschine fett betrieben werden, wenn Sekundärluft und Durchblasen geschaffen wird, um CO, H2 und Kohlenwasserstoffe aus der Kraftmaschine im Auslasskrümmer vorzusehen. Diese Verbindungen vom fetten Verbrennungsereignis können mit Sekundärluft von der Sekundärluftpumpe und der Durchblasluft exotherm reagieren, um zusätzliche Abgasenergie zu liefern, um das Drehen der Turbine auf die gewünschte Turbinendrehzahl zu beschleunigen.
  • Bei 614 kann der Kraftmaschinenbetrieb das Einstellen einer Einlassventilzeitsteuerung und einer Auslassventilzeitsteuerung, um eine positive Überlappung zu schaffen, umfassen. Ein Auslassventil-Schließzeitpunkt kann beispielsweise verzögert werden und ein Einlassventil-Öffnungszeitpunkt kann vorverlegt werden, um eine positive Ventilüberlappung zu erzeugen. Ferner können die Dauer der positiven Überlappung, ein Einlassventilhubausmaß und ein Auslassventilhubausmaß eingestellt werden, um das gewünschte Durchblasen zu schaffen.
  • Bei 616 kann der Kraftmaschinenbetrieb das Einstellen eines Reaktionszeitpunkts der VCT auf der Basis der Änderungsrate der Sekundärlufteinleitung umfassen. Ferner kann bei 618 ein Zündfunkenzeitpunkt eingestellt werden. Der Zündfunkenzeitpunkt kann beispielsweise verzögert werden und das Ausmaß der Spätzündung kann zunehmen, wenn die gewünschte Luftmenge für die Oxidation im Abgas zunimmt.
  • In dieser Weise kann während des Fahrpedaltretens die Kraftmaschine in einem Kombinationsmodus mit Sekundärlufteinleitung und Durchblasen nach dem Betrieb im Sekundärluftmodus und vor dem Betrieb im Durchblasmodus betrieben werden, um das Turboloch zu verringern.
  • Wenn man sich 7 zuwendet, sind Beispieleinstellungen der Sekundärlufteinleitung und des Durchblasens während eines Fahrpedaltrittvorgangs gezeigt. Die Sequenz von 7 kann durch Ausführen von Befehlen im System von 1 gemäß dem Verfahren von 3–6 bereitgestellt werden. Vertikale Markierungen zu den Zeitpunkten t0–t3 stellen interessierende Zeitpunkte während der Sequenz dar. In allen nachstehend erörterten Diagrammen stellt die X-Achse die Zeit dar und die Zeit nimmt von der linken Seite jedes Diagramms zur rechten Seite jedes Diagramms zu.
  • Das erste Diagramm von der Oberseite von 7 stellt die Fahrpedalposition (PP) als Funktion der Zeit dar. Die Y-Achse stellt die Fahrpedalposition dar und ein Herabtreten des Fahrpedals nimmt in der Richtung des Y-Achsen-Pfeils zu.
  • Das zweite Diagramm von der Oberseite von 7 stellt die Turbinendrehzahl als Funktion der Zeit dar. Die Y-Achse stellt eine Turbinendrehzahl dar und die Turbinendrehzahl nimmt in der Richtung des Y-Achsen-Pfeils zu. Die Kurve 704 stellt eine gewünschte Turbinendrehzahl dar, die Kurve 706 stellt eine tatsächliche Turbinendrehzahl dar und die horizontale Linie 708 stellt eine Schwellenturbinendrehzahl dar. An sich kann die Schwellendrehzahl eine Turbinendrehzahl sein, bei der ausreichend Ladedruck für das Durchblasen erzeugt werden kann.
  • Das dritte Diagramm von der Oberseite von 7 stellt den Ladedruck als Funktion der Zeit dar. Die Y-Achse stellt einen Ladedruck dar und der Ladedruck nimmt in der Richtung des Y-Achsen-Pfeils zu. Die Kurve 710 stellt einen gewünschten Ladedruck dar, die Kurve 712 stellt einen tatsächlichen Ladedruck dar und die horizontale Linie 714 stellt einen Schwellenladedruck dar. An sich kann beim Schwellenladedruck eine Differenz zwischen einem Einlasskrümmerdruck und einem Auslasskrümmerdruck einen Druck gleich oder größer als eine Schwellendruckdifferenz erreichen, die zum Erzeugen des Ladedrucks zum Schaffen des Durchblasens erforderlich ist.
  • Das vierte Diagramm von der Oberseite von 7 stellt die Sekundärlufteinleitungsmenge als Funktion der Zeit dar. Die Y-Achse stellt eine Sekundärlufteinleitungsmenge dar und die Sekundärlufteinleitungsmenge nimmt in der Richtung des Y-Achsen-Pfeils zu.
  • Das fünfte Diagramm von der Oberseite von 7 stellt die Durchblasmenge als Funktion der Zeit dar. Die Y-Achse stellt eine Durchblasmenge dar und die Durchblasmenge nimmt in der Richtung des Y-Achsen-Pfeils zu.
  • Das sechste Diagramm von der Oberseite von 7 stellt das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Zylinder als Funktion der Zeit dar. Die Y-Achse stellt ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Zylinder dar und eine Fettheit des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses im Zylinder nimmt in der Richtung des Y-Achsen-Pfeils zu. Die X-Achse stellt die Zeit dar und die Zeit nimmt von der linken Seite des Diagramms zur rechten Seite des Diagramms zu. Die horizontale Linie 722 stellt ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis dar.
  • An sich kann die gewünschte Turbinendrehzahl auf einer oder mehreren einer Drehmomentanforderung und einer Fahrpedalposition basieren, der gewünschte Ladedruck kann auf einer oder mehreren einer Drehmomentanforderung und einer Fahrpedalposition basieren, die Sekundärlufteinleitungsmenge kann auf der gewünschten Turbinendrehzahl basieren und die Durchblasmenge kann auf der gewünschten Turbinendrehzahl basieren, wenn nur das Durchblasen bereitgestellt wird, und auf der gewünschten Turbinendrehzahl und der tatsächlichen Sekundärluftdurchflussrate basieren, wenn Durchblasen und Sekundärlufteinleitung bereitgestellt werden.
  • Zu der Zeit vor t1 kann die Kraftmaschine mit niedriger Kraftmaschinendrehzahl und niedrigen Lastbedingungen arbeiten. Die Differenz zwischen der gewünschten Turbinendrehzahl und der tatsächlichen Turbinendrehzahl kann nicht größer sein als eine Schwellendrehzahl. Ebenso kann die Differenz zwischen der gewünschten Aufladung und dem tatsächlichen Ladedruck nicht größer sein als ein Schwellendruck. In einem Beispiel kann die tatsächliche Turbinendrehzahl die gewünschte Turbinendrehzahl erreichen und die tatsächliche Aufladung kann die gewünschte Aufladung erreichen. Daher kann zusätzliche Sekundärluft nicht erforderlich sein, um die Drehzahl der Turbine zu erhöhen, um eine gewünschte Aufladung zu erreichen. Das heißt, die Kraftmaschine kann in einem normalen Modus ohne Durchblasen und ohne Sekundärlufteinleitung betrieben werden. Ferner kann die Kraftmaschine mit einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis arbeiten.
  • Zum Zeitpunkt t1 kann ein Fahrpedaltreten detektiert werden. Das Fahrpedaltreten kann beispielsweise auf der Basis von einem oder mehreren einer Erhöhung der Drehmomentanforderung, die größer ist als eine Schwellenanforderung, und einer Zunahme der Fahrpedalposition (Herabtreten), die größer als ein Schwellenausmaß, detektiert werden. Zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 kann in Reaktion auf die Detektion des Fahrpedaltretens der gewünschte Ladedruck zunehmen (710). Um die gewünschte Aufladung zu schaffen, kann die gewünschte Turbinendrehzahl zunehmen (704). Die tatsächliche Turbinendrehzahl (706) kann jedoch geringer sein als die gewünschte Turbinendrehzahl (704). Folglich kann die tatsächliche Aufladung (712) geringer sein als die gewünschte Aufladung (710). Ferner kann die Differenz zwischen der gewünschten Turbinendrehzahl und der tatsächlichen Turbinendrehzahl größer sein als eine Schwellendrehzahldifferenz und die Differenz zwischen dem gewünschten Ladedruck und dem tatsächlichen Ladedruck kann größer sein als eine Schwellen-Ladedruckdifferenz. Das heißt, die Kraftmaschine kann ein Turboloch erfahren.
  • Um das Turboloch zu verringern, kann die Kraftmaschine bei t1 in einem Sekundärlufteinleitungsmodus betrieben werden. Das heißt, um eine Zeitdauer zu verringern, um die tatsächliche Turbinendrehzahl auf die gewünschte Drehzahl zu erhöhen, und daher eine Zeitdauer zu verringern, um die tatsächliche Aufladung auf die gewünschte Aufladung zu erhöhen, kann die Kraftmaschine im Sekundärlufteinleitungsmodus betrieben werden. An sich kann während der anfänglichen Phase des Fahrpedaltretens eine Differenz zwischen einem Einlasskrümmerdruck und einem Auslasskrümmerdruck nicht größer sein als eine Schwellen-Krümmerdruckdifferenz (nicht dargestellt). Folglich kann eine ausreichende Druckdifferenz nicht verfügbar sein, um Durchblasluft im Auslasskrümmer bereitzustellen. Daher kann eine Sekundärluftpumpe (z. B. die Luftpumpe 96 in 1) verwendet werden, um Sekundärluft in den Auslasskrümmer stromaufwärts der Turbine einzuleiten. Die Details des Kraftmaschinenbetriebs mit Sekundärlufteinleitung sind bei 4 ausgearbeitet. Eine Menge an in den Auslasskrümmer eingeleiteter Sekundärluft (716) kann auf der gewünschten Turbinendrehzahl basieren. Wenn die gewünschte Turbinendrehzahl beispielsweise zunimmt, kann die Sekundärlufteinleitungsmenge zunehmen. In einem Beispiel kann die Sekundärlufteinleitungsmenge auf der gewünschten Abgasenergie basieren, die erforderlich ist, um die Turbinendrehzahl auf die gewünschte Drehzahl zu erhöhen.
  • Ferner kann die Kraftmaschine zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 mit einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Zylinder betrieben werden. Der Grad der Fettheit kann auf der Sekundärlufteinleitungsmenge basieren. In einem Beispiel kann die Kraftstoffeinspritzmenge auf der Sekundärlufteinleitungsmenge basieren. Wenn der Zylinder mit fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird, können an sich hohe Niveaus von Kohlenstoffmonoxid (CO), Wasserstoff (H2) und Kohlenwasserstoffen aus der Kraftmaschine erzeugt werden, die exotherm mit der in den Auslasskrümmer eingeleiteten Sekundärluft reagieren können. Folglich können die Masse und Enthalpie der Abgase erhöht werden. Die erhöhte Abgasenergie kann verwendet werden, um die Zeitdauer zu verkürzen, bis die Turbine die gewünschte Drehzahl erreicht. Mit anderen Worten, unter Verwendung von Sekundärlufteinleitung und Anfettung im Zylinder während einer anfänglichen Phase des Fahrpedaltretens kann das Turboloch verringert werden. Durch Vorsehen von Sekundärluft kann ferner die eingeschlossene Masse von komprimierter Einlassluft im Zylinder zunehmen, was zu einer erhöhten anfänglichen Drehmomentausgabe in Bezug auf den normalen Kraftmaschinenbetrieb führt, wenn die Sekundärlufteinleitung nicht verwendet wird. Noch ferner kann die Ventilzeitsteuerung für eine erhöhte Volumeneffizienz eingestellt werden, um die anfängliche Drehmomentausgabe während des Fahrpedaltretens zu erhöhen.
  • Zum Zeitpunkt t2 kann die tatsächliche Turbinendrehzahl (706) eine Schwellendrehzahl (708) erreichen und der tatsächliche Ladedruck kann einen Schwellendruck erreichen. Die tatsächliche Turbinendrehzahl kann jedoch weiterhin unter der gewünschten Turbinendrehzahl liegen und der Ladedruck kann weiterhin unter dem gewünschten Ladedruck liegen. Ferner kann bei t2 die Differenz zwischen dem Einlasskrümmerdruck und dem Auslasskrümmerdruck auf einer Schwellendruckdifferenz liegen, bei der eine ausreichende Aufladung zum Vorsehen von Durchblasen verfügbar sein kann. Folglich kann der Kraftmaschinenbetrieb vom Liefern nur der Sekundärluft über die Sekundärluftpumpe auf eine Verwendung einer Kombination der Sekundärlufteinleitung und des Durchblasens umschalten. In einem Beispiel kann während des Fahrpedaltretens, wenn der tatsächliche Ladedruck den Schwellenladedruck erreicht, der Kraftmaschinenbetrieb von der Verwendung der Sekundärluftpumpe für Sekundärluft auf die Bereitstellung von Durchblasen über positive Ventilüberlappung umschalten. In einem anderen Beispiel kann während des Fahrpedaltretens, wie in dem hier dargestellten Beispiel gezeigt, wenn der tatsächliche Ladedruck den Schwellenladedruck erreicht, der Kraftmaschinenbetrieb von der Verwendung der Sekundärluftpumpe für Sekundärluft auf die Verwendung von sowohl Sekundärluft als auch Durchblasen umschalten. In einigen Beispielen kann jedoch die Schwellendruckdifferenz, die für das Durchblasen erforderlich ist, früher als der Schwellenladedruck erreicht werden. In einem Beispiel kann folglich beim Erreichen der Schwellendruckdifferenz, die für das Durchblasen erforderlich ist, die Kraftmaschine weiterhin nur die Sekundärluftpumpe für Sekundärluft verwenden, bis der Schwellenladedruck erreicht ist, bei dem der Kraftmaschinenbetrieb entweder auf eine Kombination der Verwendung der Sekundärluftpumpe und des Durchblasens umschalten oder auf einen Nur-Durchblasmodus umschalten kann.
  • Zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 kann die Turbinendrehzahl über die Schwellendrehzahl zunehmen und der Ladedruck kann über den Schwellendruck zunehmen. An sich kann eine ausreichende Aufladung für das Durchblasen verfügbar sein. Folglich kann die Kraftmaschine mit Sekundärlufteinleitung und Durchblasen betrieben werden. Die Sekundärlufteinleitungsmenge kann beispielsweise verringert werden und das Durchblasen kann erhöht werden für eine Zeitdauer, bis die Sekundärlufteinleitungsmenge unter eine Schwellenmenge gelangt. An sich kann die Sekundärluft zum Auslasskrümmer stromaufwärts der Turbine durch die Sekundärluftpumpe zugeführt werden. Das Durchblasen kann durch Einstellen einer Ventilzeitsteuerung bereitgestellt werden, so dass die Einlass- und Auslassventile eine Dauer einer positiven Überlappung aufweisen. Die Details des Kraftmaschinenbetriebs im Kombinationsmodus, während dessen die Sekundärlufteinleitung und das Durchblasen gleichzeitig bereitgestellt werden, sind bei 6 ausgearbeitet. Ferner kann die Kraftmaschine mit einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Zylinder betrieben werden. Die Kraftstoffeinspritzmenge kann auf der Sekundärlufteinleitungsmenge, einer Durchblasmenge und der gewünschten Turbinendrehzahl basieren. In einem Beispiel kann die Kraftstoffeinspritzmenge auf der Sekundärlufteinleitungsmenge, der Durchblasmenge, der gewünschten Turbinendrehzahl und/oder der gewünschten Drehmomentanforderung basieren.
  • Zum Zeitpunkt t3 kann die Sekundärlufteinleitungsmenge unter eine Schwelleneinleitungsmenge abnehmen. Folglich kann der Kraftmaschinenbetrieb von der Verwendung sowohl der Sekundärlufteinleitung als auch des Durchblasens auf die Verwendung nur des Durchblasens umschalten, bis die gewünschte Turbinendrehzahl erreicht ist.
  • Zu Zeiten zwischen t3 und t4 kann der Kraftmaschinenbetrieb nur mit Durchblasen fortfahren. An sich kann während des Durchblasens die positive Überlappung zwischen den Einlass- und Auslassventilen bereitgestellt werden, um aufgeladene Luft vom Einlass direkt in den Auslasskrümmer zu liefern. Ferner kann der Zylinder mit einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Zylinder betrieben werden. Der nicht verbrannte Kraftstoff im Abgas kann sich exotherm mit der Durchblasluft kombinieren. Folglich können die Masse und Enthalpie des Abgases erhöht werden. Folglich kann das Drehen der Turbine auf die gewünschte Drehzahl beschleunigt werden und das Turboloch kann verringert werden.
  • Zum Zeitpunkt t4 kann die tatsächliche Turbinendrehzahl die gewünschte Turbinendrehzahl erreichen und der Ladedruck kann den gewünschten Ladedruck erreichen. Folglich kann die gewünschte Drehmomentanforderung erfüllt werden. Beim Erreichen der gewünschten Turbinendrehzahl und/oder Drehmomentanforderung kann das Durchblasen gestoppt werden. Das heißt, beim Erreichen kann der Kraftmaschinenbetrieb von der Bereitstellung von Durchblasen auf den normalen Kraftmaschinenbetrieb ohne Sekundärlufteinleitung und/oder Durchblasen umschalten. Der Kraftmaschinenbetrieb im normalen Modus kann beispielsweise das Vorsehen keiner positiven Überlappung oder einer minimalen positiven Überlappung, so dass keine Durchblasluft geliefert wird (oder das Durchblasen kann vernachlässigbar sein), und das Nicht-Betreiben der Sekundärluftpumpe umfassen. Ferner kann während des Kraftmaschinenbetriebs im normalen Modus das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Zylinder auf Stöchiometrie gehalten werden.
  • In dieser Weise kann in Reaktion auf ein Fahrpedaltreten die Kraftmaschine mit nur Sekundärlufteinleitung während eines frühen Teils des Fahrpedaltretens, mit Sekundärlufteinleitung und Durchblasen während eines Zwischenteils des Fahrpedaltretens und mit nur Durchblasen während eines späteren Teils des Fahrpedaltretens betrieben werden, um die anfängliche Drehmomentausgabe zu verbessern und das Turboloch zu verringern.
  • In einem Beispiel kann ein Verfahren Folgendes umfassen: Zuführen von komprimierter Luft durch eine Drosselklappe zu einer Kraftmaschine von einem Kompressor, der durch eine Turbine angetrieben wird, die mit einem Auslass der Kraftmaschine gekoppelt ist; und während eines Fahrpedaltretens der Drosselklappe Verringern des Turbolochs durch Zuführen von Umgebungsluft zur Turbine während eines ersten Betriebsmodus und während eines zweiten Betriebsmodus Vorsehen von Durchblasen eines Teils der komprimierten Luft durch die Kraftmaschine ohne Verbrennung zur Turbine. Während des Fahrpedaltretens kann die Kraftmaschine ferner in einem dritten Betriebsmodus betrieben werden, der gleichzeitig das Zuführen von Umgebungsluft zur Turbine und die Bereitstellung von Durchblasen eines Teils der komprimierten Luft durch die Kraftmaschine ohne Verbrennung zur Turbine umfasst. Der erste Betriebsmodus findet statt, wenn eine Druckdifferenz zwischen dem Luftdruck stromabwärts der Drosselklappe und dem Druck des Abgases geringer ist als ein erster Schwellenwert. Der zweite Betriebsmodus findet statt, wenn eine Druckdifferenz zwischen dem Luftdruck stromabwärts der Drosselklappe und dem Druck des Abgases einen zweiten Schwellenwert überschreitet. Ferner wird die Umgebungsluft von einer Luftpumpe zugeführt, die mit dem Auslass stromaufwärts der Turbine gekoppelt ist, und das Durchblasen wird während eines Auslasshubs einer Brennkammer der Kraftmaschine durch Öffnen eines Einlassventils, das mit der Brennkammer gekoppelt ist, vor dem Schließen eines Auslassventils, das mit der Brennkammer gekoppelt ist, bereitgestellt. Noch ferner fährt der erste Betriebsmodus fort, bis der Ladedruck vom Kompressor einen vorgewählten Betrag erreicht, und kann das Einstellen der Kraftstoffeinspritzmenge auf der Basis einer Menge an zugeführter Umgebungsluft umfassen, wobei die Menge an zugeführter Umgebungsluft auf einer gewünschten Turbinendrehzahl basiert. Während des zweiten Modus kann das Einstellen der Kraftstoffeinspritzmenge auf einem Ausmaß an bereitgestelltem Durchblasen basieren, und während des dritten Modus kann das Einstellen der Kraftstoffeinspritzmenge auf der Menge an Umgebungsluft und dem Ausmaß an Durchblasen basieren.
  • Noch ferner kann der erste Modus das Einstellen eines ersten Zündfunkenzeitpunkts umfassen, der zweite Modus kann das Einstellen eines zweiten Zündfunkenzeitpunkts umfassen und der dritte Modus kann das Einstellen eines dritten Zündfunkenzeitpunkts umfassen, wobei der erste Zündfunkenzeitpunkt weniger verzögert wird als der dritte Zündfunkenzeitpunkt und der dritte Zündfunkenzeitpunkt weniger verzögert wird als der zweite Zündfunkenzeitpunkt. Durch Vorsehen des ersten Zündfunkenzeitpunkts geringer als der dritte Zündfunkenzeitpunkt geringer als der zweite Zündfunkenzeitpunkt können die Zündfunkenzeitpunkte für eine erhöhte anfängliche Drehmomentausgabe eingestellt werden, während die Abgasenergie für das Verringern des Turbolochs erhöht wird.
  • Es ist zu beachten, dass die hier enthaltenen Beispiel-Steuer- und Abschätzroutinen bei verschiedenen Kraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie z.B. durch ein Ereignis gesteuert, durch eine Unterbrechung gesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. An sich können verschiedene dargestellte Handlungen, Operationen oder Funktionen in der dargestellten Sequenz, parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Beispielausführungsformen zu erreichen, sondern ist für eine leichte Erläuterung und Beschreibung vorgesehen. Eine oder mehrere der dargestellten Handlungen oder Funktionen können in Abhängigkeit von der verwendeten speziellen Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen graphisch einen in das computerlesbare Speichermedium im Kraftmaschinensteuersystem zu programmierenden Code darstellen.
  • Es ist zu erkennen, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen dem Wesen nach beispielhaft sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einer begrenzenden Hinsicht betrachtet werden sollen, da zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die obige Technologie auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, 4-Boxer- und andere Kraftmaschinentypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
  • Die folgenden Ansprüche weisen speziell auf bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen hin, die als neu und nicht offensichtlich betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf "ein" Element oder "ein erstes" Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sollten als die Integration von einem oder mehreren solchen Elementen umfassend verstanden werden, wobei sie zwei oder mehr solche Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage von neuen Ansprüchen in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden, ob sie im Schutzbereich gegenüber den ursprünglichen Ansprüchen breiter, schmäler, gleich oder anders sind, auch als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.

Claims (20)

  1. Verfahren, das Folgendes umfasst: Zuführen von komprimierter Luft durch eine Drosselklappe zu einer Kraftmaschine von einem Kompressor, der durch eine Turbine angetrieben wird, die mit einem Auslass der Kraftmaschine gekoppelt ist; und während des Fahrpedaltretens der Drosselklappe Verringern des Turbolochs durch Zuführen von Umgebungsluft zur Turbine während eines ersten Betriebsmodus und während eines zweiten Betriebsmodus Vorsehen von Durchblasen eines Teils der komprimierten Luft durch die Kraftmaschine ohne Verbrennung zur Turbine.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner einen dritten Betriebsmodus umfasst, der gleichzeitig das Zuführen von Umgebungsluft zur Turbine und die Bereitstellung von Durchblasen eines Teils der komprimierten Luft durch die Kraftmaschine ohne Verbrennung zur Turbine umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Betriebsmodus stattfindet, wenn eine Druckdifferenz zwischen dem Luftdruck stromabwärts der Drosselklappe und dem Druck des Abgases geringer ist als ein erster Schwellenwert.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite Betriebsmodus stattfindet, wenn eine Druckdifferenz zwischen dem Luftdruck stromabwärts der Drosselklappe und dem Druck des Abgases einen zweiten Schwellenwert überschreitet.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Umgebungsluft von einer Luftpumpe zugeführt wird, die mit einem Auslass stromaufwärts der Turbine gekoppelt ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Durchblasen während der Ventilüberlappung einer Brennkammer der Kraftmaschine durch Öffnen eines Einlassventils, das mit der Brennkammer gekoppelt ist, vor dem Schließen eines Auslassventils, das mit der Brennkammer gekoppelt ist, bereitgestellt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Betriebsmodus fortfährt, bis der Ladedruck vom Kompressor einen vorgewählten Betrag erreicht.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner während des ersten Modus das Einstellen einer Kraftstoffeinspritzmenge auf der Basis einer Menge an zugeführter Umgebungsluft, während des zweiten Modus das Einstellen der Kraftstoffeinspritzmenge auf der Basis eines Ausmaßes des bereitgestellten Durchblasens und während des dritten Modus das Einstellen der Kraftstoffeinspritzmenge auf der Basis der Menge an Umgebungsluft und des Ausmaßes an Durchblasen umfasst.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Menge an zugeführter Umgebungsluft auf einer gewünschten Turbinendrehzahl basiert.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, das ferner während des ersten Modus das Einstellen eines ersten Zündfunkenzeitpunkts, während des zweiten Modus das Einstellen eines zweiten Zündfunkenzeitpunkts und während des dritten Modus das Einstellen eines dritten Zündfunkenzeitpunkts umfasst, wobei der erste Zündfunkenzeitpunkt weniger verzögert wird als der dritte Zündfunkenzeitpunkt und der dritte Zündfunkenzeitpunkt weniger verzögert wird als der zweite Zündfunkenzeitpunkt.
  11. Verfahren für eine Kraftmaschine, das Folgendes umfasst: während einer ersten Bedingung Zuführen einer Sekundärluftmenge stromaufwärts einer Turbine, die mit einem Auslass der Kraftmaschine gekoppelt ist, über nur eine Sekundärluftpumpe; während einer zweiten Bedingung Zuführen der Sekundärluftmenge über die Sekundärluftpumpe und Zuführen einer Durchblasluftmenge über eine positive Ventilüberlappung eines Einlassventils und eines Auslassventils der Kraftmaschine; und während einer dritten Bedingung Zuführen nur der Durchblasluftmenge über die positive Ventilüberlappung.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die erste Bedingung eine oder mehrere der Folgenden umfasst: eine tatsächliche Turbinendrehzahl, die geringer ist als eine gewünschte Turbinendrehzahl, eine Differenz zwischen dem Druck in einem Einlasskrümmer der Kraftmaschine und dem Druck in einem Auslasskrümmer der Kraftmaschine, die geringer ist als eine Schwellendruckdifferenz.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die zweite Bedingung eine oder mehrere der Folgenden umfasst: eine tatsächliche Turbinendrehzahl, die geringer ist als eine gewünschte Turbinendrehzahl, eine Differenz zwischen dem Einlasskrümmerdruck und dem Auslasskrümmerdruck, die größer ist als die Schwellendruckdifferenz, und ein Ladedruck, der größer ist als ein Schwellenladedruck.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die dritte Bedingung eine oder mehrere der Folgenden umfasst: eine tatsächliche Turbinendrehzahl, die geringer ist als eine gewünschte Turbinendrehzahl, eine Differenz zwischen dem Einlasskrümmerdruck und dem Auslasskrümmerdruck, die größer ist als die Schwellendruckdifferenz, den Ladedruck, der größer ist als der Schwellenladedruck, und die Sekundärluftmenge, die geringer ist als eine Schwellenmenge.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, das ferner das Einstellen einer Sekundärluft-Durchflussrate auf der Basis einer Menge an Sauerstoff, der zur Oxidation stromaufwärts der Turbine zur Verfügung steht, umfasst, und wobei der Ladedruck ein Einlasskrümmerdruck ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, das ferner während der dritten Bedingung das Deaktivieren der Sekundärluftpumpe umfasst, um die Sekundärluftströmung zu stoppen.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, das ferner das Deaktivieren der Sekundärluftpumpe früher mit zunehmender Höhenlage umfasst.
  18. Verfahren für eine Kraftmaschine, das Folgendes umfasst: während des Fahrpedaltretens einer Drosselklappe, die mit einem Einlasskrümmer der Kraftmaschine gekoppelt ist, wenn ein Ladedruck von einem Kompressor, der mit dem Einlasskrümmer gekoppelt ist, geringer ist als ein Schwellenladedruck, Betreiben der Kraftmaschine in einem Sekundärlufteinleitungsmodus, um eine gewünschte Sekundärluft-Durchflussrate zu einer Turbine zu liefern, die mit einem Auslass der Kraftmaschine gekoppelt ist, wobei die Turbine den Kompressor antreibt; und wenn der Ladedruck größer ist als der Schwellenladedruck, Betreiben der Kraftmaschine in einem Kombinationsmodus, um Durchblasen eines Teils der komprimierten Luft vom Kompressor zur Turbine zusätzlich zum Betreiben der Kraftmaschine im Sekundärlufteinleitungsmodus zu schaffen; wobei während des Sekundärlufteinleitungsmodus die gewünschte Sekundärluft-Durchflussrate auf einer gewünschten Turbinendrehzahl basiert; und wobei während des Kombinationsmodus die Sekundärluft-Durchflussrate verringert wird und eine Durchblasmenge erhöht wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, das ferner, wenn die Sekundärluft-Durchflussrate unter einer Schwellendurchflussrate liegt, das Deaktivieren des Sekundärlufteinleitungsmodus und Betreiben der Kraftmaschine im Durchblasmodus umfasst, wobei das Deaktivieren des Sekundärlufteinleitungsmodus das Stoppen einer Sekundärluftpumpe umfasst.
  20. Verfahren nach Anspruch 18, das ferner in Reaktion darauf, dass eine Differenz zwischen der gewünschten Sekundärluft-Durchflussrate und einer tatsächlichen Sekundärluft-Durchflussrate über eine Schwellendurchflussratendifferenz zunimmt, und in Reaktion darauf, dass die Sekundärlufteinleitungs-Durchflussrate unter einer Schwellendurchflussrate liegt, das Stoppen der Sekundärlufteinleitung und Liefern von aufgeladener Luft im Auslasskrümmer über Durchblasen umfasst.
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