DE102015117043A1

DE102015117043A1 - Verfahren und System zur Verbesserung der Turboladereffizienz

Info

Publication number: DE102015117043A1
Application number: DE102015117043.4A
Authority: DE
Inventors: Brad Alan VanDerWege
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-10-16
Filing date: 2015-10-07
Publication date: 2016-04-21
Also published as: RU2015142114A3; RU2705489C2; CN105526010B; US20180003102A1; CN105526010A; RU2015142114A; US9835082B2; US20160108798A1; US10107182B2

Abstract

Verfahren und Systeme zur Steigerung der Turboladerleistung für ein aufgeladenes Motorsystem, das zum Betrieb mit einem Muster von deaktivierten Zylindern konfiguriert ist, werden bereitgestellt. In einem Beispiel kann ein Verfahren als Reaktion auf einen Bedarf an Ladedruck das Betreiben mit einem Zylindermuster basierend auf einem Ladedruckbedarf und einer Turboladerkonfiguration umfassen. Das jeweilige Muster kann von den Musterbeschränkungen abhängen, die von Motorlast und der NVH-Metrik auferlegt werden.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Systeme zur Optimierung der Turboladerleistung in einem aufgeladenen Motorsystem, das zum Betrieb mit einem Muster aktiver und deaktivierter Verbrennungszylinder konfiguriert ist.
Allgemeiner Stand der Technik und Kurzdarstellung
Motoren können konfiguriert sein, mit einer variablen Anzahl von aktiven oder deaktivierten Zylindern zu arbeiten, um die Kraftstoffökonomie zu erhöhen, während wahlweise das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgasgemischs insgesamt bei einem stöchiometrischen Wert gehalten wird. Solche Motoren sind als Verstellmotoren (Variable Displacement Engine = VDE) bekannt. Darin kann ein Teil der Zylinder eines Motors unter ausgewählten Bedingungen, die durch Parameter wie ein Drehzahl/Last-Fenster definiert sind, sowie verschiedenen anderen Bedingungen, einschließlich der Fahrzeuggeschwindigkeit, deaktiviert werden. Ein VDE-Steuersystem kann eine ausgewählte Gruppe von Zylindern, wie z. B. eine Zylinderbank, durch die Steuerung mehrerer Zylinderventildeaktivatoren deaktivieren, die den Betrieb der Ansaug- und Auslassventile des Zylinders beeinflussen, oder durch die Steuerung mehrerer selektiv deaktivierbarer Kraftstoffeinspritzventile, die die Kraftstoffversorgung der Zylinder beeinflussen.
Weitere Verbesserungen an der Kraftstoffökonomie können in Motoren erzielt werden, die konfiguriert sind, einen wirksame Hubraum des Motors durch Überspringen der Kraftstoffabgabe an bestimmte Zylinder in einem indizierten Zylinderzündmuster, das auch als ein „Skip-Fire“-Muster bezeichnet wird, zu variieren. Ein Beispiel eines Skip-Fire-Motors ist von Tripathi et al. in der US 8,651,091 dargestellt. Darin kann eine Motorkraftstoffsteuerung kontinuierlich abwechseln, welche bestimmten Zylinder mit Kraftstoff versorgt werden, welche Zylinder übersprungen werden und für wie viele Zylinderereignisse das Muster fortgesetzt wird. Durch Überspringen der Kraftstoffabgabe an ausgewählte Zylinder können die aktiven Zylinder nahe ihrer optimalen Effizienz betrieben werden, sodass die Betriebseffizienz des Motors insgesamt erhöht wird. Durch Variieren der Identität und Anzahl von übersprungenen Zylindern ist eine große Bandbreite an Motorverstelloptionen möglich.
Die Erfinder haben jedoch mögliche Probleme mit solchen Motorsystemen erkannt. Genauer kann im Falle eines aufgeladenen Motors die Turboladerleistung beeinträchtigt werden, wenn einer oder mehrere Zylinder deaktiviert werden. Dies beruht darauf, dass die Verteilung und Frequenz von Abgaspulsen, die aus den aktiven Motorzylindern freigegeben werden, die Effizienz der Turbine(n) beeinflussen können. Außerdem kann das verringerte Abgasvolumen, das mit einer Zylinderdeaktivierung verbunden ist, die Turboladereffizienz negativ beeinflussen. Als ein Beispiel können basierend auf der Zündung der aktiven Zylinder Abgaspulse an unterschiedliche Bereiche einer Turbine oder sogar ganz andere Turbinen geleitet werden, was zu einer unzureichenden Turbinenaufdrehung und einer erhöhten Turboverzögerung führt. Folglich kann eine Transientenleistung des Turboladers beeinträchtigt sein. Ferner kann der Lastbereich für ein bestimmtes Zylindermuster der selektiven Deaktivierung eingeschränkt sein. Darüber hinaus können lange Verzögerungen zwischen Abgaspulsen eine Verlangsamung der Turbine ermöglichen, sodass diese möglicherweise Verdichterdruckstößen unterzogen wird. Die vorliegenden Erfinder haben erkannt, dass einige Motoren noch über einen Rest an Flexibilität verfügen, um das Zylindermuster unter Berücksichtigung der Turboladerleistung weiter zu optimieren.
Daher können in einem Beispiel die oben genannte Probleme zumindest teilweise durch ein Verfahren zum Betreiben eines Motors in Angriff genommen werden, das Folgendes umfasst: als Reaktion auf einen Ladedruckbedarf, selektives Deaktivieren eines Zylindermusters einzelner Zylinderventilmechanismen; wobei das Zylindermuster derart ausgewählt wird, dass Abgas von aktiven Zylindern in eine Spirale einer Multi-Scroll-Abgasturbine geleitet wird. In anderen Beispielen kann das Zylindermuster ferner derart ausgewählt werden, dass Abgas aus aktiven Zylindern in eine Turbine eines Mehrturbinen-Motorsystems (wie eines Twin-Turbo-Motorsystems) geleitet wird. Auf diese Weise kann ein Zylindermuster während einer selektiven Zylinderdeaktivierung ausgewählt werden, in dem die Abgaspulse der aktiven Zylinder die Turbinenreaktion verbessern.
Als ein Beispiel kann ein aufgeladenes Motorsystem eine einzige Twin-Scroll-Turbine aufweisen. Als Reaktion auf eine Bedingung mit niedriger Motorlast kann ein Anfangssatz von deaktivierten Zylindermustern basierend auf einer Motorlast ausgewählt werden. Die Auswahl von Zylindermustern basierend auf einer Motorlast kann das Auswählen einer Anzahl von zu deaktivierenden Zylindern und einer Anzahl von Zylindern beinhalten, die weiter zünden werden, wobei die Anzahl von deaktivierten Zylindern mit abnehmender Motorlast zunimmt. Der Anfangssatz von Mustern kann basierend auf Motor-NVH-Beschränkungen, zum Beispiel durch Entfernen von Motormustern, die NVH verschlechtern, aus dem Anfangssatz weiter modifiziert werden. Unter manchen Bedingungen wie während eines Ladedruckbedarfs kann der modifizierte Satz von Zylindermustern basierend auf seiner Wirkung auf die Turbineneffizienz weiter modifiziert werden. Dies kann das Auswählen eines Zylindermusters aus dem Anfangssatz einschließen, der auch die Turbineneffizienz verbessert, beispielsweise durch Leiten von Abgaspulsen aus aktiven Zylindern zu nur einer der zwei Spiralen der Turbine, zum Beispiel nur zu der inneren Spirale oder nur zu der äußeren Spirale. In alternativen Beispielen können Zylindermuster, die die Turbineneffizienz beeinträchtigen, aussortiert werden und ein Muster restlicher Zylinder kann in Gegenwart des Ladedruckbedarfs angewendet werden. Dementsprechend kann das Zylindermuster, das zur Verbesserung der Turbineneffizienz ausgewählt wird, auf der jeweiligen Konfiguration des aufgeladenen Motors basieren. Wenngleich also das dargestellte Beispiel das Auswählen eines Zylindermusters nahe legt, das Abgaspulse von aktiven Zylindern zu einer einzigen Spirale leitet, kann in Ausführungsformen, in denen der Motor mehrere Turbinen aufweist, ein Zylindermuster ausgewählt werden, das Abgaspulse zu einer einzigen Turbine leitet. Auf diese Weise kann unter Zylinderdeaktivierungsbedingungen, unter denen ein Ladedruck angefordert wird, ein Zylindermuster deaktivierter/aktiver Zylinder nach Möglichkeit ausgewählt werden, um die Turbinenleistung zu verbessern. Durch Wählen eines Zylindermusters, bei dem die Verteilung und Frequenz von Abgaspulsen aus den aktiven Zylindern vorteilhafterweise zur Verbesserung der Turboladerleistung verwendet wird, können eine verbesserte Ladedruckleistung sowie Zylinderdeaktivierungsvorteile erzielt werden. Zum Beispiel kann durch selektives Leiten von Abgaspulsen aus den aktiven Zylindern zu einer einzigen Turbine oder einer einzigen Turbinenspirale der ausgewählten Turbine ausreichend Abgas bereitgestellt werden, um den Turbinenbetrieb trotz geringer Abgasvolumina zu verbessern. Dementsprechend wird so eine verbesserte Leistung des aufgeladenen Motors bei niedrigen bis mittleren Lasten mit deaktivierten Zylindern ermöglicht. Insgesamt können Zylinderdeaktivierungsvorteile wie eine verbesserte Kraftstoffökonomie auf einen breiteren Bereich von Betriebsbedingungen eines aufgeladenen Motors ausgedehnt werden.
Man wird verstehen, dass die obige Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten bereitzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Es sollen keine Hauptmerkmale oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstandes identifiziert werden, dessen Schutzumfang einzig und allein in den Ansprüchen definiert ist, die der ausführlichen Beschreibung folgen. Darüber hinaus ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die mögliche Nachteile, die oben oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung erwähnt sind, beseitigen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Motorsystemaufbaus.
2 zeigt eine Motorteilansicht.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines aufgeladenen Motorsystems, das eine Turbine mit binärem Durchfluss aufweist.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines aufgeladenen Motorsystems, das zwei Turbinen mit einem gemeinsamen Verdichterauslass aufweist.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines aufgeladenen Motorsystems, das zwei Turbinen mit verschiedenen Verdichterauslässen aufweist.
6 zeigt beispielhafte Zylindermuster in einem 4-Zylinder-Reihenmotor und einem V-8-Motor.
7 zeigt ein Flussdiagramm auf hoher Ebene zur Einstellung eines Zylindermusters für einen Skip-Fire-Motor, der auf einen Ladedruckbedarf reagiert.
8A zeigt ein Flussdiagramm zur Auswahl eines Zylindermusters eines Skip-Fire-Motors, der in einem aufgeladenen Motor mit einer Turbine mit binärem Durchfluss auf einen Ladedruckbedarf reagiert.
8B zeigt ein Flussdiagramm zur Auswahl eines Zylindermusters eines Skip-Fire-Motors, der in einem aufgeladenen Motor mit zwei Turbinen mit einem gemeinsamen Verdichterauslass auf einen Ladedruckbedarf reagiert.
8C zeigt ein Flussdiagramm zur Auswahl eines Zylindermusters eines Skip-Fire-Motors, der in einem aufgeladenen Motor mit zwei Turbinen mit verschiedenen Verdichterauslässen auf einen Ladedruckbedarf reagiert.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Verfahren und Systeme werden zur Einstellung von Zylinderdeaktivierungsmustern in einem Motor bereitgestellt, der zur selektiven Zylinderdeaktivierung (hierin auch als ein Skip-Fire-Betrieb bezeichnet) konfiguriert ist, wie die Motorsysteme aus 1 bis 5. Eine Steuerung kann das Zylindermuster einer individuellen Zylinderdeaktivierung einstellen, die als Reaktion auf Zylinderdeaktivierungsbedingungen ausgewählt wird, die auf einem Ladedruckbedarf basieren, um die Turboladerleistung eines Motors zu verbessern. Beispielhafte Zylindermuster, die angewendet werden können, um die Ladedruckreaktion in einem 4-Zylinder-Reihenmotor und in einem V-8-Motor zu verbessern, sind in 6 dargestellt. Eine Steuerung kann konfiguriert sein, eine Routine wie die Routine aus 7 auszuführen, um ein Zylindermuster, zum Beispiel die Beispielmuster aus 6, auszuführen, um die Turboladerleistung zu steigern, wenn Zylinder deaktiviert sind, während ein Ladedruck erwünscht wird. Die Muster können basierend auf einer spezifischen Turboladerkonfiguration des Motors ausgewählt werden, wie in 8A–C dargestellt. Auf diese Weise können Zylinderdeaktivierungsvorteile auf einen breiteren Bereich von aufgeladenen Betriebsbedingungen in Motoren von unterschiedlicher Ladedruckkonfiguration ausgedehnt werden.
1 zeigt einen beispielhaften Motor 10 mit einer ersten Bank 15a und einer zweiten Bank 15b. In dem dargestellten Beispiel ist der Motor 10 ein V-8-Motor, wobei die erste und die zweite Bank jeweils vier Zylinder aufweisen. Der Motor 10 weist einen Ansaugkrümmer 16 mit einer Drossel 20 und einen Auslasskrümmer 18 auf, der mit einem Emissionssteuersystem 30 gekoppelt ist. Das Emissionssteuersystem 30 weist einen oder mehrere Katalysatoren und Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren auf. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann der Motor 10 als Teil eines Antriebssystems für einen Personenkraftwagen enthalten sein.
Das Motorsystem 10 kann Zylinder 14 mit selektiv deaktivierbaren Ansaugventilen 50 und selektiv deaktivierbaren Auslassventilen 56 aufweisen. In einem Beispiel sind die Ansaugventile 50 und Auslassventile 56 für eine elektrische Ventilbetätigung (EVA) mittels elektrischer individueller Zylinderventilaktoren konfiguriert. Wenngleich das dargestellte Beispiel jeden Zylinder mit einem einzigen Ansaugventil und einem einzigen Auslassventil darstellt, kann jeder Zylinder in einem alternativen Beispiel mehrere selektiv deaktivierbare Ansaugventile und/oder mehrere selektiv deaktivierbare Auslassventile aufweisen.
Unter ausgewählten Bedingungen, beispielsweise wenn keine volle Drehmomentkapazität des Motors benötigt wird, können ein oder mehrere Zylinder des Motors 10 zur selektiven Deaktivierung (hierin auch als individuelle Zylinderdeaktivierung bezeichnet) ausgewählt werden. Dies kann das selektive Deaktivieren eines oder mehrerer Zylinder nur auf der ersten Bank 15a, eines oder mehrere Zylinder nur auf der zweiten Bank 15b oder eines oder mehrerer Zylinder auf jeder der ersten und der zweiten Bank einschließen. Die Anzahl und Identität von Zylindern, die auf jeder Bank deaktiviert sind, kann symmetrisch oder asymmetrisch sein.
Während der Deaktivierung können ausgewählte Zylinder durch Deaktivieren der einzelnen Zylinderventilmechanismen wie Ansaugventilmechanismen, Auslassventilmechanismen oder eine Kombination von beiden deaktiviert werden. Zylinderventile können mittels hydraulisch betätigten Stößeln (z. B. Stößel, die mit Ventilschubstangen gekoppelt sind), mittels eines Nockenprofilschaltmechanismus, in dem ein Nockenvorsprung ohne Hub für deaktivierte Ventile verwendet wird, oder mittels der elektrisch betätigten Zylinderventilmechanismen, die mit jedem Zylinder gekoppelt sind, selektiv deaktiviert werden.
In alternativen Beispielen kann das Motorsystem 10 selektiv deaktivierbare Kraftstoffeinspritzventile aufweisen und die ausgewählten Zylinder können durch Abschalten der jeweiligen Kraftstoffeinspritzventile deaktiviert werden, während der Betrieb der Ansaug- und Auslassventile aufrechterhalten wird, sodass Luft weiterhin durch die Zylinder gepumpt werden kann.
Während die ausgewählten Zylinder deaktiviert sind, setzten die restlichen aktivierten oder aktiven Zylinder mit Kraftstoffeinspritzventilen und Zylinderventilmechanismen, die aktiv und in Betrieb sind, die Verbrennung fort. Zur Erfüllung von Drehmomentanforderungen erzeugt der Motor die gleiche Drehmomentmenge an den aktiven Zylindern. Dies erfordert höhere Krümmerdrücke, die zu verringerten Pumpenverlusten und einer erhöhten Motoreffizienz führen. Ferner verringert der geringere Nutzflächenbereich (nur von den aktivierten Zylindern), der der Verbrennung ausgesetzt ist, Motorwärmeverluste, sodass die thermische Effizienz des Motors verbessert wird.
Zylinder können deaktiviert werden, um ein spezifisches Zündmuster (oder Überspringungszündmuster) basierend auf einem bestimmten Steueralgorithmus bereitzustellen, der hierin als das Zylindermuster bezeichnet wird. Das Zylindermuster kann eine Gesamtanzahl deaktivierter (oder übersprungener) Zylinder in Bezug auf aktive Zylinder aufweisen. Genauer werden ausgewählte „übersprungene“ Zylinder nicht gezündet, während andere „aktive“ Zylinder gezündet werden. Wahlweise kann ein Zündzeitpunkt, der einer ausgewählten Zündung einer ausgewählten Arbeitskammer zugeordnet ist, auch basierend auf einer Zündfolge oder einem Zündverlauf der ausgewählten Arbeitskammer eingestellt werden. Die Motorsteuerung 12 kann mit einer geeigneten Logik konfiguriert sein, wie unten beschrieben, um ein Zylinderdeaktivierungsmuster (oder Überspringungszündmuster) basierend auf Motorbetriebsbedingungen zu bestimmen.
Der Motor 10 kann mit mehreren Stoffen betrieben werden, die über das Kraftstoffsystem 8 abgegeben werden. Der Motor 10 kann mindestens teilweise von einem Steuersystem gesteuert werden, das eine Steuerung 12 aufweist. Die Steuerung 12 kann verschiedene Signale von Sensoren 4 empfangen, die mit dem Motor 10 gekoppelt sind (und unter Bezugnahme auf 2 beschrieben sind), und Steuersignale an verschiedene Aktoren 22 senden, die mit dem Motor und/oder dem Fahrzeug gekoppelt sind (wie unter Bezugnahme auf 2 beschrieben). Die verschiedenen Sensoren können zum Beispiel verschiedene Temperatur-, Druck- und Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren aufweisen. Außerdem kann die Steuerung 12 eine Anzeige eines Zylinderklopfens oder einer Vorzündung von einem oder mehreren Klopfsensoren empfangen, die entlang des Motorblocks verteilt sind. Wenn sie enthalten sind, können die mehreren Klopfsensoren symmetrisch oder asymmetrisch entlang des Motorblocks verteilt sein. Ferner können der eine oder die mehreren Klopfsensoren Beschleunigungsmesser, Ionisierungsmesser oder Zylinderdruckwandler aufweisen.
Die Motorsteuerung kann einen Antriebspulsgenerator und einen Sequenzgeber zur Bestimmung eines Zylindermusters basierend auf der gewünschten Motorleistung bei den gegenwärtigen Motorbetriebsbedingungen aufweisen. Zum Beispiel kann der Antriebspulsgenerator eine adaptive prädiktive Steuerung verwenden, um ein Antriebspulssignal, das angibt, welche Zylinder gezündet werden sollen und in welchen Intervallen die gewünschte Leistung erhalten werden soll (das heißt, das Zünd-/Überspringungsmuster des Zylinders), dynamisch zu berechnen. Das Zylinderzündmuster kann derart eingestellt werden, dass die gewünschte Ausgabe ohne Erzeugung übermäßiger oder unangemessener Schwingungen in dem Motor bereitgestellt werden. Dementsprechend kann das Zylindermuster basierend auf der Konfiguration des Motors, beispielsweise basierend darauf, ob der Motor ein V-Motor oder ein Reihenmotor ist, oder basierend auf der Anzahl der in dem Motor vorhandenen Motorzylinder usw. ausgewählt werden. Basierend auf dem ausgewählten Zylindermuster können die einzelnen Zylinderventilmechanismen der ausgewählten Zylinder eingestellt werden. Da die optimale Effizienz für einen bestimmten Zylinder die nahezu volle Ausgabe ist, kann eine niedrigere Frequenz von Zündereignissen gewählt werden, um die Ausgabe zu reduzieren. Zum Beispiel würde durch Überspringen jedes zweiten Zylinders durchschnittlich die Hälfte der Energie produziert. Eine möglichst gleichmäßige Beabstandung der Zündereignisse minimiert tendenziell Vibrationen aufgrund der variierenden Drehmomentausgabe. Ob alle Zylinder in dem Überspringungs-Zündmuster enthalten sind, kann von der Fraktion der gewünschten Ausgabe und anderen Überlegungen, einschließlich der Zylindertemperatur abhängen. Auf diese Weise kann durch Einstellen des Zylindermusters einzelner Zylinderventilmechanismen (oder einzelner Zylinderkraftstoffeinspritzventile) eine gewünschte Motorleistung durch effizienteres Betreiben von weniger Zylindern bereitgestellt und dadurch die Kraftstoffökonomie verbessert werden.
2 stellt ein Ausführungsbeispiel einer Verbrennungskammer oder eines Zylinders des Verbrennungsmotors 10 dar. Der Motor 10 kann Steuerparameter von einem Steuersystem, das die Steuerung 12 aufweist, und eine Eingabe von einem Fahrzeugbediener 130 mittels einer Eingabevorrichtung 132 empfangen. In diesem Beispiel weist die Eingabevorrichtung 132 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zur Erzeugung eines proportionalen Pedalpositionssignals PP auf. Der Zylinder (hierin auch „Verbrennungskammer“) 14 des Motors 10 kann Verbrennungskammerwände 136 mit einem darin angeordneten Kolben 138 aufweisen. Der Kolben 138 kann mit der Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, sodass die Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle 140 kann mit mindestens einem Antriebsrad des Fahrzeugs über ein Getriebesystem gekoppelt sein. Ferner kann ein Anlassermotor mit der Kurbelwelle 140 über ein Schwungrad gekoppelt sein, um einen Startvorgang des Motors 10 zu aktivieren.
Der Zylinder 14 kann Ansaugluft über eine Reihe von Ansaugluftkanälen 142, 144 und 146 aufnehmen. Der Ansaugluftkanal 146 kann neben dem Zylinder 14 mit anderen Zylindern des Motors 10 kommunizieren. In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere Ansaugkanäle eine Verstärkungsvorrichtung wie einen Turbolader oder einen Superlader aufweisen. Zum Beispiel zeigt 2 den Motor 10, der mit einem Turbolader konfiguriert ist, der einen Verdichter 174, der zwischen Ansaugkanälen 142 und 144 angeordnet ist, und eine Abgasturbine 176 aufweist, die entlang des Auslasskanals 148 angeordnet ist. Der Verdichter 174 kann über eine Welle 180 mindestens teilweise von der Abgasturbine 176 angetrieben werden, wobei die Verstärkungsvorrichtung als ein Turbolader konfiguriert ist. Eine Drosselklappe 20, die eine Drosselscheibe 164 aufweist, kann entlang eines Ansaugkanals des Motors bereitgestellt sein, um den Durchfluss und/oder Druck der Ansaugluft zu variieren, die den Motorzylindern bereitgestellt wird. Zum Beispiel kann die Drosselklappe 20 stromabwärts des Verdichters 174 angeordnet sein oder kann als Alternative stromaufwärts des Verdichters 174 bereitgestellt sein.
Der Auslasskanal 148 kann neben dem Zylinder 14 Abgase aus anderen Zylindern des Motors 10 aufnehmen. Der Abgassensor 128 ist mit dem Auslasskanal 148 stromaufwärts der Emissionssteuerungsvorrichtung 178 gekoppelt dargestellt. Der Sensor 128 kann aus verschiedenen geeigneten Sensoren zur Bereitstellung einer Anzeige eines Abgasluft-/Kraftstoff-Verhältnisses ausgewählt sein, wie zum Beispiel ein linearer Sauerstoffsensor oder UEGO-(Universal oder Wide-Range Exhaust Gas Oxygen)-Sensor, ein Sauerstoffsensor mit zwei Zuständen oder EGO (wie dargestellt), ein HEGO (erwärmter EGO), ein NOx-, HC- oder CO-Sensor sein. Die Emissionssteuerungsvorrichtung 178 kann ein Dreiwegekatalysator (TWC), ein Stickstoffabscheider, verschiedene andere Emissionssteuerungsvorrichtungen oder Kombinationen davon sein.
Die Abgastemperatur kann von einem oder mehreren Temperatursensoren (nicht dargestellt) gemessen werden, die in dem Ablasskanal 148 angeordnet sind. Als Alternative kann die Abgastemperatur basierend auf Motorbetriebsbedingungen wie Drehzahl, Last, Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Air-Fuel-Ratio = AFR), Zündverzögerung usw. hergeleitet werden. Ferner kann die Abgastemperatur durch einen oder mehrere Abgassensoren 128 berechnet werden. Man wird zu schätzen wissen, dass die Abgastemperatur alternativ durch eine beliebige Kombination von hierin aufgeführten Temperaturschätzverfahren geschätzt werden kann.
Jeder Zylinder des Motors 10 kann ein oder mehrere Ansaugventile und ein oder mehrere Auslassventile aufweisen. Zum Beispiel ist der Zylinder 14 mit mindestens einem Ansaugtellerventil 150 und mindestens einem Auslasstellerventil 156 dargestellt, das an einem oberen Bereich des Zylinders 14 angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Motors 10, einschließlich des Zylinders 14, mindestens zwei Ansaugtellerventile und mindestens zwei Auslasstellerventile aufweisen, die an einem oberen Bereich des Zylinders angeordnet sind.
Das Ansaugventil 150 kann von der Steuerung 12 mittels Nockenbetätigung über ein Nockenbetätigungssystem 151 gesteuert werden. In ähnlicher Weise kann das Auslassventil 156 von der Steuerung 12 über ein Nockenbetätigungssystem 153 gesteuert werden. Die Nockenbetätigungssysteme 151 und 153 können jeweils einen oder mehrere Nocken aufweisen und ein oder mehrere Systeme mit Nockenprofilschaltung (CPS), variabler Nockenwellensteuerung (VCT), variabler Ventilsteuerung (VVT) und/oder variabler Ventilhubsteuerung (VVL) benutzen, die von der Steuerung 12 zum Variieren des Ventilbetriebs betrieben werden können. Der Betrieb des Ansaugventils 150 und des Auslassventils 156 kann von den Ventilpositionssensoren (nicht dargestellt) und/oder den Nockenwellenpositionssensoren 155 bzw. 157 bestimmt werden. In alternativen Ausführungsformen können das Ansaugventil und/oder das Auslassventil durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Zum Beispiel kann der Zylinder 14 alternativ ein Ansaugventil, das über eine elektrische Ventilbetätigung gesteuert wird, und ein Auslassventil aufweisen, das über die Nockenbetätigung, einschließlich CPS- und/oder VCT-Systemen gesteuert wird. In wieder anderen Ausführungsformen können das Ansaug- und das Auslassventil durch einen gemeinsamen Ventilaktor oder ein gemeinsames Ventilbetätigungssystem oder einen variablen Ventilsteuerungsaktor oder ein variables Ventilbetätigungssystem gesteuert werden.
Der Zylinder 14 kann ein Verdichtungsverhältnis aufweisen, welches das Verhältnis zwischen dem Volumen ist, wenn sich der Kolben 138 am unteren Punkt, und dem Volumen, wenn er sich am oberen Punkt befindet. Herkömmlicherweise liegt das Verdichtungsverhältnis im Bereich von 9:1 bis 10:1. Allerdings kann in einigen Beispielen, in denen unterschiedliche Kraftstoffe verwendet werden, das Verdichtungsverhältnis erhöht werden. Dies kann zum Beispiel der Fall sein, wenn Kraftstoffe mit höherer Oktanzahl oder Kraftstoffe mit höherer latenter Verdampfungsenthalpie verwendet werden. Das Verdichtungsverhältnis kann auch erhöht werden, wenn aufgrund der Auswirkungen des Klopfens des Motors eine Direkteinspritzung verwendet wird.
In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Motors 10 eine Zündkerze 192 zum Initiieren der Verbrennung aufweisen. Das Zündsystem 190 kann der Verbrennungskammer 14 unter ausgewählten Betriebsmodi durch die Zündkerze 192 als Reaktion auf ein Frühzündungssignal SA von der Steuerung 12 einen Zündfunken bereitstellen.
In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Motors 10 zur Abgabe von Kraftstoff an den Zylinder mit einem oder mehreren Einspritzventilen konfiguriert sein. Als ein nicht einschränkendes Beispiel ist der Zylinder 14 mit zwei Kraftstoffeinspritzventilen 166 und 170 dargestellt. Die Kraftstoffeinspritzventile 166 und 170 können zur Abgabe von Kraftstoff konfiguriert sein, der von dem Kraftstoffsystem 8 über eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe und einem Kraftstoffzuteiler aufgenommen wird. Als Alternative kann der Kraftstoff von einer einstufigen Kraftstoffpumpe bei niedrigem Druck geliefert werden, in welchem Fall die Zeitsteuerung der direkten Kraftstoffeinspritzung während des Verdichtungstaktes eingeschränkter sein kann, als wie wenn ein Hochdruck-Kraftstoffsystem verwendet wird. Ferner kann der Kraftstofftank einen Druckwandler aufweisen, welcher der Steuerung 12 ein Signal bereitstellt.
Das Kraftstoffeinspritzventil 166 ist direkt mit dem Zylinder 14 zum direkten Einspritzen von Kraftstoff im Verhältnis zu der Pulsbreite des Signals FPW-1 gekoppelt, das von der Steuerung 12 über die elektronische Ansteuerung 168 empfangen wird. Auf diese Weise stellt das Kraftstoffeinspritzventil 166 die so genannte Direkteinspritzung (nachstehend als „DI“ bezeichnet) von Kraftstoff in den Verbrennungszylinder 14 bereit. Wenngleich 1 das Einspritzventil 166 zu einer Seite des Zylinders 14 angeordnet darstellt, kann es als Alternative über dem Kolben, beispielsweise nahe der Position der Zündkerze 192 angeordnet sein. Eine solche Position kann die Vermischung und Verbrennung aufgrund der geringeren Flüchtigkeit einiger alkoholbasierter Kraftstoffe verbessern, wenn der Motor mit einem alkoholbasierten Kraftstoff betrieben wird. Als Alternative kann das Einspritzventil oberhalb und nahe dem Ansaugventil angeordnet sein, um die Vermischung zu verbessern.
Das Kraftstoffeinspritzventil 170 ist in dem Ansaugkanal 146 und nicht in dem Zylinder 14 angeordnet in einer Konfiguration dargestellt, die als Saugrohreinspritzung von Kraftstoff (nachstehend als „PFI“ bezeichnet) in die Ansaugöffnung stromaufwärts des Zylinders 14 bekannt ist. Das Kraftstoffeinspritzventil 170 kann Kraftstoff, der von dem Kraftstoffsystem 8 empfangen wird, proportional zu der Pulsbreite des Signals FPW-2 einspritzen, das von der Steuerung 12 über die elektronische Ansteuerung 171 empfangen wird. Es sei darauf hingewiesen, dass eine einzige Ansteuerung 168 oder 171 für beide Kraftstoffeinspritzsysteme verwendet werden kann oder mehrere Ansteuerungen, zum Beispiel die Ansteuerung 168 für das Kraftstoffeinspritzventil 166 und die Ansteuerung 171 für das Kraftstoffeinspritzventil 170 verwendet werden können, wie dargestellt.
Die Kraftstoffeinspritzventile 166 und 170 können unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Diese schließen Größenunterschiede ein, zum Beispiel kann ein Einspritzventil eine größere Einspritzöffnung aufweisen als das andere. Andere Differenzen schließen ein, sind jedoch nicht beschränkt auf, unterschiedliche Spritzwinkel, unterschiedliche Betriebstemperaturen, unterschiedliche Zielauswahl, unterschiedliche Einspritzzeitsteuerung, unterschiedliche Spritzeigenschaften, unterschiedliche Positionen usw. Darüber hinaus können je nach dem Verteilungsverhältnis von eingespritztem Kraftstoff unter den Einspritzventilen 166 und 170 unterschiedliche Effekte erzielt werden.
Kraftstoff kann während eines einzigen Zyklus des Zylinders von beiden Einspritzventilen an den Zylinder abgegeben werden. Zum Beispiel kann jedes Einspritzventil einen Anteil einer Kraftstoffgesamteinspritzung abgeben, die in dem Zylinder 14 verbrannt wird. Dementsprechend kann eingespritzter Kraftstoff sogar für ein einziges Verbrennungsereignis zu unterschiedlichen Zeitpunkten von dem Saugrohr und Direkteinspritzventil eingespritzt werden. Darüber hinaus kann für ein einziges Verbrennungsereignis eine Vielzahl von Einspritzungen des abgegebenen Kraftstoffs pro Zyklus durchgeführt werden. Die Vielzahl von Einspritzungen kann während des Verdichtungstaktes, des Ansaugtaktes oder einer geeigneten Kombination davon ausgeführt werden.
Wie oben beschrieben, stellt 2 nur einen Zylinder eines Mehrzylindermotors dar. Dementsprechend kann jeder Zylinder in ähnlicher Weise seinen eigenen Satz von Ansaug-/Auslassventilen, Kraftstoffeinspritzventil(en), Zündkerze usw. aufweisen. Man wird zu schätzen wissen, dass der Motor 10 eine beliebige geeignete Anzahl von Zylindern aufweisen kann, einschließlich 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 oder mehr Zylindern. Ferner kann jeder dieser Zylinder einige oder alle der verschiedenen Komponenten aufweisen, die beschrieben und in 2 unter Bezugnahme auf den Zylinder 14 dargestellt sind.
Der Motor kann ferner einen oder mehrere Abgasrückführungskanäle zum Zurückführen mindestens eines Anteils des Abgases von dem Motorauslass zu dem Motoreinlass aufweisen. Dementsprechend kann durch Rückführen eines Teils des Abgases eine Motorverdünnung betroffen sein, welche die Motorleistung durch Reduzieren von Motorklopfen, Zylinderverbrennungs-Spitzentemperaturen und -drücken, Drosselklappenverlusten und NOx-Emissionen verbessern kann. In der dargestellten Ausführungsform kann Abgas von dem Auslasskanal 148 zu dem Ansaugkanal 144 über den AGR-Kanal 141 zurückgeführt werden. Die AGR-Menge, die dem Ansaugkanal 144 bereitgestellt wird, kann von der Steuerung 12 über das AGR-Ventil 143 variiert werden. Ferner kann ein AGR-Sensor 145 in dem AGR-Kanal angeordnet sein und eine Anzeige eines oder mehrerer von Druck, Temperatur und Konzentration des Abgases bereitstellen.
Die Steuerung 12 ist in 2 als ein Mikrocomputer dargestellt, der eine Mikroprozessoreinheit 106, Eingabe-/Ausgabeanschlüsse 108, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, das in diesem bestimmten Beispiel als Nurlesespeicherchip 110 dargestellt ist, einen wahlfreien Zugriffsspeicher 112, einen Keep-Alive-Speicher 114 und einen Datenbus aufweist. Die Steuerung 12 kann zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Signalen verschiedene Signale von den Sensoren empfangen, die mit dem Motor 10 gekoppelt sind, einschließlich der Messung des induzierten Luftmassenstroms (MAF) von dem Luftmassenstromsensor 122; der Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von dem Temperatursensor 116, der mit der Kühlhülse 118 gekoppelt ist; eines Profilzündungsaufnahmesignals (PIP) aus dem Halleffektsensor 120 (oder einem anderen Typ), der mit der Kurbelwelle 140 gekoppelt ist; der Drosselklappenposition (TP) von einem Drosselklappenpositionssensor, und eines Krümmerabsolutdrucksignals (MAP) von dem Sensor 124. Das Motordrehzahlsignal U/min (RPM) kann von der Steuerung 12 aus dem PIP-Signal erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP aus einem Krümmerdrucksensor kann verwendet werden, um eine Anzeige des Vakuums oder Drucks in dem Ansaugkrümmer bereitzustellen. Wieder andere Sensoren können Kraftstofffüllstandsensoren und Kraftstoffzusammensetzungssensoren einschließen, die mit dem oder den Kraftstofftank(s) des Kraftstoffsystems gekoppelt sind.
Der Nurlesespeicher 110 des Speichermediums kann mit computerlesbaren Daten programmiert sein, die Anweisungen repräsentieren, die von dem Prozessor 106 zur Durchführung der unten beschriebenen Verfahren sowie anderer Varianten, die in Erwägung gezogen werden, aber nicht spezifisch aufgeführt sind, ausführbar sind.
Die Motorsysteme aus 1 und 2 können mit einem Zylinderdeaktivierungsmuster betrieben werden, das eine Turboladerleistung aufgrund reduzierter Abgasvolumina beeinflussen kann. Ein Muster kann ausgewählt werden, das eine Turboladerleistung optimiert, wobei das Muster für unterschiedliche aufgeladene Motorsysteme wie die Motorkonfigurationen aus 3 bis 5 verschieden sein kann. Zum Beispiel können die Anzahl und Eigenschaften der Turbinen und die Konfiguration von Verdichterauslässen das ausgewählte Muster beeinflussen.
3 zeigt ein schematisches Diagramm, das ein aufgeladenes Motorsystem 300 darstellt, das eine Turbine mit binärem Durchfluss oder Twin-Scroll-Turbine 392 aufweist, die in einem Antriebssystem eines Automobils enthalten sein kann. Der Motor 301 kann von einem Steuersystem, das die Steuerung 341 aufweist, und durch eine Eingabe von einem Fahrzeugbediener 305 mittels einer Eingabevorrichtung 303 mindestens teilweise gesteuert werden. In diesem Beispiel weist die Eingabevorrichtung 303 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 307 zur Erzeugung eines proportionalen Pedalpositionssignals PP auf.
Der Motor 301 kann mehrere Verbrennungskammern (d. h. Zylinder) aufweisen. In dem Beispiel, das in 3 dargestellt ist, weist der Motor 301 Verbrennungskammern 321, 323, 325 und 327 auf, die in einem 4-Zylinder-Reihenmotor angeordnet sind. Man muss jedoch verstehen, dass, wenngleich 3 vier Zylinder zeigt, der Motor 301 eine beliebige Anzahl von Zylindern in einer beliebigen Konfiguration aufweisen kann, z. B. V-8, V-6, I-6, V-12, im Gegensatz zu 4, usw. 3 kann auch eine der zwei Bänke eines V-8-Motors repräsentieren.
Wenngleich dies nicht in 3 dargestellt ist, kann jede Verbrennungskammer (d. h. Zylinder) des Motors 301 Verbrennungskammerwände mit einem darin angeordneten Kolben aufweisen. Die Kolben können mit einer Kurbelwelle gekoppelt sein, sodass die Hin- und Herbewegung der Kolben in eine Drehbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle kann zum Beispiel mit mindestens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs über ein zwischengeschaltetes Getriebesystem gekoppelt sein. Ferner kann ein Anlassermotor mit der Kurbelwelle über ein Schwungrad gekoppelt sein, um einen Startvorgang des Motors 301 zu aktivieren.
Jede Verbrennungskammer kann Ansaugluft von einem Ansaugkrümmer 309 über einen Luftansaugkanal 319 aufnehmen. Der Ansaugkrümmer 309 kann mit den Verbrennungskammern über Ansaugöffnungen gekoppelt sein. Zum Beispiel ist der Ansaugkrümmer 309 in 3 mit Zylindern 321, 323, 325 und 327 über Ansaugöffnungen 311, 313, 315 bzw. 317 gekoppelt. Jede entsprechende Ansaugöffnung kann Luft und/oder Kraftstoff zur Verbrennung an den entsprechenden Zylinder leiten.
Jede Verbrennungskammer kann Verbrennungsabgase über eine daran gekoppelte Auslassöffnung ausstoßen. Zum Beispiel sind die Auslassöffnungen 331, 333, 335, 337 in 3 mit den jeweiligen Zylindern 321, 323, 325, 327 gekoppelt dargestellt. Jede entsprechende Auslassöffnung kann Verbrennungsabgase von einem entsprechenden Zylinder an einen Auslasskrümmer oder Auslasskanal leiten. In dem vorliegenden Beispiel ist der Auslasskrümmer ein geteilter Auslasskrümmer, wobei Auslassöffnungen ausgewählter Zylinder Abgas an verschiedene Auslasskrümmer leiten. In der vorliegenden Darstellung leiten die Auslassöffnungen 331 und 337 Verbrennungsabgase von Zylindern 321 und 327 zum Auslasskrümmersegment 365, während die Auslassöffnungen 333 und 335 Verbrennungsabgase von Zylindern 323 und 325 zum Auslasskrümmersegment 367 leiten. In alternativen Beispielen kann jede der Auslassöffnungen 331, 333, 335, 337 Verbrennungsabgase von einem jeweiligen Zylinder zu einem gemeinsamen, ungeteilten Auslasskrümmer leiten. Jede Zylinderansaugöffnung kann über ein Ansaugventil selektiv mit dem Zylinder kommunizieren. Zum Beispiel sind die Zylinder 321, 323, 325 und 327 in 3 mit Ansaugventilen 348, 350, 352 bzw. 354 dargestellt. Gleichermaßen kann jede Zylinderauslassöffnung über ein Auslassventil selektiv mit dem Zylinder kommunizieren. Zum Beispiel sind die Zylinder 321, 323, 325 und 327 in 3 mit Auslassventilen 356, 358, 360 bzw. 362 dargestellt. In einigen Beispielen kann die Verbrennungskammer zwei oder mehrere Ansaugventile und/oder zwei oder mehrere Auslassventile aufweisen.
Wenngleich dies nicht in 3 dargestellt ist, kann jedes Ansaug- und Auslassventil von einem Ansaugnocken und einem Auslassnocken betätigt werden. Als Alternative können ein oder mehrere der Ansaug- und Auslassventile von einer elektromechanisch gesteuerten Ventilspule und Ankeranordnung betätigt werden. Die Position eines Ansaugnockens kann von einem Ansaugnockensensor bestimmt werden. Die Position eines Auslassnockens kann von einem Auslassnockensensor bestimmt werden.
Der Ansaugkanal 319 kann eine Drosselklappe 364 mit einer Drosselscheibe 366 aufweisen. In diesem bestimmten Beispiel kann die Position der Drosselscheibe 366 von der Steuerung 341 mittels eines Signals variiert werden, das einem Elektromotor oder Aktor bereitgestellt wird, die in der Drosselklappe 364 enthalten sind, wobei diese Konfiguration allgemein als elektronische Drosselklappensteuerung (ETC) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann die Drosselklappe 364 zum Variieren der Ansaugluft, die den Verbrennungskammern bereitgestellt wird, betätigt werden. Die Position der Drosselscheibe 366 kann der Steuerung 341 über ein Drosselklappenpositionssignal TP von einem Drosselklappenpositionssensor 368 bereitgestellt werden. Der Ansaugkanal 319 kann ferner einen Luftmassenstromsensor 370 und einen Krümmerluftdrucksensor 372 zum Bereitstellen der entsprechenden MAF- und MAP-Signale an die Steuerung 341 aufweisen.
In 3 sind Kraftstoffeinspritzventile direkt mit den Verbrennungszylindern zum direkten Einspritzen von Kraftstoff im Verhältnis zu einer Pulsbreite eines Signals FPW, das von der Steuerung 341 über eine elektronische Ansteuerung empfangen wird, gekoppelt dargestellt. Zum Beispiel sind die Kraftstoffeinspritzventile 374, 376, 378 und 380 in 3 mit den jeweiligen Zylindern 321, 323, 325 und 327 gekoppelt dargestellt. Auf diese Weise stellen die Kraftstoffeinspritzventile eine so genannte Direkteinspritzung von Kraftstoff in die Verbrennungskammer bereit. Jedes entsprechende Kraftstoffeinspritzventil kann zum Beispiel in der Seite der entsprechenden Verbrennungskammer oder in der Oberseite der entsprechenden Verbrennungskammer befestigt sein. In einigen Beispielen können ein oder mehrere Kraftstoffeinspritzventile in dem Ansaugkrümmer 309 in einer Konfiguration angeordnet sein, die eine so genannte Saugrohreinspritzung von Kraftstoff in die Ansaugöffnungen stromaufwärts der jeweiligen Verbrennungskammern bereitstellt. Wenngleich dies in 3 nicht dargestellt ist, kann Kraftstoff von einem Kraftstoffsystem, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe, eine Kraftstoffleitung und einen Kraftstoffzuteiler aufweist, an die Kraftstoffeinspritzventile abgegeben werden.
Die Verbrennungskammern des Motors 301 können in einem Verdichtungszündmodus mit oder ohne Zündfunken betrieben werden. In einigen Beispielen kann ein verteilerloses Zündsystem (nicht dargestellt) Zündkerzen, die mit den Verbrennungskammern gekoppelt sind, als Reaktion auf die Steuerung 341 einen Zündfunken bereitstellen. Zum Beispiel sind die Zündkerzen 382, 384, 386 und 388 in 3 mit den jeweiligen Zylindern 321, 323, 325 und 327 gekoppelt dargestellt.
Der Motor 301 kann einen Turbolader 390 aufweisen. Der Turbolader 390 kann eine Abgasturbine 392 und einen Ansaugverdichter 394 aufweisen, die mit einer gemeinsamen Welle 396 gekoppelt sind. Die Schaufeln der Abgasturbine 392 können zur Drehung um die gemeinsame Welle veranlasst werden, während ein Anteil der Abgasströmung, die von dem Motor 301 ausgestoßen wird, auf die Schaufeln der Turbine auftrifft. Der Ansaugverdichter 394 kann mit der Turbine 392 derart gekoppelt sein, dass der Verdichter 394 betätigt werden kann, wenn die Schaufeln der Turbine 392 zur Drehung veranlasst werden. Bei Betätigung kann der Verdichter 394 dann Druckgas an den Luftansaugkrümmer 309 leiten, von wo aus es dann an den Motor 301 geleitet werden kann. Auf diese Weise kann der Turbolader 390 zur Bereitstellung einer aufgeladenen Luftladung an die Motoransaugung konfiguriert sein.
Der Turbolader 390 kann als ein Multi-Scroll-Turbolader konfiguriert sein, bei dem die Abgasturbine mehrere Spiralen aufweist. In der dargestellten Ausführungsform weist die Turbine 392 zwei Spiralen auf, nämlich eine erste Spirale 395 und eine zweite Spirale 397. Die erste Spirale kann eine äußere Spirale sein, während die zweite Spirale eine innere Spirale sein kann. Als Alternative können die Spiralen seitlich zueinander angeordnet sein. Die Spiralen können als eine Spirale mit hohem Durchfluss und eine Spirale mit niedrigem Durchfluss bezeichnet werden, wobei die Spirale mit hohem Durchfluss die Spirale ist, die die Turbinenreaktion bei Bedingungen eines hohen Durchflusses verbessert, und wobei die Spirale mit niedrigem Durchfluss die Spirale ist, die die Turbinenreaktion bei Bedingungen eines niedrigen Durchflusses verbessert. In einem Beispiel ist die Spirale mit niedrigem Durchfluss die äußere Spirale, während die Spirale mit hohem Durchfluss die innere Spirale ist. In einem anderen Beispiel ist die Spirale mit niedrigem Durchfluss die äußere Spirale, während die Spirale mit hohem Durchfluss die innere Spirale ist.
Jede Spirale kann Abgas von einem anderen Zylindersatz über unterschiedliche Auslasskrümmersegmente und unterschiedliche Einlässe aufnehmen. Genauer kann Abgas aus den Zylindern 321 und 327 entlang eines ersten Abgaseintrittsweges 302 in die erste äußere Spirale 395 strömen, während Abgas aus den Zylindern 323 und 325 entlang eines zweiten Abgaseintrittsweges 304 in die zweite innere Spirale 397 strömt. Außerdem kann eine Leitung 369 mit dem Verbindungsventil 371 das Auslasskrümmersegment 365 mit dem Auslasskrümmersegment 367 stromaufwärts der Turbine koppeln. Dann kann Abgas aus allen Zylindern zu jeder der Spiralen geleitet werden, sodass eine höhere Turbinenausgabe ermöglicht wird. In einigen Ausführungsformen kann ein Spiralventil 306 in dem ersten Abgaseintrittsweg 302 zwischen dem Motorauslasskrümmer 329 und einem Einlass der ersten äußeren Spirale 395 gekoppelt sein. Somit ist die Abgasturbine 392 als eine Turbine mit binärem Durchfluss konfiguriert. Wie unten erläutert, kann eine Abgasmenge, die zu der Turbine geleitet wird, durch Einstellen einer Position des Spiralventils 306 variiert werden. Dementsprechend ist das Spiralventil nicht mit einem Einlass der zweiten inneren Spirale gekoppelt.
Eine Ladedruckregelklappe („Wastegate“) 310 kann über die Turbine 392 gekoppelt sein. Genauer kann die Ladedruckregelklappe 310 in einer Umgehung 308 enthalten sein, die zwischen einem Einlass und einem Auslass der Abgasturbine gekoppelt ist. Durch Einstellen einer Position der Ladedruckregelklappe 310 kann eine Ladedruckmenge, die von der Turbine bereitgestellt wird, gesteuert werden. Wenngleich das dargestellte Beispiel die Umgehung 308 als das Auslasskrümmersegment 367 mit dem Auslass der Turbine koppelnd darstellt, kann die Umgehung 308 in einem anderen Beispiel zusätzlich oder alternativ das Auslasskrümmersegment 365 mit dem Auslass der Turbine koppeln.
Abgase können auch von dem einen oder beiden Auslasskrümmersegmenten 365, 367 (hierin als nur von dem Auslasskrümmersegment 365 zurückgeführt dargestellt) zu dem Ansaugkanal 319 über einen Abgasrückführ-(AGR)-Kanal 328 zurückgeführt werden. Der AGR-Kanal 328 kann ein AGR-Ventil 330 zum Steuern einer AGR-Menge sowie einen AGR-Kühler zum Steuern einer Temperatur der AGR aufweisen, die an die Motoransaugung abgegeben wird.
Abgase, die aus der Turbine 392 und/oder der Ladedruckregelklappe 310 austreten, können durch eine Emissionssteuervorrichtung 312 geleitet werden. Die Emissionssteuervorrichtung 312 kann in einem Beispiel mehrere Katalysatorträger („Bricks“) aufweisen. Nach Passieren der Emissionssteuervorrichtung 312 kann Abgas zu einem Auspuffendrohr 314 geleitet werden.
In einigen Beispielen kann die Steuerung 341 einen herkömmlichen Mikrocomputer aufweisen, der Folgendes aufweist: eine Mikroprozessoreinheit, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse, einen Nurlesespeicher, einen wahlfreien Zugriffsspeicher, einen „Keep-Alive“-Speicher und einen herkömmlichen Datenbus. Die Steuerung 341 kann, wie in 3 dargestellt, neben den oben erläuterten Signalen verschiedene Signale von Sensoren empfangen, die mit dem Motor 301 gekoppelt sind, wie den Sensoren, die oben unter Bezugnahme auf 2 beschrieben sind. Basierend auf der Eingabe von den verschiedenen Sensoren kann die Steuerung 341 konfiguriert sein, verschiedene Steuerroutinen auszuführen und einen oder mehrere Aktoren zu betätigen. Die Aktoren können neben den oben unter Bezugnahme auf 2 beschriebenen Aktoren zum Beispiel die Eingangsdrosselklappe 364, AGR-Ventile 320 und 330, Ladedruckregelklappe 310 und das Spiralventil 306 aufweisen.
Dementsprechend kann die Turbine durch Einstellen des Spiralventils 306 basierend auf Motorbetriebsbedingungen in verschiedenen Modi betrieben werden, wobei der dynamische Bereich, über welchen der Ladedruck von dem Turbolader bereitgestellt werden kann, verbessert wird. Zum Beispiel kann der Turbolader in einem ersten Modus unter ausgewählten Bedingungen wie bei niedrigen Motordrehzahlen, während Motorkaltstarts und als Reaktion auf einen erhöhten Drehmomentbedarf mit geschlossenem (z. B. vollständig geschlossenen) Spiralventil betrieben werden. Im Falle des Betriebs in dem ersten Modus mit geschlossenem Spiralventil verhält sich die Turbine wie eine kleine Mono-Scroll-Turbine, sodass eine schnelleres Aufdrehen und BMEP bereitgestellt werden. Hierin wird durch Schließen des Spiralventils die Abgasströmung zu der ersten Spirale abgeschaltet. Die resultierende eingeschränkte Abgasströmung durch nur eine der Spiralen erhöht den Auslasskrümmerdruck und den Turbineneinlassdruck (und Motorgegendruck). Durch Anheben des Drucks von Abgas, das durch die Turbine strömt, wird die Turbinendrehzahl und -leistung insbesondere dann, wenn der Motor bei niedrigeren Drehzahlen betrieben wird, und während Transientenleistung erhöht. Im Falle einer Koordination mit der Ladedruckregelklappe sowie einem oder beiden AGR-Systemen können (zur Bereitstellung von Vorteilen bezüglich einer gekühlten AGR), die Zeit bis zu dem gewünschten Drehmoment und die Turbinenaufdrehung im Wesentlichen verbessert werden. Ein selektiver Betrieb des Motors mit einem Zylinderdeaktivierungsmuster zusätzlich zu der Schließung des Spiralventils kann weitere Vorteile für die Turbinenleistung bereitstellen.
Als anderes Beispiel kann der Turbolader unter ausgewählten Bedingungen mit offenem (z. B. vollständig offenem) Spiralventil in einem zweiten Modus betätigt werden. Im Falle des Betriebs in dem zweiten Modus mit offenem Spiralventil verhält sich die Turbine wie eine große Mono-Scroll-Turbine, sodass eine verbesserte Spitzenleistung bereitgestellt wird. Hierin bewirkt das Öffnen der Spirale, dass Abgas sowohl durch die erste als auch die zweite Spirale strömt. Der resultierende Abfall des Auslasskrümmerdrucks ermöglicht, dass mehr Frischluft in die Motoransaugung eingesaugt wird. Die erhöhte Abgasströmung durch die Turbine erhöht auch den Antrieb der Turbine. Im Falle einer Koordination mit der Ladedruckregelklappe sowie einem oder beiden AGR-Systemen kann die Leistung des aufgeladenen Motors verbessert werden, ein stöchiometrisches Fenster wird vergrößert und die Kraftstoffökonomievorteile einer gekühlten AGR werden erzielt. Ein selektiver Betrieb des Motors mit einem Zylinderdeaktivierungsmuster zusätzlich zu der Schließung des Spiralventils kann weitere Vorteile für die Turbinenleistung bereitstellen.
Wenngleich die obigen Modi das Spiralventil als entweder vollständig offen oder vollständig geschlossen beschreiben, wird man zu schätzen wissen, dass in wieder anderen Modi das Spiralventil auf eine beliebige (variable) Position zwischen dem vollständig offenen und vollständig geschlossenen Zustand eingestellt werden kann, basierend auf Betriebsbedingungen des Motors. Zum Beispiel kann das Spiralventil basierend auf Motorbetriebsbedingungen stufenweise geöffnet oder geschlossen werden (z. B. in 20-%-Stufen).
Unter Bedingungen, unter denen das Motorsystem 300 mit Zylinderdeaktivierung betrieben wird, wie weiter unter Bezugnahme auf 7 beschrieben, kann ein Zylindermuster ausgewählt werden, das die Turbinenreaktion verbessert. Zum Beispiel kann, falls möglich ein Zylindermuster ausgewählt werden, bei dem eine Verteilung und Frequenz von Abgaspulsen aus Zündzylindern nur auf eine der Spiralen 395, 397 konzentriert wird, wie weiter unter Bezugnahme auf 8A erläutert wird. Unter Bezugnahme auf das beispielhafte Motorsystem in 3 kann die Abgasströmung durch Einstellen des Spiralventils 306 nur zu einer der Spiralen 395, 397 geleitet werden, während ein Zylindermuster ausgewählt wird, das Zündzyklen an Zylindern konzentriert, die mit einer der Spiralen verbunden sind.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften turbogeladenen Motorsystems 400, das einen Mehrzylinder-Verbrennungsmotor 401 und Twin-Turbolader 420 und 430 mit verbundenen Verdichterauslässen 446 und 448 aufweist. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann der Motor 400 als Teil eines Antriebssystems für einen Personenkraftwagen enthalten sein. Das Motorsystem 400 kann Ansaugluft über einen Ansaugkanal 440 aufnehmen. Der Ansaugkanal 440 kann einen Luftfilter 456 und ein AGR-Drosselventil 441 aufweisen. Das Motorsystem 400 kann ein geteiltes Motorsystem sein, wobei der Ansaugkanal 440 stromabwärts des AGR-Drosselventils 441 in den ersten und den zweiten parallelen Ansaugkanal aufgeteilt wird, die jeweils einen Turboladerverdichter aufweisen. Spezifisch wird mindestens ein Anteil der Ansaugluft über einen ersten parallelen Ansaugkanal 442 zu dem Verdichter 422 des Turboladers 420 geleitet und mindestens ein anderer Anteil der Ansaugluft wird über einen zweiten parallelen Ansaugkanal 444 des Ansaugkanals 440 zu dem Verdichter 432 des Turboladers 430 geleitet.
Der erste Anteil der Ansaugluft insgesamt, der von dem Verdichter 422 verdichtet wird, kann über einen ersten parallelen Verdichterauslass 446 zu dem Ansaugkrümmer 460 geleitet werden. Auf diese Weise bilden der Ansaugkanal 442 und der Verdichterauslass 446 eine erste parallele Abzweigung des Luftansaugsystems des Motors. In ähnlicher Weise kann ein zweiter Anteil der Ansaugluft insgesamt von dem Verdichter 432 verdichtet werden, wobei er über einen zweiten parallelen Verdichterauslass 448 zu dem Ansaugkrümmer 460 geleitet werden kann. Auf diese Weise bilden der Ansaugkanal 444 und der Verdichterauslass 448 eine zweite parallele Abzweigung des Luftansaugsystems des Motors. Wie in 4 dargestellt, kann Ansaugluft aus den Verdichterauslässen 446 und 448 über einen gemeinsamen Ansaugkanal 449 erneut kombiniert werden, bevor sie den Ansaugkrümmer 460 erreicht, wo die Ansaugluft dem Motor bereitgestellt werden kann.
In einigen Beispielen kann der Ansaugkrümmer 460 einen Ansaugkrümmerdrucksensor 482 zur Schätzung eines Krümmerdrucks (MAP) und/oder einen Ansaugkrümmertemperatursensor 483 zur Schätzung einer Krümmerlufttemperatur (MCT) aufweisen, die jeweils mit der Steuerung 12 kommunizieren. Der Ansaugkanal 449 kann einen Luftkühler 455 und/oder eine Drosselklappe (wie ein zweites Drosselventil 458) aufweisen. Die Position des Drosselventils 458 kann von dem Steuersystem über einen Drosselklappenaktor (nicht dargestellt) eingestellt werden, der kommunikativ mit der Steuerung 12 gekoppelt ist. Ein Pumpgrenzventil 452 kann bereitgestellt sein, um die Verdichterstufen der Turbolader 420 und 430 über die Umgehungskanäle 451 selektiv zu umgehen. Als Beispiel kann das Pumpgrenzventil 452 öffnen, um eine Strömung durch den Umgehungskanal 451 zu ermöglichen, wenn der Ansaugluftdruck stromaufwärts der Verdichter einen Schwellenwert erreicht.
Der Motor 401 kann mehrere Zylinder 414 aufweisen. In dem dargestellten Beispiel weist der Motor 401 acht Zylinder auf, die in einer V-Konfiguration angeordnet sind. Genauer sind die acht Zylinder auf zwei Bänken 413 und 415 angeordnet, wobei jede Bank vier Zylinder aufweist. In alternativen Beispielen kann der Motor 401 zwei oder mehrere Zylinder wie 4, 5, 6, 10 oder mehr Zylinder aufweisen. Diese verschiedenen Zylinder können in alternativen Konfigurationen gleichmäßig verteilt und angeordnet sein, wie als V, in Reihe, als Boxer usw. Jeder Zylinder 414 kann mit einem Kraftstoffeinspritzventil 466 konfiguriert sein. In dem dargestellten Beispiel ist das Kraftstoffeinspritzventil 466 ein Einspritzventil mit Direkteinspritzung in den Zylinder. Allerdings kann das Kraftstoffeinspritzventil 466 in anderen Beispielen als ein saugrohrbasiertes Kraftstoffeinspritzventil konfiguriert sein.
Ansaugluft, die jedem Zylinder 414 (hierin auch als eine Verbrennungskammer 414 bezeichnet) über den gemeinsamen Ansaugkanal 449 zugeführt wird, kann für die Kraftstoffverbrennung verwendet werden, und Verbrennungsprodukte können dann durch bankspezifische parallele Auslasskanäle ausgestoßen werden. In dem dargestellten Beispiel kann eine erste Bank 413 von Zylindern des Motors 401 Verbrennungsprodukte durch einen ersten parallelen Auslasskanal 417 ausstoßen und eine zweite Bank 415 von Zylindern kann Abgasprodukte durch einen zweiten parallelen Auslasskanal 419 ausstoßen. Jeder des ersten und des zweiten parallelen Auslasskanals 417 und 419 kann ferner eine Turboladerturbine aufweisen. Genauer können Verbrennungsprodukte, die über den Auslasskanal 417 ausgestoßen werden, durch die Abgasturbine 424 des Turboladers 420 geleitet werden, was dem Verdichter 422 wiederum über die Welle 426 mechanische Arbeit bereitstellen kann, um die Ansaugluft zu verdichten. Als Alternative kann ein Teil oder das gesamte Abgas, das durch den Auslasskanal 417 strömt, die Turbine 424 über den Turbinenumgehungskanal 423 umgehen, der von der Ladedruckregelklappe 428 gesteuert wird. In ähnlicher Weise können Verbrennungsprodukte, die über den Auslasskanal 419 ausgestoßen werden, durch die Abgasturbine 434 des Turboladers 430 geleitet werden, was dem Verdichter 432 wiederum über die Welle 436 mechanische Arbeit bereitstellen kann, um die Ansaugluft, die durch die zweite Verzweigung des Ansaugsystems des Motors strömt, zu verdichten. Als Alternative kann ein Teil oder das gesamte Abgas, das durch den Auslasskanal 419 strömt, die Turbine 434 über den Turbinenumgehungskanal 433 umgehen, der von der Ladedruckregelklappe 438 gesteuert wird. In einigen Beispielen können mehrere Auslasskanäle mit spezifischen Sätzen von Zylindern 414 assoziiert sein. Jeder Auslasskanal kann Abgas von einem Satz von Zylindern einer oder mehreren spezifischen Komponenten des Motorsystems 400 bereitstellen.
In einigen Beispielen können die Abgasturbinen 424 und 434 als Turbinen mit variabler Geometrie konfiguriert sein, wobei die Steuerung 12 die Position der Turbinenradschaufeln (oder -leitschaufeln) einstellen kann, um den Energiepegel, der aus der Abgasströmung erhalten und auf ihren jeweiligen Kompressor übertragen wird, zu variieren. Als Alternative können die Abgasturbinen 424 und 434 als Turbinen mit variabler Düse konfiguriert sein, wobei die Steuerung 12 die Position der Turbinendüse einstellen kann, um den Energiepegel, der aus der Abgasströmung erhalten und auf ihren jeweiligen Kompressor übertragen wird, zu variieren. Zum Beispiel kann das Steuersystem zum unabhängigen Variieren der Schaufel- oder Düsenposition der Abgasturbinen 424 und 434 über jeweilige Aktoren konfiguriert sein. In alternativen Beispielen können Abgasturbinen 424 und 434 als Twin-Scroll-Turbinen oder Turbinen mit binärem Durchfluss konfiguriert sein, wobei die Steuerung 12 den Anteil des Abgases, der durch jede der zwei Turbinenspiralen geleitet wird, über ein Spiralventil einstellen kann.
Abgase in dem ersten parallelen Auslasskanal 417 können über den verzweigten parallelen Auslasskanal 470 in die Atmosphäre geleitet werden, während Abgase in dem zweiten parallelen Auslasskanal 419 über den verzweigten parallelen Auslasskanal 480 in die Atmosphäre geleitet werden können. Die Auslasskanäle 470 und 480 können eine oder mehrere Abgasnachbehandlungsvorrichtungen wie einen Katalysator und einen oder mehrere Abgassensoren aufweisen.
Der Motor 401 kann ferner einen oder mehrere Abgasrückführungs-(AGR)-Kanäle oder -Schleifen zum Rückführen mindestens eines Anteils des Abgases aus dem ersten und dem zweiten parallelen Auslasskanal 417 und 419 und/oder ersten und zweiten parallelen verzweigten Auslasskanal 470 und 480 zu dem ersten und dem zweiten parallelen Ansaugkanal 442 und 444 und/oder den parallelen Verdichterauslässen 446 und 448 aufweisen. Diese können Hochdruck-AGR-Schleifen 490, 494 mit Durchflussregelungsventilen 492, 496 zur Bereitstellung von Hochdruck-AGR (Hochdruck-AGR) und Niederdruck-AGR-Schleifen 462, 472 mit Durchflussregelungsventilen 464, 474 zur Bereitstellung einer Niederdruck-AGR (Niederdruck-AGR) aufweisen. Niederdruck-AGR-Schleifen 462, 472 können ferner Ladeluftkühler 465, 475 zur Einstellung der Temperatur des Abgases vor der Rückführung in die Motoransaugung aufweisen. In einem Beispiel kann die Hochdruck-AGR bei Nichtvorhandensein eines Ladedrucks bereitgestellt werden, der von den Turboladern 420, 430 bereitgestellt wird, während eine Niederdruck-AGR bei Gegenwart eines Turboladerladedrucks bereitgestellt werden kann und/oder wenn eine Abgastemperatur über einem Schwellenwert liegt. In wieder anderen Beispielen können sowohl eine Hochdruck-AGR als auch eine Niederdruck-AGR gleichzeitig bereitgestellt werden.
Die Position der Ansaug- und Auslassventile jedes Zylinders 414 können über hydraulisch betätigte Stößel, die mit Ventilschubstangen gekoppelt sind, oder über einen Nockenprofilschaltmechanismus geregelt werden, in dem Nockenvorsprünge verwendet werden. In diesem Beispiel können mindestens die Ansaugventile jedes Zylinders 414 durch Nockenbetätigung unter Verwendung eines Nockenbetätigungssystems gesteuert werden. Genauer kann das Ansaugventil-Nockenbetätigungssystem 425 einen oder mehrere Nocken aufweisen und kann eine variable Nockenwellensteuerung oder -hub für Ansaug- und/oder Auslassventile verwenden. In alternativen Ausführungsformen können die Ansaugventile durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. In ähnlicher Weise können die Auslassventile durch Nockenbetätigungssysteme oder elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden.
Das Motorsystem 400 kann von einem Steuersystem 14, das die Steuerung 12 aufweist, und durch eine Eingabe von einem Fahrzeugbediener mittels einer Eingabevorrichtung (nicht dargestellt) mindestens teilweise gesteuert werden. Das Steuersystem 14 empfängt Informationen von mehreren Sensoren 4 (verschiedene Beispiele davon sind hierin beschrieben) und sendet Steuersignale an mehrere Aktoren 22. Als Beispiel können die Sensoren 4 und Aktoren 22 die oben unter Bezugnahme auf 2 beschriebenen Sensoren aufweisen. Andere Aktoren wie verschiedene Zusatzventile und Drosselklappen können mit verschiedenen Stellen im Motorsystem 400 gekoppelt sein. Die Steuerung 12 kann Eingabedaten von den verschiedenen Sensoren empfangen, die Eingabedaten verarbeiten und die verschiedenen Aktoren als Reaktion auf die verarbeiteten Eingabedaten basierend auf einem darin programmierten Befehl oder Code entsprechend einer oder mehreren Routinen auslösen.
Unter Bedingungen, unter denen das Motorsystem 400 mit Zylinderdeaktivierung betrieben wird, wie weiter unter Bezugnahme auf 7 beschrieben, kann ein Zylindermuster ausgewählt werden, das die Turbinenreaktion verbessert. Für ein Twin-Turbo-System mit einem gemeinsamen Verdichterauslass kann ein Zylindermuster ausgewählt werden, das Abgas von den aktiven Zylindern zu jeder der Turbinen 424, 434 mit einer Verteilung und Frequenz leitet, wie unter Bezugnahme auf 8B weiter erläutert, sodass die Turbinenreaktion verbessert wird. Unter Bezugnahme auf das beispielhafte Motorsystem in 4 kann ein Zylindermuster ausgewählt werden, das die Zündung an einem oder mehreren Zylindern auf jeder der Bänke 413, 415 bei einer gewünschten Frequenz konzentriert, da jede Bank zu einer separaten Turbine führt. Hierin können Muster vermieden werden, die Zylinder, die jede Turbine speisen, wiederholt überspringen. Außerdem kann ein Zylindermuster mit langen Verzögerungen zwischen Zündereignissen vermieden werden, um die Wahrscheinlichkeit von Verdichterdruckstößen zu verringern.
Wenn das Twin-Turbo-System zum Beispiel einen gemeinsamen Einlass aufweist, falls sich eine der Turbinen zu sehr verlangsamt, kann der Turbolader zum Stillstand kommen, sodass aufgeladene Luft aus dem anderen Turbolader zurückströmen und NVH-Probleme schaffen kann. Hierin kann ein Zylindermuster ausgewählt werden, das beide Turboladerturbinen gleichermaßen speist.
Wenn im Vergleich dazu das Twin-Turbo-System separate Ansaugungen hat, wie nachstehend erläutert, kann ein Zylindermuster ausgewählt werden, bei dem die Zündung auf eine Turbine konzentriert ist. Dies kann ermöglichen, dass der ausgewählte Turbolader Ladedruck mindestens für seine Zylinderbank aufbaut. In einem anderen Beispiel kann das Twin-Turbo-System ein Ventil aufweisen, das die Ansaugkrümmer nur dann trennt, wenn dies erwünscht wird.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften turbogeladenen Motorsystems 500, das einen Mehrzylinder-Verbrennungsmotor 501 und Twin-Turbolader 520 und 530 aufweist. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann der Motor 500 als Teil eines Antriebssystems für einen Personenkraftwagen enthalten sein. Das Motorsystem 500 kann Ansaugluft über einen Ansaugkanal 540 aufnehmen. Der Ansaugkanal 540 kann einen Luftfilter 556 und ein AGR-Drosselventil 541 aufweisen. Das Motorsystem 500 kann ein geteiltes Motorsystem sein, wobei der Ansaugkanal 540 stromabwärts des AGR-Drosselventils 541 in den ersten und den zweiten parallelen Ansaugkanal aufgeteilt wird, die jeweils einen Turboladerverdichter aufweisen. Spezifisch wird mindestens ein Anteil der Ansaugluft über einen ersten parallelen Ansaugkanal 542 zu dem Verdichter 522 des Turboladers 520 geleitet und mindestens ein anderer Anteil der Ansaugluft wird über einen zweiten parallelen Ansaugkanal 544 des Ansaugkanals 540 zu dem Verdichter 532 des Turboladers 530 geleitet.
Der erste Anteil der Ansaugluft insgesamt, der von dem Verdichter 522 verdichtet wird, kann über einen ersten parallelen Verdichterauslass 546 zu dem Ansaugkrümmer 560 geleitet werden. Auf diese Weise bilden der Ansaugkanal 542 und der Verdichterauslass 546 eine erste Abzweigung des Luftansaugsystems des Motors. In ähnlicher Weise kann ein zweiter Anteil der Ansaugluft insgesamt, der von dem Verdichter 532 verdichtet wird, über einen zweiten Verdichterauslass 548 zu dem Ansaugkrümmer 561 geleitet werden. Auf diese Weise bilden der Ansaugkanal 544 und der Verdichterauslass 548 eine zweite Abzweigung des Luftansaugsystems des Motors, die eine andere als die erste Abzweigung ist. Die Verdichterauslässe 546 und 548 sind mit getrennten Ansaugkrümmern 560 und 561 verbunden, wobei die Ansaugkluft separaten Teilen des Motors bereitgestellt werden kann. Die Ansaugkrümmer 560 und 561 können separaten Teilsätzen von Zylindern 514 Ansaugluft bereitstellen. Wie in 5 dargestellt, kann der Ansaugkrümmer 560 den Zylindern der Bank 513 Ansaugluft bereitstellen und der Ansaugkrümmer 561 kann den Zylindern der Bank 515 Ansaugluft bereitstellen. Man wird zu schätzen wissen, dass die Zylindersätze, denen die Ansaugkrümmer 560 und 561 Ansaugluft bereitstellen können, in alternativen Ausführungsformen des Motors 501 andere als die in 5 dargestellten Zylindersätze sein können.
In einigen Beispielen können die Ansaugkrümmer 560, 561 Ansaugkrümmerdrucksensoren 582, 584 zur Schätzung eines Krümmerdrucks (MAP) in jedem Krümmer und/oder Ansaugkrümmertemperatursensoren 583, 585 zur Schätzung einer Krümmerlufttemperatur (MCT) in jedem Krümmer aufweisen, die jeweils mit der Steuerung 12 kommunizieren. Jeder der Ansaugkanäle 549, 550 kann einen Luftkühler 555 und/oder eine Drosselklappe (wie ein zweites und drittes Drosselventil 558, 559) aufweisen. Die Position der Drosselventile 558, 559 kann von dem Steuersystem über einen Drosselklappenaktor (nicht dargestellt) eingestellt werden, der kommunikativ mit der Steuerung 12 gekoppelt ist. Pumpgrenzventile 552, 554 können bereitgestellt sein, um die Verdichterstufen der Turbolader 520 und 530 über jeweilige Umgehungskanäle 551, 553 selektiv zu umgehen. Als Beispiel können die Pumpgrenzventile 552, 554 öffnen, um eine Strömung durch die Umgehungskanäle 551, 553 zu ermöglichen, wenn einer der Ansaugluftdrücke stromaufwärts der Verdichter 522, 532 einen Schwellenwert erreicht.
Der Motor 501 kann mehrere Zylinder 514 aufweisen. In dem dargestellten Beispiel weist der Motor 501 acht Zylinder auf, die in einer V-Konfiguration angeordnet sind. Genauer sind die acht Zylinder auf zwei Bänken 513 und 515 angeordnet, wobei jede Bank vier Zylinder aufweist. In alternativen Beispielen kann der Motor 501 zwei oder mehrere Zylinder wie 4, 5, 6, 10 oder mehr Zylinder aufweisen. Diese verschiedenen Zylinder können in alternativen Konfigurationen gleichmäßig verteilt und angeordnet sein, wie als V, in Reihe, als Boxer usw. Jeder Zylinder 514 kann mit einem Kraftstoffeinspritzventil 566 konfiguriert sein. In dem dargestellten Beispiel ist das Kraftstoffeinspritzventil 566 ein Einspritzventil mit Direkteinspritzung in den Zylinder. Allerdings kann das Kraftstoffeinspritzventil 566 in anderen Beispielen als ein saugrohrbasiertes Kraftstoffeinspritzventil konfiguriert sein.
Ansaugluft, die jedem Zylinder 514 (hierin auch als eine Verbrennungskammer 514 bezeichnet) über einen der Ansaugkanäle 549, 550 zugeführt wird, kann für die Kraftstoffverbrennung verwendet werden, und Verbrennungsprodukte können dann durch bankspezifische parallele Auslasskanäle ausgestoßen werden. In dem dargestellten Beispiel kann eine erste Bank 513 von Zylindern des Motors 501 Verbrennungsprodukte durch einen ersten parallelen Auslasskanal 517 ausstoßen und eine zweite Bank 515 von Zylindern kann Abgasprodukte durch einen zweiten parallelen Auslasskanal 519 ausstoßen. Jeder des ersten und des zweiten parallelen Auslasskanals 517 und 519 kann ferner eine Turboladerturbine aufweisen. Genauer können Verbrennungsprodukte, die über Auslasskanäle 517 ausgestoßen werden, durch die Abgasturbine 524 des Turboladers 520 geleitet werden, was dem Verdichter 522 wiederum über die Welle 526 mechanische Arbeit bereitstellen kann, um die Ansaugluft zu verdichten. Als Alternative kann ein Teil oder das gesamte Abgas, das durch den Auslasskanal 517 strömt, die Turbine 524 über den Turbinenumgehungskanal 523 umgehen, der von der Ladedruckregelklappe 528 gesteuert wird. In ähnlicher Weise können Verbrennungsprodukte, die über den Auslasskanal 519 ausgestoßen werden, durch die Abgasturbine 534 des Turboladers 530 geleitet werden, was dem Verdichter 532 wiederum über die Welle 536 mechanische Arbeit bereitstellen kann, um die Ansaugluft, die durch die zweite Verzweigung des Ansaugsystems des Motors strömt, zu verdichten. Als Alternative kann ein Teil oder das gesamte Abgas, das durch den Auslasskanal 519 strömt, die Turbine 534 über den Turbinenumgehungskanal 533 umgehen, der von der Ladedruckregelklappe 538 gesteuert wird. In einigen Beispielen können mehrere Auslasskanäle mit spezifischen Sätzen von Zylindern 514 assoziiert sein. Jeder Auslasskanal kann Abgas von einem Satz von Zylindern einer oder mehreren spezifischen Komponenten des Motorsystems 500 bereitstellen.
In einigen Beispielen können die Abgasturbinen 524 und 534 als Turbinen mit variabler Geometrie konfiguriert sein, wobei die Steuerung 12 die Position der Turbinenradschaufeln (oder -leitschaufeln) einstellen kann, um den Energiepegel, der aus der Abgasströmung erhalten und auf ihren jeweiligen Kompressor übertragen wird, zu variieren. Als Alternative können die Abgasturbinen 524 und 534 als Turbinen mit variabler Düse konfiguriert sein, wobei die Steuerung 12 die Position der Turbinendüse einstellen kann, um den Energiepegel, der aus der Abgasströmung erhalten und auf ihren jeweiligen Verdichter übertragen wird, zu variieren. Zum Beispiel kann das Steuersystem zum unabhängigen Variieren der Schaufel- oder Düsenposition der Abgasturbinen 524 und 534 über jeweilige Aktoren konfiguriert sein. In alternativen Beispielen können Abgasturbinen 524 und 534 als Twin-Scroll-Turbinen oder Turbinen mit binärem Durchfluss konfiguriert sein, wobei die Steuerung 12 den Anteil des Abgases, der durch jede der zwei Turbinenspiralen geleitet wird, über ein Spiralventil einstellen kann.
Abgase in dem ersten parallelen Auslasskanal 517 können über verzweigte parallele Auslasskanäle 570 in die Atmosphäre geleitet werden, während Abgase in dem zweiten parallelen Auslasskanal 519 über verzweigte parallele Auslasskanäle 580 in die Atmosphäre geleitet werden können. Die Auslasskanäle 570 und 580 können eine oder mehrere Abgasnachbehandlungsvorrichtungen wie einen Katalysator und einen oder mehrere Abgassensoren aufweisen.
Der Motor 501 kann ferner einen oder mehrere Abgasrückführungs-(AGR)-Kanäle oder -Schleifen zum Rückführen mindestens eines Anteils des Abgases aus dem ersten und dem zweiten parallelen Auslasskanal 517 und 519 und/oder ersten und zweiten parallelen verzweigten Auslasskanal 570 und 580 zu dem ersten und dem zweiten parallelen Ansaugkanal 542 und 544 und/oder den parallelen Verdichterauslässen 446 und 548 aufweisen. Diese können Hochdruck-AGR-Schleifen 590, 594 mit Durchflussregelungsventilen 592, 596 zur Bereitstellung von Hochdruck-AGR (Hochdruck-AGR) und Niederdruck-AGR-Schleifen 562, 572 mit Durchflussregelungsventilen 564, 574 zur Bereitstellung einer Niederdruck-AGR (Niederdruck-AGR) aufweisen. Niederdruck-AGR-Schleifen 562, 572 können ferner Ladeluftkühler 565, 575 zur Einstellung der Temperatur des Abgases vor der Rückführung in die Motoransaugung aufweisen. In einem Beispiel kann die Hochdruck-AGR bei Nichtvorhandensein eines Ladedrucks bereitgestellt werden, der von den Turboladern 520, 530 bereitgestellt wird, während eine Niederdruck-AGR bei Gegenwart eines Turboladerladedrucks bereitgestellt werden kann und/oder wenn eine Abgastemperatur über einem Schwellenwert liegt. In wieder anderen Beispielen können sowohl eine Hochdruck-AGR als auch eine Niederdruck-AGR gleichzeitig bereitgestellt werden.
Die Position der Ansaug- und Auslassventile jedes Zylinders 514 können über hydraulisch betätigte Stößel, die mit Ventilschubstangen gekoppelt sind, oder über einen Nockenprofilschaltmechanismus geregelt werden, in dem Nockenvorsprünge verwendet werden. In diesem Beispiel können mindestens die Ansaugventile jedes Zylinders 514 durch Nockenbetätigung unter Verwendung eines Nockenbetätigungssystems gesteuert werden. Genauer kann das Ansaugventil-Nockenbetätigungssystem 525 einen oder mehrere Nocken aufweisen und kann eine variable Nockenwellensteuerung oder -hub für Ansaug- und/oder Abgasventile verwenden. In alternativen Ausführungsformen können die Ansaugventile durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. In ähnlicher Weise können die Auslassventile durch Nockenbetätigungssysteme oder elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden.
Das Motorsystem 500 kann von einem Steuersystem 14, das die Steuerung 12 aufweist, und durch eine Eingabe von einem Fahrzeugbediener mittels einer Eingabevorrichtung (nicht dargestellt) mindestens teilweise gesteuert werden. Das Steuersystem 14 empfängt Informationen von mehreren Sensoren 4 (verschiedene Beispiele davon sind hierin beschrieben) und sendet Steuersignale an mehrere Aktoren 22. Als Beispiel können die Sensoren 4 und Aktoren 22 die oben unter Bezugnahme auf 2 beschriebenen Sensoren aufweisen. Andere Aktoren wie verschiedene Zusatzventile und Drosselklappen können mit verschiedenen Stellen im Motorsystem 500 gekoppelt sein. Die Steuerung 12 kann Eingabedaten von den verschiedenen Sensoren empfangen, die Eingabedaten verarbeiten und die verschiedenen Aktoren als Reaktion auf die verarbeiteten Eingabedaten basierend auf einem darin programmierten Befehl oder Code entsprechend einer oder mehreren Routinen auslösen.
Unter Bedingungen, unter denen das Motorsystem 500 mit Zylinderdeaktivierung betrieben wird, wie weiter unter Bezugnahme auf 7 beschrieben, kann ein Zylindermuster ausgewählt werden, das die Turbinenreaktion bei geringem bis mittlerem Ladedruckbedarf verbessert. Für ein Twin-Turbo-System mit unterschiedlichen Verdichterauslässen kann ein Zylindermuster ausgewählt werden, das eine Zündverteilung und -frequenz aufweist, die eine Abgasströmung von den aktiven Zylindern nur zu einer der Turbinen 524, 534 konzentriert, wie weiter unter Bezugnahme auf 8C erläutert wird. Unter Bezugnahme auf das beispielhafte Motorsystem in 5 kann ein solches Muster die Deaktivierung von Zylindern auf nur einer der Banken 513, 515 beinhalten, während die Zylinder an der anderen Bank aktiv gehalten werden. Da jede Bank zu einer separaten Turbine führt, kann diese Einstellung des Zylindermusters eine Abgasströmung nur zu einer der Turbinen 524, 534 konzentrieren und die Turboladerleistung verbessern.
6 zeigt beispielhafte Zylindermuster, die für einen 4-Zylinder-Reihenmotor unter ausgewählten Bedingungen in Darstellung 600, und Zylindermuster, die für einen V-8-Motor verwendet werden können, in Darstellung 650. Die Darstellung 600 vergleicht ein regelmäßiges Zylinderzündmuster für den 4-Zylinder-Reihenmotor mit beispielhaften Zylindermustern, die auf leistungsgesteigerte Motoren verschiedene Turbinenkonfigurationen angewendet werden können; Multi-Scroll-Turbine (Zylindermuster A), Twin-Turbo mit verbundenen Verdichterauslässen (Zylindermuster B) oder Twin-Turbo mit unterschiedlichen Verdichterauslässen (Zylindermuster C). Die Darstellung 650 vergleicht ein regelmäßiges Zylinderzündmuster für den V-8-Motor mit beispielhaften Zylindermustern, die auf leistungsgesteigerte Motoren angewendet werden können, die eine Multi-Scroll-Turbine (Zylindermuster A'), Twin-Turbo mit verbundenen Verdichterauslässen (Zylindermuster B') oder Twin-Turbo mit unterschiedlichen Verdichterauslässen (Zylindermuster C') enthalten. Die Einzelheiten dieser beispielhaften Turbinenkonfigurationen sind weiter in 3 bis 5 beschrieben.
Genauer weist der 4-Zylinder-Reihenmotor mit den Zylindern 1 bis 4 ein Zündmuster 1-3-4-2 auf. Somit können die Zylinder unter regulären Betriebsbedingungen, wenn kein Zylinder deaktiviert ist und alle Zylinder aktiv sind, die Zylinder als 134213421342 usw. gezündet werden. Der V-8-Motor mit den Zylindern 1 bis 8 wie dargestellt, weist ein Zündmuster 1-5-4-2-6-3-7-8 auf. Somit können die Zylinder unter regulären Betriebsbedingungen, wenn kein Zylinder deaktiviert ist und alle Zylinder aktiv sind, die Zylinder als 1542637815426378 usw. gezündet werden.
Als Reaktion auf die Erfüllung von Zylinderdeaktivierungsbedingungen kann die Steuerung zur Bereitstellung von Kraftstoffökonomievorteilen den Motorbetrieb zu den Zylindermustern A und A' in dem 4-Zylinder-Reihenmotor bzw. V8-Motor verschieben, wobei das Zylindermuster A 1x4x1x4x1x4x1x4x aufweist (unter der Annahme, das 14 an eine Spirale gelötet sind und 23 an die andere gelötet sind) und das Zylindermuster A' weist 1x4x6x7x1x4x6x7x auf, (unter der Annahme, dass 1, 4, 6 und 7 an eine Spirale gelötet sind und Zylinder 2, 3, 5 und 8 an die andere Spirale gelötet sind, und wobei x für einen übersprungenen Zylinder steht. Ein solches Muster kann unter Bedingungen ausgewählt werden, wenn ein Ladedruck in einem Motor mit einer Multi-Scroll-Turbine gewünscht wird. In diesem Muster wird die Abgasverteilung zu einer Spirale der Turbine konzentriert und kann dadurch die Turbineneffizienz verbessern. Die Zylindermuster A und A' können alternativ unter Bedingungen angewendet werden, wenn ein Ladedruck in einem Twin-Turbo-Motor mit Multi-Scroll-Turbinen und verschiedene Verdichterauslässen angefordert wird. Wieder andere Zylinderzündmuster können angemessen sein. Unter einer solchen Bedingung kann eine Abgasverteilung nur auf einer Spirale einer Turbine des Twin-Turbo-Systems konzentriert werden. Somit können die jeweiligen Effizienzen der Turbine und des Turbosystems gleichzeitig verbessert werden.
Im Vergleich dazu kann die Steuerung unter Bedingungen, unter denen ein Ladedruck in einem Twin-Turbo-Motor mit verbundenen Verdichterauslässen angefordert wird, den Motor mit den Zylindermustern B und B' in dem 4-Zylinder-Reihenmotor bzw. V8-Motor betreiben. Das Zylindermuster B weist 1x42x34x13x2 auf und B’ weist 15x2xx7x15x2xx7x auf (unter der Annahme, dass ein Turbolader auf jeder Bank vorhanden ist). Dieses Muster kann sicherstellen, dass beide Turbinen ohne Verzögerungen, die länger als ein bestimmter Zeitschwellenwert sind, mit Abgas versorgt werden. Infolgedessen können beide Turbinen ihre Turbinendrehzahl beibehalten und die Gefahr von Verdichterdruckstößen kann verringert werden. Allerdings kann ein solches Muster, das sich auf ausgewählte Zylinder konzentriert, oftmals weniger Vorteile hinsichtlich der Kraftstoffökonomie bieten.
In den Zylindermustern C und C' in dem 4-Zylinder-Reihenmotor bzw. V8-Motor wird das Zündmuster für einen Twin-Turbo-Motor auf 1x4x1x4x und 1x42x3xx1x42x3xx eingestellt. Dieser Ansatz konzentriert die Abgasverteilung auf eine der zwei Turbinen, was die Turbineneffizienz verbessern kann. Genauer ermöglicht die spezifische Abgasverteilung eine Konzentration der reduzierten Abgasströmung auf einer Turbine, sodass die Turbine auf eine höhere Turbinendrehzahl aufgedreht wird. Dies ermöglicht, dass der Turbolader mit weniger Zylindern auf höhere Lasten betrieben werden kann, da ein Krümmer leistungsgesteigert betrieben werden kann.
7 stellt eine beispielhafte Routine 700 zum Betreiben eines aufgeladenen Motors mit Zylinderdeaktivierungsmustern bereit, die die Turboladerleistung verbessern. Die Routine beinhaltet das Auswählen eines Anfangssatzes von Zylindermustern basierend auf einer Motorlast, das Modifizieren des Anfangssatzes basierend auf Parametern wie NVH und, sofern Flexibilität übrig bleibt, das weitere Modifizieren des Satzes von Mustern basierend auf der Turboladereffizienz.
Die Routine beginnt bei 702 mit dem Bestimmen von Motorbetriebsbedingungen, die eine Motordrehzahl, Motorlast, einen Fahrerdrehmomentbedarf, Umgebungsbedingungen, eine Motorkühlmitteltemperatur, einen gegenwärtigen Ladedruckpegel, Ladedruckbedarf, MAP, MAF, eine Abgastemperatur, einen NVH-Pegel usw. einschließen können. Diese Bedingungen können bei 704 ausgewertet werden, um zu bestimmen, ob Zylinderdeaktivierungsbedingungen erfüllt wurden. In einem Beispiel können Zylinderdeaktivierungsbedingungen als bestätigt betrachtet werden, wenn eine Motorlast geringer als ein Schwellenwert ist. In einem anderen Beispiel können Zylinderdeaktivierungsbedingungen als bestätigt betrachtet werden, wenn ein Fahrerbedarf (einschließlich eines Fahrerladedruckbedarfs) geringer als ein Schwellenwert ist. Wenn also eine Motorlast höher als ein Schwellenwert ist oder Fahrerbedarf (einschließlich Ladedruckbedarfs) höher als ein Schwellenwert ist, können Zylinderdeaktivierungsbedingungen nicht als erfüllt betrachtet werden und alle Motorzylinder können bei 706 aktiv gehalten werden. In einem Beispiel kann eine selektive Zylinderdeaktivierung aktiviert werden, während ein Ladedruckbedarf in einem niedrigen bis mittleren Lastbereich liegt, wohingegen eine selektive Zylinderdeaktivierung deaktiviert werden kann, während ein Ladedruckbedarf in einem mittleren bis hohen Lastbereich liegt.
Sollten die Zylinderdeaktivierungsbedingungen erfüllt worden sein, kann ein Zylindermuster zur selektiven Deaktivierung ausgewählt werden. In einem Beispiel kann ein Anfangssatz eines oder mehrerer Zylindermuster für die Motorlast bei 708 ausgewählt werden und danach kann ferner ein Muster aus dem Anfangssatz ausgewählt werden. Der Anfangssatz von Zylindermustern kann aus einer Nachschlagtabelle abgerufen werden, die in dem Speicher der Motorsteuerung gespeichert ist, wobei Zylindermuster in Abhängigkeit der Motorlast gespeichert sind. Dementsprechend kann der Anfangssatz von Mustern für eine bestimmte Motorlast in unterschiedlichen Motorsystemen basierend auf der Motorkonfiguration, einschließlich der Anzahl von Zylindern und der Anzahl der Zylinder auf den Banken unterschiedlich sein.
Das Bestimmen des Anfangssatzes von Zylindermustern kann bei 710 für jedes Muster das Bestimmen einer Gesamtanzahl von Zylindern, die über einen bestimmten Motorzyklus deaktiviert werden sollen, einer Gesamtanzahl von aktiven Motorzylindern und einer Identität der deaktivierten und aktiven Zylinder beinhalten. Die Zylindermusterauswahl kann die Position von Motorzylindern (z. B. bankspezifischer Standort) und eine Zündfolge der aktiven Zylinder berücksichtigen. Die Anzahl von deaktivierten Zylindern in jedem Zylindermuster kann auf einer Motorlast basieren, wobei die Anzahl der deaktivierten Zylinder mit zunehmender Motorlast abnimmt. Die Motorsteuerung kann bei 711 auch Zeiträume bestimmen, über welche der Motor mit jedem Zylindermuster betrieben werden soll. Zum Beispiel kann die Steuerung eine Anzahl von Verbrennungszyklen bestimmen, über welche Zylinder in dem Zylindermuster deaktiviert gehalten werden sollen.
In einigen Beispielen kann der Betrieb des Motors mit einem Zylindermuster basierend auf einer Motorlast die Kraftstoffeffizienz verbessern und gleichzeitig andere Motorbedingungen wie Motor-NVH und die Turboladerleistung beeinträchtigen. Zur Verringerung der Beeinträchtigung von NVH-Bedingungen und Turboladerleistung kann der Anfangssatz von Mustern (die basierend auf der Motorlast ausgewählt werden) basierend auf diesen Bedingungen bei 712 weiter modifiziert werden, sofern dies möglich ist. In einem Beispiel kann das Modifizieren des Anfangssatzes das Einstufen jedes Musters in dem Anfangssatz gemäß geschätzten Auswirkungen auf NVH-Bedingungen, Turbinentemperatur und Turboladerleistung beinhalten. Die Einstufungen jedes Musters gemäß geschätzten Auswirkungen auf NVH-Bedingungen, Turbinentemperatur und Turboladerleistung können in der Nachschlagtabelle gespeichert werden, sodass, wenn Zylindermuster abgerufen werden, die Muster basierend auf ihrer Einstufung aufgeführt sind. Die geschätzte Auswirkung auf ein Zylindermuster hinsichtlich der Turboladerleistung kann basierend auf einer oder mehreren der Auswirkung des Zylindermusters auf die Turbinendrehzahl und die Turbinentemperatur berechnet werden. Man wird zu schätzen wissen, dass das Einstufen von Mustern und Gewichten von Bedingungen auf ihrer Auswirkung auf verschiedene Motorbedingungen basieren kann; allerdings kann das Auswählen des Anfangssatzes von Zylindermustern nur auf der Motorlast basieren.
Nach dem Modifizieren/Einstufen des Anfangssatzes kann ein Muster aus dem modifizierten Satz basierend auf Motorbedingungen opportunistisch ausgewählt werden, wie unten erläutert. In einigen Beispielen kann der Anfangssatz basierend auf den jeweiligen Motorbedingungen nur auf ein Zylindermuster beschränkt werden. Zum Beispiel kann es nur ein einziges Zylindermuster geben, das die Motorlastanforderungen erfüllt, während auch eine Überhitzung einer Turbine reduziert wird, wenn die zusätzlichen Auswahlkriterien das Verbessern der Turboladerleistung basierend auf der Turbinentemperatur beinhalten. In einem Beispiel kann dieses einzige Muster über die Nachschlagtabelle basierend auf seiner höchsten Einstufung in dem modifizierten Satz gemäß Turbinentemperatur identifiziert werden. In einem anderen Beispiel kann ein Zylindermuster, das die Motorlastanforderung erfüllt und Motor-NVH reduziert, ausgewählt werden, wenn NVH über einem oberen Schwellenwert liegt. Ein Zylindermuster kann auch zur Reduzierung von Abgasemissionen wie Feinstaub ausgewählt werden. Ein Zylindermuster kann als Alternative zur Reduzierung der Anzahl von Deaktivierungen und Reaktivierungen auf einem bestimmten Zylinder ausgewählt werden, um Wärme oder Abnutzung in den Ventiltriebaktoren zu reduzieren.
Unter weiterer Bezugnahme auf 714 wird bestimmt, ob Flexibilität bei der Wahl eines Zylindermusters vorhanden ist. In einem Beispiel kann keine Flexibilität vorhanden sein, falls der Anfangssatz nur ein einziges Zylindermuster aufweist. In einem anderen Beispiel kann keine Flexibilität vorhanden sein, falls der Anfangssatz ein oder mehrere Zylindermuster aufweist, die NVH und/oder die Turboladerleistung beeinträchtigen. Falls keine Flexibilität vorhanden ist, kann die Steuerung bei 717 das einzige Zylindermuster auswählen, das die Motorlastbeschränkungen erfüllt. Falls Flexibilität hinsichtlich der Musterauswahl vorhanden ist, können ein oder mehrere zusätzliche Motorbetriebskriterien zur Auswahl eines Zylindermusters berücksichtigt werde, und die Routine 700 geht weiter zu 716. In dem dargestellten Beispiel kann bei 716 bestimmt werden, ob der Ladedruckbedarf im niedrigen bis mittleren Bereich liegt. Falls ja, dann kann bei 720 ein Zylindermuster ausgewählt werden, das die Turboladerleistung im niedrigen bis mittleren Ladedruckbedarfsbereich verbessert. Der Ladedruckbedarf kann basierend auf einer Pedalposition wie während einer Drosselklappenöffnung auf weniger als eine weit offene Drosselklappe hergeleitet werden. Als Alternative kann der Ladedruckbedarf basierend auf dem gegenwärtigen Ladedruckbedarf sowie der Fahrzeugbahn vorhergesagt werden. Zum Beispiel kann unter Bedingungen, wenn das Fahrzeug eine Strecke bergab zurückgelegt hat und/oder gerade angefangen hat, bergauf zu fahren (z. B. durch Navigationseingabe), ein erhöhter Ladedruckbedarf vorhergesagt werden, und die Steuerung kann ein Zylindermuster auswählen, das die Turboladerreaktion verbessert, um die Wahrscheinlichkeit einer Turboverzögerung bei zunehmendem Ladedruckbedarf zu verringern. Das Zylindermuster, das basierend auf der Turboladerleistung ausgewählt wird, kann auf der Abgaspulsverteilung, die mit den zündenden Zylindern in Verbindung steht, der Turbinenkonfiguration des Motors und dem spezifischen Ladedruckbedarf basieren. Dieser Vorgang ist unter Bezugnahme auf die Routinen 810, 820 und 830 aus 8A–C weiter beschrieben.
In einem Beispiel kann das Muster basierend auf einer Gewichtung von Bedingungen wie NVH und Turbinentemperatur zusätzlich zur Turboladerleistung ausgewählt werden. Zum Beispiel kann eine Nachschlagtabelle eine Einstufung jedes Zylindermusters basierend auf jeder Motorbedingung enthalten, eine Gewichtung dieser Einstufungen kann basierend auf einer relativen Priorität vorgenommen werden und das Muster mit der höchsten gewichteten Einstufung kann ausgewählt werden. Auf diese Weise kann die Turboladerleistung ein größeres relatives Gewicht aufweisen, wenn ein mittlerer Ladedruckbedarf vorliegt, als wenn ein niedriger Ladedruck vorliegt. Man wird zu schätzen wissen, dass NVH (oder eine andere Motorbedingung) trotz der Gegenwart eines Ladedruckbedarfs schwerer gewichtet werden kann als die Turboladerleistung.
Falls kein Ladedruckbedarf vorhanden ist, kann ein Zylindermuster bei 718 opportunistisch ausgewählt werden, das Bedingungen wie Motor-NVH verbessert. In einem Beispiel kann das Muster basierend auf einer Prioritätsgewichtung jeder Bedingung ausgewählt werden. Zum Beispiel kann eine Nachschlagtabelle eine Einstufung jedes Zylindermusters basierend auf jeder Bedingung enthalten, und eine Gewichtung dieser Einstufungen kann basierend auf einer relativen Priorität vorgenommen werden. Auf diese Weise kann ein Zylindermuster zur Optimierung des Motorbetriebs hinsichtlich der Motorlast und NVH-Bedingungen ausgewählt werden, wenn kein Ladedruck erwünscht wird, wobei auch der Verbesserung der Turboladereffizienz als Reaktion auf einen Ladedruckbedarf Rechnung getragen werden kann.
Nachdem ein Zylindermuster bei einem der Vorgänge 717, 718 oder 720 ausgewählt wurde, kann der Motor mit dem ausgewählten Zylindermuster bei 722 betrieben werden. Der Betrieb mit dem ausgewählten Zylindermuster kann das Deaktivieren einer Anzahl einzelner Zylinderventilmechanismen beinhalten, um eine Gesamtanzahl von deaktivierten/aktiven Zylindern des ausgewählten Zylindermusters bereitzustellen. Außerdem können die Kraftstoffversorgung und Zündfunken zu den deaktivierten Zylindern deaktiviert werden. Der Motor kann dann mit dem bestimmten Zylindermuster für eine vorher bei 711 bestimmte Zeitdauer betrieben werden.
Nach dem Betrieb mit dem Zylindermuster für den vorbestimmten Zeitraum geht die Routine 700 weiter zu 724, wo bestimmt wird, ob Zylinderreaktivierungsbedingungen erfüllt wurden. Falls Zylinderreaktivierungsbedingungen erfüllt sind, können die zuvor deaktivierten Zylinder bei 728 reaktiviert werden, und die Routine 700 wird beendet. Reaktivierungsbedingungen können zum Beispiel einschließen, dass eine Motorlast über einem Schwellenwert liegt oder ein Ladedruckbedarf über einen oberen Schwellenwert ansteigt. Das Reaktivieren einzelner Zylinder kann das Reaktivieren einzelner Zylinderventilmechanismen (wie Aktivieren eines oder mehrerer eines Ansaugventils und eines Auslassventils), Reaktivieren von Zylinderkraftstoff- und Funkenentzündung einschließen. Falls reaktivierte Bedingungen nicht erfüllt sind, kann der Motor bei 726 weiterhin mit einem von mehreren deaktivierten Zylindern gemäß dem ausgewählten Zylindermuster betrieben werden, bis sie erfüllt sind.
8A–8C zeigen beispielhafte Routinen 800, 810 und 820 zum opportunistischen Auswählen eines Zylindermusters, das die Turboladereffizienz verbessert, aus einem Satz von Zylindermustern, die Motorlastanforderungen erfüllen. Die Routine 810 (8A) kann ausgeführt werden, wenn das aufgeladene Motorsystem eine Multi-Scroll-Turbine (wie eine Twin-Scroll-Turbine) aufweist, die Routine 820 (8B) kann ausgeführt werden, wenn das aufgeladene Motorsystem einen Twin-Turbo mit verbundenen Verdichterauslässen aufweist, und die Routine 830 (8C) kann ausgeführt werden, wenn das aufgeladene Motorsystem einen Twin-Turbo mit getrennten Verdichterauslässen aufweist. Man wird zu schätzen wissen, dass diese Routinen nicht einschränkende Beispiele sind, die zur Auswahl eines Zylindermusters ausgeführt werden, das die Turboleistung verbessert. Die Routinen 810, 820 und 830 können als Teil eines allgemeinen Zylindermusterauswahlverfahrens, zum Beispiel als Teil der Routine 700 bei 720 ausgeführt werden, nachdem Motorbedingungen überprüft wurden und ein modifizierter Satz von Zylindermustern bestimmt wurde, die für Motorlast, NVH-Bedingungen und Turbinentemperatur geeignet sind.
Die Routine 810 umfasst bei 812 das Auswählen eines Musters aus einem modifizierten Satz von Zylindermustern, bei dem Abgaspulse aus zündenden Zylindern von aktiven Zylindern in nur eine Spirale der Twin-Scroll-Abgasturbine geleitet werden. Dieses Kriterium kann zusammen mit anderen Motorsystembedingungen wie NVH-Bedingungen und Turbinentemperatur berücksichtigt werden, und ein endgültiges Muster kann basierend auf einer Gewichtung dieser Faktoren ausgewählt werden.
Im Falle eines Turboladersystems mit einer Multi-Scroll-turbine wie in dem Motorsystem 300 kann eine Verteilung von Abgas, das auf einer Spirale konzentriert ist, die Turbineneffizienz verbessern. Dies beruht darauf, dass niedrigere Abgasvolumina, die mit deaktivierten Zylindern in Zusammenhang stehen, nicht genug Leistung für jede Spirale der Turbine bereitstellen können, um effizient zu arbeiten, falls sie unter den mehreren Spiralen verteilt werden. Die Konzentration des Abgases auf einer Spirale kann genug Abgas für einen effizienten Betrieb dieser Spirale bereitstellen und kann eine schnellere Reaktion auf einen hohen Ladedruckbedarf ermöglichen, wenn der Motor die Zündung aller Zylinder wieder aufnimmt.
Die Spirale, zu der die Abgasströmung konzentriert wird, kann basierend auf mehreren Faktoren ausgewählt werden, einschließlich des Ladedruckbedarfs, Spiralposition (z. B, innere oder äußere Spirale), Spiralkupplung (z. B. für welchen oder welche Zylinder oder Zylinderbank die Spirale zur Aufnahme von Abgas konfiguriert ist), Spiraltemperatur, Turbinendrehzahl und Turbinentemperatur zum Zeitpunkt der Zylinderdeaktivierung. Zum Beispiel kann das Auswählen das Auswählen einer ersten Spirale mit höherem Durchfluss, wenn die Abgasturbinendrehzahl zu einem Zeitpunkt des Empfangs des Ladedruckbedarfs höher ist, und Auswählen einer zweiten Spirale mit niedrigerem Durchfluss umfassen, wenn die Abgasturbinendrehzahl zu einem Zeitpunkt des Empfangs des Ladedruckbedarfs niedriger ist. In einem alternativen Beispiel, in dem der Ladedruckbedarf einen vorhergesagten Ladedruckbedarf einschließt, umfasst das Auswählen das Auswählen der ersten Spirale mit höherem Durchfluss und Konzentrieren des Abgases zu der Spirale mit höherem Durchfluss, wenn der vorhergesagte Ladedruckbedarf niedriger ist, und das Auswählen der zweiten Spirale mit niedrigerem Durchfluss und Konzentrieren des Abgases zu der Spirale mit niedrigerem Durchfluss, wenn der vorhergesagte Ladedruckbedarf höher ist. Hierin kann die Spirale mit höherem Durchfluss eine von zwei nebeneinander liegenden Spiralen sein, die mit verschiedenen Zylindern eines geteilten Auslasskrümmers gekoppelt sind, während die Spirale mit niedrigerem Durchfluss die andere der zwei Spiralen sein kann. Die zwei nebeneinander liegenden Spiralen können mittels eines Kommunikationsventils gekoppelt sein, um eine höhere Leistungsausgabe zu ermöglichen. In einem anderen Beispiel kann die Spirale mit höherem Durchfluss eine einer inneren Spirale und einer äußeren Spirale sein, während die Spirale mit niedrigerem Durchfluss die andere der inneren und der äußeren Spirale sein kann. Im Falle asymmetrischer Spiralen kann die Spiralauswahl auf der Spiraltemperatur basieren.
Das Auswählen der Spirale kann auch das Einstellen der Position eines Spiralventils beinhalten, das zum Leiten einer Abgasströmung zu den oder zwischen die Spiralen konfiguriert ist. Somit kann ein Zylindermuster, das Zylinder deaktiviert, die mit einer Spirale verbunden sind, jedoch Zylinder, die mit der anderen Spirale verbunden sind, aktiv hält, im Vergleich zu einem Zylindermuster, das Zylinder deaktiviert, die mit beiden Spiralen gekoppelt sind, eine größere Turbineneffizienz bereitstellen. In einigen Beispielen kann die Multi-Scroll-Turbine eine von mehreren Multi-Scroll-Turbinen sein, die in dem aufgeladenen Motorsystem enthalten sind, wobei ein Muster ausgewählt werden kann, das eine Abgasströmung zu einer der mehreren Multi-Scroll-Turbinen leitet. Die Turbine kann basierend auf der Turbinentemperatur und/oder der Turbinendrehzahl ausgewählt werden. Zum Beispiel kann die Turbine mit niedrigerer Temperatur und/oder höherer Turbinendrehzahl ausgewählt werden.
Als zwei nicht einschränkende Beispiele kann das ausgewählte Muster im Falle eine 4-Zylinder-Reihenmotors das Muster A aus 6 sein oder im Falle eines V-8-Motors alternativ das Muster A' aus 6 sein.
Die Routine 820 umfasst bei 822 das Auswählen eines Musters aus dem modifizierten Satz von Zylindermustern, bei dem Abgaspulse aus aktiven Zylindern zu jeder von mehreren Turbinen bei einer Rate geleitet werden, die bei oder über einer gewünschten Frequenz liegt. Mit anderen Worten kann das ausgewählte Zylindermuster Abgaspulse von aktiven Zylindern bei einer bestimmten Frequenz an jede Turbine verteilen. Dieses Kriterium kann zusammen mit einer anderen Motorsystemmetrik wie NVH-Bedingungen und Turbinentemperatur berücksichtigt werden, und ein endgültiges Muster kann basierend auf einer Gewichtung dieser Faktoren ausgewählt werden.
In einem Beispiel kann die Routine 820 als Reaktion auf einen Ladedruckbedarf von der Steuerung 12 des Twin-Turbo-Systems 400 ausgeführt werden, bei dem die erste Turbine mit einem ersten Verdichter gekoppelt ist und die zweite Turbine mit einem zweiten Verdichter gekoppelt ist, wobei der erste und der zweite Verdichter eine aufgeladene Luftladung an einen Verdichterauslass leiten. In diesem Beispiel kann eine Verteilung von Abgas, die das Abgas an jede der ersten und der zweiten Turbine bei oder über einer gewünschten Frequenz leitet, die Turbineneffizienz verbessern. In der spezifischen Konfiguration, die in 4 dargestellt ist, leitet jede Zylinderbank 413 bzw. 415 Abgas zu den Turbinen 424, 434, wobei ein Zylindermuster ausgewählt wird, das das Zünden von Zylindern auf jeder Bank bei der bestimmten Frequenz die Turbineneffizienz verbessern kann. Dies beruht darauf, dass lange Verzögerungen zwischen aufeinanderfolgenden Abgaspulsen, die in einer bestimmten Turbine empfangen werden, die Turbine verlangsamen können und Verdichterdruckstöße verursachen können. Durch häufiges Bereitstellen von Abgaspulsen an beide Turbinen können Turbinendrehzahlen beider Turbinen über einem Schwellenwert gehalten werden, der auf der Verdichterpumpgrenze basiert. Somit kann ein Zylindermuster, das Zylinder, die mit jeder der Turbinen verbunden sind, bei einer Rate oberhalb der gewünschten Frequenz zündet, eine größere Turbineneffizienz bereitstellen als ein Muster, das Zylinder, die mit beiden Turbinen oder nur mit einer Turbine verbunden sind, bei einer Rate unterhalb der gewünschten Frequenz zündet. Falls jede der Turbinen in dem Twin-Turbo-Motorsystem eine Multi-Scroll-Turbine ist, kann die Zylindermusterauswahl weitere Spiralpositionen einbeziehen. Zum Beispiel kann ein Muster ausgewählt werden, das Abgas nur in eine Spirale jeder Turbine bei der gewünschten Frequenz leitet. Die jeweiligen Spiralen können basierend auf der Turbinentemperatur, der Turbinendrehzahl und/oder dem Ladedruckbedarf ausgewählt werden.
Als zwei nicht einschränkende Beispiele kann das ausgewählte Muster im Falle eines 4-Zylinder-Reihenmotors das Muster B aus 6 sein oder im Falle eines V-8-Motors alternativ das Muster B' aus 6 sein.
Die Routine 830 umfasst bei 832 das Auswählen eines Musters aus dem modifizierten Satz von Zylindermustern, bei dem Abgaspulse aus zündenden Zylindern nur auf einer von zwei Turbinen eines Twin-Turbo-Systems konzentriert werden. Dieses Kriterium kann zusammen mit anderen Motorsystemmetriken wie NVH-Bedingungen und Turbinentemperatur berücksichtigt werden, und ein endgültiges Muster kann basierend auf einer Gewichtung dieser Faktoren ausgewählt werden.
In einem Beispiel kann die Routine 830 als Reaktion auf einen Ladedruckbedarf von der Steuerung 12 des Twin-Turbo-Systems 500 ausgeführt werden, bei dem die erste Turbine mit einem ersten Verdichter gekoppelt ist und die zweite Turbine mit einem zweiten Verdichter gekoppelt ist, wobei der erste und der zweite Verdichter getrennte Verdichterauslässe aufweisen. In einem solchen System kann eine Verteilung von Abgas, das nur in eine der zwei Turbinen geleitet wird, die Turbineneffizienz verbessern. Dies beruht darauf, dass niedrigere Abgasvolumina, die mit deaktivierten Zylindern in Zusammenhang stehen, nicht genug Leistung für jede Turbine bereitstellen können, damit die Turbinen effizient arbeiten, falls sie unter den zwei Turbinen gleichmäßig verteilt werden. Die Konzentration des Abgases auf einer Turbine kann genug Abgas für einen effizienten Betrieb einer Turbine bereitstellen und kann eine schnellere Reaktion auf einen hohen Ladedruckbedarf ermöglichen, wenn der Motor die Zündung aller Zylinder wieder aufnimmt. Man wird zu schätzen wissen, dass eine solche Abgasverteilung auch die Turbineneffizienz in einem Turbosystem mit mehr als zwei Turbinen und getrennten Verdichterauslässen verbessern kann.
Für das beispielhafte Motorsystem 500 mit Twin-Turboladern 520, 530, unterschiedlichen Verdichterauslässen 546, 548 und zwei Zylinderbänken 513 und 515, die Abgas jeweils zu Turbinen 524 und 534 leiten, kann ein Zylindermuster, das die Zündung auf Zylindern einer gemeinsamen Bank konzentriert, bei gleichzeitiger selektiver Deaktivierung einer Anzahl anderer Zylinder eine Abgasströmung von aktiven Zylindern in nur eine der zwei Turbinen leiten. Die Konzentration der Abgasströmung auf nur eine der zwei Turbinen kann die Effizienz dieser Turbine verbessern. Man wird jedoch zu schätzen wissen, dass alternative Motorkonfigurationen andere Abgassysteme aufweisen können und dass alternative Verfahren zur Verteilung einer Abgasströmung an beide Turbinen angewendet werden können. Zum Beispiel kann nur ein spezifischer Satz von Zylindern auf jeder Bank eines V-8-Motors zu jeder Turbine führen, anstatt aller 4 Zylinder auf jeder Bank. Somit kann ein Zylindermuster, das zündende Zylinder konzentriert, die zu einer ersten Turbine und nicht zu einer zweiten Turbine führen, bei gleichzeitiger selektiver Deaktivierung einer Anzahl von Zylindern, die zu der zweiten Turbine führen, die Turboladereffizienz verbessern.
Die Turbine, zu der die Abgasströmung konzentriert wird, kann basierend auf mehreren Faktoren ausgewählt werden, einschließlich der Turbinendrehzahl und Turbinentemperatur zum Zeitpunkt der Zylinderdeaktivierung. Zum Beispiel kann eine Turbine mit einer niedrigeren Temperatur als andere Turbine(n) ausgewählt werden. In einem anderen Beispiel kann eine Turbine mit einer höheren Drehzahl als andere Turbine(n) ausgewählt werden. Somit kann ein Zylindermuster, das alle Zylinder deaktiviert, die mit einer der Turbinen verbunden sind, jedoch Zylinder, die mit der anderen Turbine verbunden sind, aktiv hält, im Vergleich zu einem Zylindermuster, das Zylinder für beide Turbinen zündet, eine größere Turbineneffizienz bereitstellen. In einem anderen Beispiel kann eine erste Anzahl von Zylindern, die mit einer ersten Turbine verbunden sind, aktiv sein, und eine zweite Anzahl von Zylindern, die mit einer zweiten Turbine verbunden sind, kann aktiv sein, wobei die erste Anzahl größer als die zweite ist. Falls jede der Turbinen in dem Twin-Turbo-Motorsystem eine Multi-Scroll-Turbine ist, kann die Zylindermusterauswahl weiter Spiralpositionen einbeziehen, sodass das Abgas nur zu einer Spirale der ausgewählten Turbine geleitet wird. Die jeweilige Spirale kann basierend auf der Turbinendrehzahl und/oder dem Ladedruckbedarf ausgewählt werden.
Als Beispiel kann das ausgewählte Muster im Falle eine 4-Zylinder-Reihenmotors das Muster C aus 6 sein oder im Falle eines V-8-Motors alternativ das Muster C' aus 6 sein.
In einer weiteren Darstellung umfasst ein Verfahren für einen aufgeladenen Motor Folgendes: Deaktivieren eines ersten Zylindermusters einzelner Zylinderventilmechanismen basierend auf einer Fahreranforderung; und als Reaktion auf eine Drosselklappenöffnung, selektives Übergehen in ein zweites, anderes Zylindermuster einzelner Zylinderventilmechanismen, wobei das zweite Muster auf einer Turbinendrehzahl bei der Drosselklappenöffnung basiert. Ferner kann die Drosselklappenöffnung eine Drosselklappenöffnung in eine weit offene Drosselklappe sein. In einem anderen Beispiel kann das Übergehen auf einer Differenz zwischen einer Turbinendrehzahl bei Drosselklappenöffnung und einer Turbinendrehzahl basieren, die einem Zustand entspricht, dass der Ladedruckbedarf höher als ein Schwellenwert ist, während das erste Muster basierend darauf beibehalten werden kann, dass die Differenz geringer als der Schwellenwert ist. Die selektive Deaktivierung der Zylinder kann das Deaktivieren der Betätigung der Ansaug- und Auslassventile, des Kraftstoffabgabemechanismus und der Zündkerze spezifischer Zylinder beinhalten, während die Betätigung der Ansaug- und Auslassventile, des Kraftstoffabgabemechanismus und der Zündkerze anderer Zylinder über eine Motorsteuerung aufrechterhalten wird.
In einer weiteren Darstellung umfasst ein Verfahren für einen aufgeladenen Motor Folgendes: als Reaktion auf einen erhöhten Ladedruck, selektives Deaktivieren eines oder mehrerer einzelner Zylinder gemäß einem Zylindermuster, wobei das Zylindermuster basierend auf einer Zündfolge aktiver Zylinder und Turbinendrehzahl eingestellt wird. In einem Beispiel kann die selektive Deaktivierung als Reaktion auf einen erhöhten Ladedruck von einem Wert unterhalb eines oberen Schwellenwertes auf einen höheren Wert erfolgen, der immer noch unter dem oberen Schwellenwert liegt. Das Zylindermuster kann basierend auf der zugehörigen Verteilung der Abgasströmung ausgewählt werden. In einem Beispiel kann ein Zylindermuster gewählt werden, das die Zündfolge der Zylinder einstellt, um eine Abgasströmung nur zu einer Spirale einer Twin-Scroll-Turbine zu leiten, wobei die jeweilige Spirale basierend auf verschiedenen Motorbedingungen gewählt wird, einschließlich Spiraldrehzahlen und Turbinentemperatur, während Zylinder, die zu der anderen Spirale der Twin-Scroll-Turbine führen, selektiv deaktiviert werden. In einem alternativen Beispiel kann ein Zylindermuster gewählt werden, das die Zündfolge der Zylinder einstellt, um eine Abgasströmung nur zu einer Turbine eines Twin-Turbo-Motorsystems zu leiten, wobei die jeweilige Turbine basierend auf verschiedenen Motorbedingungen gewählt wird, einschließlich Turbinendrehzahlen und Turbinentemperaturen, während Zylinder, die zu der anderen Turbine des Twin-Turbo-Systems führen, selektiv deaktiviert werden. In einem anderen alternativen Beispiel kann ein Zylindermuster gewählt werden, das die Zündfolge der Zylinder einstellt, um eine Abgasströmung zu beiden Turbinen eines Twin-Turbo-Motorsystems bei einer Rate zu leiten, die höher als eine gewählte Frequenz ist, wobei die gewählte Frequenz auf spezifischen Turbineneigenschaften basiert. In noch einem anderen alternativen Beispiel kann ein Zylindermuster gewählt werden, das die Zündfolge der Zylinder einstellt, um eine Abgasströmung nur zu einer Spirale nur einer ersten Turbine in einem Twin-Turbo-Motor mit einer oder mehreren Twin-Scroll-Turbinen zu leiten, wobei die jeweilige Turbine und die jeweilige Spirale basierend auf verschiedenen Motorbedingungen bestimmt werden, einschließlich Turbinendrehzahlen, Spiraldrehzahlen und Turbinentemperaturen, während Zylinder, die zu einer zweiten Spirale der ersten Turbine führen, und Zylinder, die zu jeder Spirale der zweiten Turbine führen, selektiv deaktiviert werden.
Auf diese Weise besteht der technische Effekt des Auswählens von Zylindermustern basierend auf der Turboladerleistung bei niedrigem bis mittleren Ladedruckbedarf darin, dass die Turboladerleistung trotz geringer Abgasvolumina verbessert werden kann. Durch Auswählen von Zylinderdeaktivierungsmustern, die aktive Zylinderabgaspulse auf eine einzige Spirale einer Multi-Scroll-Turbine und/oder eine einzige Turbine eines Twin-Turbo-Motors konzentrieren, kann eine Turbinendrehzahl bei einem ausreichenden Pegel gehalten werden, um einen niedrigen bis mittleren Ladedruck bereitzustellen. Durch Aufrechterhalten einer ausreichenden Turbinendrehzahl kann die Turboladerreaktion auf einen hohen Ladedruckbedarf bei gleichzeitiger Reduzierung von Turboverzögerungen verbessert werden. Als Alternative kann durch Auswählen eines Zylindermusters, das Abgaspulse zwischen Turbinen bei einer hohen Frequenz gleichmäßig verteilt, verhindert werden, dass die Turbinendrehzahl langsamere Drehzahlen erreicht, sodass die Wahrscheinlichkeit von Verdichterdruckstößen verringert wird. Insgesamt können Zylinderdeaktivierungsvorteile wie eine verbesserte Kraftstoffökonomie auf einen breiteren Bereich von Betriebsbedingungen eines aufgeladenen Motors ausgedehnt werden.
Es sei darauf verwiesen, dass die hierin enthaltenen beispielhaften Steuerungs- und Schätzungsroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hierin offenbarten Steuerverfahren und Routinen können als ausführbare Anweisungen in nicht flüchtigem Speicher gespeichert und von dem Steuersystem ausgeführt werden, das die Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und anderer Motorhardware aufweist. Die hierin beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere verschiedene Verarbeitungsstrategien repräsentieren, wie zum Beispiel ereignisgesteuerte, unterbrechungsgesteuerte, Multitasking, Multithreading und dergleichen. An sich können die verschiedenen dargelegten Vorgänge, Betriebsabläufe und/oder Funktionen in der dargestellten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen ausgelassen werden. Gleichermaßen ist die Reihenfolge der Verarbeitung für die Erfüllung der Merkmale und Vorteile der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele nicht unbedingt ausschlaggebend, sondern wird zwecks einer besseren Erläuterung und Beschreibung angegeben. Eine oder mehr der dargestellten Aktionen, Funktionen und/oder Betriebsabläufe können in Abhängigkeit der jeweils angewendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Vorgänge, Betriebsabläufe und/oder Funktionen einen Code, der in den nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem programmiert werden soll, grafisch darstellen, wobei die beschriebenen Vorgänge durch Ausführen der Anweisungen in einem System ausgeführt werden, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung aufweist.
Man wird zu schätzen wissen, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhaften Charakter haben und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht als einschränkend betrachtet werden dürfen, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die oben beschriebene Technologie auf V-6, I-4, I-6, V-12, 4-Boxermotoren und andere Motortypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere hierin offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften ein.
Die folgenden Ansprüche heben bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen, die als neu und nicht offensichtlich betrachtet werden, hervor. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder ein Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Aufnahme eines oder mehrerer solcher Elemente beinhalten und zwei oder mehrere solcher Elemente weder erforderlich machen noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch die Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch die Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, die im Hinblick auf die ursprünglichen Ansprüche einen breiteren, engeren, den gleichen oder einen anderen Schutzbereich aufweisen, sollen in dem Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 8651091 [0003]

Claims

Verfahren für ein aufgeladenes Motorsystem, umfassend: als Reaktion auf einen Ladedruckbedarf, selektives Deaktivieren eines Zylindermusters einzelner Zylinderventilmechanismen; wobei das Zylindermuster derart ausgewählt wird, dass Abgas von aktiven Zylindern in eine Spirale einer Multi-Scroll-Abgasturbine geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ladedruckbedarf unter einem Schwellenbedarf liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend als Reaktion darauf, dass der Ladedruckbedarf über dem Schwellenbedarf liegt, das Aktivhalten aller Motorzylinder.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Zylindermuster derart ausgewählt wird, dass es eine Gesamtanzahl von deaktivierten/aktiven Motorzylindern aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Auswählen der einen Spirale der Multi-Scroll-Abgasturbine basierend auf der Turbinendrehzahl und/oder dem Ladedruckbedarf.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Auswählen das Auswählen einer ersten Spirale mit höherem Durchfluss, wenn die Abgasturbinendrehzahl zu einem Zeitpunkt des Empfangs des Ladedruckbedarfs höher ist, und Auswählen einer zweiten Spirale mit niedrigerem Durchfluss umfasst, wenn die Abgasturbinendrehzahl zu dem Zeitpunkt des Empfangs des Ladedruckbedarfs niedriger ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Ladedruckbedarf einen vorhergesagten Ladedruckbedarf umfasst und wobei das Auswählen das Auswählen einer ersten Spirale mit höherem Durchfluss, wenn der vorhergesagte Ladedruckbedarf niedriger ist, und Auswählen einer zweiten Spirale mit niedrigerem Durchfluss umfasst, wenn der vorhergesagte Ladedruckbedarf höher ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Zylindermuster ferner basierend auf einer Motorlast und/oder Motor-NVH ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Multi-Scroll-Abgasturbine eine von mehreren Multi-Scroll-Abgasturbinen ist, die in dem aufgeladenen Motorsystem enthalten sind, wobei das Verfahren ferner das Auswählen einer der mehreren Multi-Scroll-Abgasturbinen basierend auf einer Turbinentemperatur umfasst.
Verfahren für ein aufgeladenes Motorsystem, umfassend: als Reaktion auf einen Ladedruckbedarf, das selektive Deaktivieren einzelner Zylinderventilmechanismen gemäß einem Zylindermuster, wobei das Zylindermuster derart ausgewählt wird, dass es Abgas von aktiven Zylindern in eine von mehreren Motorturbinen leitet.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die eine von mehreren Motorturbinen eine erste Turbine ist, die mit einem ersten Verdichter gekoppelt ist, wobei das Motorsystem ferner eine zweite Turbine aufweist, die mit einem zweiten Verdichter gekoppelt ist, wobei der erste und der zweite Verdichter verschiedene Verdichterauslässe aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Ladedruckbedarf einen Ladedruckbedarf umfasst, der geringer als ein Schwellenladedruck ist.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend als Reaktion darauf, dass ein Ladedruckbedarf über dem Schwellenladedruck liegt, das Aktivhalten aller Motorzylinder.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Zylindermuster derart ausgewählt wird, dass es eine Gesamtanzahl von deaktivierten/aktiven Motorzylindern aufweist, wobei die deaktivierten Motorzylinder basierend auf ihrer Zündfolge ausgewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend das Auswählen der einen von mehreren Motorturbinen basierend auf einer Turbinentemperatur.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Auswählen das Auswählen der Turbine umfasst, die eine niedrigere Turbinentemperatur aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend das Auswählen der einen von mehreren Motorturbinen basierend auf einer Turbinendrehzahl, wobei die Turbine mit einer höheren Drehzahl ausgewählt wird.
Verfahren, umfassend: als Reaktion auf einen Ladedruckbedarf, selektives Deaktivieren eines Zylindermusters einzelner Zylindermechanismen, um Abgas von aktiven Zylindern in jede einer ersten und einer zweiten Turbine zu leiten.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die erste Turbine mit einem ersten Verdichter gekoppelt ist, die zweite Turbine mit einem zweiten Verdichter gekoppelt ist und wobei der erste und der zweite Verdichter eine aufgeladene Luftladung an einen gemeinsamen Verdichterauslass leiten.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Zylindermuster eine Gesamtanzahl von deaktivierten/aktiven Motorzylindern aufweist, wobei das Zylindermuster basierend auf einer Zündfolge von aktiven Motorzylindern ausgewählt wird.