DE102017101519A1 - Verfahren und System zur Abgaswärmerückgewinnung - Google Patents

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Daniel Joseph Styles
Michael James Uhrich
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Ford Global Technologies LLC
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Abstract

Verfahren und Systeme werden für Abgaswärmerückgewinnung an einem geteilten Abgaswärmetauscher bereitgestellt. Abgas kann in beide Richtungen durch einen Abgasbypasskanal und den mit dem Bypasskanal gekoppelten Wärmetauscher strömen. Warmes oder kaltes AGR-Abgas kann vom Auslasskanal dem Kraftmaschineneinlasskrümmer zugeführt werden, und Wärme vom Abgas kann am Wärmetauscher rückgewonnen werden.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Beschreibung bezieht sich allgemein auf Verfahren und Systeme zur Abgaswärmerückgewinnung an einem Abgaswärmetauscher.
  • Hintergrund/Kurzdarstellung
  • Kraftmaschinen können mit einem Abgaswärmerückgewinnungssystem zum Rückgewinnen der Wärme von in einer internen Brennkraftmaschine erzeugtem Abgas ausgelegt sein. Die Wärme wird durch ein Abgaswärmetauschersystem von dem heißen Abgas auf ein Kühlmittel übertragen. Die Wärme von dem durch einen Abgaswärmetauscher zirkulierten Kühlmittel kann für Funktionen wie z. B. Aufheizen des Zylinderkopfes und Erwärmen des Fahrgastraums genutzt werden, wodurch die Kraftmaschineneffizienz verbessert wird. In Hybridelektrofahrzeugen verbessert die Rückgewinnung von Abgaswärme die Kraftstoffwirtschaftlichkeit, indem sie es ermöglicht, Kraftmaschinentemperaturen länger aufrechtzuerhalten, um dadurch eine schnellere Kraftmaschinenabschaltung und verlängerten Einsatz des Fahrzeugs in einem elektrischen Modus zu ermöglichen.
  • Abgaswärme kann auch an einem Kühler der Abgasrückführung (AGR) zurückgewonnen werden. Ein AGR-Kühler kann mit einem AGR-Zufuhrsystem gekoppelt sein, um die Temperatur von rückgeführtem Abgas zu senken, bevor es dem Einlasskrümmer zugeführt wird. AGR kann zum Verringern von NOx-Emissionen verwendet werden. Ferner kann AGR verwendet werden, um die Reduzierung von Drosselverlusten bei geringen Lasten zu unterstützen und Klopftoleranz zu verbessern.
  • Verschiedene Ansätze für Abgaswärmerückgewinnung und AGR-Kühlung werden bereitgestellt. In einem Beispiel, wie in US 20120260897 gezeigt, offenbart Hayman et al. ein Kraftmaschinensystem, wobei Abgas von einer ersten Gruppe von Zylindern zu einem Abgasendrohr geleitet wird. Abgas von einer zweiten Gruppe von Zylindern wird wahlweise über einen AGR-Kanal zu einem Einlasskrümmer geleitet. Zusätzlich, basierend auf dem AGR-Bedarf der Kraftmaschine, kann ein Teil der Abgase von der zweiten Gruppe von Zylindern über einen Bypasskanal zum Abgasendrohr umgeleitet werden. Ein mit dem AGR-Kanal gekoppelter AGR-Kühler wird verwendet, um das Abgas zu kühlen, bevor das AGR-Abgas mit Verbrennungsluft vermischt wird und das Gemisch in den Einlasskrümmer eintritt.
  • Die Erfinder haben jedoch potenzielle Nachteile bei den obigen Ansätzen erkannt. Als ein Beispiel kann es schwierig sein, AGR-Kühlung mit Abgaswärmerückgewinnung zu koordinieren. Insbesondere die am AGR-Kühler rückgewonnene Wärme kann nicht zum Aufheizen eines Fahrgastraums genutzt werden. Infolgedessen ist ein individueller Wärmetauscher für Innenraumheizung erforderlich. Dementsprechend, selbst wenn Wärme an einem Wärmetauscher dem Abgas entzogen wird, wird das gekühlte Abgas nicht rückgeführt, was in der Notwendigkeit für einen individuellen AGR-Kühler resultiert. Die zusätzlichen Komponenten fügen Kosten und Komplexität hinzu.
  • Die Erfinder haben hier einen Ansatz identifiziert, mit dem die oben beschriebenen Probleme zumindest teilweise behoben werden können. Ein beispielhaftes Verfahren umfasst Rückführen von Abgas zu einem Kraftmaschineneinlass, indem eine erste Menge von Abgas in einer ersten Richtung durch einen ersten Abschnitt eines Wärmetauschers strömt, und eine zweite Menge von Abgas in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung durch einen zweiten Abschnitt des Wärmetauschers strömt.
  • In einem Beispiel kann ein Kraftmaschinensystem mit einem Wärmetauscher ausgelegt sein, der stromabwärts von einem Katalysator in einem parallel zu einem Hauptauslasskanal angeordneten Abgasbypass positioniert ist. Der Wärmetauscher kann asymmetrisch konzipiert sein und zwei getrennte Kühlabschnitte haben, die einen mit dem Zwischenabschnitt der beiden Kühlerabschnitte gekoppelten AGR-Kanal aufweisen. Ein einzelnes Klappenventil kann verwendet werden, um das Umleiten von Abgas in den Bypasskanal und durch den Wärmetauscher in einer von zwei Richtungen zu ermöglichen, wobei die Position des Ventils auf Kraftmaschinenbetriebsparametern basierend eingestellt wird. Abhängig von der Kraftmaschinenanforderung kann das AGR-Abgas auf unterschiedliche Niveaus gekühlt werden. In einem Beispiel, während eines ersten Betriebsmodus, wenn die erforderliche AGR-Temperatur oberhalb eines Schwellenwerts liegt, kann die Ventilposition so eingestellt werden, dass das Abgas durch den ersten Abschnitt des zweiteiligen AGR-Kühlers strömen kann, bevor es dem Kraftmaschinenkrümmer zugeführt wird. In einem weiteren Beispiel, während eines zweiten Betriebsmodus, wenn die erforderliche AGR-Temperatur unterhalb des Schwellenwerts liegt, kann das Ventil so eingestellt sein, dass das Abgas in entgegengesetzte Richtungen durch beide Abschnitte des AGR-Kühlers strömt, bevor es in den Einlasskrümmer der Kraftmaschine eintritt. Während des Stroms im ersten und zweiten Betriebsmodus wird Abgaswärme auf ein Kühlmittel übertragen, das durch den Wärmetauscher zirkuliert. Das erwärmte Kühlmittel kann zur Kraftmaschine zurück zirkuliert werden (z. B. wenn Kraftmaschinenheizung erforderlich ist) und/oder zum Aufheizen eines Fahrgastraums des Fahrzeugs (z. B. wenn Fahrgastraumheizung angefordert wird) genutzt werden. Alternativ dazu wird die extrahierte Wärme zur Abführung in die Atmosphäre auf den Kühler übertragen.
  • Auf diese Weise kann der Heizungsbedarf eines Kraftmaschinensystems mit einem einzelnen Wärmetauscher abgedeckt werden. Durch Bereitstellen der Funktionen eines AGR-Kühlers und eines Abgaswärmetauschers über einen einzelnen Wärmetauscher werden die Vorteile von Kosten- und Komponentenreduzierung erzielt, ohne die Funktionalität oder Leistungsfähigkeit beider Systeme einzuschränken. Zusätzlich ermöglicht die spezielle Auslegung eines einzelnen Wärmetauschers in einem Bypassauslasskanal eine kürzere Länge des AGR-Kanals, die AGR-Transportverzögerungen reduziert. Der technische Effekt der Verwendung eines Klappenventils zum Regulieren des Durchflusses von Abgas durch den Bypasskanal besteht darin, dass Abgas in beide Richtungen durch den Wärmetauscher strömen kann. Von daher wird die Wärmeübertragungseffizienz verbessert und das Erfordernis für lange AGR-Kanäle verringert. Durch Verwenden eines einzelnen Klappenventils zum Steuern des AGR-Stroms wird die Anzahl von Komponenten im System reduziert, was eine schnellere Erwärmung des Kühlmittels fördert, weil weniger thermische Masse vorhanden ist. Durch Verwenden eines geteilten AGR-Kühlers ist es möglich, den Grad der Kühlung des AGR-Abgases abhängig von den Kraftmaschinenanforderungen zu regulieren. Dadurch, dass die getrennten Kühler- und Wärmerückgewinnungssysteme zu einem einzigen System kombiniert werden, können Fertigungskosten reduziert werden. Da der AGR-Kühler sich stromabwärts vom Katalysator befindet, wird die Funktionalität des Katalysators nicht beeinträchtigt. Im Großen und Ganzen werden durch Verbessern des Betrags der Abwärme, der mit weniger Komponenten aus dem Abgas rückgewonnen werden kann, Kraftstoffwirtschaftlichkeit und Leistung der Kraftmaschine verbessert.
  • Es versteht sich, dass die obige Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Sie soll keine Schlüsselmerkmale oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstands aufzeigen, dessen Schutzbereich einzig durch die der ausführlichen Beschreibung folgenden Ansprüche definiert wird. Zudem beschränkt sich der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf Umsetzungen, welche die oben oder in einem anderen Teil der vorliegenden Offenbarung genannten Nachteile lösen.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Kraftmaschinensystems, einschließlich einer Abgasbypassanordnung mit einem Wärmetauscher.
  • 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Kraftmaschinensystems, einschließlich einer Abgasbypassanordnung mit einem geteilten Wärmetauscher.
  • 3A zeigt ein Ausführungsbeispiel der Abgasbypassanordnung aus 1, die in einem ersten Modus betrieben wird.
  • 3B zeigt ein Ausführungsbeispiel der Abgasbypassanordnung aus 1, die in einem zweiten Modus betrieben wird.
  • 4A zeigt ein Ausführungsbeispiel der Abgasbypassanordnung aus 2, die in einem ersten Modus betrieben wird.
  • 4B zeigt ein Ausführungsbeispiel der Abgasbypassanordnung aus 2, die in einem zweiten Modus betrieben wird.
  • 5 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren darstellt, das zum Anpassen des Abgasstroms durch die Abgasbypassanordnung aus 1 umgesetzt werden kann.
  • 6 zeigt eine Tabelle, welche die unterschiedlichen Betriebsmodi der Abgasbypassanordnung aus 1 darstellt.
  • 7 zeigt ein Betriebsbeispiel der Abgasbypassanordnung aus 1.
  • 8 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren darstellt, das zum Anpassen des Abgasstroms durch die Abgasbypassanordnung aus 2 umgesetzt werden kann.
  • 9 zeigt eine Tabelle, welche die unterschiedlichen Betriebsmodi des Abgasbypassanordnungssystems aus 2 darstellt.
  • 10 zeigt ein Betriebsbeispiel der Abgasbypassanordnung aus 2.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zum Verbessern der Abgaswärmerückgewinnung unter Verwendung eines einzelnen in einem Abgasbypass gekoppelten Wärmetauschers/AGR-Kühlers. Die 1 und 2 zeigen beispielhafte Kraftmaschinensysteme, die eine Abgasbypassanordnung umfassen. In 1 wird ein Paar von Ventilen verwendet, um bidirektionalen Abgasstrom durch den Wärmetauscher zu ermöglichen. In 2 wird ein einzelnes Ventil verwendet, um bidirektionalen Abgasstrom durch einen oder mehrere Abschnitte eines geteilten Wärmetauschers zu ermöglichen. Die unterschiedlichen Betriebsmodi der Systeme aus den 1–2 werden unter Bezugnahme auf die 3A–3B, 4A–4B, 6 und 7 ausgearbeitet. Eine Kraftmaschinensteuerung kann zur Durchführung einer Steuerroutine, wie z. B. der beispielhaften Routinen aus den 5 und 8, ausgelegt sein, um die Position des Ventils bzw. der Ventile des Systems zu variieren und dadurch den Abgasstrom durch den Wärmetauscher in den Systemen aus den 1 bzw. 2 anzupassen. Betriebsbeispiele der Systeme aus den 1–2 werden jeweils unter Bezugnahme auf die 7 und 10 gezeigt.
  • 1 zeigt schematisch Aspekte eines beispielhaften Kraftmaschinensystems 100, einschließlich einer Kraftmaschine 10. In der dargestellten Ausführungsform ist die Kraftmaschine 10 eine aufgeladene Kraftmaschine, die mit einem Turbolader 13 gekoppelt ist, der einen Verdichter 114 umfasst, der von einer Turbine 116 angetrieben wird. Insbesondere wird Frischluft entlang eines Einlasskanals 42 über ein Luftreiniger 112 in die Kraftmaschine 10 eingeführt und strömt zum Verdichter 114. Der Verdichter kann jeder geeignete Ansaugluftverdichter, wie z. B. ein elektromotorgetriebener oder antriebswellengetriebener Aufladerverdichter, sein. In dem Kraftmaschinensystem 10 ist der Verdichter ein Turboladerverdichter, der mechanisch über eine Welle 19 mit der Turbine 116 gekoppelt ist, wobei die Turbine 116 durch expandierendes Kraftmaschinenabgas angetrieben wird.
  • Wie in 1 gezeigt, ist der Verdichter 114 über den Ladeluftkühler (CAC – Charge-Air Cooler) 18 mit dem Drosselklappenventil 20 gekoppelt. Die Drosselklappe 20 ist mit dem Kraftmaschineneinlasskrümmer 22 gekoppelt. Vom Verdichter strömt die verdichtete Luftladung durch den Ladeluftkühler 18 und das Drosselklappenventil zum Einlasskrümmer. Bei der in 1A gezeigten Ausführungsform wird der Druck der Luftladung innerhalb des Einlasskrümmers durch einen Krümmerluftdrucksensor (MAP-Sensor) 124 erfasst.
  • Ein oder mehrere Sensoren können mit einem Einlass des Verdichters 114 gekoppelt sein. Beispielsweise kann ein Temperatursensor 55 zum Schätzen einer Verdichtereinlasstemperatur mit dem Einlass gekoppelt sein, und ein Drucksensor 56 kann zum Schätzen eines Verdichtereinlassdrucks mit dem Einlass gekoppelt sein. Als ein weiteres Beispiel kann ein Feuchtigkeitssensor 57 zum Schätzen einer Feuchtigkeit einer in den Verdichter eintretenden Luftladung mit dem Einlass gekoppelt sein. Noch andere Sensoren können zum Beispiel Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren usw. umfassen. Bei anderen Beispielen können ein oder mehrere Einlasszustände des Verdichters (wie z. B. Feuchtigkeit, Temperatur, Druck usw.) basierend auf Kraftmaschinenbetriebsbedingungen abgeleitet werden. Zusätzlich können die Sensoren, wenn Abgasrückführung (AGR) aktiviert ist, eine Temperatur, einen Druck, eine Feuchtigkeit und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luftladungsgemischs, einschließlich Frischluft, rückgeführte verdichtete Luft und am Verdichtereinlass empfangene Abgasreste, schätzen.
  • Ein Wastegate-Aktuator 92 kann zum Öffnen betätigt werden, um mindestens etwas Abgasdruck von einer Stelle stromaufwärts der Turbine zu einer Stelle stromabwärts der Turbine über das Wastegate 90 abzulassen. Durch Verringern des Abgasdrucks stromaufwärts der Turbine kann die Turbinendrehzahl verringert werden, was wiederum dazu beiträgt, Verdichterpumpen zu verringern.
  • Der Einlasskrümmer 22 ist durch eine Reihe von Einlassventilen (nicht gezeigt) an eine Reihe von Brennkammern 30 gekoppelt. Die Brennkammern sind ferner über eine Reihe von Auslassventilen (nicht gezeigt) mit dem Auslasskrümmer 36 gekoppelt. In der dargestellten Ausführungsform ist ein einziger Auslasskrümmer 36 gezeigt. In anderen Ausführungsformen kann der Auslasskrümmer jedoch mehrere Auslasskrümmerabschnitte umfassen. Konfigurationen mit mehreren Auslasskrümmerabschnitten können den Abfluss aus unterschiedlichen Brennkammern zu unterschiedlichen Stellen in dem Kraftmaschinensystem ermöglichen.
  • Bei einer Ausführungsform können sowohl das Auslass- als auch das Einlassventil elektronisch betätigt oder gesteuert werden. Bei einer anderen Ausführungsform können sowohl das Auslass- als auch das Einlassventil durch Nocken betätigt oder gesteuert werden. Ob elektronisch oder durch Nocken betätigt, kann die Zeitsteuerung des Öffnens und Schließens des Auslass- und Einlassventils nach Bedarf für eine gewünschte Verbrennungs- und Emissionssteuerleistung eingestellt werden.
  • Die Brennkammern 30 können mit einem oder mehreren Kraftstoffen, wie z. B. Benzin, alkoholischen Kraftstoffmischungen, Diesel, Biodiesel, Druck-Erdgas usw., über ein Einspritzventil 66 versorgt werden. Kraftstoff kann über Direkteinspritzung, Kanaleinspritzung, Drosselklappengehäuseeinspritzung oder irgendeine Kombination davon den Brennkammern zugeführt werden. In den Brennkammern kann die Verbrennung über Funkenzündung und/oder Verdichtungszündung ausgelöst werden.
  • Wie in 1 gezeigt, wird Abgas von dem einen oder den mehreren Abgaskrümmerabschnitten zu der Turbine 116 gelenkt, um die Turbine anzutreiben. Der kombinierte Strom aus der Turbine und dem Wastegate strömt dann durch die Abgasreinigungsvorrichtung 170. Im Allgemeinen können eine oder mehrere Abgasreinigungsvorrichtungen 170 einen oder mehrere Abgasnachbehandlungskatalysatoren umfassen, die dazu ausgelegt sind, den Abgasstrom katalytisch zu behandeln und dadurch eine Menge einer oder mehrerer Substanzen im Abgasstrom zu reduzieren. Beispielsweise kann ein Abgasnachbehandlungskatalysator dazu ausgelegt sein, NOx aus dem Abgasstrom zu speichern, wenn der Abgasstrom mager ist, und das gespeicherte NOx reduziert, wenn der Abgasstrom fett ist. Bei anderen Beispielen kann ein Abgasnachbehandlungskatalysator dazu ausgelegt sein, NOx disproportioniert oder NOx mit Hilfe eines Reduktionsmittels gezielt zu reduzieren. Bei noch anderen Beispielen kann ein Abgasnachbehandlungskatalysator dazu ausgelegt sein, Restkohlenwasserstoffe und/oder Restkohlenmonoxid im Abgasstrom zu oxidieren. Unterschiedliche Abgasnachbehandlungskatalysatoren mit einer beliebigen solchen Funktionalität können in Zwischenschichten oder anderswo in den Abgasnachbehandlungsstufen entweder separat oder zusammen angeordnet sein. Bei einigen Ausführungsformen können die Abgasnachbehandlungsstufen einen regenerierbaren Rußfilter umfassen, der dazu ausgelegt ist, Rußpartikel im Abgasstrom zu speichern und zu oxidieren.
  • Die Gesamtheit oder ein Teil des behandelten Abgases aus der Abgasreinigung 170 kann nach dem Durchlauf durch einen Schalldämpfer 172 über den Hauptauslasskanal 102 in die Atmosphäre abgelassen werden. Eine Abgasbypassanordnung 160 mit einem Bypasskanal 173 kann stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung 170 mit dem Hauptauslasskanal 102 gekoppelt sein. Der Bypasskanal 173 kann sich von einer Stelle stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung 170 bis zu einer Stelle stromaufwärts des Schalldämpfers 172 erstrecken. Der Bypasskanal 173 kann parallel zum Hauptauslasskanal 102 angeordnet sein. Ein Wärmetauscher 174 kann mit dem Bypasskanal 173 gekoppelt sein, um das durch den Bypasskanal 173 strömende Abgas zu kühlen. Der Zufuhrkanal 180 der Abgasrückführung (AGR) kann an einer Stelle stromaufwärts des Wärmetauschers 174 mit dem Abgasbypasskanal 173 gekoppelt sein. Von stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung 170 kann Abgas über den Hauptauslasskanal 102 und/oder den Bypasskanal 173 in Richtung des Schalldämpfers 172 strömen.
  • Ein Paar Umleitventile 176 und 178 können verwendet werden, um die Menge und Richtung des Abgasstroms durch den Hauptauslasskanal 102 und den Bypasskanal 173 zu regulieren. In einem Beispiel können die Umleitventile 176 und 178 jeweils als Klappenventile ausgelegt sein (hier auch als Klappenventile 176 und 178 bezeichnet), obgleich andere Ventilauslegungen ebenfalls verwendet werden können. Ferner kann, abhängig von Betriebsbedingungen, wie z. B. Kraftmaschinentemperatur, ein Teil der Abgasreste durch den Bypasskanal 173 und darauf über das Ventil 52 der Abgasrückführung (AGR) und den AGR-Kanal 180 zum Abgasendrohr 35 oder zum Einlass des Verdichters 114 umgeleitet werden. Ebenfalls auf den Kraftmaschinenbetriebsbedingungen basierend, kann eine Richtung des Abgasstroms durch den Bypasskanal 173 und über den Wärmetauscher 174 verschieden sein. Auf diese Art ermöglicht die Auslegung bidirektionalen Abgasstrom durch den Wärmetauscher. Die Öffnung des Klappenventilpaars und des AGR-Ventils 52 kann reguliert werden, um den Abgasstrom durch den Bypasskanal 173 und den Wärmetauscher 174 zu steuern. Das AGR-Ventil 52 kann geöffnet werden, um eine gesteuerte Menge an Abgas für eine gewünschte Verbrennungs- und Abgasreinigungsleistung zu dem Verdichtereinlass hereinzulassen. Das AGR-Ventil 52 kann als stufenlos verstellbares Ventil ausgelegt sein. In einem alternativen Beispiel kann das AGR-Ventil 52 jedoch als Ein/Aus-Ventil ausgelegt sein.
  • Durch Einstellen der Position der Klappenventile 176 und 178 und einer Öffnung des AGR-Ventils 52 kann der Abgasstrom durch den Wärmetauscher variiert werden. In einem Beispiel kann das Klappenventil 176 geschlossen werden, während das Klappenventil 178 geöffnet wird, so dass Abgas von einer Stelle stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung 170 in den Bypasskanal 173, über den Wärmetauscher 174 in eine erste Richtung und darauf zum Abgasendrohr 35 strömen kann. Während Abgas durch den Bypasskanal 173 in die erste Richtung strömt, kann auf Anfrage heißes AGR-Abgas von stromaufwärts des Wärmetauschers angesaugt und über den AGR-Zufuhrkanal 180 dem Einlass des Verdichters 114 zugeführt werden. Die Öffnung des AGR-Ventils 52 kann reguliert werden, um die Menge des in den AGR-Zufuhrkanal eintretenden Abgases, verglichen mit der Menge des Abgases, das über den Wärmetauscher 174 in Richtung des Abgasendrohrs 35 strömt, zu steuern. Auf diese Art kann heißes ND-AGR-Abgas optional bereitgestellt werden.
  • In einem weiteren Beispiel kann das Klappenventil 176 geöffnet werden, während das Klappenventil 178 geschlossen wird, so dass Abgas über die Abgasreinigungsvorrichtung 170 und das Klappenventil 176 durch den Hauptauslasskanal 35 strömen und von stromaufwärts des Schalldämpfers 172 in den Bypasskanal 173 eintreten kann. In diesem Fall kann das Abgas über den Wärmetauscher 174, entgegengesetzt zur ersten Richtung, in eine zweite Richtung strömen kann, und darauf kann das abgekühlte Abgas in den AGR-Zufuhrkanal 180 eintreten. Auf diese Art kann gekühltes ND-AGR-Abgas bereitgestellt werden.
  • Wenn das Abgas in beide Richtungen durch den Wärmetauscher 174 strömt, kann Wärme von dem heißen Abgas auf ein Kühlmittel übertragen werden, das durch den Wärmetauscher 174 zirkuliert. In einem Beispiel ist der Wärmetauscher 174 ein Wasser-Gas-Tauscher. Nachdem Wärme vom Abgas auf das Kühlmittel übertragen worden ist, kann das erwärmte Kühlmittel zur Kraftmaschine zurück (z. B. wenn Kraftmaschinenheizung erforderlich ist) und/oder durch einen Heizungswärmetauscher zirkuliert werden, um einen Fahrgastraum des Fahrzeugs aufzuheizen (z. B. wenn Fahrgastraumheizung angefordert wird). Alternativ dazu kann das erwärmte Kühlmittel, wenn keine Heizungsanforderungen vorliegen, durch einen Kühler geleitet werden, um Wärme an die Atmosphäre abzuführen.
  • Auf diese Art kann das Kraftmaschinensystem 10 dazu ausgeführt sein, externes Niederdruck(ND)-AGR-Abgas bereitzustellen, indem Abgas von stromabwärts der Turbine 116 abgezapft und das AGR-Abgas nach dem Durchlauf durch einen für AGR-Abgaskühlung und Abgaswärmerückgewinnung verwendeten Wärmetauscher gekühlt wird. Eine ausführliche Beschreibung des Betriebs und der Struktur der Abgasbypassanordnung 160 wird unter Bezugnahme auf die 3A–3B, 5, 6 und 7 erörtert. Bei weiteren Ausführungsformen kann das Kraftmaschinensystem einen Hochdruck-AGR-Strömungspfad umfassen, wobei Abgas von stromaufwärts der Turbine 116 angesaugt und zu dem Kraftmaschineneinlasskrümmer stromabwärts des Verdichters 114 zurückgeführt wird.
  • Ein oder mehrere Sensoren können mit dem AGR-Kanal 180 gekoppelt sein, um Einzelheiten im Zusammenhang mit der Zusammensetzung und dem Zustand des AGR-Abgases bereitzustellen. Beispielsweise kann ein Temperatursensor bereitgestellt werden, um eine Temperatur des AGR-Abgases bereitzustellen, ein Drucksensor kann bereitgestellt werden, um einen Druck des AGR-Abgases zu bestimmen, ein Feuchtigkeitssensor kann bereitgestellt werden, um eine Feuchtigkeit oder einen Wassergehalt des AGR-Abgases zu bestimmen, und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor kann zum Schätzen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des AGR-Abgases bereitgestellt werden. Alternativ dazu können AGR-Zustände durch einen oder mehrere der Faktoren Temperatur, Druck, Feuchtigkeit und mit dem Verdichtereinlass gekoppelte Sauerstoffsensoren 55–57 abgeleitet werden. In einem Beispiel ist der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 57 ein Sauerstoffsensor.
  • Das Kraftmaschinensystem 100 kann ferner ein Steuersystem 14 umfassen. Das Steuersystem 14 empfängt in der Darstellung Informationen von mehreren Sensoren 16 (von welchen diverse Beispiele hier beschrieben werden) und sendet Steuersignale an mehrere Aktuatoren 18 (von welchen diverse Beispiele hier beschrieben werden). Als ein Beispiel können die Sensoren 16 einen sich stromaufwärts der Abgasreinigungsvorrichtung befindenden Abgassensor 126, einen MAP-Sensor 124, einen Abgastemperatursensor 128, einen Abgasdrucksensor 129, einen Verdichtereinlasstemperatursensor 55, einen Verdichtereinlassdrucksensor 56, einen Verdichtereinlassfeuchtigkeitssensor 57 und einen AGR-Sensor umfassen. Andere Sensoren, wie z. B. zusätzliche Druck-, Temperatur-, Luft-Kraftstoff-Verhältnis- und Zusammensetzungssensoren können mit diversen Stellen im Kraftmaschinensystem 100 gekoppelt sein. Die Aktuatoren 81 können zum Beispiel Drosselventil 20, AGR-Ventil 52, Klappenventile 176 und 178, Wastegate 92 und Kraftstoffeinspritzventil 66 umfassen. Das Steuersystem 14 kann eine Steuerung 12 umfassen. Die Steuerung 12 kann Eingabedaten von den verschiedenen Sensoren empfangen, die Eingabedaten verarbeiten und die verschiedenen Aktuatoren in Reaktion auf die verarbeiteten Eingabedaten basierend auf darin programmierten Anweisungen oder Code entsprechend einer oder mehrerer Routinen auslösen. Beispielsweise kann die Steuerung 12 basierend auf Kraftmaschinenbetriebsbedingungen und AGR-Anforderungen die Öffnung der Klappenventile 176 und 178 regulieren, um Abgas in eine erste oder eine zweite Richtung durch den Wärmetauscher zu leiten. Als weiteres Beispiel kann die Öffnung des AGR-Ventils 52, basierend auf der vom Abgastemperatursensor 128 abgeleiteten Katalysatortemperatur, so eingestellt werden, dass eine gewünschte Menge an AGR-Abgas vom Abgasbypasskanal in den Kraftmaschineneinlasskrümmer angesaugt wird. Eine beispielhafte Steuerroutine ist unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
  • Eine alternative Ausführungsform von 1 ist in 2 gezeigt und wird nachstehend unter Bezugnahme auf das beispielhafte Kraftmaschinensystem 200 ausgearbeitet. Alle Komponenten des Kraftmaschinensystems 200, mit Ausnahme der Abgasbypassanordnung 260, können mit denen des Kraftmaschinensystems 100 identisch sein. Wie nachstehend ausgearbeitet, kann die Abgasbypassanordnung 260 mit einem geteilten Wärmetauscher und einem einzelnen Umleitventil ausgelegt sein. Die unterschiedlichen Betriebsmodi der Abgasbypassanordnung aus 2 werden unter Bezugnahme auf die 4A–4B ausgearbeitet.
  • 3A legt die in 1 vorgestellte Abgasbypassanordnung genauer dar und zeigt ein Ausführungsbeispiel 300 des Betriebs der Abgasbypassanordnung aus 1 in einem ersten Betriebsmodus. In einem Beispiel ist die Anordnung 300 eine Ausführungsform der Anordnung 160 aus 1 und kann daher gemeinsame Merkmale und/oder Konfigurationen wie die bereits für die Bypassanordnung 160 beschriebenen teilen. Die Abgasbypassanordnung 160 ist strömungstechnisch mit dem Auslasskanal 302 stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung 170 gekoppelt. Wie in Bezug auf 1 erörtert, können eine oder mehrere Abgasreinigungsvorrichtungen 170 einen oder mehrere Abgasnachbehandlungskatalysatoren umfassen, die dazu ausgelegt sind, den Abgasstrom katalytisch zu behandeln und dadurch eine Menge einer oder mehrerer Substanzen im Abgasstrom zu reduzieren.
  • Das von der Kraftmaschine strömende Abgas strömt durch die Abgasreinigungsvorrichtung 170 und erreicht die weiter stromabwärts entlang des Auslasskanals 302 befindliche Abgasbypassanordnung 160. Ein Einlassrohr 310 der Abgasbypassanordnung 160 ist an der Verzweigung 306 (stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung 170) am Auslasskanal 302 angeordnet. Ein Klappenventil 176 ist mit dem Auslasskanal 302 stromabwärts der Verzweigung 306 gekoppelt. Das Einlassrohr 310 führt zu einem Bypasskanal 312, der parallel zum Auslasskanal 302 verlaufen kann. Das Klappenventil 178 ist mit dem Bypasskanal 312 gekoppelt. In einem Beispiel können die beiden Klappenventile mit einer gemeinsamen Welle gekoppelt sein, und die Ventile können zusammen betätigt werden. Abhängig von der gewünschten Richtung des Abgasstroms durch die Abgasbypassanordnung kann sich eines der Klappenventile 176 und 178 in der offenen Position befinden. In einer alternativen Ausführungsform können die beiden Klappenventile unabhängig voneinander betätigt und gleichzeitig geöffnet werden.
  • Stromabwärts des zweiten Klappenventils 178 kann ein Wärmetauscher mit dem Rohr 310 gekoppelt sein. Ein Kühlmittel kann durch den Wärmetauscher 174 zirkuliert werden, um das hindurchströmende Abgas effektiv zu kühlen, bevor das Gas entweder in den AGR-Kanal 180 eintritt oder durch das Abgasendrohr 335 in die Atmosphäre entweicht. Stromabwärts des zweiten Klappenventils 178 und stromaufwärts des Wärmetauschers 174 kann sich ein AGR-Kanal 180 an dem Bypasskanal 312 befinden. Abhängig von den Kraftmaschinenanforderungen ist es möglich, Abgas in beide Richtungen durch den Kanal 312 zu strömen, so dass dementsprechend gekühltes oder heißes AGR-Abgas durch den AGR-Kanal 180 dem Kraftmaschineneinlasskrümmer zugeführt werden kann. Ein AGR-Ventil 52 kann die Zufuhr von AGR-Abgas vom Auslasskanal 302 zu dem zum Kraftmaschineneinlasskrümmer führenden Kanal 328 steuern. Stromaufwärts des Wärmetauschers 174 endet der Bypasskanal 312 in einem Auslassrohr 316, das zurück zum Auslasskanal 302 führt. Das Einlassrohr 310 und das Auslassrohr 316 können im rechten Winkel zum Bypasskanal 312 und zum Hauptauslasskanal 302 stehen. Das Auslassrohr 316 mündet an einer Verzweigung 318, die sich stromabwärts der Verzweigung 306 und des ersten Klappenventils 176 befindet, in den Auslasskanal 302. Weiter stromabwärts der Verzweigung 318 kann ein Schalldämpfer 172 mit dem Auslasskanal 302 gekoppelt sein. Nach dem Durchlauf durch den Schalldämpfer 172 kann das Abgas durch ein Abgasendrohr 335 an die Atmosphäre abgeführt werden. Durch Anordnen aller Komponenten der Abgasbypassanordnung stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung (einschließlich des Katalysators) 170 werden Einschränkungen aufgrund der Katalysatorerwärmung eliminiert. Von daher repräsentiert der erste Betriebsmodus eine erste Einstellung der Klappenventile 176 und 178, die eine Steuerung des Abgasstroms ermöglicht. Im ersten Betriebsmodus kann sich das Klappenventil 176 (das mit dem Hauptauslasskanal 302 gekoppelt ist) in der geschlossenen Position befinden, und das Klappenventil 178 (das mit dem Bypasskanal 312 gekoppelt ist) kann sich in der offenen Position befinden. Es versteht sich, dass verschiedene Funktionsmodi des Kraftmaschinensystems möglich sein können, während die Anordnung im ersten Betriebsmodus betrieben wird, z. B. durch Variieren der Öffnung eines AGR-Ventils. Im ersten Betriebsmodus ist es dem Abgas aufgrund der Schließung des ersten Klappenventils 176 möglicherweise nicht möglich, durch den Auslasskanal 302 in Richtung des Abgasendrohrs 335 zu strömen. Das Abgas kann durch das Einlassrohr 310 in die Abgasbypassanordnung strömen, wie durch die fetten Pfeile gezeigt. Das zweite Klappenventil 178 ist im offenen Zustand, und das Abgas kann hindurchströmen und in den Bypasskanal 312 eintreten. Abhängig vom AGR-Bedarf kann sich das AGR-Ventil entweder in der offenen oder in der geschlossenen Position befinden. Wenn sich das AGR-Ventil in der geschlossenen Position befindet, kann das Abgas nicht in den AGR-Kanal 180 eintreten und kann stattdessen direkt in den weiter stromabwärts am Bypasskanal 312 befindlichen Wärmetauscher 174 eintreten. Im ersten Betriebsmodus strömt das Abgas in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende des Wärmetauschers proximal zu dem Einlassrohr 310 zum zweiten Ende des Wärmetauschers 174 proximal zu dem Auslassrohr 316) durch den Wärmetauscher 174. Nach dem Durchlauf durch den Wärmetauscher 174 strömt das abgekühlte Abgas durch das Auslassrohr 316 und verlässt die Abgasbypassanordnung. Das Abgas tritt an der Verzweigung 318 wieder in den Auslasskanal 302 ein und strömt stromabwärts in Richtung des Schalldämpfers 172. Nach dem Durchlauf durch den Schalldämpfer 172 tritt das Abgas durch das Abgasendrohr 335 in die Atmosphäre aus.
  • Der erste Betriebsmodus kann bei Betrieb in einem oder mehreren Funktionsmodi, wie z. B. dem ersten Funktionsmodus, bei dem AGR-Abgas nicht erforderlich ist, und einem zweiten, bei dem heißes AGR-Abgas für Kraftmaschinenbetriebsvorgänge erforderlich ist, gewählt werden.
  • Im ersten Funktionsmodus, der gewählt wird, wenn AGR-Abgas nicht für den Kraftmaschinenbetrieb erforderlich ist, kann die Anordnung im ersten Betriebsmodus bei geschlossen gehaltenem AGR-Ventil 52 betrieben werden. AGR-Abgas ist möglicherweise nicht erforderlich, wenn die Kraftmaschinentemperatur unterhalb eines Schwellenwerts liegt, wobei der Schwellenwert auf einer Katalysator-Anspringtemperatur basiert. Im ersten Funktionsmodus tritt das Abgas nicht in den AGR-Kanal ein und strömt stromabwärts durch den Wärmetauscher in die erste Richtung. Am Wärmetauscher 174 kann das Abgas abgekühlt werden, und die Wärme vom Abgas kann auf ein Kühlmittel übertragen werden, das durch den Wärmetauscher 174 zirkuliert. Das durch die vom Abgas rückgewonnene Wärme erwärmte Kühlmittel kann zur Kraftmaschine zurück zirkuliert (unter Bedingungen, wenn Kraftmaschinenheizung erforderlich ist) und/oder durch einen Heizungswärmetauscher des Fahrzeugs zirkuliert werden, wonach die rückgewonnene Wärme für Funktionen, wie z. B. Erwärmen des Fahrgastraums, genutzt werden kann, um dadurch die Kraftmaschineneffizienz zu verbessern. Unter Umständen, bei denen die am Wärmetauscher 174 rückgewonnene Wärme nicht zum Aufheizen von Fahrzeugkomponenten benötigt wird, kann die Wärme zur Abführung auf den Kühler übertragen werden. Im ersten Funktionsmodus nach dem Durchlauf durch den Wärmetauscher 174 strömt das abgekühlte Abgas aus der Abgasbypassanordnung heraus und tritt durch das Abgasendrohr 335 in die Atmosphäre aus.
  • Im zweiten Funktionsmodus, der gewählt wird, wenn die Kraftmaschinentemperatur oberhalb eines Schwellenwerts liegt, kann heißes AGR-Abgas für den Kraftmaschinenbetrieb erwünscht sein, so dass das AGR-Ventil 52 folglich geöffnet werden kann. Die Öffnung des AGR-Ventils kann basierend auf der Anforderung von heißem AGR-Abgas angepasst werden, wobei die Öffnung mit zunehmender Anforderung von heißem AGR-Abgas vergrößert wird. Das Abgas kann nach dem Durchlauf durch die Abgasreinigungsvorrichtung 170 durch das Einlassrohr 310 in die Bypassanordnung eintreten. Der Eingang zum AGR-Kanal 180 befindet sich am Bypasskanal 132 zwischen dem zweiten Klappenventil 178 und dem Wärmetauscher 174. Daher kann, abhängig von der Öffnung des AGR-Ventils 52, eine erste Menge des heißen Abgases in den AGR-Kanal 180 eintreten, bevor sie durch den Wärmetauscher 174 strömt. Nach dem Durchlauf durch das AGR-Ventil 52 kann das Abgas in den AGR-Kanal 180 eintreten und durch den zum Kraftmaschineneinlasskrümmer führenden Kanal 328 strömen, um einer Stelle stromaufwärts eines Verdichtereinlasses zugeführt zu werden. Die restliche (zweite) Menge von Abgas, die nicht in den AGR-Kanal 180 eintritt, kann durch den Wärmetauscher 174 (in die erste Richtung) strömen und aus der Abgasbypassanordnung austreten. Danach kann diese zweite Menge von Abgas durch den Schalldämpfer 172 strömen und durch das Abgasendrohr 335 in die Atmosphäre austreten. Auf diese Art, basierend auf den Kraftmaschinenanforderungen, ist es möglich, heißes AGR-Abgas vom Auslasskanal 302 durch die Abgasbypassanordnung dem Einlasskrümmer zuzuführen.
  • 3B zeigt eine schematische Ansicht 300 eines Ausführungsbeispiels einer Abgasbypassanordnung 160. Die Merkmale der Abgasbypassanordnung 160 sind in Bezug auf 3A beschrieben. In 3B wird ein zweiter Betriebsmodus der Abgasbypassanordnung 160 im Vergleich zu dem in 3A erörterten Betriebsmodus erörtert.
  • Von daher repräsentiert der zweite Betriebsmodus eine zweite Einstellung der Klappenventile 176 und 178, die eine Steuerung des Abgasstroms ermöglicht. Im zweiten Betriebsmodus kann sich das Klappenventil 176 (das mit dem Hauptauslasskanal 302 gekoppelt ist) in der offenen Position befinden, und das Klappenventil 178 (das mit dem Bypasskanal 312 gekoppelt ist) kann sich in der geschlossenen Position befinden. Ähnlich dem ersten Betriebsmodus, können verschiedene Funktionsmodi des Kraftmaschinensystems möglich sein, während die Anordnung im zweiten Betriebsmodus betrieben wird, z. B. durch Variieren der Öffnung eines AGR-Ventils.
  • Im zweiten Betriebsmodus kann Abgas aufgrund der Öffnung des ersten Klappenventils 176 (und Schließung des zweiten Klappenventils 178) nicht durch das Einlassrohr 310 in die Abgasbypassanordnung eintreten, sondern durchläuft stattdessen das erste Klappenventil 176 und strömt weiter stromabwärts entlang des Auslasskanals 302. Wenn das Abgas die Verzweigung 318 erreicht, kann eine erste Menge des Abgases durch das Auslassrohr 316 (das in diesem Modus als Einlass verwendet wird) in die Abgasbypassanordnung eintreten, wie durch fette Pfeile gezeigt. Eine zweite Menge des Abgases kann weiter stromabwärts entlang des Auslasskanals 302 strömen und durch das Abgasendrohr 335 in die Atmosphäre entweichen, nachdem sie durch den Schalldämpfer 172 hindurchgelaufen ist. Die erste Menge des in die Bypassanordnung eintretenden Abgases kann durch die Öffnung des AGR-Ventils 52 gesteuert werden.
  • Die erste Menge des in die Abgasbypassanordnung eintretenden Abgases kann weiter durch den Bypasskanal 312 strömen und in den Wärmetauscher 174 eintreten. Im zweiten Modus strömt das Abgas in einer zweiten Richtung (der ersten entgegengesetzt) (von einem zweiten Ende des Wärmetauschers proximal zu dem Auslassrohr 316 zum ersten Ende des Wärmetauschers 174 proximal zu dem Einlassrohr 310) durch den Wärmetauscher. Diese erste Menge von Abgas kann in den AGR-Kanal 180 eintreten. Da das zweite Klappenventil 178 geschlossen ist, kann das Abgas nicht durch die Bypassanordnung strömen und über das Einlassrohr 310 zum Auslasskanal 302 zurückkehren. Der zweite Betriebsmodus kann bei Betrieb in einem oder mehreren Funktionsmodi gewählt werden, wie z. B. einem dritten Funktionsmodus, bei dem kaltes AGR-Abgas für Kraftmaschinenbetriebsvorgänge erforderlich ist.
  • Im dritten Funktionsmodus kann abgekühltes AGR-Abgas von der Kraftmaschine gewünscht werden. AGR ist möglicherweise erforderlich, wenn die Kraftmaschinentemperatur oberhalb eines Schwellenwerts liegt, wobei der Schwellenwert auf einer Katalysator-Anspringtemperatur basiert sein kann. Um AGR-Abgas zuzuführen, kann das AGR-Ventil 52 geöffnet werden, wobei die Öffnung des AGR-Ventils je nach AGR-Bedarf vergrößert werden kann. Nach dem Austritt aus dem Wärmetauscher 174 kann das abgekühlte Abgas in den AGR-Kanal 180 eintreten. Das Abgas kann durch das AGR-Ventil 52 und den Kanal 228 strömen, um in den Kraftmaschineneinlasskrümmer einzutreten.
  • Die Wärme vom Abgas kann auf ein Kühlmittel übertragen werden, das durch den Wärmetauscher 174 zirkuliert. Wie zuvor beschrieben (3A), kann die rückgewonnene Wärme je nach Bedarf für weitere Nutzung zum Heizungswärmetauscher übertragen werden. Wenn die Kraftmaschinentemperatur und die Temperatur des Fahrgastraums des Fahrzeugs hoch ist, kann Wärme vom Wärmetauscher 174 auf ein durch einen Kühler zirkulierendes Kühlmittel übertragen werden, und Wärme wird vom Kühler an die Atmosphäre abgeführt.
  • Auf diese Art kann abgekühltes AGR-Abgas nach dem Durchlauf durch den Wärmetauscher 174 dem Einlasskrümmer zugeführt werden. Da der Transportweg des AGR-Abgases vom Auslasskanal zum Einlasskrümmer kurz ist, ist die Latenzzeit des zugeführten AGR-Abgases gering. Auf diese Art kann Abgas abhängig von der AGR-Anforderung in beide Richtungen durch den Wärmetauscher strömen, und die am Wärmetauscher rückgewonnene Wärme kann in anderen Fahrzeugbetriebsvorgängen genutzt werden.
  • Die Wahl zwischen dem ersten (3A) und dem zweiten Betriebsmodus (3B) kann auf der Kraftmaschinentemperatur basieren. Wenn beispielsweise die Kraftmaschinentemperatur unterhalb eines Schwellenwerts liegt, wird AGR-Abgas möglicherweise nicht von der Kraftmaschine gewünscht, so dass die Abgasbypassanordnung folglich möglicherweise im ersten Modus betrieben wird. Wenn in einem weiteren Beispiel die Kraftmaschinentemperatur oberhalb eines Schwellenwerts liegt, kann kaltes AGR-Abgas von der Kraftmaschine gewünscht werden, so dass die Abgasbypassanordnung folglich möglicherweise im zweiten Modus betrieben wird. Auf diese Art können die Funktionen eines AGR-Kühlers und eines Abgaswärmetauschers über einen einzelnen Wärmetauscher ausgeführt werden.
  • In einer alternativen Ausführungsform können die beiden Klappenventile 176 und 178 unabhängig voneinander betätigt werden. Bei hohen Lastbedingungen können beide Klappenventile in der offenen Position gehalten werden, damit Abgas gleichzeitig durch den Hauptauslasskanal 302 und den Bypasskanal 312 in Richtung des Abgasendrohrs 335 strömen kann. Auf diese Art kann Wärme (am Wärmetauscher 174) einem Teil des Abgases entzogen werden, doch bei hohen Lastbedingungen, aufgrund von hohem Gegendruck, kann eine große Menge an Abgas über das Abgasendrohr 335 direkt in die Atmosphäre austreten, ohne in die Abgasbypassanordnung einzutreten, um dadurch Kochen des Kühlmittels im Wärmetauscher 174 zu verhindern.
  • Zu 2 übergehend, ist das beispielhafte Kraftmaschinensystem 200 eine alternative Ausführungsform des in 1 gezeigten Kraftmaschinensystems 100. Die zuvor in 1 vorgestellten Komponenten sind gleich nummeriert und werden nicht erneut vorgestellt. Ähnlich der Ausführungsform von 1 kann das Kraftmaschinensystem 200 von 2 ferner das Steuersystem 14 zum Steuern von Kraftmaschinenbetriebsvorgängen umfassen. Wie aus 2 ersichtlich ist, umfasst das Kraftmaschinensystem 200 eine Abgasbypassanordnung 260 mit einem Bypasskanal 273, der stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung 170 mit dem Auslasskanal 35 gekoppelt ist. In dieser Anordnung kann ein einzelnes Umleitventil 276 bereitgestellt sein, um die Richtung des Abgasstroms durch den Bypasskanal zu regulieren. In einem Beispiel kann das Umleitventil 276 als ein Klappenventil ausgelegt sein (hier auch als Klappenventil 276 bezeichnet), obgleich andere Ventilauslegungen ebenfalls verwendet werden können. Durch Verwendung eines einzelnen Klappenventils kann die thermische Masse der Abgasbypassanordnung reduziert werden, wodurch die Wärmerückgewinnung aus dem Abgas (durch ein Kühlmittel) am Wärmetauscher 274 verbessert wird. Je nach den Betriebsbedingungen kann ein Teil der Abgasreste durch den Bypasskanal 273 und das AGR-Ventil 52 zum AGR-Kanal 180 und zum Einlass des Verdichters 114 umgeleitet werden. Der Bypasskanal ist mit einem geteilten Wärmetauscher 274 mit zwei oder mehr Abschnitten zum Kühlen von Abgas ausgerüstet. Der erste Abschnitt des Wärmetauschers und der zweite Abschnitt des Wärmetauschers können symmetrisch dimensioniert sein. In einer alternativen Ausführungsform kann der Wärmetauscher asymmetrisch dimensioniert sein, wobei der erste Abschnitt des Wärmetauschers größer als der zweite Abschnitt des Wärmetauschers ist. Alternativ dazu kann der zweite Abschnitt des Wärmetauschers größer als der erste Abschnitt des Wärmetauschers sein.
  • Je nach den Kraftmaschinenbetriebsbedingungen kann warmes oder kaltes AGR-Abgas erwünscht sein. Das Abgas kann durch einen oder beide Abschnitte des geteilten Wärmetauschers 274 strömen, um unterschiedliche Stufen der Kühlung zu erzielen. Durch Einstellen der Position des Klappenventils 276 und einer Öffnung des AGR-Ventils 52 kann der Abgasstrom durch den Wärmetauscher variiert werden. In einem Beispiel kann das Abgas, wenn die gewünschte AGR-Temperatur höher als eine Schwellentemperatur ist, durch den ersten Abschnitt 413 des geteilten Wärmetauschers 274 strömen, bevor es in den AGR-Kanal 180 eintritt. In einem weiteren Beispiel kann das Abgas, wenn die gewünschte AGR-Temperatur niedriger als eine Schwellentemperatur ist, in entgegengesetzte Richtungen durch beide Abschnitte des geteilten Wärmetauschers 274 strömen, bevor es in den AGR-Kanal 180 eintritt. Der Eingang des AGR-Kanals 180 kann sich in einem mittigen Bereich zwischen den beiden Abschnitten des geteilten Wärmetauschers 274 befinden.
  • Wenn das Abgas durch einen oder beide Abschnitte des Wärmetauschers 274 strömt, kann Wärme von dem heißen Abgas auf ein Kühlmittel übertragen werden, das durch beide Abschnitte des Wärmetauschers 274 zirkuliert. Nachdem Wärme vom Abgas auf das Kühlmittel übertragen worden ist, kann das erwärmte Kühlmittel zum Heizen eines Zylinderkopfes (z. B. wenn Kraftmaschinenheizung angefordert wird) und/oder zum Heizen eines Fahrgastraums des Fahrzeugs genutzt werden (z. B. wenn Fahrgastraumheizung angefordert wird). Alternativ dazu kann das erwärmte Kühlmittel, wenn keine Heizungsanforderungen vorliegen, durch einen Kühler geleitet werden, um Wärme an die Atmosphäre abzuführen.
  • Auf diese Art kann das Kraftmaschinensystem 10 dazu ausgeführt sein, externes Niederdruck(ND)-AGR-Abgas bereitzustellen, indem Abgas von stromabwärts der Turbine 116 abgezapft wird. Das AGR-Ventil 52 kann geöffnet werden, um eine gesteuerte Menge an gekühltem Abgas zu dem Verdichtereinlass für eine gewünschte Verbrennung hereinzulassen. Das AGR-Ventil 52 kann auch als stufenlos verstellbares Ventil ausgelegt sein. In einem alternativen Beispiel kann das AGR-Ventil 52 jedoch als Ein/Aus-Ventil ausgelegt sein. Eine ausführliche Beschreibung des Betriebs und der Struktur der Abgasbypassanordnung 260 wird unter Bezugnahme auf die 4A–4B, 8, 9 und 10 erörtert. In weiteren Ausführungsformen kann das Kraftmaschinensystem eine freisaugende Kraftmaschine ohne die Anwesenheit eines Turboladers und Verdichters sein. 4A führt die in 2 vorgestellte Abgasbypassanordnung näher aus und zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels 400 einer Abgasbypassanordnung 260. In einem Beispiel ist die Anordnung 260 eine Ausführungsform der Anordnung 260 aus 2 und kann daher gemeinsame Merkmale und/oder Konfigurationen wie die bereits für die Bypassanordnung 260 beschriebenen teilen. Die Abgasbypassanordnung 260 ist strömungstechnisch mit dem Auslasskanal 302 stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung 170 gekoppelt. Wie in Bezug auf 2 erörtert, können eine oder mehrere Abgasreinigungsvorrichtungen 170 einen oder mehrere Abgasnachbehandlungskatalysatoren umfassen, die dazu ausgelegt sind, den Abgasstrom katalytisch zu behandeln und dadurch eine Menge einer oder mehrerer Substanzen im Abgasstrom zu reduzieren.
  • Das von der Kraftmaschine strömende Abgas kann durch die Abgasreinigungsvorrichtung 170 strömen und die weiter stromabwärts entlang des Auslasskanals 302 befindliche Abgasbypassanordnung 400 erreichen. Ein Einlassrohr 410 der Abgasbypassanordnung 400 kann an der Verzweigung 406 (stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung 170) am Auslasskanal 302 angeordnet sein.
  • Ein Klappenventil (Ventil) 276 kann mit dem Auslasskanal 302 stromabwärts der Verzweigung 410 gekoppelt sein. Das Einlassrohr 410 kann zu einem Bypasskanal 412 führen, der parallel zum Auslasskanal 302 verlaufen kann. Abhängig von der Richtung des Abgasstroms durch die Abgasbypassanordnung kann sich das Klappenventil 276 in der offenen oder geschlossenen Position befinden.
  • Stromabwärts des Einlassrohrs 410, über das Klappenventil 276, kann der Bypasskanal 412 mit einem geteilten Wärmetauscher 274 ausgerüstet sein, der zwei oder mehr Abschnitte zum Kühlen von hindurchströmendem Abgas aufweist. Die Kühlabschnitte des Wärmetauschers können von symmetrischer oder asymmetrischer Gestaltung sein. In diesem Beispiel hat der Wärmetauscher 274 entsprechend zwei symmetrische Kühlabschnitte 413 und 414. Abhängig von der erforderlichen Temperatur des AGR-Abgases kann das Abgas durch einen oder beide Abschnitte des Wärmetauschers 274 strömen. Ein Kühlmittel kann durch beide Abschnitte des Wärmetauschers 274 zum Kühlen des Abgases umgewälzt werden, bevor das Gas entweder in den AGR-Kanal 180 (zur Zufuhr zum Kraftmaschineneinlasskrümmer) eintritt oder durch das Abgasendrohr 335 in die Atmosphäre entweicht. Kühlmittel strömt nicht durch den Zwischenteil 415 zwischen den beiden Abschnitten des geteilten Wärmetauschers 274, von wo der AGR-Kanal 180 beginnt. Wenn schnellere und effektivere Kühlung für das AGR-Abgas erforderlich ist, kann Abgas durch beide Abschnitte des geteilten Wärmetauschers 274 strömen. Wenn ein relativ wärmeres AGR-Abgas erforderlich ist, kann das Abgas durch den ersten Abschnitt 412 des geteilten Wärmetauschers 274 strömen. Ein AGR-Ventil 52 kann die Zufuhr von AGR-Abgas vom Auslasskanal 302 zu dem zum Kraftmaschineneinlasskrümmer führenden Kanal 328 steuern.
  • Stromaufwärts des geteilten Wärmetauschers 274 endet der Bypasskanal 412 in einem Auslassrohr 416, das zurück zum Auslasskanal 302 führt. Das Einlassrohr 410 und das Auslassrohr 416 können im rechten Winkel zum Bypasskanal 412 und zum Auslasskanal 302 stehen. Das Auslassrohr 416 mündet an einer Verzweigung 418, die sich stromabwärts der Verzweigung 406 und des Klappenventils 276 befindet, in den Auslasskanal 302. Weiter stromabwärts kann ein Schalldämpfer 172 mit dem Auslasskanal 302 gekoppelt sein. Nach dem Durchlauf durch den Schalldämpfer 172 kann das Abgas durch ein Abgasendrohr 335 an die Atmosphäre abgeführt werden.
  • Durch Einstellen der Position der Ventile kann die Abgasbypassanordnung 400 in einem ersten oder einem zweiten Betriebsmodus betrieben werden. Von daher repräsentiert ein erster Betriebsmodus eine erste Einstellung des mit dem Hauptauslasskanal 302 gekoppelten Klappenventils 276, das eine Steuerung des Abgasstroms ermöglicht. Im ersten Betriebsmodus kann sich das Klappenventil 276 in der offenen Position befinden. Es versteht sich, dass verschiedene Funktionsmodi des Kraftmaschinensystems möglich sein können, während die Anordnung im ersten Betriebsmodus betrieben wird, z. B. durch Variieren der Öffnung eines AGR-Ventils. Im ersten Betriebsmodus kann aufgrund der Öffnung des ersten Klappenventils 276 eine erste Menge von Abgas von der Verzweigung 406 stromabwärts des Abgaskatalysators 170 über das Einlassrohr 410 in den Abgasbypass strömen, ohne durch das Ventil 276 zu strömen. Die erste Menge von Abgas kann dann durch den Bypasskanal 412 und in den ersten Abschnitt 413 des geteilten Wärmetauschers 274 in der Nähe des Einlassrohrs 410 strömen. Die erste Menge von Abgas kann in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende des Wärmetauschers proximal zum Einlassrohr 410 zum Zwischenteil 415 des geteilten Wärmetauschers 274) durch den ersten Abschnitt 413 des geteilten Wärmetauschers 274 strömen. Im ersten Betriebsmodus kann eine zweite Menge von Abgas von stromabwärts des Abgaskatalysators 170 durch das Ventil 276 in Richtung des Abgasendrohrs 335 strömen. An der Verzweigung 406 (stromaufwärts des Schalldämpfers 172) kann das Abgas über das Auslassrohr 416 (das in diesem Fall als Einlass verwendet wird) in den Abgasbypass strömen. Die zweite Menge von Abgas kann dann durch den Bypasskanal 412 und in den zweiten Abschnitt 414 des Wärmetauschers 274 in der Nähe des Auslassrohrs 416 strömen. Die zweite Menge von Abgas kann in einer zweiten Richtung (von einem zweiten Ende des Wärmetauschers proximal zum Auslassrohr 416 zum Zwischenteil 415 des geteilten Wärmetauschers 274) durch den zweiten Abschnitt 413 des geteilten Wärmetauschers 274 strömen. Die erste Menge kann relativ zu der zweiten Menge über Einstellungen am Klappenventil 276, das in einem Auslasskanal stromabwärts eines Abgaskatalysators 170 gekoppelt ist, angepasst werden. Einstellungen können ausgeführt werden, indem eine Öffnung des Ventils 276 vergrößert wird, um die zweite Menge relativ zur ersten Menge zu vergrößern, und die Öffnung des Ventils verkleinert wird, um die erste Menge relativ zur zweiten Menge zu vergrößern.
  • Die erste und zweite Menge des Abgases, nachdem sie durch einen der beiden Abschnitte des geteilten Wärmetauschers 274 abgekühlt worden sind, vereinigen sich an einem Zwischenteil 415. Vom Zwischenteil 415 aus kann das AGR-Abgas durch den AGR-Kanal 180, das AGR-Ventil 52 und den Kanal 428 strömen, bevor es in den Kraftmaschineneinlasskrümmer eintritt. Eine dritte Menge des Abgases tritt möglicherweise nicht durch das Einlassrohr 410 und das Auslassrohr 416 in die Abgasbypassanordnung ein, und dieser Teil des Abgases kann stromabwärts durch den Hauptauslasskanal 302 strömen. Dieser dritte Teil des Abgases kann durch den Schalldämpfer 172 strömen und über das Abgasendrohr 335 ungekühlt in die Atmosphäre austreten.
  • Der erste Betriebsmodus kann bei Betrieb in einem oder mehreren Funktionsmodi gewählt werden, wie z. B. einem ersten Funktionsmodus, bei dem kaltes AGR-Abgas für Kraftmaschinenbetriebsvorgänge erforderlich ist.
  • Im ersten Funktionsmodus, wenn kaltes AGR-Abgas für Kraftmaschinenbetriebsvorgänge erforderlich ist, können das AGR-Ventil 52 und die Einlassdrosselklappe offen gehalten werden. Die Öffnung des AGR-Ventils kann als Reaktion auf eine Erhöhung der Kraftmaschinenlast oder eine Abnahme der Kraftmaschinentemperatur vergrößert werden, und die Öffnung des AGR-Ventils kann als Reaktion auf eine Verringerung der Kraftmaschinenlast oder eine Zunahme der Kraftmaschinentemperatur verkleinert werden. Wenn Abgas durch beide Abschnitte des geteilten Wärmetauschers 274 strömt, kann das Abgas abgekühlt werden, und die Wärme des Abgases kann auf ein Kühlmittel übertragen werden. Das Kühlmittel kann durch den Heizungswärmetauscher des Fahrzeugs zirkuliert werden, und danach kann die rückgewonnene Wärme des Abgases für Funktionen wie Heizen des Zylinderkopfes und Erwärmen des Fahrgastraums genutzt werden, um dadurch die Kraftmaschineneffizienz zu verbessern. Unter Umständen, bei denen die am geteilten Wärmetauscher 274 rückgewonnene Wärme nicht zum Aufheizen von Fahrzeugkomponenten benötigt wird, kann die Wärme zur Abführung an die Atmosphäre auf den Kühler übertragen werden.
  • Auf diese Art ist es durch Nutzen beider Abschnitte des geteilten Wärmetauschers 274 möglich, das Abgas effektiver und auf eine niedrige Temperatur abzukühlen. Außerdem kann in diesem Betriebs- und Funktionsmodus Kühlmittel von beiden Abschnitten des geteilten Wärmetauschers 274 verwendet werden, um Wärme von dem Abgas, die in anderen Fahrzeugbetriebsvorgängen genutzt werden kann, rückzugewinnen. Außerdem kann Abgas an zwei Abnahmestellen des Auslasskanals vom Auslasskanal 302 dem Kraftmaschineneinlasskrümmer zugeführt werden, um dadurch die Verteilung des AGR-Stroms zu verbessern.
  • 4B zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Abgasbypassanordnung 400. Die Merkmale der Abgasbypassanordnung 400 sind in Bezug auf 4A beschrieben. In 4B wird ein zweiter Betriebsmodus der Abgasbypassanordnung 160 im Vergleich zu dem in 4A erörterten ersten Betriebsmodus erörtert.
  • Von daher repräsentiert der zweite Betriebsmodus eine zweite Einstellung des Klappenventils 276, die eine Steuerung des Abgasstroms ermöglicht. Im zweiten Betriebsmodus kann sich das Klappenventil 276 in der geschlossenen Position befinden. Ähnlich dem ersten Betriebsmodus, können verschiedene Funktionsmodi des Kraftmaschinensystems möglich sein, während die Anordnung im zweiten Betriebsmodus betrieben wird.
  • Im zweiten Betriebsmodus kann aufgrund der Schließung des Klappenventils 276 das gesamte Abgas durch das Einlassrohr 410 in die Abgasbypassanordnung eintreten und kann zum Bypasskanal 412 und dem ersten Kühlerabschnitt 413 des geteilten Wärmetauschers 274 weiter strömen. Das Abgas kann in der ersten Richtung (von einem ersten Ende des Wärmetauschers proximal zum Einlassrohr 410 zum Zwischenteil 415 des geteilten Wärmetauschers 274) durch den ersten Abschnitt des geteilten Wärmetauschers 274 strömen. Daher kann nach dem Durchlauf durch den ersten Kühlerabschnitt 413 warmes Abgas in den AGR-Kanal 180 eintreten. Ein Teil des Abgases tritt möglicherweise nicht in den AGR-Kanal 180 ein und kann durch beide Kühlerabschnitte 413 und 414 (in der ersten Richtung, vom ersten Ende des Kühlers proximal zum Einlassrohr 410 zum zweiten Ende des Kühlers proximal zum Auslassrohr 416) des geteilten Wärmetauschers 274 strömen und die Abgasbypassanordnung durch das Auslassrohr 416 verlassen. Ferner kann dieser Teil des Abgases durch den Schalldämpfer 172 strömen und durch das Abgasendrohr 335 in die Atmosphäre austreten. Der zweite Betriebsmodus kann bei Betrieb in einem oder mehreren Funktionsmodi gewählt werden, wie z. B. einem zweiten Funktionsmodus, bei dem warmes AGR-Abgas für Kraftmaschinenbetriebsvorgänge erforderlich ist.
  • Im zweiten Funktionsmodus kann warmes (weniger stark abgekühltes) AGR-Abgas für Kraftmaschinenbetriebsvorgänge erwünscht sein. Folglich kann das AGR-Ventil 52 geöffnet werden, wobei die Öffnung des AGR-Ventils je nach AGR-Bedarf vergrößert werden kann. Nach dem Durchlauf durch den ersten Kühlerteil 413 des geteilten Wärmetauschers 274 kann Abgas in den AGR-Kanal 180 eintreten und durch das AGR-Ventil 52 und den Kanal 428 strömen, bevor es in den Kraftmaschineneinlasskrümmer eintritt. Am Kühlerteil 413 kann Wärme vom Abgas auf ein Kühlmittel übertragen werden, und die rückgewonnene Wärme kann, wie zuvor beschrieben (4A) (durch umlaufendes Kühlmittel) für weitere Nutzung zum Heizungswärmetauscher und/oder zur Abführung zum Kühler übertragen werden.
  • In einem Beispiel kann die Kühlmitteltemperatur verwendet werden, um die Auswahl zwischen den beiden Betriebsmodi der Abgasbypassanordnung zu bestimmen. Liegt die Kühlmitteltemperatur oberhalb einer Schwellentemperatur, kann der erste Betriebsmodus nicht verwendet werden, da eine höhere Kühllast das Kühlmittel zum Kochen bringen kann. Außerdem, wenn der Wärmebedarf des Fahrzeuginnenraums und/oder anderer Teile des Fahrzeugs gering ist, kann der zweite Betriebsmodus verwendet werden, bei dem weniger Wärme aus dem AGR-Abgas rückgewonnen wird (AGR-Abgas strömt durch einen Teil des geteilten Wärmetauschers 274).
  • In einem weiteren Beispiel wird, in einem dritten Funktionsmodus, möglicherweise kein AGR-Abgas von der Kraftmaschine benötigt, z. B. während des Kaltstarts. In diesem Fall kann die Abgasbypassanordnung, abhängig von der Kühlmitteltemperatur und dem Wärmebedarf des Fahrzeugs (wie z. B. Innenraumheizungsbedarf) in einem des ersten und zweiten Betriebsmodus betrieben werden. Wenn die Kühlmitteltemperatur hoch und/oder der Wärmebedarf des Fahrzeugs gering ist, kann der erste Betriebsmodus verwendet werden. Im ersten Betriebsmodus, wenn sich das Klappenventil 276 in der offenen Position befindet und das AGR-Ventil in diesem Fall geschlossen ist, kann kein großer Teil des Abgases in die Abgasbypassanordnung eintreten und direkt stromabwärts in Richtung des Abgasendrohrs 335 durch den Auslasskanal 302 (zum Austreten in die Atmosphäre) strömen. Ein kleiner Teil des Abgases kann durch das Einlassrohr 410 in die Abgasbypassanordnung strömen und durch beide Abschnitte des geteilten Wärmetauschers 274 hindurchlaufen, bevor es über das Auslassrohr 416 zum Auslasskanal zurückkehrt. Wenn die Kühlmitteltemperatur niedrig und/oder der Wärmebedarf des Fahrzeugs hoch ist, kann der zweite Betriebsmodus verwendet werden. Im zweiten Betriebsmodus befindet sich das Klappenventil 276 in der geschlossenen Position, und das AGR-Ventil ist in diesem Fall ebenfalls geschlossen. Das Abgas kann nicht stromabwärts durch den Auslasskanal 302 am geschlossenen Klappenventil 276 vorbei strömen. Das gesamte Abgas kann durch das Einlassrohr 410 in die Abgasbypassanordnung strömen und durch beide Abschnitte des geteilten Wärmetauschers 274 hindurchlaufen, bevor es über das Auslassrohr 416 zum Auslasskanal zurückkehrt. Auf diese Art kann Wärme, die für vorgenannte Zwecke genutzt werden kann, durch ein Kühlmittel an beiden Abschnitten des geteilten Wärmetauschers rückgewonnen werden.
  • Unter hohen Lastbedingungen kann das Klappenventil 276 am Auslasskanal 302 in der offenen Position gehalten werden. Unter solchen Bedingungen kann aufgrund von hohem Gegendruck eine große Menge an Abgas über das Abgasendrohr 335 direkt in die Atmosphäre austreten, ohne in die Abgasbypassanordnung einzutreten, um dadurch Kochen des Kühlmittels im Wärmetauscher 274 zu verhindern.
  • Die 1, 2, 3A–3B und 4A–4B zeigen beispielhafte Auslegungen der Abgasbypassanordnung mit relativer Positionierung der verschiedenen Komponenten. Wenn die Elemente als direkt miteinander in Kontakt oder direkt gekoppelt gezeigt sind, dann können diese Elemente zumindest in einem Beispiel als direkt in Kontakt miteinander bzw. direkt gekoppelt bezeichnet sein. Gleichermaßen können Elemente, die aneinander anliegend oder angrenzend gezeigt sind, zumindest in einem Beispiel aneinander anliegend bzw. angrenzend sein. Beispielsweise können Komponenten, die in schlüssigem Kontakt miteinander liegen, als in schlüssigem Kontakt miteinander bezeichnet sein. In einem anderen Beispiel können Elemente, die nur in einem Abstand getrennt voneinander ohne dazwischenliegende Komponenten positioniert sind, zumindest in einem Beispiel als solche bezeichnet sein.
  • 5 stellt ein beispielhaftes Verfahren 500 dar, das zum Anpassen des Abgasstroms durch die Abgasbypassanordnung aus 1 umgesetzt werden kann. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 500 und der restlichen der hier enthaltenen Verfahren können durch eine Steuerung auf Grundlage von in einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit Signalen, die von Sensoren des Kraftmaschinensystems, wie etwa den oben mit Bezug auf die 1 und 2 beschriebenen Sensoren, empfangen werden, ausgeführt werden. Die Steuerung kann Kraftmaschinenaktuatoren des Kraftmaschinensystems einsetzen, um den Kraftmaschinenbetrieb gemäß den unten beschriebenen Verfahren einzustellen.
  • Bei 502 umfasst die Routine Schätzen und/oder Messen der aktuellen Kraftmaschinenbetriebsbedingungen. Die beurteilten Bedingungen können zum Beispiel Kraftmaschinentemperatur, Kraftmaschinenlast, Kraftmaschinendrehzahl, Krümmerunterdruck, Drosselklappenposition, Abgasdruck, Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis usw. umfassen.
  • Bei 504 umfasst die Routine das Ermitteln, ob die Fahrzeugkraftmaschine unter Kaltstartbedingungen arbeitet. Eine Kaltstartbedingung der Kraftmaschine kann bestätigt sein, wenn die Kraftmaschine nach einem längeren Zeitraum von Kraftmaschineninaktivität gestartet wird, wenn die Kraftmaschinentemperatur niedriger als ein Schwellenwert ist (wie z. B. unterhalb einer Anspringtemperatur des Abgaskatalysators), und während die Umgebungstemperaturen unterhalb eines Schwellenwerts liegen.
  • Bei Kaltstartbedingungen ist Abgasrückführung (AGR) von der Kraftmaschine möglicherweise unerwünscht. Somit fährt die Routine, wenn Kaltstartbedingungen der Kraftmaschine bestätigt sind, mit 508 fort, um das Abgasbypasssystem im ersten Betriebsmodus zu betreiben. Das Betreiben im ersten Modus, wie in Bezug auf 3A beschrieben, umfasst das Bewegen des ersten Klappenventils oder „Ventil_1“ (wie z. B. das erste Klappenventil 176 in 3A), das sich am Auslasskanal befindet, auf eine geschlossene Position, während das zweite Klappenventil oder „Ventil_2“ (wie z. B. das zweite Klappenventil 178 in 3A), das sich im Bypasskanal befindet, auf eine offene Position bewegt wird. Zusätzlich, da AGR während des Kaltstarts der Kraftmaschine unerwünscht ist, kann das AGR-Ventil bei 510 geschlossen werden, wodurch der Abgasstrom vom Auslasskanal zum Kraftmaschineneinlasskrümmer gesperrt wird.
  • Bei 512 kann Abgas durch Einstellen der Abgasbypassanordnung auf den ersten Betriebsmodus von stromabwärts eines Abgaskatalysators in den Abgasbypass und dann durch ein erstes Ende des Wärmetauschers in der Nähe des Abgaskatalysators zu einem zweiten Ende des Wärmetauschers in der Nähe des Abgasendrohrs geleitet werden. Anders ausgedrückt, Abgas kann durch ein Einlassrohr (erstes Rohr) (wie z. B. das Rohr 310 in 3A) in die Abgasbypassanordnung eintreten und durch den Bypasskanal in Richtung eines Wärmetauschers (wie z. B. des Wärmetauschers 174 in 3A) strömen, und dann über das Abgasendrohr in die Atmosphäre austreten. Das Abgas kann in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende des Wärmetauschers proximal zu dem Einlassrohr zum zweiten Ende des Wärmetauschers proximal zu dem Auslassrohr) durch den Wärmetauscher strömen. Da das AGR-Ventil geschlossen ist, kann das Abgas nicht durch einen AGR-Kanal in Richtung des Kraftmaschineneinlasskrümmers strömen. Bei 514 wird Abwärme am Wärmetauscher rückgewonnen. Insbesondere kann Wärme vom Abgas auf ein Kühlmittel übertragen werden, das durch den Wärmetauscher zirkuliert. Durch Übertragen der Wärme vom Abgas auf das Kühlmittel, an einer Stelle stromabwärts des Abgaskatalysators, kann die nach dem Aufheizen des Abgaskatalysators verbleibende Abgaswärme vorteilhaft verwendet werden, um das durch den Wärmetauscher zirkulierende Kühlmittel zu erwärmen. Infolgedessen wird das aus dem Wärmetauscher austretende Abgas abgekühlt.
  • Bei 516 kann das durch die Wärmeübertragung am Wärmetauscher erwärmte Kühlmittel zu einem Heizungswärmetauscher zirkuliert werden, damit es während des Kaltstarts der Kraftmaschine zum Aufheizen anderer Komponenten des Fahrzeugs, wie z. B. eines Zylinderkopfes, eines Kraftmaschinenblocks und eines Fahrzeuginnenraums, genutzt werden kann. Bei 518 umfasst das Verfahren das Übertragen von Wärme vom Heizungswärmetauscher auf eine oder mehrere Fahrzeugkomponenten, basierend auf Heizungsanforderungen des Fahrzeugs. Im Falle des Kaltstarts kann die Innenraumtemperatur des Fahrzeugs niedrig sein, und Innenraumheizung kann erforderlich sein. Somit kann, auf dem Innenraumheizungsbedarf basierend, auf Anforderung eines Fahrzeugbedieners (z. B. auf einer Innenraumtemperatureinstellung basierend), Wärme vom Heizungswärmetauscher zum Innenraum übertragen werden. Beispielsweise kann Luft über den Heizungswärmetauscher in den Innenraum angesaugt werden, so dass der Innenraum erwärmt werden kann. Nachdem der Innenraumheizungsbedarf gedeckt worden ist, kann das erwärmte Kühlmittel auch zu einem Kraftmaschinenblock und Zylinderkopf zirkuliert werden, um die Kraftmaschinentemperaturen zu erhöhen und dadurch die Kraftmaschinenleistung bei kalten Zuständen zu verbessern.
  • Zu 506 zurückkehrend, wenn Kaltstartbedingungen nicht bestätigt werden und die Fahrzeugkraftmaschine ausreichend warm ist, fährt die Routine mit 520 fort. Bei 520 umfasst die Routine das Ermitteln, ob heißes AGR-Abgas erwünscht ist, basierend auf Kraftmaschinenbetriebsbedingungen, einschließlich Kraftmaschinentemperatur. In einem Beispiel, wenn die Kraftmaschinentemperatur oberhalb eines Schwellenwerts liegt, kann ermittelt werden, dass heißes AGR-Abgas von der Kraftmaschine gewünscht wird. Dementsprechend kann das Abgasbypasssystem bei 522 im zweiten Betriebsmodus betrieben werden, wie in Bezug auf 3B beschrieben. Insbesondere das erste Klappenventil oder „Ventil_1“ (wie z. B. das erste Klappenventil 176 in 3A), das sich am Auslasskanal befindet, kann in der geschlossenen Position gehalten werden, während das zweite Klappenventil oder „Ventil_2“ (wie z. B. das zweite Klappenventil 178 in 3A), das sich im Bypasskanal befindet, in der offenen Position gehalten wird.
  • Bei 524 umfasst die Routine das Ermitteln der Menge von heißem AGR-Abgas. Die von der Kraftmaschine gewünschte Menge an heißem AGR-Abgas kann von den Kraftmaschinenbetriebsbedingungen, wie z. B. Kraftmaschinenlast, Kraftmaschinentemperatur, Kraftmaschinendrehzahl usw. abhängig sein. Basierend auf dem Bedarf an heißem AGR-Abgas umfasst das Verfahren bei 526 das Anpassen einer Öffnung des AGR-Ventils, um für eine wünschenswerte Verbrennung und Abgasreinigungsleistung eine gesteuerte Menge an heißem Abgas in den Einlasskrümmer hereinzulassen. In einem Beispiel, wo das AGR-Ventil ein stufenlos verstellbares Ventil ist, kann ein Grad der Öffnung des Ventils erhöht werden. In einem alternativen Beispiel, wo das AGR-Ventil als Ein/Aus-Ventil ausgelegt ist, kann das AGR-Ventil auf eine offene Position übergeleitet werden. Nach dem Öffnen des AGR-Ventils umfasst das Verfahren bei 528 das Strömen von Abgas vom Auslasskrümmer in den AGR-Kanal über die Abgasbypassanordnung stromaufwärts von dem Wärmetauscher und unter Umgehung des Wärmetauschers. Auf diese Weise kann heißes Niederdruckabgas von stromabwärts der Turbine im Auslasskanal dem Kraftmaschineneinlasskrümmer zugeführt werden, ohne einen AGR-Kühler zu durchlaufen. Es versteht sich, dass, basierend auf dem Einlasskrümmerunterdruckwert und dem Auslasskrümmerdruckwert, ein kleiner Teil des Abgases stromabwärts durch den Bypasskanal weiterströmen, durch den Wärmetauscher und das Auslassrohr hindurchlaufen und durch das Abgasendrohr in die Atmosphäre austreten kann.
  • Zu 520 zurückkehrend, wenn kein heißes AGR-Abgas benötigt wird, kann daraus gefolgert werden, dass Bedingungen zum Bereitstellen von gekühltem AGR-Abgas vorliegen. Von daher kann gekühltes AGR-Abgas über einen breiten Bereich von Betriebsbedingungen der aufgewärmten Kraftmaschine bereitgestellt werden, um NOx-Emissionen zu verringern und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern. Wenn gekühlte AGR-Abgasbedingungen bestätigt werden, umfasst das Verfahren bei 530 das Betreiben des Abgasbypasssystems im zweiten Betriebsmodus, wie unter Bezugnahme auf 3B beschrieben. Insbesondere das erste Klappenventil oder „Ventil_1“ (wie z. B. das erste Klappenventil 176 in 3B), das sich im Auslasskanal befindet, kann zu einer offenen Position übergeleitet werden, während das zweite Klappenventil oder „Ventil_2“ (wie z. B. das zweite Klappenventil 178 in 3B), das sich im Bypasskanal befindet, auf eine geschlossene Position umgestellt werden kann.
  • Bei 532 umfasst die Routine das Ermitteln eines Bedarfs der Kraftmaschine an gekühltem ND-AGR-Abgas. Als ein Beispiel kann die Steuerung den Wert aus einer Verweistabelle unter Bezugnahme auf Kraftmaschinendrehzahl und -last abrufen. Basierend auf dem ermittelten AGR-Abgasbedarf der Kraftmaschine, umfasst das Verfahren bei 534 das Vergrößern der Öffnung des AGR-Ventils, um für eine wünschenswerte Verbrennung und Abgasreinigungsleistung eine gesteuerte Menge an kaltem Abgas in den Einlasskrümmer hereinzulassen. Beispielsweise kann die Steuerung ein Signal zum Betätigen eines mit dem AGR-Ventil gekoppelten Aktuators senden, so dass der Aktuator das AGR-Ventil in Richtung der offenen Position bewegt. Durch Betreiben der Abgasbypassanordnung im zweiten Modus umfasst das Verfahren bei 536 das Strömen von Abgas von stromabwärts des Abgaskatalysators in Richtung des Abgasendrohrs entlang des Hauptauslasskanals, und dann das Strömen von Abgas von stromaufwärts des Abgasendrohrs in das zweite Ende des Wärmetauschers, dann durch das erste Ende des Wärmetauschers über einen AGR-Kanal zum Kraftmaschineneinlass. Das Abgas kann stromabwärts durch den Auslasskanal am ersten Klappenventil vorbei strömen und durch ein zweites Rohr (wie z. B. das Rohr 310 in 3B), das stromabwärts des ersten Rohrs gelegen ist, in die Abgasbypassanordnung eintreten. In diesem Beispiel kann das Abgas im zweiten Modus in einer zweiten Richtung (von einem zweiten Ende des Wärmetauschers proximal zu dem Auslassrohr zum ersten Ende des Wärmetauschers proximal zu dem Einlassrohr) durch den Wärmetauscher strömen. Auf diese Weise kann Abgas je nach Betriebsmodus sowohl in Vorwärtsrichtung als auch in Rückwärtsrichtung durch den Wärmetauscher strömen. Wenn das Abgas durch den Wärmetauscher strömt, kann die Wärme vom Abgas auf ein Kühlmittel übertragen werden, das durch den Wärmetauscher zirkuliert. Durch Übertragen der Wärme vom Abgas auf das Kühlmittel wird Abgasabwärme rückgewonnen und kann verwendet werden, um andere Heizungserfordernisse des Fahrzeugs, wie z. B. Innenraumheizung, zu decken.
  • Die Öffnung des Klappenventilpaars und des AGR-Ventils kann reguliert werden, um den Abgasstrom durch den Bypasskanal und den Wärmetauscher zu steuern. Ein Teil des Abgases tritt möglicherweise nicht in die Abgasbypassanordnung ein und kann stromabwärts durch den Hauptauslasskanal strömen und durch das Abgasendrohr in die Atmosphäre austreten.
  • Da kaltes AGR-Abgas von der Kraftmaschine benötigt wird, kann das AGR-Ventil in der offenen Position gehalten werden. Mit 538 fortfahrend, kann das gekühlte Abgas nach dem Durchlaufen des Wärmetauschers in den zum Kraftmaschineneinlasskrümmer führenden AGR-Zufuhrkanal eintreten. Auf diese Weise kann kaltes Niederdruckabgas von stromabwärts einer Turbine im Auslasskanal dem Kraftmaschineneinlasskrümmer zugeführt werden.
  • Bei 540 kann die durch das Kühlmittel aus dem Abgas am Wärmetauscher rückgewonnene Wärme zum Heizen anderer Komponenten des Fahrzeugs genutzt werden. Beispielsweise kann das erwärmte Kühlmittel, das die thermische Energie des Abgases enthält, vom Wärmetauscher zu einem Heizungswärmetauscher des Fahrzeugs zirkuliert werden, wo die Wärme auf durch den Heizungswärmetauscher strömende Luft für Innenraumheizung übertragen wird. Wird keine Wärme von irgendeiner Komponente des Fahrzeugs benötigt, wenn beispielsweise die Temperatur des Fahrzeuginnenraums ausreichend hoch ist und kein weiterer Bedarf für Innenraumheizung besteht, kann das Kühlmittel durch einen Fahrzeugkühler zirkuliert werden, von wo die Wärme an die Atmosphäre abgeführt werden kann. Auf diese Weise kann ein einzelner Wärmetauscher verwendet werden, um das AGR-Abgas zu kühlen und dem Abgas Wärme zu entziehen.
  • 6 ist eine Tabelle 600, die beispielhafte Betriebsmodi der Kraftmaschine und des Wärmeaustauschsystems (Abgasbypasssystem) aus 1 zeigt. Eine Kraftmaschinensteuerung kann einen der Betriebsmodi (Funktionsmodus) basierend auf den Kraftmaschinenbedingungen und den Heizungserfordernissen wählen. Basierend auf dem gewählten Betriebsmodus, kann die Position eines Ventils der Abgasrückführung (AGR) und der beiden (gekoppelten) Klappenventile (Ventilsystem) reguliert werden, um den Abgasstrom durch einen Wärmetauscher und/oder durch einen AGR-Zufuhrkanal zu steuern. Das Auslassventilsystem umfasst die beiden Klappenventile (wie in 1 beschrieben) und kann in einem des ersten und zweiten Modus betrieben werden. Im ersten Ventilsystemmodus kann sich das Klappenventil_1 (das mit dem Hauptauslasskanal gekoppelt ist) in der geschlossenen Position befinden, und das Klappenventil_2 (das mit dem Bypasskanal gekoppelt ist) kann sich in der offenen Position befinden. Im zweiten Ventilsystemmodus kann sich das Klappenventil_1 in der offenen Position befinden, und das Klappenventil_2 kann sich in der geschlossenen Position befinden.
  • In einem Beispiel kann die Steuerung das AGR-Ventil und das Auslassventilsystem in einem ersten Kraftmaschinenbetriebsmodus, z. B. während einer Kaltstartbedingung, wenn die Kraftmaschinentemperatur und die Fahrzeugtemperatur niedrig ist, betreiben. Unter den Bedingungen der niedrigen Kraftmaschinentemperatur (unterhalb des Schwellenwerts) ist AGR-Abgas möglicherweise nicht im Einlasskrümmer erforderlich. Daher kann sich das AGR-Ventil in diesem Modus in der geschlossenen Position befinden. Im ersten Kraftmaschinenbetriebsmodus kann das Auslassventilsystem im ersten Modus betrieben werden, wenn das erste Klappenventil (Ventil_1) geschlossen und das zweite Klappenventil (Ventil_2) offen ist. Im ersten Betriebsmodus kann Abgas vom Auslasskanal durch ein Einlassrohr (erstes Rohr) in die Abgasbypassanordnung eintreten und durch den Bypasskanal in Richtung eines Wärmetauschers strömen. Das Abgas kann in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende des Wärmetauschers proximal zu dem Einlassrohr zum zweiten Ende des Wärmetauschers proximal zu dem Auslassrohr) strömen. Da das AGR-Ventil geschlossen ist, kann Abgas unter Umgehung eines AGR-Kanals durch den Wärmetauscher strömen. Anders ausgedrückt, das Strömen von Abgas in einer ersten Richtung durch den Wärmetauscher umfasst das Eintreten von Abgas in den Wärmetauscher an einem ersten Ende und Austreten an einem zweiten, entgegengesetzten Ende. Die Wärme vom Abgas kann auf ein Kühlmittel übertragen werden, das durch den Wärmetauscher zirkuliert. Nach dem Durchlauf durch den Wärmetauscher kann das Abgas über ein Auslassrohr (zweites Rohr) zum Auslasskanal zurückkehren und durch ein Abgasendrohr in die Atmosphäre austreten. Die am Wärmetauscher aus dem Abgas rückgewonnene Wärme kann zur Nutzung in Fahrzeugkomponenten durch den Heizungswärmetauscher des Fahrzeugs zirkuliert werden. In einem Beispiel kann vom Abgas rückgewonnene Wärme während solcher Kaltstartbedingungen zum Heizen des Fahrgastraums genutzt werden.
  • In einem weiteren Beispiel kann die Steuerung das AGR-Ventil und das Auslassventilsystem in einem zweiten Kraftmaschinenbetriebsmodus betreiben, wenn AGR nicht von der Kraftmaschine benötigt wird, wie z. B. unter Bedingungen mit hoher Kraftmaschinenlast. Während dieser Zeit kann die Temperatur der Kraftmaschine und des Fahrgastraums des Fahrzeugs hoch sein, so dass möglicherweise keine Übertragung von Wärme vom Abgas zum Heizungswärmetauscher erforderlich ist. In diesem zweiten Kraftmaschinenbetriebsmodus kann das AGR-Ventil in der geschlossenen Position gehalten werden. Das Ventilsystem kann auch im ersten Modus bei geschlossenem Ventil_1 und offenem Ventil_2 betrieben werden. Abgas vom Auslasskanal kann durch das erste Rohr in die Abgasbypassanordnung eintreten und durch den Bypasskanal in Richtung eines Wärmetauschers strömen. Das Abgas kann in der ersten Richtung durch den Wärmetauscher strömen. Da AGR nicht von der Kraftmaschine benötigt wird und das AGR-Ventil geschlossen ist, kann Abgas nicht durch einen AGR-Kanal in Richtung des Kraftmaschineneinlasskrümmers strömen. Die Wärme vom Abgas kann auf ein Kühlmittel übertragen werden, das durch den Wärmetauscher zirkuliert. Nach dem Durchlauf durch den Wärmetauscher kann das Abgas über ein zweites Rohr zum Auslasskanal zurückkehren und durch ein Abgasendrohr in die Atmosphäre austreten. Da keine Wärme zum Heizen irgendeiner Fahrzeugkomponente benötigt wird, kann das Kühlmittel, das die Wärme enthält, zur Abführung an die Atmosphäre durch einen Fahrzeugkühler zirkuliert werden.
  • In noch einem weiteren Beispiel kann die Steuerung das AGR-Ventil und das Auslassventilsystem in einem dritten Kraftmaschinenbetriebsmodus betreiben, wenn heißes AGR-Abgas möglicherweise für Kraftmaschinenbetriebsvorgänge, z. B. bei niedriger Kraftmaschinentemperatur und geringen Kraftmaschinenlastbedingungen, erwünscht ist. Daher kann das AGR-Ventil in diesem Modus auf eine offene Position betätigt werden. Die Öffnung des AGR-Ventils kann reguliert werden, um eine gesteuerte Menge an heißem Abgas in den Einlasskrümmer hereinzulassen. Das Ventilsystem kann im ersten Modus bei geschlossenem Ventil_1 und offenem Ventil_2 betrieben werden. Abgas vom Auslasskanal kann durch das erste Rohr in die Abgasbypassanordnung eintreten und durch den Bypasskanal in Richtung des Eingangs des AGR-Kanals strömen. Abhängig von dem Ausmaß der AGR-Ventilöffnung kann eine erste Menge von heißem Abgas durch den AGR-Kanal und das AGR-Ventil in Richtung des Kraftmaschineneinlasskrümmers strömen. In diesem Modus strömt in den AGR-Kanal eintretendes Abgas (erste Menge) nicht durch den Wärmetauscher. Daher wird während der Zuführung von heißem AGR-Abgas vom Auslasskanal zum Einlasskrümmer möglicherweise keine Wärme von der ersten Abgasmenge (am Wärmetauscher) rückgewonnen. Eine zweite Menge von Abgas tritt möglicherweise nicht durch den AGR-Kanal ein und kann stromabwärts durch den Wärmetauscher (in die erste Richtung) strömen, bevor sie aus der Abgasbypassanordnung austritt. Die Wärme von der zweiten Abgasmenge kann auf ein Kühlmittel übertragen werden, das durch den Wärmetauscher zirkuliert. Abhängig von den Erfordernissen kann die Wärme zum Heizungswärmetauscher oder zum Kühler übertragen werden.
  • In einem weiteren Beispiel kann die Steuerung das AGR-Ventil und das Auslassventilsystem in einem vierten Kraftmaschinenbetriebsmodus betreiben, wenn kaltes AGR-Abgas möglicherweise für Kraftmaschinenbetriebsvorgänge, z. B. bei hoher Kraftmaschinentemperatur und geringen Kraftmaschinenlastbedingungen, erwünscht ist. Daher kann das AGR-Ventil in diesem Modus in der offenen Position gehalten werden. Die Öffnung des AGR-Ventils kann reguliert werden, um eine gesteuerte Menge an kaltem Abgas in den Einlasskrümmer hereinzulassen. Das Ventilsystem kann im zweiten Modus bei offenem Ventil_1 und geschlossenem Ventil_2 betrieben werden. Die Öffnung der Klappenventile und des AGR-Ventils kann reguliert werden, um die Menge des in die Bypassanordnung eintretenden Abgases, verglichen mit der Menge des stromabwärts durch den Hauptauslasskanal strömenden Abgases, zu bestimmen. Eine erste Menge von Abgas vom Auslasskanal kann durch das zweite Rohr in die Abgasbypassanordnung eintreten und durch den Bypasskanal in Richtung eines Wärmetauschers strömen. Das Abgas kann in einer zweiten Richtung (von einem zweiten Ende des Wärmetauschers proximal zu dem Auslassrohr zum ersten Ende des Wärmetauschers proximal zu dem Einlassrohr) durch den Wärmetauscher strömen. Nach dem Durchlauf durch den Wärmetauscher kann das kalte Abgas durch den AGR-Kanal und das AGR-Ventil in Richtung des Kraftmaschineneinlasskrümmers strömen. Die Wärme vom Abgas kann auf ein Kühlmittel übertragen werden, das durch den Wärmetauscher zirkuliert. Je nach Bedarf kann die am Wärmetauscher aus dem Abgas rückgewonnene Wärme zur Nutzung in anderen Fahrzeugkomponenten durch den Heizungswärmetauscher des Fahrzeugs zirkuliert oder zur Abführung an die Atmosphäre zu einem Fahrzeugkühler übertragen werden. Eine zweite Menge des Abgases tritt möglicherweise nicht in die Abgasbypassanordnung ein, sondern kann stromabwärts durch den Auslasskanal in Richtung des Abgasendrohrs strömen, um in die Atmosphäre auszutreten.
  • Auf diese Weise können zwei Klappenventile verwendet werden, um den Abgasstrom in entgegengesetzten Richtungen durch den Wärmetauscher zu regulieren. Ein einzelner Aktuator kann verwendet werden, um den Betrieb der beiden Klappenventile zu steuern. Ein einzelner Wärmetauscher kann effektiv für AGR-Kühlung und Rückgewinnung der Wärme vom Abgas verwendet werden.
  • 7 zeigt einen beispielhaften Betriebsablauf 700, der den Betrieb der Abgasbypassanordnung aus 1 darstellt. Die Richtung des Abgasstroms durch einen Wärmetauscher und die Zufuhr der Abgasrückführung (AGR) wird auf der Basis von Kraftmaschinenbetriebsvorgängen bestimmt. Die Horizontale (X-Achse) kennzeichnet die Zeit, und die vertikalen Markierungen t1–t3 identifizieren für den Betrieb des Abgasbypassanordnungssystems signifikante Zeiten.
  • Die erste Kurve (Linie 702) von oben zeigt die Variation der Kraftmaschinendrehzahl im Laufe der Zeit. Die zweite Kurve (Linie 704) zeigt den AGR-Bedarf der Kraftmaschine für die gewünschte Verbrennung und Abgasreinigungsleistung. Der AGR-Bedarf kann von den Kraftmaschinenbetriebsbedingungen, wie z. B. Kraftmaschinenlast, Kraftmaschinendrehzahl, Kraftmaschinentemperatur usw., abhängen. Die dritte Kurve (Linie 706) zeigt die Variation der Fahrzeuginnenraumtemperatur im Laufe der Zeit. Die vierte Kurve (Linie 708) kennzeichnet die Öffnung oder Schließung eines ersten Klappenventils (Ventil 1), das sich am Auslasskanal befindet. Die fünfte Kurve (Linie 710) kennzeichnet die Öffnung oder Schließung eines zweiten Klappenventils (Ventil 2), das sich an der Abgasbypassanordnung befindet. Die beiden Klappenventile können von einem einzelnen Aktuator gesteuert werden. Die sechste und letzte Kurve (Linie 712) zeigt die Variation der Kühlerlüfterdrehzahl im Laufe der Zeit. Je höher die Kühlerlüfterdrehzahl ist, desto größer ist die vom Kühler an die Atmosphäre abgeführte Wärme.
  • Vor dem Zeitpunkt t1 startet die Kraftmaschine aus dem Stillstand nach einer Zeitspanne der Inaktivität, während der das Fahrzeug nicht mithilfe der Kraftmaschine angetrieben wurde. Die Kraftmaschine kann unter Kaltstartbedingungen bei niedriger Kraftmaschinentemperatur starten. Wie aus der ersten Kurve (Linie 702) ersichtlich ist, ist die Kraftmaschinendrehzahl beim Starten der Kraftmaschine niedrig, und die Kraftmaschinendrehzahl erhöht sich allmählich auf ein stabiles Niveau. Da unter Kaltstartbedingungen möglicherweise keine AGR von der Kraftmaschine gewünscht wird, zeigt Kurve 704 nur geringen oder keinen AGR-Abgasstrom vom Auslasskanal zum Kraftmaschineneinlasskrümmer. Wenn das Fahrzeug startet, kann die Fahrzeuginnenraumtemperatur niedrig sein, da die Innenraumheizung vor dem Kraftmaschinenstart möglicherweise nicht betriebsbereit war. Die Fahrzeuginnenraumtemperatur kann sich im Laufe der Zeit allmählich erhöhen, da Wärme vom Heizungswärmetauscher des Fahrzeugs dem Innenraum zugeführt wird. Während dieser Zeitspanne, da AGR für Kraftmaschinenbetriebsvorgänge unerwünscht ist, kann Ventil 1 (mit dem Hauptauslasskanal gekoppeltes Klappenventil) im geschlossenen Zustand gehalten werden, und Ventil 2 (mit dem Abgasbypasskanal gekoppeltes Klappenventil) kann im offenen Zustand gehalten werden. In diesem Modus (erster Betriebsmodus gemäß Beschreibung in Bezug auf 3A) kann Abgas vom Auslasskanal nach dem Durchlauf durch eine Abgasreinigungsvorrichtung in eine Abgasbypassanordnung eintreten. Das AGR-Ventil befindet sich in der geschlossenen Position, um jeglichen Eintritt von Abgas in den Abgaszufuhrkanal zu verhindern. Ein Wärmetauscher kann mit einem Abgasbypasskanal gekoppelt sein. Wenn das Abgas durch den Wärmetauscher strömt, kann Abgaswärme vom Abgas auf ein durch den Wärmetauscher zirkulierendes Kühlmittel übertragen werden. Nach dem Durchlauf durch den Wärmetauscher kann das abgekühlte Abgas die Abgasbypassanordnung verlassen. Das Abgas kann durch einen mit dem Auslasskanal gekoppelten Schalldämpfer strömen und durch ein Abgasendrohr in die Atmosphäre austreten.
  • Die am Wärmetauscher von dem Abgas rückgewonnene Wärme kann genutzt werden, um dem Fahrzeuginnenraum und/oder mehreren Fahrzeugkomponenten, wie z. B. dem Zylinderkopf, Heizung bereitzustellen. Das Kühlmittel vom Wärmetauscher kann zur Nutzung für die Heizung unterschiedlicher Fahrzeugkomponenten vom Wärmetauscher zum Heizungswärmetauscher des Fahrzeugs zirkuliert werden. In diesem Beispiel, da vor t1, ist die Fahrzeuginnenraumtemperatur niedrig, und die vom Abgas rückgewonnene Wärme kann genutzt werden, um den Innenraum auf eine vom Benutzer gewünschte komfortable Temperatur aufzuheizen. Wenn die (am Wärmetauscher) vom Abgas rückgewonnene Wärme nicht zum Aufheizen irgendwelcher Fahrzeugkomponenten benötigt wird, kann sie auch zur Abführung an die Atmosphäre zum Fahrzeugkühler übertragen werden. Da der Fahrzeuginnenraum während dieses Zeitraums möglicherweise einer Heizung bedarf, kann die vom Wärmetauscher rückgewonnene Wärme gänzlich auf den Heizungswärmetauscher übertragen werden, um für Innenraumheizung genutzt zu werden. Es wird möglicherweise nur wenig oder keine Wärme über den Kühler an die Atmosphäre abgeführt. Daher kann die Kühlerlüfterdrehzahl vor dem Zeitpunkt t1 niedrig sein.
  • Nach dem Zeitpunkt t1 ist die Kraftmaschinendrehzahl hoch, und AGR wird möglicherweise nicht von der Kraftmaschine gewünscht. Dadurch kann das AGR-Ventil zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 in der geschlossenen Position gehalten werden, und es kann nur wenig oder kein AGR-Strom vom Auslasskanal zum Kraftmaschineneinlasskrümmer erfolgen. Während dieses Zeitraums kann Ventil 1 weiterhin in der geschlossenen Position gehalten werden, und Ventil 2 kann sich in der offenen Position befinden. Wie für die Zeit vor t1 zu sehen ist, kann Abgas vom Auslasskanal in diesem Modus in eine Abgasbypassanordnung eintreten und in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende des Wärmetauschers proximal zu dem Einlassrohr zum zweiten Ende des Wärmetauschers proximal zu dem Auslassrohr) durch einen Wärmetauscher strömen. Wärme vom Abgas kann auf ein Kühlmittel übertragen werden, das durch den Wärmetauscher zirkuliert. Nach dem Durchlauf durch den Wärmetauscher kann das gekühlte Abgas zum Auslasskanal zurückkehren und durch ein Abgasendrohr in die Atmosphäre austreten.
  • Während dieses Zeitraums hat sich die Innenraumtemperatur möglicherweise nicht auf ein komfortables Niveau stabilisiert, so dass Wärme möglicherweise weiterhin für Innenraumheizungszwecke benötigt wird. Wärme, die am Wärmetauscher durch ein Kühlmittel aus dem Abgas rückgewonnen wurde, kann zum Heizungswärmetauscher übertragen werden, um für die Heizung des Innenraums und/oder anderer Fahrzeugkomponenten genutzt zu werden. Während dieser Zeitspanne wird am Wärmetauscher rückgewonnene Wärme möglicherweise überwiegend zum Heizungswärmetauscher (für Innenraumheizung) und nicht zum Kühler (für Abführung an die Atmosphäre) übertragen, weshalb die Kühlerlüfterdrehzahl niedrig sein kann.
  • Im Laufe der Zeit kann sich die Fahrzeuginnenraumtemperatur (Linie 706) auf ein vom Bediener gewünschtes Niveau stabilisieren, und der Wärmebedarf für Innenraumheizung kann abnehmen. In diesem Beispiel, nahe an Zeitpunkt t2, wird möglicherweise nicht die gesamte aus dem Abgas rückgewonnene Wärme vom Heizungswärmetauscher zum Heizen von Fahrzeugkomponenten benötigt. Ein wesentlicher Teil der Wärme kann zur Abführung an die Atmosphäre zum Kühler übertragen werden.
  • Bei Zeitpunkt t2 liegt eine Abnahme der Kraftmaschinendrehzahl vor. Dies kann auf eine geringere Kraftmaschinenlast zurückzuführen sein. An diesem Punkt kann kaltes AGR-Abgas von der Kraftmaschine gewünscht werden. Um kaltes AGR-Abgas vom Auslasskanal dem Kraftmaschineneinlasskrümmer zuzuführen, kann Ventil 1 geöffnet werden, und Ventil 2 kann geschlossen werden. In diesem Modus (zweiter Betriebsmodus gemäß Beschreibung in Bezug auf 3A) kann Abgas vom Auslasskanal nach dem Durchlauf durch eine Abgasreinigungsvorrichtung weiterhin an Ventil 1 vorbeiströmen und stromabwärts von Ventil 1 in die Abgasbypassanordnung eintreten. Während dieses Zeitraums, zwischen t2 und t3, befindet sich das AGR-Ventil in der offenen Position. Nach dem Durchlauf durch den Wärmetauscher in einer zweiten Richtung (von einem zweiten Ende des Wärmetauschers proximal zum Auslassrohr zu dem ersten Ende des Wärmetauschers proximal zum Einlassrohr) kann das abgekühlte Abgas durch das AGR-Ventil in den AGR-Zufuhrkanal eintreten. Wie aus Kurve 704 ersichtlich ist, nimmt der AGR-Strom in den Einlasskraftmaschinenkrümmer während dieses Zeitraums zu. Auf diese Weise kann kaltes AGR-Abgas vom Auslasskanal dem Kraftmaschineneinlasskrümmer zugeführt werden.
  • Während dieser Zeit hat sich die Fahrzeuginnenraumtemperatur auf ein vom Bediener gewünschtes Niveau stabilisiert (Linie 706), und möglicherweise wird nicht die gesamte aus dem Abgas (am Wärmetauscher) rückgewonnene Wärme für Innenraumheizung benötigt. Der Großteil der durch ein Kühlmittel aus dem Abgas rückgewonnenen Wärme kann zur Abführung an die Atmosphäre zum Kühler übertragen werden. Daher kann die Kühlerdrehzahl, wie aus Linie 712 ersichtlich ist, während dieses Zeitraums hoch sein.
  • Bei Zeitpunkt t3 schwankt die Kraftmaschinendrehzahl weiterhin mit der Zeit. In dieser Phase kann auf der Basis der Kraftmaschinentemperatur heißes AGR-Abgas für den Kraftmaschinenbetrieb erwünscht sein. Um heißes AGR-Abgas vom Auslasskanal zum Kraftmaschineneinlasskrümmer zu fördern, kann das Ventil 1 geschlossen, das Ventil 2 geöffnet und das AGR-Ventil in der offenen Position gehalten werden. In diesem Modus kann Abgas vom Auslasskanal in eine Abgasbypassanordnung eintreten. Anstatt durch den Wärmetauscher zu strömen, kann das heiße Abgas durch das AGR-Ventil in den AGR-Kanal eintreten und dem Kraftmaschineneinlasskrümmer zugeführt werden. Da heißes AGR-Abgas benötigt wird, wird ein Großteil des Abgases nicht vor der Zufuhr zum Einlasskrümmer durch den Wärmetauscher geleitet. Dadurch kann ein wesentlicher Betrag an Wärme im AGR-Abgas zurückgehalten werden. Da während dieser Zeitspanne keine Wärme zur Abführung auf den Kühler übertragen wird, ist die Kühlerlüfterdrehzahl nahe Null.
  • Auf diese Weise kann kaltes oder heißes AGR-Abgas abhängig von den Kraftmaschinenbetriebsbedingungen vom Auslasskanal dem Kraftmaschineneinlasskrümmer zugeführt werden. Abgas kann in entgegengesetzte Richtungen durch den Wärmetauscher strömen, und je nach Bedarf kann am Wärmetauscher aus dem Abgas rückgewonnene Wärme entweder zum Heizungswärmetauscher oder zum Kühler des Fahrzeugs übertragen werden. Ein einzelner Kühler kann zum Kühlen von AGR-Abgas und zum Rückgewinnen der Wärmeenergie aus dem Abgas verwendet werden.
  • 8 stellt ein beispielhaftes Verfahren 800 dar, das zum Strömen von Abgasrückführung (AGR) durch die Abgasbypassanordnung aus 2 in einer Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung umgesetzt werden kann, um Abwärmerückgewinnung bereitzustellen. Bei 802 umfasst die Routine Schätzen und/oder Messen der aktuellen Kraftmaschinenbetriebsbedingungen. Die beurteilten Kraftmaschinenbedingungen können Kraftmaschinentemperatur, Kraftmaschinenlast, Kraftmaschinendrehzahl, Krümmerunterdruck, Drosselklappenposition, Abgasdruck, Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis usw. umfassen.
  • Bei 804 umfasst die Routine das Ermitteln eines Bedarfs der Kraftmaschine an AGR-Abgas. Die von der Kraftmaschine gewünschte Menge an AGR-Abgas kann von den Kraftmaschinenbetriebsbedingungen, wie z. B. Kraftmaschinenlast, Kraftmaschinentemperatur, Kraftmaschinendrehzahl usw. abhängig sein. Basierend auf dem Bedarf der Kraftmaschine an AGR-Abgas, kann bei 806 die Öffnung des AGR-Ventils angepasst werden, um für eine wünschenswerte Verbrennung und Abgasreinigungsleistung eine gesteuerte Menge an Abgas in den Einlasskrümmer hereinzulassen. Das AGR-Ventil kann ein stufenlos verstellbares Ventil sein. In einem alternativen Beispiel kann das AGR-Ventil jedoch als Ein/Aus-Ventil ausgelegt sein.
  • Bei 808 umfasst die Routine das Ermitteln der aktuellen Temperatur des AGR-Abgases und das Vergleichen der aktuellen Temperatur mit einer gewünschten AGR-Temperatur. Abhängig von der Temperatur des gewünschten AGR-Abgases kann ein Klappenventil (wie z. B. das erste Klappenventil 276 in 4A), das den Eintritt in die Abgasbypassanordnung reguliert, geöffnet oder geschlossen werden, um Abgas für effektives und schnelleres Abkühlen des Abgases entweder durch beide Abschnitte des geteilten Wärmetauschers zu strömen, oder das Abgas durch einen einzelnen Abschnitt des geteilten Wärmetauschers zu strömen, um das Abgas teilweise abzukühlen, bevor es dem Einlasskrümmer zugeführt wird.
  • Wenn ermittelt wird, dass die aktuelle Temperatur des AGR-Abgases höher als die gewünschte Temperatur ist, fährt die Routine mit 810 fort, wo das Abgasbypasssystem in einem ersten Betriebsmodus betrieben werden kann. Das Betreiben im ersten Modus, wie in Bezug auf 4A beschrieben, umfasst das Bewegen des sich am Auslasskanal befindenden Klappenventils (wie z. B. des ersten Klappenventils 276 in 4A) auf eine offene Position. Bei 812 kann durch Einstellen der Abgasbypassanordnung auf den ersten Betriebsmodus eine erste Menge des Abgases durch ein Einlassrohr (erstes Rohr) (wie z. B. Rohr 410 in 4A) in die Abgasbypassanordnung eingeführt und durch den Bypasskanal in Richtung eines geteilten Wärmetauschers (wie z. B. des Wärmetauschers 274 in 4A) geleitet werden. In diesem Beispiel kann die erste Menge von Abgas in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende des Wärmetauschers proximal zum Einlassrohr zum Zwischenteil des geteilten Wärmetauschers) durch den ersten Abschnitt des geteilten Wärmetauschers strömen. Da sich das Klappenventil am Auslasskanal in der offenen Position befindet, kann eine zweite Menge des Abgases weiterhin stromabwärts entlang des Auslasskanals strömen und kann durch ein zweites Rohr (wie z. B. Rohr 416 in 4A) in die Abgasbypassanordnung eintreten. Die zweite Menge von Abgas kann in einer zweiten Richtung (von einem zweiten Ende des Wärmetauschers proximal zum Auslassrohr zum Zwischenteil des geteilten Wärmetauschers) durch den zweiten Abschnitt des geteilten Wärmetauschers strömen. Die erste und zweite Menge von Abgas können vom Zwischenabschnitt des geteilten Wärmetauschers aus in den AGR-Zufuhrkanal eintreten.
  • Auf diese Weise können die beiden Abgasmengen in entgegengesetzten Richtungen durch den geteilten Wärmetauscher strömen. Da im ersten Betriebsmodus beide Abschnitte des geteilten Wärmetauschers gleichzeitig verwendet werden, wird das Abgas effizient auf eine niedrigere Temperatur abgekühlt, bevor es dem Kraftmaschineneinlasskrümmer zugeführt wird. Die Öffnung des AGR-Ventils und des Klappenventils kann die in die Bypassanordnung eintretende erste und zweite Abgasmenge regulieren. Eine dritte Abgasmenge tritt möglicherweise nicht in die Bypassanordnung ein, sondern kann stromabwärts durch den Hauptauslasskanal in Richtung des Abgasendrohrs strömen.
  • Wenn bei 808 ermittelt wird, dass die aktuelle Temperatur des AGR-Abgases niedriger als die gewünschte AGR-Temperatur ist, fährt die Routine mit 818 fort, wo das Abgasbypasssystem in einem zweiten Betriebsmodus betrieben werden kann. Das Betreiben im zweiten Modus, wie in Bezug auf 4B beschrieben, umfasst das Bewegen des sich am Auslasskanal befindenden Klappenventils auf eine geschlossene Position. Da sich das Klappenventil im zweiten Betriebsmodus in der geschlossenen Position befindet, kann bei 820 das gesamte Abgasvolumen durch das erste Rohr in die Abgasbypassanordnung eintreten und durch den Bypasskanal in Richtung eines geteilten Wärmetauschers strömen. Das gesamte Abgasvolumen kann in der ersten Richtung (von einem ersten Ende des Wärmetauschers proximal zum Einlassrohr zum Zwischenteil des geteilten Wärmetauschers) durch den ersten Abschnitt des geteilten Wärmetauschers strömen, bevor es in den AGR-Zufuhrkanal eintritt. Verglichen mit der Verwendung beider Abschnitte des Wärmetauschers im ersten Modus, strömt das Abgas im zweiten Betriebsmodus durch die erste Hälfte des geteilten Wärmetauschers. Daher wird das Abgas im zweiten Betriebsmodus in einem geringeren Ausmaß gekühlt, verglichen mit dem im ersten Modus erzielten Ausmaß an Kühlung, bevor es dem Kraftmaschineneinlasskrümmer zugeführt wird. Abhängig von der Öffnung des AGR-Ventils tritt ein Teil des in den Bypasskanal eintretenden Abgases möglicherweise nicht in den AGR-Zufuhrkanal ein, sondern strömt stattdessen durch beide Abschnitte des Wärmetauschers (von links nach rechts) in Richtung des Hauptauslasskanals und zum Abgasendrohr.
  • Bei 814 kann Abwärme vom Abgas an einem oder beiden Abschnitten des geteilten Wärmetauschers rückgewonnen werden. Wärme vom Abgas wird auf ein Kühlmittel übertragen, das durch beide Abschnitte des Wärmetauschers zirkuliert. Durch Übertragen der Wärme vom Abgas auf das Kühlmittel wird das aus dem geteilten Wärmetauscher austretende und in den AGR-Kanal eintretende Abgas abgekühlt.
  • Bei 816 kann das durch die Wärmeübertragung am Wärmetauscher erwärmte Kühlmittel zu einem Heizungswärmetauscher zirkuliert werden, damit es während des Kaltstarts der Kraftmaschine zum Aufheizen anderer Komponenten des Fahrzeugs, wie z. B. eines Zylinderkopfes, eines Kraftmaschinenblocks und eines Fahrzeuginnenraums, genutzt werden kann. Wird keine Wärme von irgendeiner Komponente des Fahrzeugs benötigt, wenn beispielsweise die Temperatur des Fahrzeuginnenraums ausreichend hoch ist und kein weiterer Bedarf für Innenraumheizung besteht, kann das Kühlmittel durch einen Fahrzeugkühler zirkuliert werden, von wo die Wärme an die Atmosphäre abgeführt werden kann. Auf diese Weise kann ein einzelner geteilter Wärmetauscher verwendet werden, um das AGR-Abgas zu kühlen und dem Abgas Wärme zu entziehen.
  • 9 ist eine Tabelle 900, die beispielhafte Betriebsmodi der Kraftmaschine und des Wärmeaustauschsystems (Abgasbypasssystem) aus 2 zeigt. Eine Kraftmaschinensteuerung kann einen der Betriebsmodi (Funktionsmodus) basierend auf den Kraftmaschinenbedingungen wählen. Basierend auf dem gewählten Betriebsmodus, kann die Position eines Ventils der Abgasrückführung (AGR) und des (mit dem Hauptauslasskanal gekoppelten) Klappenventils reguliert werden, um den Abgasstrom durch einen oder beide Abschnitte eines geteilten Wärmetauschers und/oder durch einen AGR-Zufuhrkanal zu steuern.
  • In einem Beispiel kann die Steuerung das AGR-Ventil und das Auslassventilsystem in einem ersten Kraftmaschinenbetriebsmodus betreiben, wenn kaltes AGR-Abgas möglicherweise für Kraftmaschinenbetriebsvorgänge, z. B. bei hoher Kraftmaschinentemperatur und geringen Kraftmaschinenlastbedingungen, erwünscht ist. In diesem Betriebsmodus kann sich das AGR-Ventil in der offenen Position befinden, und das mit dem Auslasskanal gekoppelte Klappenventil kann sich ebenfalls in der offenen Position befinden. Die Öffnung des AGR-Ventils kann reguliert werden, um eine gesteuerte Menge an kaltem Abgas in den Einlasskrümmer hereinzulassen. Eine erste Menge von Abgas kann durch ein Einlassrohr (erstes Rohr) in die Abgasbypassanordnung eintreten und durch den Bypasskanal in Richtung eines ersten Abschnitts eines geteilten Wärmetauschers strömen. Die erste Menge von Abgas kann in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende des Wärmetauschers proximal zum Einlassrohr zum Zwischenteil des geteilten Wärmetauschers) durch den ersten Abschnitt des geteilten Wärmetauschers strömen. Da das Klappenventil am Auslasskanal offen ist, kann eine zweite Menge des Abgases weiterhin stromabwärts entlang des Hauptauslasskanals strömen und kann durch ein zweites Rohr in die Abgasbypassanordnung eintreten. Die zweite Menge von Abgas kann in einer zweiten Richtung (von einem zweiten Ende des Wärmetauschers proximal zum Auslassrohr zum Zwischenteil des geteilten Wärmetauschers) durch den zweiten Abschnitt des geteilten Wärmetauschers strömen. Die erste und zweite Menge von Abgas können vom Zwischenabschnitt des geteilten Wärmetauschers aus in den AGR-Zufuhrkanal eintreten. Auf diese Weise können die beiden Teile des Abgases in entgegengesetzten Richtungen durch den geteilten Wärmetauscher strömen. Beide Abschnitte der AGR werden genutzt, um das Abgas vor der Zufuhr zum Einlasskrümmer effektiv auf eine niedrigere Temperatur abzukühlen. Die Öffnung des AGR-Ventils und des Klappenventils kann die in die Bypassanordnung eintretende erste und zweite Abgasmenge regulieren. Eine dritte Abgasmenge tritt möglicherweise nicht in die Bypassanordnung ein, sondern kann stromabwärts durch den Hauptauslasskanal in Richtung des Abgasendrohrs strömen.
  • In einem weiteren Beispiel kann die Steuerung das AGR-Ventil und das Auslassventilsystem in einem zweiten Kraftmaschinenbetriebsmodus betreiben, wenn warmes AGR-Abgas (verglichen mit der gewünschten AGR-Temperatur im ersten Modus) für Kraftmaschinenbetriebsvorgänge erwünscht sein kann. In diesem Betriebsmodus kann das AGR-Ventil in der offenen Position gehalten werden, und das mit dem Auslasskanal gekoppelte Klappenventil kann auf die geschlossene Position betätigt werden. Folglich kann das gesamte Abgasvolumen durch das erste Rohr in die Abgasbypassanordnung eintreten und durch den Bypasskanal in Richtung des geteilten Wärmetauschers strömen. Das gesamte Abgasvolumen kann in der ersten Richtung (von einem ersten Ende des Wärmetauschers proximal zum Einlassrohr zum Zwischenteil des geteilten Wärmetauschers) durch den ersten Abschnitt des geteilten Wärmetauschers strömen, bevor es in den AGR-Zufuhrkanal eintritt. Verglichen mit der Verwendung beider Abschnitte des Wärmetauschers im ersten Kraftmaschinenbetriebsmodus, strömt das Abgas im zweiten Betriebsmodus durch den ersten Abschnitt des geteilten Wärmetauschers. Daher wird das Abgas im zweiten Betriebsmodus möglicherweise in einem geringeren Ausmaß gekühlt, verglichen mit dem im ersten Betriebsmodus erzielten Ausmaß an Kühlung, um dem Kraftmaschineneinlasskrümmer warmes AGR-Abgas bereitzustellen. Abhängig von der Öffnung des AGR-Ventils tritt ein Teil des in den Bypasskanal eintretenden Abgases möglicherweise nicht in den AGR-Zufuhrkanal ein, sondern strömt stattdessen durch beide Abschnitte des Wärmetauschers in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende des Wärmetauschers proximal zum Einlassrohr zu einem zweiten Ende des Wärmetauschers proximal zum Auslassrohr) und strömt dann in Richtung des Hauptauslasskanals und zum Abgasendrohr.
  • In noch einem weiteren Beispiel kann die Steuerung das AGR-Ventil und das Auslassventilsystem in einem dritten Kraftmaschinenbetriebsmodus betreiben, wenn AGR nicht von der Kraftmaschine benötigt wird, wie z. B. unter Bedingungen mit hoher Kraftmaschinenlast. Im dritten Betriebsmodus kann das AGR-Ventil auf die geschlossene Position betätigt werden, und das mit dem Auslasskanal gekoppelte Klappenventil kann in der geschlossenen Position gehalten werden. Folglich kann das gesamte Abgasvolumen durch das Einlassrohr (erstes Rohr) in die Abgasbypassanordnung eintreten und durch den Bypasskanal in Richtung des geteilten Wärmetauschers strömen. In diesem Beispiel kann das gesamte Abgasvolumen in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende des Wärmetauschers proximal zum Einlassrohr zu einem zweiten Ende des Wärmetauschers proximal zum Auslassrohr) durch den ersten und zweiten Abschnitt des geteilten Wärmetauschers strömen, bevor es die Bypassanordnung durch das Auslassrohr (zweites Rohr) verlässt. Da das AGR-Ventil geschlossen ist, kann kein Abgas in den AGR-Zufuhrkanal eintreten. Das gekühlte Abgas kann durch das Abgasendrohr in die Atmosphäre austreten. Alternativ dazu, wenn AGR nicht von der Kraftmaschine gewünscht wird, kann die Öffnung des Klappenventils reguliert werden, um die in den Bypasskanal eintretende Abgasmenge, verglichen mit der stromabwärts durch den Hauptauslasskanal in Richtung des Abgasendrohrs strömenden Abgasmenge, zu steuern. Im Falle einer hohen Last und/oder bei hoher Kühlmitteltemperatur am Wärmetauscher kann der Eintritt eines großen Teils des Abgases in den Abgasbypass verhindert werden, um dadurch Kochen des Kühlmittels zu verhindern.
  • Auf diese Weise kann ein einzelner Wärmetauscher effektiv verwendet werden, um AGR-Abgas zu kühlen und dem Abgas Wärme zu entziehen. In allen drei Kraftmaschinenbetriebsmodi kann je nach Bedarf die am geteilten Wärmetauscher aus dem Abgas rückgewonnene Wärme zur Nutzung in anderen Fahrzeugkomponenten zum Heizungswärmetauscher des Fahrzeugs übertragen werden. Wird keine Wärme an irgendeiner Fahrzeugkomponente benötigt, kann die Wärme zur Abführung zu einem Fahrzeugkühler übertragen werden.
  • 10 zeigt einen beispielhaften Betriebsablauf 1000, der den Betrieb des Wärmeaustauschsystems aus 2 darstellt. Die Richtung des Abgasstroms durch den Wärmetauscher, die gewünschte Temperatur der Abgasrückführung (AGR) und die AGR-Zufuhr wird auf der Basis von Kraftmaschinenbetriebsvorgängen bestimmt. Die Horizontale (X-Achse) kennzeichnet die Zeit, und die vertikalen Markierungen t1 und t2 identifizieren für den Betrieb der Abgasbypassanordnung signifikante Zeiten.
  • Die erste Kurve (Linie 1002) von oben zeigt die Variation der Kraftmaschinendrehzahl im Laufe der Zeit. Die zweite Kurve (Linie 1004) zeigt den AGR-Bedarf der Kraftmaschine für die gewünschte Verbrennung und Abgasreinigungsleistung. Der AGR-Bedarf kann von den Kraftmaschinenbetriebsbedingungen, wie z. B. Kraftmaschinenlast, Kraftmaschinendrehzahl, Kraftmaschinentemperatur usw., abhängen. Die dritte Kurve (Linie 1006) kennzeichnet die Öffnung oder Schließung eines sich am Auslasskanal befindenden Klappenventils (Ventils). Die vierte Kurve (Linie 1008) zeigt die Variation der Fahrzeuginnenraumtemperatur im Laufe der Zeit. Die fünfte und letzte Kurve (Linie 1010) zeigt die Variation der Kühlerlüfterdrehzahl im Laufe der Zeit. Je höher die Kühlerlüfterdrehzahl ist, desto größer ist die vom Kühler an die Atmosphäre abgeführte Wärme.
  • Vor Zeitpunkt t1 ist die Kraftmaschinendrehzahl (wie aus Linie 1002 ersichtlich) niedrig. Während dieses Zeitraums kann kaltes AGR-Abgas von der Kraftmaschine gewünscht werden. Um kaltes AGR-Abgas vom Auslasskanal zum Kraftmaschineneinlasskrümmer zu liefern, wird das Klappenventil am Auslasskanal in der offenen Position gehalten. Eine erste Menge von Abgas kann durch ein Einlassrohr (erstes Rohr) in die Abgasbypassanordnung eintreten und durch den Bypasskanal in Richtung eines linken (ersten) Abschnitts eines geteilten Wärmetauschers strömen. Die erste Menge von Abgas kann in der ersten Richtung (von einem ersten Ende des Wärmetauschers proximal zum Einlassrohr zum Zwischenteil des geteilten Wärmetauschers) durch den ersten Abschnitt des geteilten Wärmetauschers strömen, bevor es in den AGR-Zufuhrkanal eintritt. Eine zweite Menge des Abgases kann weiterhin stromabwärts entlang des Hauptauslasskanals strömen und kann durch ein zweites Rohr in die Abgasbypassanordnung eintreten. Die zweite Menge von Abgas kann in einer zweiten Richtung (von einem zweiten Ende des Wärmetauschers proximal zum Auslassrohr zum Zwischenteil des geteilten Wärmetauschers) durch den zweiten Abschnitt des geteilten Wärmetauschers strömen, bevor es in den AGR-Zufuhrkanal eintritt. Auf diese Weise kann Abgas effektiv gekühlt werden, indem es durch zwei Abschnitte des geteilten Wärmetauschers strömt, bevor es über den Zufuhrkanal in den Einlasskrümmer eintritt. Während dieses Zeitraums wird ein stabiler Strom von AGR-Abgas (Kurve 1004) aufrechterhalten. Die Öffnung des AGR-Ventils und des Klappenventils kann die in die Bypassanordnung eintretende erste und zweite Abgasmenge regulieren. Eine dritte Abgasmenge tritt möglicherweise nicht in die Bypassanordnung ein, sondern kann stromabwärts durch den Hauptauslasskanal in Richtung des Abgasendrohrs strömen.
  • Wärme kann mithilfe eines Kühlmittels an den beiden Abschnitten des Wärmetauschers rückgewonnen werden. Abhängig vom Bedarf kann das Kühlmittel (das die vom Abgas rückgewonnene Wärme enthält) entweder durch einen Heizungswärmetauscher und/oder durch einen Kühler des Fahrzeugs zirkuliert werden. In diesem Beispiel kann die Fahrzeuginnenraumtemperatur während dieses Zeitraums niedrig sein, und die vom Abgas (am Wärmetauscher) rückgewonnene Wärme kann vom Heizungswärmetauscher genutzt werden, um den Fahrzeuginnenraum mit Wärme zu versorgen. Die Innenraumtemperatur kann im Laufe der Zeit allmählich zunehmen und sich auf einem vom Bediener gewünschten Niveau stabilisieren. Da vor Zeitpunkt t1 ein Großteil der am Wärmetauscher rückgewonnenen Wärme zum Heizen des Fahrzeuginnenraums genutzt wird, wird nur wenig oder keine Wärme zum Kühler zur Abführung an die Atmosphäre übertragen. Daher kann die Kühlerlüfterdrehzahl während dieses Zeitraums niedrig sein.
  • Nach dem Zeitpunkt t1 ist ersichtlich, dass die Kraftmaschinendrehzahl zunimmt, und dass kein AGR-Abgas mehr für Kraftmaschinenbetriebsvorgänge gewünscht wird. Um Abgasstrom vom Auslasskanal zum Einlasskrümmer zu blockieren, wird das AGR-Ventil geschlossen. Während dieses Zeitraums (zwischen den Zeitpunkten t1 und t2) wird das Klappenventil am Auslasskanal in der geschlossenen Position gehalten. Aufgrund der Schließung des Klappenventils kann kein Abgas stromabwärts entlang des Auslasskanals strömen, so dass das gesamte Abgasvolumen durch das erste Rohr in die Abgasbypassanordnung eintritt und durch den Bypasskanal in Richtung des geteilten Wärmetauschers strömt. Das gesamte Abgasvolumen kann in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende des Wärmetauschers proximal zum Einlassrohr zu einem zweiten Ende des Wärmetauschers proximal zum Auslassrohr) jeweils durch den ersten und zweiten Abschnitt des geteilten Wärmetauschers strömen, bevor es die Bypassanordnung durch das Auslassrohr (zweites Rohr) verlässt. Da das AGR-Ventil geschlossen ist, kann kein Abgas in den AGR-Zufuhrkanal eintreten. Das gekühlte Abgas kann durch das Abgasendrohr in die Atmosphäre austreten. Wärme vom Abgas kann durch ein Kühlmittel, das durch beide Abschnitte des Wärmetauschers zirkuliert, rückgewonnen werden. Zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 ist die Fahrzeuginnenraumtemperatur auf einem vom Bediener gewünschten Niveau stabil, und es ist möglicherweise keine weitere Innenraumheizung erforderlich. Dadurch kann ein Großteil der Wärme vom Abgas zum Kühler zur Abführung an die Atmosphäre übertragen werden, was einen Anstieg der Kühlerlüfterdrehzahl bewirkt, wie aus Linie 1010 ersichtlich ist. Alternativ dazu, wenn AGR nicht von der Kraftmaschine gewünscht wird, kann die Öffnung des Klappenventils reguliert werden, um die in den Bypasskanal eintretende Abgasmenge, verglichen mit der stromabwärts durch den Hauptauslasskanal in Richtung des Abgasendrohrs strömenden Abgasmenge, zu steuern. Im Falle einer hohen Last und/oder bei hoher Kühlmitteltemperatur am Wärmetauscher kann der Eintritt eines großen Teils des Abgases in den Abgasbypass verhindert werden, um dadurch ein Sieden des Kühlmittels zu verhindern.
  • Nach dem Zeitpunkt t2 nimmt die Kraftmaschinendrehzahl ab, und AGR kann wieder für den Kraftmaschinenbetrieb gewünscht werden. Während dieses Zeitraums kann anstelle von kaltem AGR-Abgas relativ warmes AGR-Abgas gewünscht werden. Das AGR-Ventil kann auf die offene Position betätigt werden, und das Klappenventil am Auslasskanal kann in der geschlossenen Position gehalten werden. Das gesamte Abgasvolumen kann durch das erste Rohr in die Abgasbypassanordnung eintreten und durch den Bypasskanal in Richtung des geteilten Wärmetauschers strömen. Das Abgas kann in der ersten Richtung (von einem ersten Ende des Wärmetauschers proximal zum Einlassrohr zum Zwischenteil des geteilten Wärmetauschers) durch den ersten Abschnitt des geteilten Wärmetauschers strömen, bevor es in den AGR-Zufuhrkanal eintritt. Da das Abgas nur durch einen einzelnen Abschnitt des Wärmetauschers gekühlt wird, kann das Ausmaß der Kühlung des Abgases geringer sein als das Ausmaß der Kühlung, das bei Verwendung beider Abschnitte des Wärmetauschers erzielt wird. Auf diese Weise kann durch Regulieren des Klappenventils ein stabiler Strom von warmem AGR-Abgas vom Auslasskanal zum Kraftmaschineneinlasskrümmer aufrechterhalten werden. Abhängig von der Öffnung des AGR-Ventils tritt ein Teil des in den Bypasskanal eintretenden Abgases möglicherweise nicht in den AGR-Zufuhrkanal ein, sondern strömt stattdessen in der ersten Richtung durch beide Abschnitte des Wärmetauschers und weiter in Richtung des Hauptauslasskanals und zum Abgasendrohr. Außerdem kann nach dem Zeitpunkt t2 die Fahrzeuginnenraumtemperatur weiterhin auf einem vom Bediener gewünschten Niveau stabil sein, und es ist möglicherweise keine weitere Heizung erforderlich. Dadurch kann ein Großteil der Wärme vom Abgas zum Kühler zur Abführung an die Atmosphäre übertragen werden, und eine hohe Kühlerlüfterdrehzahl kann aufrechterhalten werden.
  • In einem Beispiel umfasst ein Verfahren für die Kraftmaschine das Rückführen von Abgas zu einem Kraftmaschineneinlass, indem eine erste Menge von Abgas in eine erste Richtung durch einen ersten Abschnitt eines Wärmetauschers strömt, und eine zweite Menge von Abgas in eine zweite, entgegengesetzte Richtung durch einen zweiten Abschnitt des Wärmetauschers strömt. Das vorangehende beispielhafte Verfahren kann zusätzlich oder optional ferner das Anpassen der ersten Menge relativ zu der zweiten Menge über Einstellungen eines Ventils, das in einem Auslasskanal stromabwärts eines Abgaskatalysators gekoppelt ist, umfassen, wobei der Wärmetauscher in einem über das Ventil gekoppelten Abgasbypass positioniert ist. In jedem beliebigen oder allen der vorangehenden Beispiele umfasst die Einstellung zusätzlich oder optional das Vergrößern einer Öffnung des Ventils, um die zweite Menge relativ zu der ersten Menge zu vergrößern, und das Verkleinern der Öffnung des Ventils, um die erste Menge relativ zur zweiten Menge zu vergrößern. In jedem beliebigen oder allen der vorangehenden Beispiele umfasst das Rückführen zum Kraftmaschineneinlass zusätzlich oder optional ferner das Kombinieren der ersten Menge und der zweiten Menge in einem Kanal der Abgasrückführung (AGR), der den Wärmetauscher mit dem Kraftmaschineneinlass koppelt, wobei der AGR-Kanal ein AGR-Ventil enthält, wobei das AGR-Ventil und eine Einlassdrosselklappe während der Rückführung offen sind und das Verfahren ferner das Strömen von Abgas, wenn das AGR-Ventil und die Einlassdrosselklappe geschlossen sind, in der ersten Richtung durch jeden des ersten und zweiten Abschnitts des Wärmetauschers zu einem Abgasendrohr umfasst. In jedem beliebigen oder allen der vorangehenden Beispiele umfasst das Anpassen zusätzlich oder optional ferner das Vergrößern der Öffnung des Ventils in Reaktion auf eine Erhöhung der Kraftmaschinenlast oder eine Abnahme der Kraftmaschinentemperatur, und Verkleinern der Öffnung des Ventils in Reaktion auf eine Verringerung der Kraftmaschinenlast oder eine Zunahme der Kraftmaschinentemperatur. In jedem beliebigen oder allen der vorangehenden Beispiele umfasst das Strömen der ersten Menge von Abgas in der ersten Richtung durch den ersten Abschnitt des Wärmetauschers zusätzlich oder optional das Strömen von Abgas von stromabwärts des Abgaskatalysators in den Abgasbypass, ohne durch das Ventil zu strömen, dann in den ersten Abschnitt des Wärmetauschers in der Nähe des Abgaskatalysators, und von einer Region zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt des Wärmetauschers zum Kraftmaschineneinlass über einen AGR-Kanal, und wobei das Strömen der zweiten Abgasmenge in der zweiten Richtung durch den zweiten Abschnitt des Wärmetauschers das Strömen von Abgas von stromabwärts des Abgaskatalysators in Richtung des Abgasendrohrs durch das Ventil, dann das Strömen von Abgas von stromaufwärts des Abgasendrohrs in den zweiten Abschnitt des Wärmetauschers im Abgasbypass, und dann von der Region zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt des Wärmetauschers über den AGR-Kanal zum Kraftmaschineneinlass umfasst. In jedem beliebigen oder allen der vorangehenden Beispiele sind der erste Abschnitt des Wärmetauschers und der zweite Abschnitt des Wärmetauschers zusätzlich oder optional symmetrisch dimensioniert. In jedem beliebigen oder allen der vorangehenden Beispiele ist zusätzlich oder optional der erste Abschnitt des Wärmetauschers größer als der zweite Abschnitt des Wärmetauschers.
  • Ein weiteres beispielhaftes Verfahren umfasst das Betreiben in einem ersten Modus, in dem Abgas in einer ersten Richtung durch einen ersten und zweiten Abschnitt eines in einem Abgasbypass gekoppelten Wärmetauschers und dann zu einem Abgasendrohr strömt; und Betreiben in einem zweiten Modus, in dem Abgas durch einen Auslasskanal, dann in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung durch den zweiten Abschnitt des Wärmetauschers und dann zum Kraftmaschineneinlass strömt. Das vorangehende beispielhafte Verfahren kann zusätzlich oder optional ferner das Strömen von Abgas während des zweiten Modus in der ersten Richtung durch den ersten Abschnitt des Wärmetauschers und dann zum Kraftmaschineneinlass umfassen. In jedem beliebigen oder allen der vorangehenden Beispiele sind zusätzlich oder optional der erste und zweite Abschnitt des Wärmetauschers symmetrisch dimensioniert. Jedes beliebige oder alle der vorangehenden Beispiele umfassen ferner zusätzlich oder optional das Auswählen zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus basierend auf der Kraftmaschinentemperatur und/oder der Kraftmaschinenlast. In jedem beliebigen oder allen der vorangehenden Beispiele umfasst das Auswählen zusätzlich oder optional das Auswählen des ersten Modus, wenn die Kraftmaschinentemperatur unterhalb einer Schwellentemperatur liegt, oder wenn die Kraftmaschinenlast höher als eine Schwellenlast ist, und das Auswählen des zweiten Modus, wenn die Kraftmaschinentemperatur oberhalb der Schwellentemperatur liegt, oder wenn die Kraftmaschinenlast geringer als die Schwellenlast ist, wobei die Schwellentemperatur auf einer Katalysator-Anspringtemperatur basiert. In jedem beliebigen oder allen der vorangehenden Beispiele umfasst das Strömen von Abgas in der ersten Richtung zusätzlich oder optional das Strömen von Abgas von stromabwärts eines Abgaskatalysators in den Abgasbypass, und dann durch den ersten Abschnitt des Wärmetauschers in der Nähe des Abgaskatalysators, zum zweiten Abschnitt des Wärmetauschers in der Nähe des Abgasendrohrs, und wobei das Strömen von Abgas in der zweiten Richtung das Strömen von Abgas von stromabwärts des Abgaskatalysators in Richtung des Abgasendrohrs, dann das Strömen von Abgas von stromaufwärts des Abgasendrohrs in den zweiten Abschnitt des Wärmetauschers, und dann von einer Region zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt des Wärmetauschers zum Kraftmaschineneinlass über einen Kanal der Abgasrückführung (AGR) beinhaltet, wobei der AGR-Kanal ein AGR-Ventil enthält. In jedem beliebigen oder allen der vorangehenden Beispiele ist zusätzlich oder optional während des ersten Modus, wenn die Kraftmaschinentemperatur unterhalb der Schwellentemperatur liegt, das AGR-Ventil geschlossen. Jedes beliebige oder alle der vorangehenden Beispiele umfassen ferner zusätzlich oder optional während des ersten Modus das Übertragen von Wärme vom strömenden Abgas zum Wärmetauscher, dann vom Wärmetauscher auf ein durch einen Heizungswärmetauscher strömendes Kühlmittel, und dann das Heizen eines Fahrzeuginnenraums durch Entziehen von Wärme von dem Heizungswärmetauscher auf der Basis eines Innenraumheizungsbedarfs. In jedem beliebigen oder allen der vorangehenden Beispiele ist zusätzlich oder optional während des ersten Modus ein stromabwärts des Abgaskatalysators im Auslasskanal gekoppeltes Ventil geschlossen, und während des zweiten Modus ist das Ventil offen.
  • In noch einem weiteren Beispiel umfasst ein Fahrzeugsystem einen Fahrzeuginnenraum; einen Kraftmaschineneinlasskrümmer; einen Kraftmaschinenauslasskrümmer mit einem Abgaskatalysator und einem Schalldämpfer, die über jeweils einen Auslasskanal und einen Abgasbypass miteinander gekoppelt sind, wobei der Bypass parallel zum Auslasskanal gekoppelt ist; einen im Abgasbypass gekoppelten Wärmetauscher, wobei der Wärmetauscher einen ersten Abschnitt, einen zweiten Abschnitt und eine zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt positionierte Zwischenregion enthält; ein Kühlmittelsystem, das den Wärmetauscher strömungstechnisch mit einem Heizungswärmetauscher und einem Kühler koppelt; ein im Auslasskanal gekoppeltes Ventil; einen AGR-Kanal, die den Zwischenabschnitt des Wärmetauschers mit dem Einlasskrümmer koppelt, wobei der AGR-Kanal ein AGR-Ventil enthält; und eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die in einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert sind, um Folgendes durchzuführen: Betreiben in einem ersten Modus bei geschlossenem Ventil, um einen ersten Teil von Abgas vom Abgaskatalysator zum Schalldämpfer über den Abgasbypass zu strömen, wobei der erste Teil in einer ersten Richtung durch den ersten und zweiten Abschnitt des Wärmetauschers strömt, und einen zweiten Teil von Abgas vom Katalysator zum Kraftmaschineneinlass zu strömen, wobei der zweite Teil in der ersten Richtung durch den ersten Abschnitt des Wärmetauschers strömt, bevor er in den AGR-Kanal umgeleitet wird; und Betreiben in einem zweiten Modus bei offenem Ventil, um einen dritten Teil von Abgas vom Abgaskatalysator zum Schalldämpfer über den Auslasskanal, und einen vierten Teil von Abgas stromaufwärts des Schalldämpfers zum Kraftmaschineneinlass über den Abgasbypass zu strömen, wobei der vierte Teil in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung durch den zweiten Abschnitt des Wärmetauschers strömt, bevor er in den AGR-Kanal umgeleitet wird. In dem vorangehenden beispielhaften System umfasst die Steuerung zusätzlich oder optional ferner Anweisungen für Folgendes: Überleiten zwischen dem ersten und zweiten Modus in Reaktion auf die Kraftmaschinentemperatur und/oder die Kraftmaschinenlast und/oder die Innenraumheizungsbedarf, wobei das Überleiten Folgendes beinhaltet: Überleiten vom zweiten Modus auf den ersten Modus in Reaktion auf eine Erhöhung der Kraftmaschinenlast oder einen Abfall der Kraftmaschinentemperatur oder einer Zunahme des Innenraumheizungsbedarfs. In jedem beliebigen oder allen der vorangehenden Beispiele wird zusätzlich oder optional, wenn das System im ersten Modus betrieben wird, am Wärmetauscher abgegebene Wärme vom Abgas auf das durch den Heizungswärmetauscher zirkulierende Kraftmaschinenkühlmittel und dann auf den Fahrzeuginnenraum übertragen, und wenn das System im zweiten Modus betrieben wird, wird am Wärmetauscher abgegebene Wärme vom Abgas auf das durch den Kühler zirkulierende Kraftmaschinenkühlmittel übertragen und dann an die Atmosphäre abgeführt.
  • Auf diese Weise kann ein einzelner mit einer Abgasbypassanordnung gekoppelter Wärmetauscher effektiv verwendet werden, um AGR-Abgas zu kühlen und dem Abgas Wärme zu entziehen. Durch Verwenden eines einzelnen Wärmetauschersystems werden die Vorteile von Kosten- und Komponentenreduzierung erzielt, ohne die Funktionalität oder Leistungsfähigkeit beider Systeme einzuschränken. Außerdem ermöglicht die spezielle Auslegung eines einzelnen Wärmetauschers in der Abgasbypassanordnung eine kürzere Länge des AGR-Kanals, wodurch AGR-Transportverzögerungen reduziert werden. Der technische Effekt der Verwendung eines einzelnen Klappenventils zum Regulieren des Durchflusses von Abgas durch den Bypasskanal besteht darin, dass Abgas in beide Richtungen durch den Wärmetauscher strömen kann. Von daher wird die Wärmeübertragungseffizienz verbessert, während das Erfordernis für lange AGR-Kanäle verringert wird. Durch Verwenden eines einzelnen Klappenventils zum Steuern des AGR-Stroms wird die Anzahl von Komponenten im System reduziert, was eine schnellere Erwärmung des Kühlmittels im AGR-Kühler fördert, weil weniger thermische Masse vorhanden ist. Durch Verwenden eines geteilten AGR-Kühlers ist es möglich, den Grad der Kühlung des AGR-Abgases abhängig von der Kraftmaschinentemperatur zu regulieren. Da der AGR-Kühler sich stromabwärts vom Katalysator befindet, wird die Funktionalität des Katalysators nicht beeinträchtigt. Im Großen und Ganzen können durch Verbessern des Betrags der Abwärme, der mit weniger Komponenten aus dem Abgas rückgewonnen werden kann, Kraftstoffwirtschaftlichkeit und Leistung der Kraftmaschine verbessert werden.
  • Es ist anzumerken, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Kraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystemauslegungen verwendbar sind. Die hier offenbarten Steuerungsverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in nicht-flüchtigem Speicher gespeichert werden und können durch das Steuerungssystem, einschließlich der Steuerung zusammen mit den verschiedenen Sensoren, Aktuatoren und anderer Kraftmaschinenhardware ausgeführt werden. Die spezifischen Routinen, die hier beschrieben werden, können eine oder mehrere von einer beliebigen Zahl von Verarbeitungsstrategien wie z. B. ereignisgesteuert, interruptgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen aufweisen. Somit können verschiedene dargestellte Aktionen, Betriebe und/oder Funktionen im dargestellten Ablauf oder parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen weggelassen werden. Dementsprechend ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele zu erreichen, sondern dient lediglich der Erleichterung der Darstellung und Beschreibung. Eine oder mehrere der dargestellten Aktionen, Betriebe und/oder Funktionen können in Abhängigkeit von der jeweils verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Darüber hinaus können die beschriebenen Aktionen, Betriebe und/oder Funktionen grafisch einen im nicht-flüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Kraftmaschinensteuerungssystem zu programmierenden Code darstellen, wobei die beschriebenen Aktionen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, einschließlich den verschiedenen Kraftmaschinenhardwarekomponenten zusammen mit der elektronischen Steuerung, umgesetzt werden.
  • Es versteht sich, dass die hier offenbarten Auslegungen und Routinen beispielhafter Natur sind, und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne aufzufassen sind, da zahlreiche Varianten möglich sind. Die obige Technologie ist zum Beispiel auf V6-, I4-, I6-, V12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Kraftmaschinentypen anwendbar. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Auslegungen und andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart werden.
  • Die folgenden Ansprüche heben bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen, die als neuartig und nicht offensichtlich betrachtet werden, besonders hervor. Diese Ansprüche beziehen sich möglicherweise auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie den Einschluss eines oder mehrerer dieser Elemente umfassen, wobei sie zwei oder mehr von diesen Elementen weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden, ob ihr Schutzbereich weiter, enger, gleich oder anders in Bezug auf die ursprünglichen Ansprüche ist, auch als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 20120260897 [0004]

Claims (20)

  1. Kraftmaschinenverfahren, das Folgendes umfasst: Rückführen von Abgas zu einem Kraftmaschineneinlass, indem eine erste Menge von Abgas in eine erste Richtung durch einen ersten Abschnitt eines Wärmetauschers strömt, und eine zweite Menge von Abgas in eine zweite, entgegengesetzte Richtung durch einen zweiten Abschnitt des Wärmetauschers strömt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Anpassen der ersten Menge relativ zu der zweiten Menge über Einstellungen eines Ventils, das in einem Auslasskanal stromabwärts eines Abgaskatalysators gekoppelt ist, umfasst, wobei der Wärmetauscher in einem über das Ventil gekoppelten Abgasbypass positioniert ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Anpassen das Vergrößern einer Öffnung des Ventils umfasst, um die zweite Menge relativ zu der ersten Menge zu vergrößern, und das Verkleinern der Öffnung des Ventils, um die erste Menge relativ zur zweiten Menge zu vergrößern.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Rückführen zum Kraftmaschineneinlass ferner das Kombinieren der ersten Menge und der zweiten Menge in einem Kanal der Abgasrückführung (AGR), der den Wärmetauscher mit dem Kraftmaschineneinlass koppelt, umfasst, wobei der AGR-Kanal ein AGR-Ventil enthält, wobei das AGR-Ventil und eine Einlassdrosselklappe während des Rückführens offen sind und das Verfahren ferner das Strömen von Abgas, wenn das AGR-Ventil und Einlassdrosselklappe geschlossen sind, in der ersten Richtung durch jeden des ersten und zweiten Abschnitts des Wärmetauschers zu einem Abgasendrohr umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei das Anpassen ferner das Vergrößern der Öffnung des Ventils in Reaktion auf eine Erhöhung der Kraftmaschinenlast oder eine Abnahme der Kraftmaschinentemperatur, und Verkleinern der Öffnung des Ventils in Reaktion auf eine Verringerung der Kraftmaschinenlast oder eine Zunahme der Kraftmaschinentemperatur umfasst.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Strömen der ersten Menge von Abgas in der ersten Richtung durch den ersten Abschnitt des Wärmetauschers das Strömen von Abgas von stromabwärts des Abgaskatalysators in den Abgasbypass, ohne durch das Ventil zu strömen, dann in den ersten Abschnitt des Wärmetauschers in der Nähe des Abgaskatalysators, und von einer Region zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt des Wärmetauschers zum Kraftmaschineneinlass über einen AGR-Kanal umfasst, und wobei das Strömen der zweiten Abgasmenge in der zweiten Richtung durch den zweiten Abschnitt des Wärmetauschers das Strömen von Abgas von stromabwärts des Abgaskatalysators in Richtung des Abgasendrohrs durch das Ventil, dann das Strömen von Abgas von stromaufwärts des Abgasendrohrs in den zweiten Abschnitt des Wärmetauschers im Abgasbypass, und dann von der Region zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt des Wärmetauschers über den AGR-Kanal zum Kraftmaschineneinlass umfasst.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der erste Abschnitt des Wärmetauschers und der zweite Abschnitt des Wärmetauschers jeweils symmetrisch dimensioniert oder asymmetrisch dimensioniert sind, und der erste Abschnitt größer als der zweite Abschnitt ist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das ferner Folgendes umfasst: Übertragen von Wärme von dem rückgeführten Abgas zum Wärmetauscher, dann vom Wärmetauscher zu einem Kühlmittelsystem, und dann vom Kühlmittelsystem zu einem Heizungswärmetauscher; und Heizen eines Fahrzeuginnenraums durch Entziehen von Wärme vom Heizungswärmetauscher auf der Basis eines Innenraumheizungsbedarfs.
  9. Verfahren, das Folgendes umfasst: Betreiben in einem ersten Modus, in dem Abgas in einer ersten Richtung durch einen ersten und zweiten Abschnitt eines in einem Abgasbypass gekoppelten Wärmetauschers und dann zu einem Abgasendrohr strömt; und Betreiben in einem zweiten Modus, in dem Abgas durch einen Auslasskanal und dann in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung durch den zweiten Abschnitt des Wärmetauschers und dann zum Kraftmaschineneinlass strömt.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, das ferner das Strömen von Abgas während des zweiten Modus in der ersten Richtung durch den ersten Abschnitt des Wärmetauschers und dann zum Kraftmaschineneinlass umfasst.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, wobei der erste und zweite Abschnitt des Wärmetauschers asymmetrisch dimensioniert sind.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, das ferner das Auswählen zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus basierend auf der Kraftmaschinentemperatur und/oder der Kraftmaschinenlast umfasst.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Auswählen das Auswählen des ersten Modus, wenn die Kraftmaschinentemperatur unterhalb einer Schwellentemperatur liegt, oder wenn die Kraftmaschinenlast höher als eine Schwellenlast ist, und das Auswählen des zweiten Modus, wenn die Kraftmaschinentemperatur oberhalb der Schwellentemperatur liegt oder wenn die Kraftmaschinenlast geringer als die Schwellenlast ist, umfasst, wobei die Schwellentemperatur auf einer Katalysatoranspringtemperatur basiert.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Strömen von Abgas in der ersten Richtung das Strömen von Abgas von stromabwärts eines Abgaskatalysators in den Abgasbypass, und dann durch den ersten Abschnitt des Wärmetauschers in der Nähe des Abgaskatalysators, zum zweiten Abschnitt des Wärmetauschers in der Nähe des Abgasendrohrs umfasst, und wobei das Strömen von Abgas in der zweiten Richtung das Strömen von Abgas von stromabwärts des Abgaskatalysators in Richtung des Abgasendrohrs, dann das Strömen von Abgas von stromaufwärts des Abgasendrohrs in den zweiten Abschnitt des Wärmetauschers, und dann von einer Region zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt des Wärmetauschers zum Kraftmaschineneinlass über einen Kanal der Abgasrückführung (AGR) umfasst, wobei der AGR-Kanal ein AGR-Ventil enthält.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei während des ersten Modus, wenn die Kraftmaschinentemperatur unterhalb der Schwellentemperatur liegt, das AGR-Ventil geschlossen ist.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, das ferner während des ersten Modus das Übertragen von Wärme vom strömenden Abgas zum Wärmetauscher, dann vom Wärmetauscher auf ein durch einen Heizungswärmetauscher strömendes Kühlmittel, und dann das Heizen eines Fahrzeuginnenraums durch Entziehen von Wärme von dem Heizungswärmetauscher auf der Basis eines Innenraumheizungsbedarfs umfasst.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, wobei während des ersten Modus ein stromabwärts des Abgaskatalysators im Auslasskanal gekoppeltes Ventil geschlossen ist, und wobei das Ventil während des zweiten Modus offen ist.
  18. Fahrzeugsystem, das Folgendes umfasst: einen Fahrzeuginnenraum; einen Kraftmaschineneinlasskrümmer; einen Kraftmaschinenauslasskrümmer, der einen Abgaskatalysator und einen Schalldämpfer enthält, die jeweils über einen Auslasskanal und einen Abgasbypass miteinander gekoppelt sind, wobei der Bypass parallel zum Auslasskanal gekoppelt ist; einen im Abgasbypass gekoppelten Wärmetauscher, wobei der Wärmetauscher einen ersten Abschnitt, einen zweiten Abschnitt und eine Zwischenregion enthält, die zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt positioniert ist; ein Kühlmittelsystem, das den Wärmetauscher strömungstechnisch mit einem Heizungswärmetauscher und einem Kühler koppelt; ein im Auslasskanal gekoppeltes Ventil; einen AGR-Kanal, die den Zwischenabschnitt des Wärmetauschers mit dem Einlasskrümmer koppelt, wobei der AGR-Kanal ein AGR-Ventil enthält; und eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, um Folgendes durchzuführen: Betreiben in einem ersten Modus bei geschlossenem Ventil, um einen ersten Teil von Abgas vom Abgaskatalysator über den Abgasbypass zum Schalldämpfer zu strömen, wobei der erste Teil in einer ersten Richtung durch den ersten und zweiten Abschnitt des Wärmetauschers strömt, und einen zweiten Teil von Abgas vom Abgaskatalysator zum Kraftmaschineneinlass zu strömen, wobei der zweite Teil in der ersten Richtung durch den ersten Abschnitt des Wärmetauschers strömt, bevor er in den AGR-Kanal umgeleitet wird; und Betreiben in einem zweiten Modus bei offenem Ventil, um einen dritten Teil von Abgas vom Abgaskatalysator über den Abgasbypass zum Schalldämpfer zu strömen, und einen vierten Teil von Abgas stromaufwärts des Schalldämpfers über den Abgasbypass zum Kraftmaschineneinlass zu strömen, wobei der vierte Teil in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung durch den zweiten Abschnitt des Wärmetauschers strömt, bevor er in den AGR-Kanal umgeleitet wird.
  19. System nach Anspruch 18, wobei die Steuerung ferner Anweisungen für Folgendes umfasst: Überleiten zwischen dem ersten und zweiten Modus in Reaktion auf die Kraftmaschinentemperatur und/oder die Kraftmaschinenlast und/oder Innenraumheizungsbedarf, wobei das Überleiten Folgendes beinhaltet: Überleiten vom zweiten Modus auf den ersten Modus in Reaktion auf eine Erhöhung der Kraftmaschinenlast oder einen Abfall der Kraftmaschinentemperatur oder eine Zunahme des Innenraumheizungsbedarfs.
  20. System nach Anspruch 18 oder Anspruch 19, wobei, wenn das System im ersten Modus betrieben wird, am Wärmetauscher abgegebene Wärme vom Abgas auf das durch den Heizungswärmetauscher zirkulierende Kraftmaschinenkühlmittel und dann zum Fahrzeuginnenraum übertragen wird, und wenn das System im zweiten Modus betrieben wird, am Wärmetauscher abgegebene Wärme vom Abgas auf das durch den Kühler zirkulierende Kraftmaschinenkühlmittel übertragen und dann an die Atmosphäre abgeführt wird.
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