DE102017103493A1 - Maschinenabgassystem - Google Patents

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DE102017103493A1
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Abstract

Verfahren und Systeme werden zum Fließen von Abgas in einem Abgassystem einer Maschine bereitgestellt. Bei einem Beispiel kann ein Verfahren das Fließen eines ersten Abgasanteils zu einer Turbine, von der Turbine zu mindestens einer Nachbehandlungsvorrichtung, dann von der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung zur Umgebung und das Fließen eines zweiten Abgasanteils zu der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung, Umgehen der Turbine, dann von der Nachbehandlungsvorrichtung zur Umgebung während eines zweiten Zustands aufweisen. Das Verfahren kann auch während eines zweiten Zustands das Fließen eines dritten Abgasanteils zu der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung, von der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung zu der Turbine, und dann von der Turbine zur Umgebung und das Fließen eines vierten Abgasanteils zu der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung, und dann von der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung zur Umgebung, unter Umgehen der Turbine aufweisen.

Description

  • Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zum Steuern eines Abgasflusses in einem Maschinenabgassystem.
  • Stand der Technik / Kurzdarstellung
  • Maschinenabgassysteme für turbogeladene Maschinen weisen gewöhnlich den Turbolader stromaufwärts in einer Abgasflussrichtung von den Abgasnachbehandlungsvorrichtungen (zum Beispiel Katalysatoren) auf. Eine solche Einrichtung ist zwar für schnelle Turboladerreaktion während bestimmter Zustände geeignet, kann aber zu erhöhten Emissionen während Kaltstartzuständen aufgrund des Abgashitzeverlustes durch die Turbine des Turboladers führen. Ferner resultiert der Abgasstaudruck, der durch die Nachbehandlungsvorrichtungen erzeugt wird, in erhöhtem Turbinenauslassdruck, was die Effizienz des Turboladers verringert.
  • Andere Versuche, dem Problem kompromittierter Emissionen aufgrund von Hitzeverlust durch die Turbine zu begegnen, weisen eine Nachbehandlungsvorrichtung, die eng mit der Maschine gekoppelt ist, auf. Ein beispielhafter Ansatz wird von Bennet et al. in dem U.S.- Patent Nr. 8,276,366 gezeigt. Dabei wird eine Vielzahl von Nachbehandlungsvorrichtungen in einem Gehäuse gekoppelt, das mehrfache Flusswege hat, um den Abgasfluss durch eine oder mehrere der Nachbehandlungsvorrichtungen und eine Turbine eines doppelten Turboladers zu gestatten. Je nach den Betriebszuständen, kann das Abgas durch eine Turbine fließen, bevor es durch eine oder mehrere der Nachbehandlungsvorrichtungen fließt, oder das Abgas kann durch eine der Nachbehandlungsvorrichtungen fließen, bevor es durch eine Turbine fließt.
  • Die Erfinder haben hier jedoch potenzielle Probleme bei solchen Systemen erkannt. Als ein Beispiel fließt Abgas bei jedem möglichen Flussweg in dem Bennet-Gehäuse immer durch mindestens eine Nachbehandlungsvorrichtung, nachdem es durch eine Turbine geflossen ist. Das Bennet-System leidet daher immer noch unter erhöhtem Turbinenauslassdruck, der sich aus dem aufeinanderfolgenden Abgasfluss durch stromabwärtige Nachbehandlungsvorrichtungen ergibt. Als ein weiteres Beispiel, wenn ein Flussweg ausgewählt wird, der Abgas von der Maschine direkt zu einer Turbine und dann durch eine oder mehrere Nachbehandlungsvorrichtungen routet, resultiert das darin, dass eine der Nachbehandlungsvorrichtungen (ein Oxidationskatalysator) vollständig umgangen wird. Bei mindestens einigen Beispielen können daher immer noch Emissionen enthalten sein. Ferner fließt bei Bennet Abgas immer durch eine Turbine, bevor es durch ein Partikelfilter fließt, und partikelförmige Materie kann daher auf die Turbinenschaufeln aufprallen, was schlussendlich zur Turbinenverschlechterung führt.
  • Bei einem Beispiel kann den oben beschriebenen Problemen durch ein Verfahren für ein Abgassystem einer Maschine begegnet werden, das während eines ersten Zustands das Fließen eines ersten Abgasanteils zu einer Turbine, von der Turbine zu mindestens einer Nachbehandlungsvorrichtung, dann von der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung zur Umgebung, und das Fließen eines zweiten Abgasanteils zu der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung, das Umgehen der Turbine, dann von der Nachbehandlungsvorrichtung zur Umgebung aufweist. Das Verfahren weist ferner während eines zweiten Zustands das Fließen eines dritten Abgasanteils zu der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung, von der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung zu der Turbine, und dann von der Turbine zur Umgebung, und das Fließen eines vierten Abgasanteils zu der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung, und dann von der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung zur Umgebung, unter Umgehen der Turbine auf.
  • Bei einem Beispiel kann der erste Zustand Maschinenausgabe oberhalb einer ersten Schwellenausgabe zum Beispiel während Maschinenspitzenleistungs- und/oder Spitzenlastzuständen aufweisen. Der zweite Zustand kann eine Maschinenausgabe unterhalb einer zweiten Schwellenausgabe aufweisen, zum Beispiel während eines Maschinenleerlaufzustands. Derart, als Reaktion auf Spitzenleistung und/oder Spitzenlastzustände, kann das Abgassystem betrieben werden, um gewünschte Turbinenreaktion während Maschinenspitzenlastzuständen zu liefern, indem Abgas zu der Turbine fließt, während gleichzeitig die Turbinenlast verringert wird, um ein Überdrehen der Turbine zu verhindern, indem mindestens ein Teil des Abgases zu der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung gelenkt wird, wobei die Turbine umgangen wird. Zusätzlich, als Reaktion auf die Maschinenleerlaufzustände, kann das Abgassystem betrieben werden, um angemessene Katalysatoraufwärmung sicherzustellen, um Emissionen zu verringern, indem Abgas durch die mindestens eine Nachbehandlungsvorrichtung fließt, und gleichzeitig mindestens ein Abgasanteil gelenkt wird, um von der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung zur Umgebung zu fließen, indem die Turbine umgangen wird, was Pumpverluste verringert.
  • Sowohl bei dem ersten als auch dem zweiten Zustand fließt immer noch etwas Abgas durch die Turbine und das gesamte Abgas fließt immer noch durch die mindestens eine Nachbehandlungsvorrichtung, und daher ist kein Kompromiss zwischen Emissionen und Turbinenreaktion erforderlich. Ferner, durch Beibehalten des Turboladers physisch zwischen der Maschine und der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung, können Unterbringungsherausforderungen, die aus dem Platzieren der Nachbehandlungsvorrichtungen vor dem Turbolader resultieren, vermieden werden. Falls die mindestens eine Nachbehandlungsvorrichtung ein Partikelfilter aufweist, kann ferner außerdem durch Fließen von Abgas durch das Partikelfilter vor der Turbine mindestens während bestimmter Zustände das Aufprallen von partikelförmiger Materie auf die Turbine verringert werden, was die Lebensdauer der Turbine erhöht.
  • Es versteht sich, dass die oben stehende Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden. Sie soll keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands aufzeigen, dessen Schutzumfang einzig durch die der ausführlichen Beschreibung folgenden Ansprüche definiert wird. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem Teil der vorliegenden Offenbarung angeführten Nachteile beheben.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt einen einzigen Zylinder einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine.
  • 2 zeigt schematisch ein Abgassystem, das mit der Mehrzylinder-Maschine der 1 gekoppelt ist, in einem ersten Betriebsmodus.
  • 3 zeigt das Abgassystem von 2 in einem zweiten Betriebsmodus.
  • 4 zeigt das Abgassystem der 2 in einem dritten Betriebsmodus.
  • 5 zeigt das Abgassystem der 2 in einem vierten Betriebsmodus.
  • 6 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Bestimmen eines Betriebsmodus für ein Abgassystem veranschaulicht.
  • 7 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Betreiben eines Abgassystems in einem ersten Standardmodus veranschaulicht.
  • 8 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Betreiben eines Abgassystems in einem zweiten Standardmodus veranschaulicht.
  • 9 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Betreiben eines Abgassystems in einem ersten Bypassmodus veranschaulicht.
  • 10 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Betreiben eines Abgassystems in einem zweiten Bypassmodus veranschaulicht.
  • 11 zeigt eine Ausführungsform eines Abgassystems mit einem Abgasenergierückgewinnungssystem.
  • 12 veranschaulicht eine andere Ausführung eines Abgassystems.
  • 13 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Bestimmen eines Betriebsmodus für das Abgassystem der 12 veranschaulicht.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Betreiben eines Abgassystems einer Maschine in unterschiedlichen Modi in Abhängigkeit von Maschinenbetriebszuständen. Das Abgassystem weist eine Vielzahl von Abgasleitungen und Dreiwegeventilen auf, um einen Abgasstrom durch eine Turbine eines Turboladers und eine Vielzahl von Nachbehandlungsvorrichtungen zu lenken. Das Abgassystem kann in einem ersten Standardbetriebsmodus betrieben werden, während dem Abgas durch das Abgassystem über einen ersten Flussweg fließt. Bei dem ersten Flussweg fließt Abgas durch die Turbine des Turboladers, bevor es durch eine oder mehrere stromabwärtige Nachbehandlungsvorrichtungen fließt. Das Abgassystem kann in dem ersten Standardmodus betrieben werden, wenn schnelle Turboladerreaktion gewünscht wird, wie zum Beispiel als Reaktion auf das Tip-in eines Bedieners (zum Beispiel Fahrzeug- oder Maschinenbeschleunigungsereignis), und/oder während eingefahrenen Standardbetriebsbedingungen, bei welchen die Maschine unterhalb der Spitzenausgabe arbeitet, wenn die Nachbehandlungsvorrichtungen die Anspringtemperatur erreicht haben, die Erzeugung von partikelförmiger Materie unterhalb eines Schwellenwerts liegt usw.
  • Im Gegensatz dazu kann das Abgassystem in einem zweiten Standardbetriebsmodus betrieben werden, wenn das Abgas durch das Abgassystem über einen zweiten Flussweg fließt. Bei dem zweiten Flussweg fließt ein erster Abgasanteil durch die Turbine des Turboladers, bevor er durch eine oder mehrere stromabwärtige Nachbehandlungsvorrichtungen fließt, während ein zweiter Abgasanteil die Turbine umgeht und direkt zu einer oder mehreren Nachbehandlungsvorrichtungen fließt. Das Abgassystem kann in dem zweiten Standardbetriebsmodus während Spitzenmaschinenleistungs- und/oder Lastzuständen betrieben werden, um Last auf der Turbine zu verringern.
  • Das Abgassystem kann in einem ersten Bypassbetriebsmodus betrieben werden, bei dem Abgas entlang eines dritten Flusswegs fließt. Bei dem dritten Flussweg fließt Abgas direkt zu mindestens einer Nachbehandlungsvorrichtung und von der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung zu der Turbine. Das Abgassystem kann in dem ersten Bypassmodus betrieben werden, wenn schnelles Aufwärmen der Nachbehandlungsvorrichtung erwünscht ist, wie zum Beispiel während Maschinenkaltstartzuständen, und/oder wenn Maschinenproduktion von partikelförmiger Materie oberhalb eines Schwellenwerts liegt, um die partikelförmige Materie aus dem Abgas über die mindestens eine Nachbehandlungsvorrichtung zu entfernen, bevor das Abgas zu der Turbine läuft.
  • Ein zweiter Bypassbetriebsmodus kann beim Leerlauf der Maschine ausgeführt werden. Während des zweiten Bypassmodus fließt Abgas durch einen vierten Flussweg, wobei das Abgas zu der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung fließt und dann ein erster Abgasanteil von der mindestens einer Nachbehandlungsvorrichtung zu der Turbine fließt, und ein zweiter Abgasanteil von der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung zur Umgebung fließt, wodurch Pumpverluste durch Verringern des Abgasflusses zu der Turbine während des Maschinenleerlaufzustands verringert werden.
  • 1 zeigt einen einzigen Zylinder einer Mehrzylindermaschine, der mit einem Abgassystem gekoppelt ist, wie zum Beispiel dem oben beschriebenen Abgassystem. Die 2 und 3 zeigen das Abgassystem jeweils während des ersten Standardbetriebsmodus und während des zweiten Standardbetriebsmodus. Der erste Bypassbetriebsmodus ist in 4 gezeigt und 5 zeigt einen zweiten Bypassbetriebsmodus. Die 6 bis 10 veranschaulichen Verfahren, die den Abgasfluss während der Betriebsmodi der 2 bis 5 regulieren. Die 11 und 12 zeigen zusätzliche Ausführungsformen des Abgassystems, das mit einer Maschine gekoppelt ist, und 13 veranschaulicht ein Verfahren zum Betreiben des Abgassystems der 12. Das Maschinen- und Abgassystem der 1 bis 13 kann von einer Steuervorrichtung gesteuert werden, wie zum Beispiel der Steuervorrichtung der 1. Die Steuervorrichtung kann in Speicher Anweisungen, die ausführbar sind, um ein oder mehrere Verfahren zum Steuern des Abgassystems auszuführen, wie zum Beispiel die Verfahren in den 6 bis 10 und in 13 speichern.
  • Die 1 bis 5, 11 und 12 zeigen beispielhafte Konfigurationen mit relativer Positionierung der diversen Komponenten. Falls sie einander direkt berührend oder direkt gekoppelt gezeigt sind, können solche Elemente, wenigstens bei einem Beispiel, direkt berührend bzw. direkt gekoppelt genannt werden. Gleichermaßen können Elemente, die als zusammenhängend oder zueinander benachbart gezeigt werden, wenigstens bei einem Beispiel zusammenhängend bzw. zueinander benachbart sein. Als ein Beispiel können Komponenten, die in Flächenkontakt zueinander liegen, in Flächenkontakt zueinander liegend genannt werden. Als ein anderes Beispiel können Elemente, die auseinander liegend, nur mit einem Zwischenraum und keinen anderen Komponenten dazwischen positioniert sind, bei wenigstens einem Beispiel als solche bezeichnet werden.
  • Unter Bezugnahme auf 1 umfasst die Brennkraftmaschine 10 eine Vielzahl von Zylindern, von welchen einer, der in 1 gezeigt ist, durch die elektronische Maschinensteuervorrichtung 12 gesteuert wird. Die Maschine 10 umfasst eine Brennkammer 30 und Zylinderwände 32, wobei ein Kolben 36 darin positioniert und mit einer Kurbelwelle 40 verbunden ist.
  • Die Brennkammer 30 ist mit dem Einlasskrümmer 44 und dem Auslasskrümmer 48 über das Ansaugventil 52 bzw. das Auslassventil 54 in Verbindung stehend gezeigt. Jedes Ansaug- und Auslassventil kann durch einen Ansaugnocken 51 und einen Auslassnocken 53 betrieben werden. Die Position des Einlassnockens 51 kann durch den Einlassnockensensor 55 bestimmt werden. Die Position des Auslassnockens 53 kann durch den Auslassnockensensor 57 bestimmt werden.
  • Die Kraftstoffeinspritzdüse 66 ist so positioniert gezeigt, dass sie den Kraftstoff direkt in den Zylinder 30 einspritzt, was dem Fachmann als Direkteinspritzung bekannt ist. Als Alternative dazu kann Kraftstoff in eine Ansaugöffnung eingespritzt werden, was dem Fachmann als Saugrohreinspritzung bekannt ist. Die Kraftstoffeinspritzdüse 66 liefert flüssigen Kraftstoff proportional zu der Impulsbreite des Signals FPW von der Steuervorrichtung 12. Kraftstoff wird der Kraftstoffeinspritzdüse 66 durch ein
  • Kraftstoffsystem (nicht gezeigt) zugeführt, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und eine Kraftstoff-Verteilerleitung (nicht gezeigt) aufweist. Die Kraftstoffeinspritzdüse 66 wird von dem Treiber 68, der auf die Steuervorrichtung 12 reagiert, mit Betriebsstrom versorgt. Darüber hinaus steht der Einlasskrümmer 44 in der Darstellung mit einer optionalen elektronischen Drosselklappe 62 in Verbindung, die eine Position der Drosselklappenplatte 64 einstellt, um einen Luftstrom vom Ansaugkanal 42 zu dem Einlasskrümmer 44 zu steuern. Bei einem Beispiel kann ein zweistufiges Hochdruck-Kraftstoffsystem zum Erzeugen höherer Kraftstoffdrücke verwendet werden. Bei einigen Beispielen können die Drosselklappe 62 und die Drosselklappenplatte 64 zwischen dem Ansaugventil 52 und dem Einlasskrümmer 44 derart positioniert sein, dass die Drosselklappe 62 eine Port-Drosselklappe ist.
  • Eine verteilerlose Zündanlage 88 liefert als Reaktion auf die Steuervorrichtung 12 einen Zündfunken über eine Zündkerze 92 zu der Brennkammer 30. Bei Beispielen, bei welchen Kompressionszünden verwendet wird, kann auf die Zündanlage 88 jedoch verzichtet werden. Der Universal Exhaust Gas Oxygen(UEGO)-Sensor 126 ist mit dem Auslasskrümmer 48 stromaufwärts eines Abgassystems 70 gekoppelt gezeigt, das unter Bezugnahme auf die 2 bis 5, 11 und 12 ausführlicher beschrieben wird. Als Alternative kann die UEGO-Sonde 126 durch eine Zweizustands-Lambdasonde ersetzt werden.
  • Während des Betriebs führt jeder Zylinder innerhalb der Maschine 10 in der Regel einen Viertakt-Zyklus aus: Der Zyklus weist den Ansaughub, den Verdichtungshub, den Arbeitshub und den Auslasshub auf. Während des Ansaughubs schließt sich im Allgemeinen das Abgasventil 54 und das Ansaugventil 52 öffnet sich. Über den Einlasskrümmer 44 wird Luft in die Brennkammer 30 eingeleitet, und der Kolben 36 bewegt sich zum Boden des Zylinders, um das Volumen in der Brennkammer 30 zu vergrößern. Die Position, in der sich der Kolben 36 in der Nähe des Bodens des Zylinders und am Ende seines Hubs befindet (zum Beispiel, wenn die Brennkammer 30 ihr größtes Volumen aufweist), wird typischerweise vom Fachmann unterer Totpunkt (Bottom Dead Center, BDC) genannt. Während des Verdichtungshubs sind das Ansaugventil 52 und das Auslassventil 54 geschlossen. Der Kolben 36 bewegt sich zu dem Zylinderkopf, um die Luft in der Brennkammer 30 zu komprimieren. Der Punkt, an dem der Kolben 36 am Ende seines Hubs und dem Zylinderkopf am nächsten ist (zum Beispiel, wenn die Brennkammer 30 ihr kleinstes Volumen aufweist), wird vom Fachmann in der Regel oberer Totpunkt (Top Dead Center, TDC) genannt. Bei einem im Folgenden als Einspritzung bezeichneten Vorgang wird Kraftstoff in die Brennkammer eingeführt. Bei einem im Folgenden als Zündung bezeichneten Vorgang wird der eingespritzte Kraftstoff durch ein bekanntes Zündmittel, wie zum Beispiel eine Zündkerze 92, gezündet, was in Verbrennung resultiert. Während des Arbeitshubs drücken die sich ausdehnenden Gase den Kolben 36 zum BDC zurück. Die Kurbelwelle 40 wandelt Kolbenbewegung in ein Drehmoment der Drehwelle um. Schließlich öffnet sich das Auslassventil 54 während des Auslasshubs, um das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch zu dem Auslasskrümmer 48 abzugeben, und der Kolben kehrt zum TDC zurück. Es sei darauf hingewiesen, dass Obiges lediglich als Beispiel gezeigt wird und dass die Zeitpunkte des Öffnens und/oder Schließens des Ansaug- und Auslassventils variieren können, um eine positive oder negative Ventilüberschneidung, spätes Schließen des Ansaugventils oder diverse andere Beispiele zu liefern. Ferner kann die Maschine eine Kompressionszündmaschine sein, die konfiguriert ist, um zum Beispiel mit Dieselkraftstoff zu arbeiten, weshalb während des Betriebs auf das Zünden über die Zündkerze 92 verzichtet werden kann.
  • Fahrzeugradbremsen oder Rekuperationsbremsung über einen im Antriebsstrang integrierten Starter-Generator (driveline integrated starter/generator, DISG) kann bereitgestellt werden, wenn das Bremspedal 150 durch den Fuß 152 betätigt wird. Der Bremspedalsensor 154 liefert ein Signal an die Steuervorrichtung 12, das die Bremspedalstellung anzeigt. Der Fuß 152 wird durch den die Fahrzeugbremsen betätigenden Bremskraftverstärker 140 unterstützt.
  • In der Darstellung der 1 ist die Steuervorrichtung 12 als ein herkömmlicher Mikrocomputer gezeigt, der Folgendes aufweist: eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangs-Ports 104, einen Nurlesespeicher 106, einen Direktzugriffsspeicher 108, einen Erhaltungsspeicher 110 und einen herkömmlichen Datenbus. Die Steuervorrichtung 12 empfängt in der Darstellung neben den zuvor besprochenen Signalen diverse Signale von Sensoren, die mit der Maschine 10 gekoppelt sind, darunter die Motorkühlmitteltemperatur (engine coolant temperature, ECT) von dem Temperatursensor 112, der an die Kühlhülse 114 gekoppelt ist; einen Positionssensor 134, der mit einem Gaspedal 130 zum Erfassen von Kraft, die durch den Fuß 132 angelegt wird, gekoppelt ist; eine Messung eines Ansaugkrümmerdrucks (manifold absolute pressure, MAP) von dem Drucksensor 122, der mit dem Einlasskrümmer 44 gekoppelt ist; einen Maschinenpositionssensor von einem Hall-Effekt-Sensor 118, der die Stellung der Kurbelwelle 40 erfasst; eine Messung der Luftmasse, die in die Maschine eintritt, von dem Sensor 120, und eine Messung der Drosselklappenposition von dem Sensor 58. Der Luftdruck kann ebenfalls erfasst werden (Sensor nicht gezeigt), um von der Steuervorrichtung 12 verarbeitet zu werden. Der Kraftmaschinenpositionssensor 118 erzeugt bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle eine vorbestimmte Anzahl gleichmäßig beabstandeter Impulse, aus denen die Kraftmaschinendrehzahl (RPM – U/min) bestimmt werden kann. Die Steuervorrichtung 12 kann auch Signale von Sensoren empfangen, die sich in dem Abgassystem 70 befinden, und/oder kann einen oder mehrere Aktuatoren des Abgassystems 70 auslösen.
  • Die Steuervorrichtung 12 empfängt Signale von den diversen Sensoren der 1 (sowie der 2 bis 5 und 11 und 12, die unten beschrieben sind) und verwendet die diversen Aktuatoren der 1 und 2 bis 5, 11 bis 12, um den Maschinenbetrieb basierend auf den empfangenen Signalen und Anweisungen, die in einem Speicher der Steuervorrichtung gespeichert sind, einzustellen. Bei einem Beispiel kann die Steuervorrichtung 12 Signale von dem Temperatursensor 112, dem Positionssensor 134, dem Halleffektsensor 118, MAP-Sensor 122, MAF-Sensor 120 und/oder von anderen Sensoren empfangen, und basierend auf den Signalen von diesen Sensoren bestimmen, ob das Abgassystem 70 in einem Standard- oder Bypassbetriebsmodus betrieben werden soll, und folglich einen oder mehrere Aktuatoren basierend auf dem bestimmten Betriebsmodus auslösen. Die Steuervorrichtung 12 kann zum Beispiel eine Vielzahl von Dreiwegeventilen der 2 bis 5 und 11 bis 12 in jeweilige eingestellte Positionen bewegen, die auf dem bestimmten Betriebsmodus basieren, wie unten ausführlicher beschrieben. Die Steuervorrichtung 12 kann ferner ein Wastegate eines Turboladers betätigen, wie unten beschrieben, um gewünschten Aufladedruck zu liefern.
  • 2 veranschaulicht schematisch das Abgassystem 70 der 1 in einem ersten Standardmodus 200. Wie oben unter Bezugnahme auf 1 erklärt, weist die Maschine 10 eine Vielzahl von Zylindern auf, die hier als vier Zylinder abgebildet sind, die in Reihe eingerichtet sind, obwohl andere Konfigurationen möglich sind. Die Maschine 10 empfängt Ansaugluft über den Einlasskrümmer 44 und stößt Abgas über den Auslasskrümmer 48 aus. Das Abgassystem 70 weist einen Turbolader 202 auf, der einen Verdichter 206 aufweist, der in einem Ansaugkanal 42 eingerichtet ist, und eine Abgasturbine 204, die entlang einer Abgasleitung (spezifisch an einer Verbindung zwischen einer ersten Leitung 216 und einer dritten Leitung 220, wie unten ausführlicher beschrieben) eingerichtet ist. Der Verdichter 206 kann mindestens teilweise von der Abgasturbine 204 über eine Welle 208 mit Leistung versorgt werden. Ein Ladeluftkühler (charge air cooler, CAC) 232 kann in dem Ansaugkanal 42 stromabwärts des Verdichters 206 zur Kühlung der aufgeladenen Luftladung, bevor sie zu den Maschinenzylindern geliefert wird, positioniert sein. Eine Drossel 62 ist entlang des Ansaugkanals der Maschine zum Variieren der Flussrate und/oder des Drucks der Ansaugkühlluft, die zu den Maschinenzylindern geliefert wird, vorgesehen. Zum Beispiel kann die Drossel 62 stromabwärts des Verdichters 206 angeordnet sein, wie in 2 gezeigt, oder sie kann als Alternative stromaufwärts des Verdichters 206 vorgesehen sein.
  • Etwas oder alle Abgase können die Turbine 204 über eine Turbinenbypassleitung, die von einem Wastegate-Ventil 234 gesteuert wird, umgehen. Ein Einlass des Wastegate-Ventils 234 kann mit der ersten Leitung 216 stromabwärts eines ersten Dreiwegeventils 222 (unten beschrieben) und stromaufwärts der Turbine 204 fluidtechnisch gekoppelt sein. Die erste Leitung 216 kann Abgas direkt von dem Auslasskrümmer erhalten und Abgas durch das erste Dreiwegeventil entlang der ersten Leitung zu der Turbine und/oder zu dem Wastegate-Ventil 234 lenken. Ein Auslass des Wastegate-Ventils 234 kann mit der dritten Leitung 220 stromabwärts der Turbine und stromabwärts einer AGR-Leitung 228 fluidtechnisch gekoppelt sein. Der Einlass des Wastegate-Ventils 234 kann auch mit der zweiten Leitung 218 stromabwärts des zweiten Dreiwegeventils 224 fluidtechnisch gekoppelt sein. Bei einigen Beispielen kann auf das Wastegate-Ventil 234 jedoch verzichtet werden, und die gesamte Turbinendrehzahlsteuerung kann durch das erste Dreiwegeventil 222, wie unten beschrieben, bereitgestellt werden.
  • Das Abgassystem 70 weist eine oder mehrere Abgasnachbehandlungsvorrichtungen auf. Wie veranschaulicht, weist das Abgassystem 70 eine erste Nachbehandlungsvorrichtung 210, eine zweite Nachbehandlungsvorrichtung 212 und eine dritte Nachbehandlungsvorrichtung 214 auf. Die Nachbehandlungsvorrichtungen können einen Dreiwegekatalysator (three-way catalyst, TWC) und/oder eine Kohlenwasserstofffalle und/oder ein Partikelfilter und/oder einen Auspufftopf und/oder einen Oxidationskatalysator und/oder eine Falle für mageres NOx (lean, NOx trap, LNT) und/oder ein selektives katalytisches Reduktionssystem (selective catatlytic reduction, SCR) oder oder eine andere geeignete Nachbehandlungsvorrichtung aufweisen. Bei einem spezifischen Beispiel kann die Maschine 10 eine Benzinmaschine sein und die erste Nachbehandlungsvorrichtung 210 kann ein TWC sein, die zweite Nachbehandlungsvorrichtung 212 kann ein Unterbodenwandler sein, und die dritte Nachbehandlungsvorrichtung 214 kann ein Auspufftopf sein. Bei einem anderen spezifischen Beispiel kann die Maschine 10 eine Dieselmaschine sein, und die erste Nachbehandlungsvorrichtung 210 kann ein Diesel-Oxidationskatalysator sein, die zweite Nachbehandlungsvorrichtung 212 kann ein Diesel-Partikelfilter sein, und die dritte Nachbehandlungsvorrichtung 214 kann ein SCR/LNT sein. Die Beispiele, die oben bereitgestellt werden, sind nicht einschränkend, und andere Konfigurationen sind möglich.
  • Das Abgassystem 70 weist ferner eine Vielzahl von Abgasleitungen und Dreiwegeventilen auf, um einen Abgasstrom durch die Turbine 204 und die Vielzahl von Nachbehandlungsvorrichtungen zu lenken. Der Auslasskrümmer 48 ist mit der ersten Leitung 216 fluidtechnisch gekoppelt. Die erste Leitung 260 hat einen Einlass, der mit dem Auslasskrümmer 48 gekoppelt ist, und einen Auslass, der mit einem Einlass der Turbine 204 gekoppelt ist. Die erste Leitung 216 ist daher konfiguriert, um Abgas direkt von dem Auslasskrümmer 48 zu der Turbine 204 mindestens bei einigen Zuständen zu lenken.
  • Die erste Leitung 216 weist das erste Dreiwegeventil 222 an einer Verbindung zwischen der ersten Leitung 216 und der zweiten Leitung 218 auf. Die zweite Leitung 218 hat einen Einlass, der mit der ersten Leitung 216 über das erste Dreiwegeventil 222 fluidtechnisch gekoppelt ist, und einen Auslass, der mit dem Einlass der Turbine 204 fluidtechnisch gekoppelt ist. Die Nachbehandlungsvorrichtungen 210, 212 und 214 sind jeweils entlang der zweiten Leitung 218 angeordnet. Die zweite Leitung 218 weist ferner ein zweites Dreiwegeventil 224 auf, das die zweite Leitung 218 mit der Umgebung koppelt. Die zweite Leitung 218 ist daher konfiguriert, um Abgas, das von der ersten Leitung 216 über das erste Dreiwegeventil 222 empfangen wird, durch jede der Nachbehandlungsvorrichtungen und entweder zur Umgebung oder zu dem Einlass der Turbine 204 zu lenken.
  • Ein Auslass der Turbine 204 ist mit einer dritten Leitung 220 fluidtechnisch gekoppelt. Die dritte Leitung 220 hat einen Einlass, der mit dem Auslass der Turbine 204 fluidtechnisch gekoppelt ist, und einen Auslass, der mit der zweiten Leitung 218 fluidtechnisch gekoppelt ist. Der Auslass der dritten Leitung 220 ist mit der zweiten Leitung 218 stromaufwärts der ersten Nachbehandlungsvorrichtung 210 und stromabwärts des ersten Dreiwegeventils 222 gekoppelt. Ein drittes Dreiwegeventil 226 koppelt die dritte Leitung 220 mit der Umgebung. Die dritte Leitung 220 ist daher konfiguriert, um Abgas von dem Auslass der Turbine 204 entweder zur Umgebung oder zu der zweiten Leitung 218 zu lenken. Zusätzlich, wie unten erklärt, kann mindestens ein Teil des Abgases von der dritten Leitung 220 bei bestimmten Zuständen zurück zu der Ansaugung der Maschine über ein Abgasrückführungs(AGR)-System geroutet werden.
  • Ferner kann bei den offenbarten Ausführungsformen ein Abgasrückführungssystem (AGR-System) einen gewünschten Abgasanteil von der dritten Leitung 220 zu dem Einlasskrümmer 44 lenken. 2 zeigt ein AGR-System mit der AGR-Leitung 228, die mit der dritten Leitung 220 stromabwärts des Auslasses der Turbine 204 und stromaufwärts des dritten Dreiwegeventils 226 gekoppelt ist. Die AGR-Leitung 228 kann sich zu einer Niederdruck-AGR (ND-AGR)-Leitung 252 und einer Hochdruck-AGR(HD-AGR)-Leitung 250 verzweigen.
  • Während Maschinenspitzenleistungszuständen kann der Abgasstaudruck stromabwärts des Turboladers (aufgrund des Beitrags von Emissionskomponenten) hoch sein (zum Beispiel über 1,5 bar), und doch niedriger als der Einlasskrümmerdruck (der zum Beispiel bei etwa 2 bar liegen kann). Bei einem Beispiel kann eine Venturivorrichtung 251 entlang des Ansaugkanals 42 stromabwärts des Verdichters 206 und stromaufwärts des CAC 232 installiert sein, um das Fließen von AGR von stromabwärts der Turbine zu ermöglichen. Ansaugluft von dem Verdichterauslass zu dem CAC-Einlass wirkt als ein bewegender Fluss für die Venturivorrichtung 251. Die HD-AGR-Leitung 250 ist mit einem Saugflusseinlass der Venturivorrichtung 251 gekoppelt. Bei einem anderen Beispiel kann das dritte Dreiwegeventil 226 als eine Drossel wirken, indem der Staudruck erhöht wird, um das Fließen von AGR zu ermöglichen.
  • Die ND-AGR-Leitung 252 lässt AGR zu dem Ansaugkanal 42 stromaufwärts des Verdichters 206 fließen, während die HD-AGR-Leitung 250 HD-AGR zu dem Ansaugkanal 42 stromabwärts des Verdichters 206 fließen lässt. Ein AGR-Ventil 230 kann an der Verzweigung der AGR-Leitung 228 in die ND-AGR-Leitung 252 und die HD-AGR-Leitung 250 vorhanden sein. Das AGR-Ventil 230 kann durch einen geeigneten Aktuator, wie zum Beispiel einen pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch gesteuerten Aktuator betätigt werden. Die Position des AGR-Ventils kann über den Aktuator durch eine Steuervorrichtung reguliert werden, um den gewünschten AGR-Fluss durch die ND-AGR-Leitung oder HD-AGR-Leitung in Abhängigkeit von Betriebszuständen zu erzielen, wie unten unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 beschrieben.
  • Das AGR-Ventil 230 kann ein Dreiwegeventil sein. In einer ersten Position kann das AGR-Ventil 230 AGR-Fluss von der AGR-Leitung 228 zu der HD-AGR-Leitung 250 lenken, und in einer zweiten Position AGR-Fluss von der AGR-Leitung 228 zu der ND-AGR-Leitung 252 lenken. Bei einigen Beispielen ist eventuell nur das ND-AGR-System vorhanden, während bei anderen Beispielen eventuell nur das HD-AGR-System vorhanden ist. Das AGR-System kann einen ND-AGR-Kühler (nicht gezeigt) entlang der ND-AGR-Leitung und einen HD-AGR-Kühler (nicht gezeigt) entlang der HD-AGR-Leitung aufweisen, um Wärme von den AGR-Gasen zum Beispiel zum Maschinenkühlmittel abzugeben. Bei einigen Beispielen ist eventuell kein AGR-Kühler entlang der HD-AGR-Leitung oder der ND-AGR-Leitung vorhanden.
  • Bei bestimmten Zuständen kann das AGR-System verwendet werden, um die Temperatur des Luft-Kraftstoffgemischs innerhalb der Brennkammer 30 zu regulieren. Es kann daher wünschenswert sein, den AGR-Massenstrom zu messen oder zu schätzen. AGR-Sensoren können innerhalb der AGR-Leitung oder des Ansaugkanals eingerichtet sein und können einen Hinweis auf AGR-Massenstrom und/oder Druck und/oder Temperatur und/oder der O2-Konzentration liefern. Bei einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere Sensoren in der ND-AGR-Leitung 252, der HD-AGR-Leitung 250 oder dem Ansaugkanal 42 positioniert sein, um einen Hinweis auf eine Flussrate und/oder einen Druck und/oder eine Temperatur und/oder eine Konzentration von O2 oder anderen Spezies zu liefern, um AGR-Flussrate und Konzentration in Bezug zur Luftflussrate zu bestimmen. Abgas, das durch die ND-AGR-Leitung 252 umgeleitet wird, kann an einem Mischpunkt, der an der Verbindungsstelle der ND-AGR-Leitung 252 und des Ansaugkanals 42 liegt, mit frischer Ansaugluft verdünnt werden.
  • Wie in 2 gezeigt, arbeitet das Abgassystem 70 in einem ersten Standardmodus 200, bei dem das erste Dreiwegeventil 222, das zweite Dreiwegeventil 224 und das dritte Dreiwegeventil 226 jeweils in erster Position sind. Das Abgassystem kann in dem ersten Standardbetriebsmodus betrieben werden, wenn eine erhöhte Drehmomentnachfrage besteht, zum Beispiel wenn Fahrzeugbeschleunigung gewünscht wird. In der ersten Position blockiert das erste Dreiwegeventil 222 die fluidtechnische Kopplung der zweiten Leitung 280 mit der ersten Leitung 216, und Abgas läuft daher direkt von dem Auslasskrümmer zu dem Einlass der Turbine über die erste Leitung 216. In der ersten Position koppelt das zweite Dreiwegeventil 224 die zweite Leitung 218 fluidtechnisch mit der Umgebung. In der ersten Position blockiert das dritte Dreiwegeventil 226 die fluidtechnische Kopplung der dritten Leitung 220 mit der Umgebung. In dem ersten Standardbetriebsmodus läuft daher Abgas entlang eines ersten Flusswegs, der das Abgas aufweist, das von dem Auslasskrümmer direkt zu der Turbine über die erste Leitung läuft, von der Turbine zu der zweiten Leitung über die dritte Leitung, und von der zweiten Leitung durch die Vielzahl von Nachbehandlungsvorrichtungen und zur Umgebung über die zweite Leitung.
  • Bei einem Beispiel, wenn sich das erste, zweite und dritte Dreiwegeventil in der jeweiligen ersten Position befinden, ist das erste Dreiwegeventil konfiguriert, um Abgas nur zu der Turbine zu lenken, das zweite Dreiwegeventil ist konfiguriert, um Abgas nur zur Umgebung zu lenken, und das dritte Dreiwegeventil ist konfiguriert, um Abgas nur zu der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung (über die dritte Leitung und die zweite Leitung) zu lenken.
  • Während des ersten Standardmodus wird Abgas von stromabwärts der Turbine und stromaufwärts des dritten Dreiwegeventils 226 durch die AGR-Leitung 228 gelenkt. Das AGR-Ventil 230 in der ersten Position lenkt den Abgasfluss zu der HD-AGR-Leitung 250, wobei Abgas zu dem Ansaugkanal 42 stromabwärts des Verdichters 206 geliefert wird. Bei einem Beispiel kann das Abgas, das durch die HD-AGR-Leitung 250 geliefert wird, Hochdruckabgas aufgrund des Staudrucks sein, der in der dritten Leitung 220 stromaufwärts des dritten Dreiwegeventils 226 und stromabwärts der Turbine 204 und in der zweiten Leitung 218 durch die Vielzahl von Nachbehandlungsvorrichtungen erzeugt wird. Der Hochdruck von der zweiten und dritten Leitung kann durch die AGR-Leitung 228 zu der HD-AGR-Leitung 250 durch das AGR-Ventil 230 in der ersten Position gelenkt werden. Bei einem Beispiel, falls die Venturivorrichtung im Ansaugkanal 42 zwischen dem Verdichter 206 und dem CAC 232, wie oben beschrieben, vorhanden ist, kann HD-AGR zu dem Ansaugflusseinlass der Venturivorrichtung gelenkt werden, wo niedrigerer statischer Druck geschaffen wird.
  • Die HD-AGR, die zu dem Ansaugkanal stromabwärts des Verdichters gelenkt wird, kann die vorübergehende (transiente) Zeitverzögerung verringern, während der Verdichter immer noch Drehmoment sammelt, um die Luftversorgung durch die Ansaugung zu der Maschine zu verdichten, um die erhöhte Drehmomentnachfrage zu decken. Die HD-AGR, die stromabwärts des Verdichters eingeführt wird, kann den erforderlichen Druck zu der Ansaugluft liefern, die zu der Maschine während dieser Zeitspanne geliefert wird.
  • 3 zeigt schematisch das Abgassystem 70, das in einem zweiten Standardbetriebsmodus 300 arbeitet. Das Abgassystem kann in dem zweiten Standardbetriebsmodus 300 während Maschinenspitzenlastzuständen betrieben werden, wobei das erste Ventil in einer dritten Position als ein Wastegate-Ventil funktionieren kann, das einen Anteil des Abgases von der Turbine weg zu der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung lenkt, um die Last auf der Turbine zu verringern. Während des zweiten Standardmodus befinden sich das zweite Dreiwegeventil 224 und das dritte Dreiwegeventil 226 jeweils in einer ersten Position, und das erste Dreiwegeventil 222 ist in der dritten Position. Das erste Dreiwegeventil 222 in der dritten Position kann Abgasfluss von dem Auslasskrümmer durch die erste Leitung 216 empfangen, und kann einen ersten Anteil des Abgases lenken, um zu der Turbine zu fließen, und einen zweiten Anteil des Abgases, um von der Turbine weg zu der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung zu fließen. Der Anteil des Abgases, der von dem ersten Dreiwegeventil zu der Turbine gelenkt wird, fließt durch die Turbine, durch die dritte Leitung 220 zu dem dritten Dreiwegeventil 226 in der ersten Position. Das dritte Dreiwegeventil 226 in der ersten Position lenkt das Abgas, um durch die dritte Leitung zu fließen, um zu der zweiten Leitung 218 zu gelangen und zu der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung stromabwärts des ersten Dreiwegeventils 222 zu fließen. Das Abgas, das durch die Nachbehandlungsvorrichtung durch die zweite Leitung 218 fließt, wird durch das zweite Ventil in der ersten Position zur Umgebung gelenkt. Während des zweiten Standardmodus werden die AGR weiterhin zu dem Ansaugkanal 42 durch die HD-AGR-Leitung 250, ähnlich wie bei dem ersten Betriebsmodus, gelenkt.
  • Bei einem Beispiel, wenn das erste Dreiwegeventil in der dritten Position ist und das zweite sowie das dritte Dreiwegeventil jeweils in der ersten Position sind, ist das erste Dreiwegeventil konfiguriert, um den ersten Anteil des Abgases zu der Turbine zu lenken, und den zweiten Anteil des Abgases von der Turbine weg zu mindestens einer Nachbehandlungsvorrichtung zu lenken, das zweite Dreiwegeventil ist konfiguriert, um Abgas nur zur Umgebung zu lenken, und das dritte Dreiwegeventil ist konfiguriert, um Abgas nur zu der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung (über die dritte Leitung und die zweite Leitung) zu lenken.
  • Bei einem Beispiel kann das erste Dreiwegeventil basierend auf Aufladedruck gesteuert werden. Falls der Aufladedruck größer ist als ein Schwellendruck, kann die Position des ersten Dreiwegeventils in die dritte Position eingestellt werden, um einen Anteil des Abgases um die Turbine umzulenken, wobei der Anteil des Abgases durch das erste Dreiwegeventil zu der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung läuft, dann von der Nachbehandlungsvorrichtung zur Umgebung, um die Last auf der Turbine zu verringern. Im Gegensatz dazu, wenn der Aufladedruck unter dem Schwellendruck liegt, kann das gesamte Abgas von dem Auslasskrümmer durch das erste Dreiwegeventil zu der Turbine (und durch diese) durchgehen(zum Beispiel während des ersten Standardmodus).
  • Das erste Dreiwegeventil kann ferner basierend auf AGR-Nachfrage gesteuert werden. Zum Beispiel, falls während Spitzenleistungs- und/oder -lastzuständen (bei welchen das erste Dreiwegeventil typischerweise zu der dritten Position gesteuert wird, um als ein Wastegate zu wirken), die AGR-Nachfrage relativ hoch ist (zum Beispiel höher als das, was durch den Abgasanteil, der zu der Turbine geroutet wird, wenn das erste Dreiwegeventil in der dritten Position ist) gedeckt werden kann, kann das erste Dreiwegeventil 222 in die erste Position eingestellt werden, um das gesamte Abgas über die erste Leitung zu der Turbine zu lenken. Dadurch kann das gesamte Abgas verfügbar sein, um die AGR-Nachfrage zu decken. Um jedoch die Last auf der Turbine zu verringern und die AGR-Nachfrage zu decken, kann das Wastegate-Ventil 234 geöffnet werden, wobei es dem Abgas erlaubt wird, die Turbine 204 zu umgehen, um einer Überdrehzahl der Turbine während Spitzenlast vorzubeugen. Das Abgas kann von der ersten Leitung 216 zu dem Wastegate-Ventil 234 (und durch dieses) zu der dritten Leitung 220 stromabwärts der Turbine 204 fließen, um angemessenes Abgas für Rezirkulation durch die AGR-Leitung 228 bereitzustellen, um die AGR-Nachfrage zu decken.
  • 4 zeigt das Abgassystem 70 schematisch, das in einem ersten Bypassbetriebsmodus 400 arbeitet, bei dem das erste Dreiwegeventil 222, das zweite Dreiwegeventil 224 und das dritte Dreiwegeventil 226 jeweils in zweiter Position sind. Das Abgassystem kann in dem ersten Bypassmodus während Kaltstartzuständen betrieben werden, bei welchen die Nachbehandlungsvorrichtungen die Anspringtemperatur nicht erreicht haben und/oder wenn die partikelförmige Materie im Abgas mehr sein kann als ein Schwellenwert. In der zweiten Position koppelt das erste Dreiwegeventil 222 die zweite Leitung 218 fluidtechnisch mit der ersten Leitung 216, und Abgas läuft daher von dem Auslasskrümmer zu der Vielzahl von Nachbehandlungsvorrichtungen, ohne zuerst durch die Turbine durchzugehen. In der zweiten Position koppelt das zweite Dreiwegeventil 224 die zweite Leitung 218 fluidtechnisch mit dem Eingang der Turbine. In der zweiten Position koppelt das dritte Dreiwegeventil 226 die dritte Leitung 220 fluidtechnisch mit der Umgebung. In dem ersten Bypassbetriebsmodus läuft das Abgas daher entlang eines Flusswegs, der von dem Auslasskrümmer zu der zweiten Leitung über die erste Leitung, durch die Nachbehandlungsvorrichtungen und zu der Turbine über die zweite Leitung, und von der Turbine zur Umgebung über die dritte Leitung aufweist.
  • Bei einem Beispiel, wenn sich das erste, zweite und dritte Dreiwegeventil in der jeweiligen zweiten Position befinden, ist das erste Dreiwegeventil konfiguriert, um Abgas nur zu der zweiten Leitung zu lenken, das zweite Dreiwegeventil ist konfiguriert, um Abgas nur zu der Turbine zu lenken, und das dritte Dreiwegeventil ist konfiguriert, um Abgas direkt nur zur Umgebung zu lenken.
  • Der AGR-Fluss zu der Ansaugung während des ersten Bypassmodus wird von stromabwärts der Turbine und stromaufwärts des dritten Ventils in zweiter Position durch das AGR-Ventil zu der ND-AGR-Leitung gelenkt, so dass Abgas zu der Ansaugung stromaufwärts des Verdichters fließt.
  • 5 zeigt schematisch das Abgassystem 70, das in einem zweiten Bypassbetriebsmodus 500 arbeitet, bei dem das erste Dreiwegeventil 222 und das dritte Dreiwegeventil 226 jeweils in zweiter Position sind, während das zweite Dreiwegeventil 224 in der dritten Position ist. Das Abgassystem kann in dem zweiten Bypassmodus während Maschinenleerlaufzuständen betrieben werden, um Pumpverluste zu verringern, indem ein Anteil des Abgasflusses von der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung zu der Umgebung umgeleitet wird, was den Abgasfluss zu der Turbine verringert. In der zweiten Position koppelt das erste Dreiwegeventil 222 die zweite Leitung 218 fluidtechnisch mit der ersten Leitung 216, und Abgas läuft daher von dem Auslasskrümmer zu der Vielzahl von Nachbehandlungsvorrichtungen, ohne zuerst durch die Turbine durchzugehen. In der dritten Position koppelt das zweite Dreiwegeventil 224 die zweite Leitung 218 mit der Ansaugung der Turbine und mit der Umgebung, indem ein Teil des Abgases von der Turbine weg zu der Umgebung gelenkt wird, während das restliche Abgas durch das zweite Ventil in der dritten Position zu der Turbine fließt. Das Abgas fließt durch die Turbine zu der dritten Leitung 220, zu dem Dreiwegeventil 226 in der zweiten Position, indem die dritte Leitung 220 mit der Umgebung fluidtechnisch gekoppelt wird, so dass Abgas von der Turbine zu der Umgebung fließt.
  • In dem zweiten Bypassbetriebsmodus läuft Abgas daher entlang eines Flusswegs, der das Fließen von Abgas von dem Auslasskrümmer zu der zweiten Leitung über die erste Leitung aufweist, durch die Nachbehandlungsvorrichtungen und von den Nachbehandlungsvorrichtungen teilweise zur Umgebung und teilweise zu der Turbine über die zweite Leitung. Nachdem das Abgas durch die Turbine gelaufen ist, läuft es über die dritte Leitung zur Umgebung.
  • Bei einem Beispiel, wenn sich das erste und dritte Dreiwegeventil jeweils in zweiter Position befinden und das zweite Dreiwegeventil in der dritten Position ist, ist das erste Dreiwegeventil konfiguriert, um Abgas nur zu der zweiten Leitung zu lenken, das zweite Dreiwegeventil ist konfiguriert, um einen Abgasanteil zu der Turbine und einen Abgasanteil zu der Umgebung zu lenken, und das dritte Dreiwegeventil ist konfiguriert, um Abgas nur zur Umgebung zu lenken.
  • Der AGR-Fluss zu der Ansaugung während des zweiten Bypassmodus wird von stromabwärts der Turbine und stromaufwärts des dritten Ventils in zweiter Position durch das AGR-Ventil zu der ND-AGR-Leitung gelenkt, so dass Abgas zu der Ansaugung stromaufwärts des Verdichters fließt.
  • Das Abgassystem 70 kann daher entweder in einem ersten oder einem zweiten Standardbetriebsmodus betrieben werden, die jeweils das Fließen von Abgas durch die Turbine vor der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung aufweisen, oder das Abgassystem kann in einem ersten oder einem zweiten Bypassbetriebsmodus betrieben werden, um Abgas durch die mindestens eine Nachbehandlungsvorrichtung vor der Turbine zu routen. Der Betriebsmodus kann basierend auf Betriebszuständen, um eine schnelle Turboladerreaktion bereitzustellen, das Aufwärmen des Katalysators zu beschleunigen, oder basierend auf anderen Parametern ausgewählt werden.
  • 6 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 600 zum Auswählen eines Abgassystem-Betriebsmodus veranschaulicht. Das Verfahren 600 kann ausgeführt werden, um ein Abgassystem, wie das Abgassystem 70 der 1 bis 5, in einem gewünschten Betriebsmodus zu betreiben. Anweisungen zur Durchführung des Verfahrens 600 und der restlichen der hier enthaltenen Verfahren können durch eine Steuervorrichtung (zum Beispiel die Steuervorrichtung 12) basierend auf in einem Speicher der Steuervorrichtung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit Signalen, die von Sensoren des Kraftmaschinensystems, wie etwa den oben mit Bezug auf die 1–5 beschriebenen Sensoren, empfangen werden, ausgeführt werden. Die Steuervorrichtung kann Maschinenaktuatoren des Maschinensystems verwenden, wie zum Beispiel die Dreiwegeventile, Wastegate, Drossel usw., um den Maschinenbetrieb gemäß den unten beschriebenen Verfahren einzustellen.
  • Bei 602 weist das Verfahren 600 das Bestimmen von Betriebsparametern auf. Die bestimmten Betriebsparameter können, ohne darauf beschränkt zu sein, Maschinendrehzahl, angefordertes Drehmoment, Maschinentemperatur, Aufladedruck, Maschinenausgabe, Abgas-Bestandteilkonzentration und andere Parameter aufweisen. Bei 604 bestimmt das Verfahren 600 basierend auf den bestimmten Betriebsparametern, ob ein Fahrzeug- oder Maschinenbeschleunigungsereignis erfasst wird. Das Fahrzeug- oder Maschinenbeschleunigungsereignis kann basierend auf einer Erhöhung der Maschinen- oder Fahrzeuggeschwindigkeit, Änderung der Gaspedalposition oder basierend auf anderen Parametern erfasst werden. Während eines Beschleunigungsereignisses wird eine Erhöhung der Maschinendrehzahl gefordert, und daher kann so viel Abgasenergie wie möglich zu der Turbine gelenkt werden, um den gewünschten Aufladedruck bereitzustellen, um die Drehmomentanfrage zu decken. Folglich, falls das Beschleunigungsereignis erfasst wird, geht das Verfahren 600 zu 616 weiter, um das Abgassystem in dem ersten Standardmodus zu betreiben, um Abgas direkt zu der Turbine und dann zu mindestens einer Nachbehandlungsvorrichtung fließen zu lassen. Der Betrieb in dem ersten Standardmodus wird unten ausführlicher unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. Das Verfahren 600 geht dann zurück.
  • Falls kein Beschleunigungsereignis erfasst wird, geht das Verfahren 600 zu 606 weiter, um zu bestimmen, ob die Maschine unter Spitzenleistungs- und/oder -lastzuständen arbeitet. Spitzenleistungs- und/oder -lastzustände können maximale Maschinenlast und/oder Leistungsausgabe aufweisen (zum Beispiel Betrieb mit einem Schwellenwertbereich maximaler Maschinennennleistungsausgabe, wie zum Beispiel innerhalb von 90 % der maximalen Maschinennennleistungsausgabe), und können basierend auf Luftmassenstrom, Abgastemperatur, Ansaugdrosselposition oder anderen geeigneten Parametern erfasst werden. Wenn die Maschine unter Spitzenleistungs- und/oder -lastzuständen arbeitet, kann die Abgastemperatur relativ hohe Temperaturen erreichen, die zu Turbinenschäden führen können, und es kann daher wünschenswert sein, einen Teil des Abgases von der Turbine weg, durch die Nachbehandlungsvorrichtungen fließen zu lassen, um die Temperatur zu verringern und/oder den Druck des Abgases, das die Turbine erreicht, zu verringern. Ein solcher Betrieb kann zum Beispiel die Maschineneffizienz verbessern. Falls daher bestimmt wird, dass die Maschine unter Spitzenleistungs- und/oder -lastzuständen arbeitet, geht das Verfahren 600 zu 618 weiter, um in einem zweiten Standardmodus zu arbeiten. Der zweite Standardmodus wird unter Bezugnahme auf 8 ausführlicher besprochen. Das Verfahren 600 geht dann zurück.
  • Falls keine Spitzenlastzustände erfasst werden, geht das Verfahren zu 608 weiter, um zu beurteilen, ob Kaltstartzustände vorliegen. Kaltstartzustände können Maschinentemperatur unterhalb einer Schwellentemperatur, Katalysatortemperatur unterhalb einer Schwellentemperatur, Maschinentemperatur gleich Umgebungslufttemperatur beim Starten, weniger als eine Schwellenmenge an Zeit, die seit einem Maschinenstarten verstrichen ist, oder andere geeignete Parameter aufweisen. Bei Maschinenkaltstartzuständen kann die Maschinentemperatur unterhalb der Standardbetriebstemperatur (zum Beispiel 100 °F) sein, und daher kann/können eine oder mehrere Nachbehandlungsvorrichtungen in dem Abgas, wie zum Beispiel ein TWC, unterhalb der Anspringtemperatur sein. Um das Aufwärmen der Nachbehandlungsvorrichtung zu beschleunigen, kann Abgas durch die eine oder mehreren Nachbehandlungsvorrichtungen geroutet werden, bevor es durch eine Turbine geroutet wird, und falls die Maschine daher unter Kaltstartzuständen arbeitet, geht das Verfahren 600 zu 620 weiter, um mit dem Abgassystem in einem ersten Bypassmodus zu arbeiten, was unten ausführlicher unter Bezugnahme auf 9 beschrieben wird.
  • Falls die Maschine nicht unter Kaltstartzuständen arbeitet, zum Beispiel falls die Maschinentemperatur oberhalb einer Schwellentemperatur liegt, geht das Verfahren 600 zu 610 weiter, um zu bestimmen, ob die Konzentration der partikelförmigen Materie am Maschinenausgang größer ist als eine Schwellenkonzentration. Die Konzentration der partikelförmigen Materie am Maschinenausgang kann basierend auf Betriebszuständen geschätzt werden, oder sie kann von einem Sensor für partikelförmige Materie gemessen werden, der sich in dem Abgas befindet. Falls die Konzentration der partikelförmigen Materie größer ist als der Schwellenwert, kann die Turbine Schäden erfahren, wenn die partikelförmige Materie auf die Turbinenschaufeln aufprallt, und es kann daher wünschenswert sein, das Abgas zuerst durch ein Partikelfilter zu routen. Die Schwellenkonzentration der partikelförmigen Materie kann zum Beispiel auf einer Toleranz der Turbine, partikelförmiger Materie standzuhalten, basieren.
  • Folglich, falls die Konzentration der partikelförmigen Materie am Maschinenausgang größer ist als der Schwellenwert, geht das Verfahren 600 zu 620 weiter, um in dem ersten Bypassmodus zu arbeiten, wie unter Bezugnahme auf 9 besprochen wird. Das Verfahren 600 geht dann zurück.
  • Falls die Konzentration der partikelförmigen Materie am Maschinenausgang nicht größer ist als der Schwellenwert, geht das Verfahren 600 zu 612 weiter, um zu erfassen, ob Maschinenleerlaufzustände vorliegen, wie zum Beispiel durch Erfassen, dass die Maschinendrehzahl unter einem Schwellenwert liegt (zum Beispiel niedriger als 500 U/Min.), Erfassen, dass die Drosselposition geringer ist als ein Schwellenwert, und/oder durch Erfassen, dass das Fahrzeug in einer stationären Position mit laufender Maschine ist. Falls Maschinenleerlaufzustände erfasst werden, geht das Verfahren 600 zu 622 weiter, um das Abgassystem in einem zweiten Bypassmodus zu betreiben. Während des zweiten Bypassmodus kann das Fließen von Abgas durch die Turbine verringert werden, indem ein Teil des Abgases zu der Umgebung gelenkt wird, um Pumpverluste zu verringern, wie unter Bezugnahme auf 10 besprochen wird. Falls Maschinenleerlaufzustände nicht erfüllt werden, geht das Verfahren zu 614 weiter, um das Abgassystem in dem ersten Betriebsmodus zu betreiben. Das Verfahren 600 geht dann zurück.
  • Das Verfahren 600 weist daher das Arbeiten mit dem Abgassystem in dem ersten Standardbetriebsmodus auf, bei dem Abgas zuerst durch die Turbine läuft, bevor es durch eine oder mehrere Nachbehandlungsvorrichtungen läuft, während den meisten Maschinenbetriebszuständen, inklusive Drehmomentnachfrage während Beschleunigung. Das Abgassystem kann jedoch in dem zweiten Standardbetriebsmodus betrieben werden, bei dem ein Teil des Abgases von der Turbine weg zu mindestens einer Nachbehandlungsvorrichtung gelenkt wird, um die Last auf der Turbine während Maschinenspitzenleistungs- und/oder -lastzuständen zu verringern. Das Abgassystem kann auch in dem zweiten Standardbetriebsmodus betrieben werden, wenn der Aufladedruck in dem Ansaugsystem der Maschine einen geforderten Aufladedruck überschreitet, sogar, falls die Maschine nicht an Spitzenleistung oder -last ist. Das Abgassystem kann in einem ersten Bypassmodus arbeiten, bei dem Abgas als Reaktion auf bestimmte Betriebszustände zuerst durch die mindestens eine Nachbehandlungsvorrichtung läuft, bevor es durch die Turbine läuft. Diese können Kaltstartzustände und wenn die Konzentration der partikelförmigen Materie am Maschinenausgang größer ist als ein Schwellenwert aufweisen. Bei einem anderen Beispiel kann die Maschine in dem ersten Bypassmodus betrieben werden, wenn Regenerierung einer der Nachbehandlungsvorrichtungen, wie zum Beispiel eines Partikelfilters, angezeigt ist, um Wärmeverlust durch die Turbine, der die Regenerierung verzögern oder verlängern könnte, vorzubeugen.
  • Das Abgassystem kann in dem zweiten Bypassmodus betrieben werden, bei dem der Fluss von Abgas von mindestens einer Nachbehandlungsvorrichtung zu der Turbine teilweise zur Umgebung gelenkt wird, um zum Beispiel Pumpverluste während Maschinenleerlaufzuständen zu verringern. Dem ersten Standardbetriebsmodus kann ferner während eines Beschleunigungsereignis der Vorrang eingeräumt werden, insbesondere, wenn der Aufladedruck relativ niedrig ist, oder wenn die Abgastemperatur niedrig ist, um sicherzustellen, dass das geforderte Drehmoment schnell geliefert wird. Diese Bevorzugung kann das Betreiben in dem Standardmodus als Reaktion auf ein Beschleunigungsereignis aufweisen, sogar wenn die Maschine unter Kaltstartzuständen arbeitet, die Konzentration der partikelförmigen Materie oberhalb des Schwellenwerts liegt usw. Falls die Abgastemperatur jedoch relativ hoch ist, kann das Abgassystem in dem ersten Bypassmodus betrieben werden, sogar während eines Beschleunigungsereignisses, um zu verhindern, dass Abgas mit hoher Temperatur die Turbine beschädigt.
  • 7 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 700 zum Betreiben mit einem Abgassystem, wie zum Beispiel mit dem Abgassystem 70 der 1 bis 5, in einem ersten Standardbetriebsmodus veranschaulicht. Das Verfahren 700 kann als ein Teil des Verfahrens 600 ausgeführt werden, zum Beispiel als Reaktion auf ein erfasstes Beschleunigungsereignis. Bei 702 weist das Verfahren 700 das Platzieren des ersten, zweiten und dritten Dreiwegeventils in die jeweilige erste Position auf. Wie oben unter Bezugnahme auf 2 erklärt, wenn das erste Dreiwegeventil 222, das zweite Dreiwegeventil 224 und das dritte Dreiwegeventil 226 in der ersten Position platziert sind, läuft Abgas durch das Abgassystem entlang eines ersten Flusswegs. Der erste Flussweg weist das Fließen von Abgas von einem Auslasskrümmer zu einer Turbine, wie bei 704 angegeben, auf. Der erste Flussweg weist ferner das Fließen von Abgas von der Turbine zu mindestens einer Nachbehandlungsvorrichtung (und durch diese), wie bei 705 angegeben, auf. Der erste Flussweg weist ferner das Fließen von Abgas von der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung zu der Umgebung, wie bei 706 angegeben, auf.
  • Wenn angezeigt, weist das Verfahren 700 bei 708 auch das Routen mindestens eines Abgasanteils zu einer Ansaugung der Maschine über eine HD-AGR-Leitung auf, zum Beispiel über die HD-AGR-Leitung 250, die in 2 veranschaulicht ist. Der Abgasfluss durch die HD-AGR-Leitung kann durch Steuern des Flusses durch das AGR-Ventil 230 reguliert werden. Die HD-AGR kann zu einer Ansaugung geliefert werden, um Turboloch zu verringern, während ein Verdichter immer noch mit der erforderlichen Drehzahl dreht, um die Nachfrage nach erhöhtem Drehmoment zu decken. Das dritte Ventil in der ersten Position kann Staudruck erzeugen, was es ermöglichen kann, dass Hochdruck auf die AGR angelegt wird, die durch die HD-AGR-Leitung zu der Ansaugung stromabwärts des Verdichters fließt. Die Menge an Abgas, die zu der Ansaugung über die HD-AGR-Leitung geroutet wird, kann auf Maschinendrehzahl und Maschinenlast, Verbrennungsbeständigkeit und/oder anderen Zuständen basieren, um eine gewünschte Ansaugsauerstoffkonzentration, Verbrennungstemperatur, Maschinenausgabe-NOx-Konzentration usw. aufrechtzuerhalten.
  • Bei 710 weist das Verfahren 700 das Bestimmen auf, ob ein Übergang auf einen zweiten Standardbetriebsmodus angezeigt ist. Das kann aufweisen, dass die Maschine Spitzenleistungs- und/oder -lastzustand erreicht, zum Beispiel anhaltende Beschleunigung während einer gegebenen Zeitspanne, Abgastemperatur, die über einen Schwellenwert steigt, usw. Falls ein Übergang auf den zweiten Standardmodus angezeigt ist, geht das Verfahren 700 zu 715 weiter, um das erste Ventil in die dritte Position zu positionieren, das zweite und das dritte Ventil in der jeweiligen ersten Position zu halten, und Abgas über einen Flussweg, der unten unter Bezugnahme auf 8 beschrieben ist, fließen zu lassen. Falls Übergang auf den zweiten Standardmodus nicht angezeigt ist, geht das Verfahren 700 weiter zu 712, um zu beurteilen, ob ein Übergang auf den ersten Bypassmodus angezeigt ist.
  • Falls ein Übergang auf den ersten Bypassmodus angezeigt ist, zum Beispiel, falls die Maschine immer noch unter Kaltstartzuständen arbeitet, nachdem die Zustände für das Betreiben mit dem ersten Standardmodus vergangen sind (zum Beispiel, sobald die Maschine nicht mehr beschleunigt), oder wenn PM-Last einen Schwellenwert überschreitet, geht das Verfahren 700 zum Positionieren des ersten, zweiten und dritten Dreiwegeventils in die jeweilige zweite Position über und lässt Abgas über den Flussweg, der in 9 veranschaulicht ist, fließen.
  • Während des Übergangs von dem ersten Standardmodus auf den ersten Bypassmodus kann ein vorübergehender Abfall des Aufladedrucks aufgrund einer Verzögerung des Abgases, das die Turbine erreicht, auftreten, während das Abgassystem vom Fließen von Abgas direkt von dem Auslasskrümmer zu der Turbine umschaltet und stattdessen zuerst das Fließen von Abgas durch die Nachbehandlungsvorrichtung(en) startet. Während das Abgas ursprünglich durch die Nachbehandlungsvorrichtungen fließt, kann ein kurzes Zeitintervall auftreten, in dem Abgas nicht in der Turbine in Umlauf ist. Ferner kann das Abgas, das die Turbine erreicht, kühler sein oder einen anderen Druck haben als beim Betreiben in dem ersten Standardmodus. Kollektiv kann das in einem Abfallen des Aufladedrucks während des Übergangs resultieren.
  • Das Verfahren 700 weist folglich eine oder mehrere Maßnahmen auf, die getroffen werden können, um diesen Abfall des Aufladedrucks zu mindern. Das kann bei 717 das Einstellen einer Ansaugluftdrossel zum Aufrechterhalten des gewünschten Ansaugluftflusses während des Übergangs aufweisen. Zusätzlich oder alternativ weist das Verfahren 700 das Einstellen des AGR-Ventils bei 718 auf, um die gewünschte Luftansaugung und den gewünschten HD-AGR-Fluss während des Übergangs aufrechtzuerhalten. Das AGR-Ventil kann zum Beispiel um einen größeren Grad geöffnet werden, um mehr AGR während des Übergangs fließen zu lassen, um einen Übergangs-Abgasdruckabfall stromabwärts der Turbine zu kompensieren. Das Ausmaß, in dem die Ansaugdrossel und/oder das AGR-Ventil eingestellt werden, kann auf der ursprünglichen Turbinendrehzahl und/oder Abgastemperatur basieren.
  • Falls der Übergang auf den ersten Bypassmodus nicht angezeigt ist, geht das Verfahren 700 zu 714 weiter, um zu beurteilen, ob ein Übergang auf einen zweiten Bypassmodus angezeigt ist, falls die Maschine zum Beispiel den Betrieb in einem Maschinenleerlaufzustand beginnt. Falls ja, geht das Verfahren 700 bei 720 auf den zweiten Bypassmodus über, um das zweite Ventil in die dritte Position zu positionieren, das erste und das dritte Ventil in die jeweilige zweite Position zu positionieren und Abgas durch den Flussweg, der in 10 veranschaulicht ist, fließen zu lassen.
  • Bei 722 kann das Verfahren 700 das Einstellen einer Ansaugluftdrossel aufweisen, um den gewünschten Ansaugluftstrom während des Übergangs von dem ersten Standardmodus auf den zweiten Bypassmodus aufrechtzuerhalten. Zusätzlich oder alternativ weist das Verfahren 700 das Einstellen des AGR-Ventils an 724 auf, um die gewünschte Luftansaugung und den gewünschten HD-AGR-Fluss während des Übergangs aufrechtzuerhalten. Das AGR-Ventil kann zum Beispiel um einen größeren Grad geöffnet werden, um mehr AGR während des Übergangs fließen zu lassen, um einen Übergangs-Abgasdruckabfall stromabwärts der Turbine zu kompensieren. Das Ausmaß, in dem die Ansaugdrossel und/oder das AGR-Ventil eingestellt werden, kann auf der ursprünglichen Turbinendrehzahl und/oder Abgastemperatur basieren. Das Verfahren 700 geht dann zurück.
  • Bei 714, falls der Übergang auf den zweiten Bypassmodus nicht angezeigt ist, geht das Verfahren 700 zu 726 weiter, wo das Abgassystem in dem ersten Standardmodus gehalten wird, mit dem ersten, zweiten und dritten Dreiwegeventil in der ersten Position, um weiterhin Abgas entlang des ersten Flusswegs fließen zu lassen. Das Verfahren 700 geht dann zurück.
  • 8 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 800 zum Betreiben eines Abgassystems, wie zum Beispiel des Abgassystems 70 der 1 bis 5, in einem zweiten Standardbetriebsmodus veranschaulicht. Das Verfahren 800 kann als ein Teil der Verfahren 600 und 700 ausgeführt werden, zum Beispiel als Reaktion auf Maschinenspitzenleistungs- und/oder -lastzustände. Das Abgassystem kann auch in dem zweiten Standardbetriebsmodus betrieben werden, wenn der Aufladedruck in dem Ansaugsystem der Maschine einen geforderten Aufladedruck überschreitet, sogar falls die Maschine nicht in Spitzenleistung oder Spitzenlast ist. Bei 802 weist das Verfahren 800 das Positionieren eines ersten Dreiwegeventils in einer dritten Position und das Positionieren eines zweiten Dreiwegeventils und eines dritten Dreiwegeventils jeweils in erster Position auf, um Abgas entlang eines zweiten Flusswegs fließen zu lassen. Wie oben unter Bezugnahme auf 3 erklärt, weist der zweite Flussweg bei 804 das Fließen eines ersten Abgasanteils entlang einer ersten Leitung durch das erste Ventil in der dritten Position zu einer Turbine und von der Turbine durch das dritte Ventil in der ersten Position zu der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung auf. Bei 806 wird ein zweiter Abgasanteil durch das erste Ventil in der dritten Position zu der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung unter Umgehen der Turbine gelenkt. Bei 808 fließt Abgas von der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung durch das zweite Ventil in der ersten Position zur Umgebung.
  • Wenn angegeben, weist das Verfahren 800 bei 809 auch das Routen mindestens eines Abgasanteils zu einer Ansaugung der Maschine über eine HD-AGR-Leitung auf. Der Abgasfluss durch die HD-AGR-Leitung kann durch Steuern des Flusses durch das AGR-Ventil 230 in der ersten Position, wie in 3 veranschaulicht, reguliert werden. Ähnlich wie das Verfahren 700 kann bei dem Verfahren 800 die HD-AGR zu der Ansaugung geliefert werden, und das dritte Ventil in der ersten Position kann einen Staudruck erzeugen, der ermöglichen kann, dass Hochdruck auf die AGR, die zu der Ansaugung fließt, angelegt wird. Die Menge an Abgas, die zu der Ansaugung über die HD-AGR-Leitung geroutet wird, kann auf Maschinendrehzahl und Maschinenlast, Verbrennungsbeständigkeit und/oder anderen Zuständen basieren, um eine gewünschte Ansaugsauerstoffkonzentration, Verbrennungstemperatur, Maschinenausgabe-NOx Konzentration usw. aufrechtzuerhalten.
  • Bei 810 weist das Verfahren 800 das Bestimmen auf, ob ein Übergang auf einen ersten Bypassmodus angezeigt ist. Das kann aufweisen, dass die Maschine aus den Spitzenleistungs-/-lastzuständen austritt, während die Maschine immer noch unter Kaltstartzuständen arbeitet, dass partikelförmige Materie in dem Abgas über einen Schwellenwert ansteigt usw. Falls ein Übergang auf den ersten Bypassmodus angezeigt ist, geht das Verfahren 800 zu 815 weiter, um das erste, zweite und dritte Dreiwegeventil jeweils in die zweite Position zu positionieren, und Abgas über den Flussweg, der unten unter Bezugnahme auf 9 beschrieben ist, fließen zu lassen.
  • Ähnlich wie bei dem Übergang von dem ersten Standardmodus auf den ersten Bypassmodus kann während des Übergangs von dem zweiten Standardmodus in den ersten Bypassmodus ein vorübergehender Abfall des Aufladedrucks aufgrund einer Verzögerung des Abgases, das die Turbine erreicht, auftreten, während das Abgassystem vom Fließen des gesamten Abgases direkt von dem Auslasskrümmer zu der Turbine, statt des Fließens von Abgas zuerst durch die Nachbehandlungsvorrichtung(en) umschaltet. Da das Abgas ursprünglich durch die Nachbehandlungsvorrichtungen fließt, indem die Turbine umgangen wird, kann ein kurzes Zeitintervall auftreten, in dem Abgas nicht in der Turbine in Umlauf ist. Ferner kann das Abgas, das die Turbine erreicht, kühler sein oder einen anderen Druck haben als beim Betreiben in dem zweiten Standardmodus. Kollektiv kann das in einem Abfallen des Aufladedrucks während des Übergangs resultieren.
  • Das Verfahren 800 weist folglich eine oder mehrere Maßnahmen auf, die getroffen werden können, um diesen Abfall des Aufladedrucks zu mindern. Das kann bei 816 das Einstellen einer Ansaugluftdrossel auf Aufrechterhalten des gewünschten Ansaugluftflusses während des Übergangs aufweisen. Zusätzlich oder alternativ weist das Verfahren 800 das Einstellen des AGR-Ventils bei 817 auf, um die gewünschte Luftansaugung und den gewünschten HD-AGR-Fluss während des Übergangs aufrechtzuerhalten. Das Ausmaß, in dem die Ansaugdrossel und/oder das AGR-Ventil eingestellt werden, kann auf der ursprünglichen Turbinendrehzahl und/oder Abgastemperatur basieren.
  • Falls Übergang auf den ersten Bypassmodus nicht angezeigt ist, geht das Verfahren 800 zu 812 weiter, um zu beurteilen, ob ein Übergang auf einen zweiten Bypassmodus angezeigt ist. Falls der Übergang auf den zweiten Bypassmodus angezeigt ist, zum Beispiel, falls die Maschine beginnt, unter Maschinenleerlauf-/niedrigen Lastzuständen zu arbeiten, geht das Verfahren 800 zu 818 weiter, um das erste und das dritte Dreiwegeventil in die jeweilige zweite Position zu positionieren, das zweite Ventil in die dritte Position zu positionieren, und Abgas über den Flussweg, der in 10 veranschaulicht und unten ausführlicher beschrieben ist, fließen zu lassen. Bei 820 wird die Ansaugluftdrossel eingestellt, um den gewünschten Ansaugluftfluss während des Übergangs aufrechtzuerhalten. Zusätzlich oder alternativ weist das Verfahren 800 das Einstellen des AGR-Ventils bei 822 auf, um die gewünschte Luftansaugung und den gewünschten AGR-Fluss während des Übergangs aufrechtzuerhalten. Das Ausmaß, in dem die Ansaugdrossel und/oder das AGR-Ventil eingestellt werden, kann auf der ursprünglichen Turbinendrehzahl und/oder Abgastemperatur basieren.
  • Falls der Übergang auf den zweiten Bypassmodus nicht angezeigt ist, geht das Verfahren 800 zu 814 weiter, um zu beurteilen, ob ein Übergang auf einen ersten Standardmodus angezeigt ist, zum Beispiel falls eine Erhöhung der Drehmomentnachfrage für Maschinenbeschleunigung erfasst wird. Falls ja, geht das Verfahren 800 bei 824 auf den ersten Standardmodus über, indem das erste Ventil in der ersten Position positioniert wird, und indem das zweite und das dritte Ventil jeweils in der ersten Position gehalten werden, um durch den Flussweg, der in 7 veranschaulicht ist, fließen zu lassen.
  • Bei 814, falls der Übergang auf den ersten Standardmodus nicht angezeigt ist, zum Beispiel wenn die Maschine weiterhin mit Spitzenleistung/Spitzenlast arbeitet, geht das Verfahren 800 zu 826 weiter, wo das das Abgassystem in dem zweiten Standardmodus mit dem ersten Ventil in der dritten Position und dem zweiten und dritten Ventil in der ersten Position, wie oben beschrieben, gehalten wird. Das Verfahren 800 geht dann zurück.
  • 9 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 900 zum Betreiben mit einem Abgassystem, wie zum Beispiel dem Abgassystem 70 der 1 bis 5, in dem ersten Bypassbetriebsmodus veranschaulicht. Das Verfahren 900 kann als ein Teil der Verfahren 600, 700 oder 800, zum Beispiel als Reaktion auf Kaltstartzustände ausgeführt werden. Bei 902 weist das Verfahren 900 das Platzieren des ersten, zweiten und dritten Dreiwegeventils in die jeweilige erste Position auf. Wie oben unter Bezugnahme auf 4 erklärt, wenn das erste, zweite und dritte Dreiwegeventil in der jeweiligen zweiten Position platziert sind, läuft Abgas durch das Abgassystem entlang eines dritten Flusswegs, der das Fließen von Abgas von einem Auslasskrümmer zu mindestens einer Nachbehandlungsvorrichtung (und durch sie), wie bei 904 angegeben, aufweist. Der Flussweg weist ferner das Fließen von Abgas von der mindestens einen Abgasnachbehandlungsvorrichtung zu einer Turbine, wie bei 906 und 908 angegeben, auf, wobei Abgas von der Turbine zur Umgebung fließt.
  • Wenn angegeben, weist das Verfahren 900 bei 910 auch das Routen mindestens eines Abgasanteils zurück zu einer Ansaugung der Maschine stromaufwärts eines Verdichters über eine ND-AGR-Leitung auf. Die Menge an Abgas, die zu der Ansaugung über die ND-AGR-Leitung geroutet wird, kann auf Maschinendrehzahl und Maschinenlast, Verbrennungsbeständigkeit und/oder anderen Zuständen basieren, um eine gewünschte Ansaugsauerstoffkonzentration, Verbrennungstemperatur, Maschinenausgabe-NOx-Konzentration usw. aufrechtzuerhalten.
  • Bei 912 weist das Verfahren 900 das Bestimmen auf, ob ein Übergang auf einen zweiten Bypassmodus angezeigt ist. Das kann aufweisen, dass die Maschine beginnt, unter Maschinenleerlaufzuständen zu arbeiten, dass die Maschinenlast unter den Schwellenwert fällt, oder irgendeinen anderen geeigneten Parameter. Falls bei 912 bestimmt wird, dass ein Übergang auf den zweiten Bypassmodus angegeben ist, geht das Verfahren 900 zu 916 weiter, um das zweite Ventil in die dritte Position zu positionieren und das erste und das dritte Dreiwegeventil in der jeweiligen zweiten Position zu halten, und Abgas entlang des Flusswegs, der in 10 veranschaulicht und unten beschrieben ist, fließen zu lassen.
  • Falls ein Übergang auf den zweiten Bypassmodus nicht angegeben ist, geht das Verfahren 900 zu 914 weiter, um zu bestimmen, ob ein Übergang auf einen ersten Standardmodus angezeigt ist. Falls ja, geht das Verfahren 900 zu 918 weiter, um das erste, zweite und dritte Dreiwegeventil auf die jeweilige erste Position zu bewegen, so dass Abgas entlang des ersten Flusswegs, wie oben unter Bezugnahme auf 7 besprochen, fließt.
  • Während des Übergangs von dem ersten Bypassmodus auf den ersten Standardmodus kann die Zeitsteuerung der Bewegung des ersten und zweiten Dreiwegeventils gesteuert werden, um sicherzustellen, dass Abgas nicht zur Umgebung über das zweite Dreiwegeventil geroutet wird, bevor Abgas von der ersten Leitung die Turbine erreicht. Das Verfahren 900 kann daher bei 919 das Verzögern der Bewegung des zweiten Dreiwegeventils in die erste Position im Vergleich zu der Bewegung des ersten Dreiwegeventils zu der ersten Position aufweisen. Die Steuervorrichtung kann zum Beispiel ein Signal senden, um das erste Dreiwegeventil von der zweiten Position in die erste Position als Reaktion auf die Angabe des Übergehens auf den ersten Standardmodus zu bewegen. Die Steuervorrichtung kann das Senden des Signals zum Bewegen des zweiten Dreiwegeventils von der zweiten Position in die erste Position um eine gegebene Zeitmenge verzögern. Die Verzögerungszeit kann auf der Länge der ersten Leitung, dem Abgasmassenfluss durch die erste Leitung usw. derart basieren, dass das Abgas in der zweiten Leitung beginnt, zu demselben Zeitpunkt oder kurz bevor Abgas in der ersten Leitung die Turbine erreicht, zur Umgebung geroutet zu werden. Das Verfahren 900 geht dann zurück.
  • Falls der Übergang auf den ersten Standardmodus nicht angezeigt ist, bestimmt das Verfahren 900, ob ein Übergang auf einen zweiten Standardmodus bei 915 angezeigt ist. Der Übergang von dem ersten Bypassmodus in den zweiten Standardmodus kann erfasst werden, wenn zum Beispiel ein Tip-in-Ereignis während des Betriebs während Kaltstartzuständen erfasst wird. Falls ja, weist das Verfahren 900 bei 920 das Positionieren des ersten Ventils in der dritten Position und des zweiten und dritten Ventils in der jeweiligen ersten Position auf, so dass Abgas über den Flussweg, der unter Bezugnahme auf 8 beschrieben ist, fließt. Während des Übergangs von dem ersten Bypassmodus auf den zweiten Standardmodus kann das Verfahren 900 bei 921 das Verzögern der Bewegung des zweiten Dreiwegeventils in die erste Position im Vergleich zu der Bewegung des ersten Dreiwegeventils zu der dritten Position aufweisen, um sicherzustellen, dass Abgas nicht über das zweite Dreiwegeventil zur Umgebung geroutet wird, bevor Abgas von der ersten Leitung die Turbine erreicht.
  • Falls der Übergang auf den zweiten Standardmodus nicht angezeigt ist, geht das Verfahren 900 zu 922 weiter, wo das System in dem ersten Bypassmodus mit dem ersten, zweiten und dritten Dreiwegeventil in der zweiten Position gehalten wird. Das Verfahren 900 geht dann zurück.
  • 10 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 950 zum Betreiben mit einem Abgassystem, wie zum Beispiel dem Abgassystem 70 der 1 bis 5, in dem zweiten Bypassbetriebsmodus veranschaulicht. Das Verfahren 950 kann als ein Teil des Verfahrens 600, 700, 800 oder 900 ausgeführt werden, zum Beispiel als Reaktion auf Maschinenleerlaufzustände oder als Reaktion darauf, dass die Konzentration der partikelförmigen Materie der Maschine einen Schwellenwert überschreitet. Bei 952 weist das Verfahren 950 das Platzieren des ersten und dritten Dreiwegeventils in die jeweilige zweite Position, und des zweiten Ventils in eine dritte Position auf. Wie oben unter Bezugnahme auf 5 erklärt, wenn das erste und das dritte Dreiwegeventil in der jeweiligen zweiten Position sind, und das zweite Dreiwegeventil in der dritten Position ist, läuft Abgas entlang eines vierten Flusswegs.
  • Der vierte Flussweg weist das Fließen von Abgas von einem Auslasskrümmer zu mindestens einer Nachbehandlungsvorrichtung (und durch sie) bei 954 auf. Bei 956 weist das Verfahren 950 das Fließen eines ersten Abgasanteils von der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung durch das zweite Ventil in der dritten Position zu einer Turbine und von der Turbine durch das dritte Ventil in der zweiten Position zur Umgebung auf. Der Flussweg weist ferner bei 958 das Fließen eines zweiten Anteils des Abgases von der mindestens einen Abgasnachbehandlungsvorrichtung durch das zweite Ventil in der dritten Position zur Umgebung auf.
  • Wenn angegeben, weist das Verfahren 950 bei 959 auch das Routen mindestens eines Abgasanteils zurück zu einer Ansaugung der Maschine über eine ND-AGR-Leitung auf. Die Menge an Abgas, die zu der Ansaugung über die ND-AGR-Leitung geroutet wird, kann auf Maschinendrehzahl und Maschinenlast, Verbrennungsbeständigkeit und/oder anderen Zuständen basieren, um eine gewünschte Ansaugsauerstoffkonzentration, Verbrennungstemperatur, Maschinenausgabe-NOx-Konzentration usw. aufrechtzuerhalten.
  • Bei 960 weist das Verfahren 900 das Bestimmen auf, ob ein Übergang auf den ersten Standardbetriebsmodus angezeigt ist. Der Übergang von dem zweiten Bypassmodus auf den ersten Standardmodus kann basierend auf einer Maschinenbeschleunigungsnachfrage oder einem anderen geeigneten Parameter erfasst werden. Falls bei 960 bestimmt wird, dass ein Übergang auf den ersten Standardmodus angezeigt ist, geht das Verfahren 950 zu 966 über, um das erste, zweite und dritte Dreiwegeventil in die jeweilige erste Position zu bewegen, und Abgas entlang des ersten Flusswegs, wie oben unter Bezugnahme auf 7 beschrieben, fließen zu lassen.
  • Während des Übergangs von dem zweiten Bypassmodus auf den ersten Standardmodus kann das Timing der Bewegung des ersten und zweiten Dreiwegeventils gesteuert werden, um sicherzustellen, dass Abgas nicht über das zweite Dreiwegeventil zu der Umgebung geroutet wird, bevor Abgas von der ersten Passage die Turbine erreicht. Das Verfahren 950 kann daher bei 967 das Verzögern der Bewegung des zweiten Dreiwegeventils in die erste Position im Vergleich zu der Bewegung des ersten Dreiwegeventils zu der ersten Position aufweisen. Die Steuervorrichtung kann zum Beispiel ein Signal senden, um das erste Dreiwegeventil von der zweiten Position in die erste Position als Reaktion auf die Angabe des Übergehens auf den ersten Standardmodus zu bewegen. Die Steuervorrichtung kann das Senden des Signals zum Bewegen des zweiten Dreiwegeventils von der zweiten Position in die erste Position um eine gegebene Zeitmenge verzögern. Die Verzögerungszeit kann auf der Länge der ersten Leitung, dem Abgasmassenfluss durch die erste Leitung usw. derart basieren, dass das Abgas in der zweiten Leitung beginnt, zu demselben Zeitpunkt oder kurz bevor Abgas in der ersten Leitung die Turbine erreicht, zur Umgebung geroutet zu werden. Das Verfahren 950 kehrt dann zurück.
  • Falls ein Übergang auf den ersten Standardmodus nicht angegeben ist, geht das Verfahren 950 zu 962 weiter, um zu bestimmen, ob ein Übergang auf einen zweiten Standardmodus angezeigt ist. Der Übergang auf den zweiten Standardmodus kann zum Beispiel basierend darauf, dass die Maschine Spitzenleistungsausgabe erreicht, angezeigt sein. Falls ja, geht das Verfahren 950 zu 968 weiter, um das erste Ventil in die dritte Position zu bewegen, und das zweite und das dritte Dreiwegeventil in die jeweilige erste Position zu bewegen, so dass Abgas entlang des zweiten Flusswegs, der in 8 veranschaulicht ist, fließt.
  • Während des Übergangs von dem zweiten Bypassmodus auf den zweiten Standardmodus kann das Timing der Bewegung des ersten und zweiten Dreiwegeventils gesteuert werden, um sicherzustellen, dass Abgas nicht über das zweite Dreiwegeventil zu der Umgebung geroutet wird, bevor Abgas von der ersten Passage die Turbine erreicht. Daher kann das Verfahren 950 bei 969 das Verzögern der Bewegung des zweiten Dreiwegeventils in die erste Position im Vergleich zu der Bewegung des ersten Dreiwegeventils von der zweiten Position in die dritte Position aufweisen. Die Steuervorrichtung kann zum Beispiel ein Signal senden, um das erste Dreiwegeventil von der zweiten Position in die dritte Position als Reaktion darauf zu bewegen, dass das Übergehen auf den zweiten Standardmodus angezeigt ist. Die Steuervorrichtung kann das Senden des Signals zum Bewegen des zweiten Dreiwegeventils von der zweiten Position in die erste Position um eine gegebene Zeitmenge verzögern. Die Verzögerungszeit kann auf der Länge der ersten Leitung, dem Abgasmassenfluss durch die erste Leitung usw. derart basieren, dass das Abgas in der zweiten Leitung beginnt, zu demselben Zeitpunkt oder kurz bevor Abgas in der ersten Leitung die Turbine erreicht, zur Umgebung geroutet zu werden. Das Verfahren 950 geht dann zurück.
  • Falls der Übergang auf den zweiten Standardmodus nicht angezeigt ist, bestimmt das Verfahren 950 bei 964, ob ein Übergang auf einen ersten Bypassmodus angezeigt ist. Der Übergang von dem zweiten Bypassmodus auf den ersten Bypassmodus kann angezeigt sein, falls die Maschine von Leerlaufbetrieb auf einen Nicht-Leerlaufzustand übergeht, wie zum Beispiel während eines Fahrzeuganfahrens. Falls ja, positioniert das Verfahren 950 das erste, zweite und dritte Ventil in die jeweilige zweite Position, so das Abgas über den dritten Flussweg, der unter Bezugnahme auf 9 beschrieben ist, fließt. Falls der Übergang auf den ersten Bypassmodus nicht angezeigt ist, geht das Verfahren 950 zu 972 weiter, wo das System in dem zweiten Bypassmodus gehalten wird. Das Verfahren 950 geht dann zurück.
  • 11 veranschaulicht eine Ausführungsform 980 des Abgassystems 70 der 2 bis 5. Die Merkmale des Abgassystems 70, das oben unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 beschrieben ist, sind ähnlich nummeriert und werden nicht wieder eingeführt. Die Ausführungsform 980 weist ein Abgasenergierückgewinnungssystem 254 auf, das in der ersten Leitung 216 stromabwärts des ersten Dreiwegeventils 222 und stromaufwärts der Turbine 204 des Abgassystems 70 positioniert ist. Abgas, das von dem Auslasskrümmer 48 durch das erste Dreiwegeventil 222 in der ersten Position fließt, fließt zu dem Abgasenergierückgewinnungssystem (und durch dieses) 254, das mit der ersten Leitung 216 gekoppelt ist. Das Abgasenergierückgewinnungssystem 254 kann Wärmeenergie aus heißem Abgas extrahieren, das durch das Abgasenergierückgewinnungssystem 254 fließt, und die Wärmeenergie in elektrische Energie umwandeln. Die umgewandelte elektrische Energie kann in einer Batterie 256 gespeichert werden, die mit dem Abgasenergierückgewinnungssystem 254 gekoppelt ist, während das gekühlte Abgas durch die erste Leitung zu der Turbine 204 und dann durch die Turbine zu der dritten Leitung 220 fließen kann.
  • Bei einem Beispiel kann das Abgasrückgewinnungssystem 254 mindestens ein Element zum Umwandeln von Wärmeenergie in elektrische Energie aufweisen, mit mindestens einer Seite, die thermisch mit heißem Abgas gekoppelt ist, das durch die erste Leitung 216 fließt, und einer anderen Seite des Umwandlungselements, die thermisch mit einem Kühlfluid gekoppelt ist, zum Beispiel Maschinenkühlfluid. Ein Temperaturunterschied auf jeder Seite des Umwandlungselements kann in der Erzeugung elektrischer Spannung resultieren, die in der Batterie 256 gespeichert werden kann. Die in der Batterie 256 gespeicherte Energie kann zum Ausführen anderer Fahrzeugvorgänge verwendet werden, wie zum Beispiel als eine Energiequelle für die Heizung der Fahrgastzelle, zum Abtauen eines Fensters usw.
  • Bei einem anderen Beispiel kann das Abgasenergierückgewinnungssystem auf dem Rankine-Kreislauf basieren, der einen thermodynamischen Kreislauf aufweisen kann, der Abgaswärme zum Verdampfen eines mit Druck beaufschlagten Fluids verwendet. Der Dampf-/Dunstdruck, der von dem zerstäubten Fluid erzeugt wird, kann dann einen Expander antreiben, der entweder direkt mit der Kurbelwelle der Maschine verbunden ist, oder mit einem Wechselgenerator, um Elektrizität zu erzeugen. Bei einem Beispiel kann das Abgasenergierückgewinnungssystem ein thermoelektrischer Generator (TEG, auch Seebeck-Generator genannt) sein. Ein TEG ist eine Festkörpervorrichtung, die Wärme basierend auf Temperaturunterschieden direkt in elektrische Energie umwandelt. TEGs können wie Wärmemaschinen funktionieren, sind jedoch weniger voluminös und haben keine Teile in Bewegung.
  • Abgas, das aus dem Abgasenergierückgewinnungssystem 254 fließt, ist kühler als das Abgas, das in das Abgasenergierückgewinnungssystem fließt. Das gekühlte Abgas, das aus dem Energierückgewinnungssystem austritt, fließt durch die erste Leitung 216 zu der Turbine 204, dann durch die Turbine zu der dritten Leitung 220, die mit der AGR-Leitung 228 fluidtechnisch gekoppelt ist, die in die ND-AGR-Leitung 252 und die HD-AGR-Leitung 250 verzweigt ist. Das gekühlte Abgas fließt durch die AGR-Leitung 228 und zu der ND-AGR-Leitung oder der HD-AGR-Leitung in Abhängigkeit von Maschinenbetriebsparametern. Es sind folglich eventuell keine AGR-Kühler in der ND-AGR-Leitung oder der HD-AGR-Leitung zum Kühlen von Abgas erforderlich, das zum Ansaugkanal 42 fließt, so dass Hitzeabgabe zu AGR-Kühlern verhindert und die Gesamtkraftstoffeffizienz verbessert wird. Bei anderen Beispielen können ein oder mehrere AGR-Kühler in der ND-AGR-Leitung 252 und/oder der HD-AGR-Leitung 250 vorhanden sein, die es erlauben, relativ hohe AGR-Mengen sogar während hohen Abgastemperaturzuständen zu der Maschine zu lenken.
  • Der Abgasfluss zu dem Abgasenergierückgewinnungssystem 254 kann durch die Position des ersten Dreiwegeventils 222, stromaufwärts des Abgasenergierückgewinnungssystems, reguliert werden. Das erste Dreiwegeventil 222 kann, wenn es in der ersten Position ist (zum Beispiel bei dem ersten Standardmodus, während erhöhter Drehmomentnachfrage, wie in 2 veranschaulicht), Abgas durch die erste Leitung 216 zu dem Abgasenergierückgewinnungssystem 254 (und durch dieses) fließen lassen. Das gekühlte Abgas, das aus dem Energierückgewinnungssystem 254 austritt, kann durch die erste Leitung 216 zu der Turbine 204, und durch die Turbine zu der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung, von der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung zu der Umgebung fließen.
  • Das erste Dreiwegeventil 222 in der zweiten Position kann Abgas lenken, um das Abgasrückgewinnungssystem 254 und die Turbine zu umgehen, und Abgas durch die zweite Leitung 218 direkt zu der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung fließen lassen (zum Beispiel in dem ersten Bypassmodus, während Kaltstartzuständen, und in dem zweiten Bypassmodus, während Maschinenleerlauf, wie in den 4 und 5 veranschaulicht).
  • Das erste Ventil in der dritten Position kann einen Abgasanteil zu der ersten Leitung 216 lenken, wobei das Abgas zu dem Abgasrückgewinnungsystem 254 (und durch dieses) zu der Turbine 204 fließt, und kann einen anderen Abgasanteil lenken, um zu der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung zu fließen, indem die Turbine umgangen wird (zum Beispiel in dem zweiten Standardmodus, während Spitzenlastzuständen, wie in 3 veranschaulicht). Ähnlich wie bei dem Abgassystem und den Verfahren, die oben unter Bezugnahme auf die 2 bis 10 beschrieben sind, kann das Abgassystem, das in 11 veranschaulicht ist, in den vier Betriebsmodi (erster Standardmodus, zweiter Standardmodus, erster Bypassmodus, zweiter Bypassmodus) betrieben werden und kann zwischen den vier Betriebsmodi in Abhängigkeit von Maschinenbetriebszuständen übergehen.
  • 12 veranschaulicht schematisch ein Maschinensystem 1000 mit einem Abgassystem 71. Das Abgassystem 71 kann mit der Maschine 10 gekoppelt sein, die eine Vielzahl von Zylindern aufweist, die hier als vier Zylinder abgebildet sind, die in Reihe eingerichtet sind, obwohl andere Konfigurationen möglich sind. Wie zuvor in 2 veranschaulicht, empfängt die Maschine 10 Ansaugluft über den Einlasskrümmer 44 und stößt Abgas über den Auslasskrümmer 48 aus. Das Abgassystem 71 weist einen Turbolader 1002 auf, der einen Verdichter 1006 aufweist, der im Ansaugkanal 42 eingerichtet ist, und eine Turbine 1004, die entlang einer Leitung zum Empfangen von Abgas von dem Auslasskrümmer 48 eingerichtet ist. Der Verdichter 1006 kann mindestens teilweise von der Abgasturbine 1004 über eine Welle 1008 mit Leistung versorgt werden. Etwas oder das gesamte Abgas kann die Turbine 1004 über eine Turbinenbypassleitung, die von einem Wastegate 1030 gesteuert wird, umgehen. Ein Abgasenergierückgewinnungssystem 1020, das mit einer Batterie 1021 gekoppelt ist, kann mit der Abgasleitung stromabwärts des Auslasskrümmers und stromaufwärts der Turbine 1004 fluidtechnisch gekoppelt sein.
  • Das Abgasenergierückgewinnungssystem 1020 kann mindestens ein Element zur Umwandlung von Wärme in Elektrizität aufweisen, das den Temperaturunterschied zwischen dem Abgas und einem Kühlfluid (zum Beispiel Maschinenkühlmittel) in elektrische Spannung umwandelt, die in der Batterie 1021 gespeichert werden kann. Eine HD-AGR-Leitung 1016 mit einem HD-AGR-Ventil 1017 kann das gekühlte Abgas, das aus dem Abgasenergierückgewinnungssystem 1020 stromaufwärts der Turbine austritt, zum Ansaugkanal stromabwärts des Verdichters fließen lassen. Eine ND-AGR-Leitung 1018 kann gekühltes Abgas, das aus dem Abgasenergierückgewinnungssystem 1020 austritt, von stromabwärts der Turbine 1004 zum Ansaugkanal stromaufwärts des Verdichters 1006 fließen lassen.
  • Das Abgassystem 71 weist eine oder mehrere Abgasnachbehandlungsvorrichtungen ähnlich den Nachbehandlungsvorrichtungen, die unter Bezugnahme auf 2 beschrieben sind, auf. Wie in 12 veranschaulicht, weist das Abgassystem 71 eine erste Nachbehandlungsvorrichtung 1010, eine zweite Nachbehandlungsvorrichtung 1012 und eine dritte Nachbehandlungsvorrichtung 1014 auf. Die Nachbehandlungsvorrichtungen können einen Dreiwegekatalysator (TWC) und/oder eine Kohlenwasserstofffalle und/oder ein Partikelfilter und/oder einen Auspufftopf und/oder einen Oxidationskatalysator und/oder eine Falle für mageres NOx (LNT) und/oder ein selektives katalytisches Reduktionssystem (selective catalytic reduction, SCR) oder andere geeignete Nachbehandlungsvorrichtung aufweisen. Bei einem spezifischen Beispiel kann die Maschine 10 eine Benzinmaschine sein und die erste Nachbehandlungsvorrichtung kann ein TWC sein, die zweite Nachbehandlungsvorrichtung kann ein Unterbodenwandler sein, und die dritte Nachbehandlungsvorrichtung kann ein Auspufftopf sein. Bei einem anderen spezifischen Beispiel kann die Maschine 10 eine Dieselmaschine sein, und die erste Nachbehandlungsvorrichtung kann ein Diesel-Oxidationskatalysator sein, die zweite Nachbehandlungsvorrichtung kann ein Diesel-Partikelfilter sein, und die dritte Nachbehandlungsvorrichtung kann ein SCR/LNT sein. Die Beispiele, die oben bereitgestellt werden, sind nicht einschränkend, und andere Konfigurationen sind möglich.
  • Das Abgassystem 71 weist ferner eine Vielzahl von Abgasleitungen und Dreiwegeventilen auf, um einen Abgasstrom durch eine Turbine 1004 und durch die Vielzahl von Nachbehandlungsvorrichtungen zu lenken. Der Auslasskrümmer 48 ist mit einer ersten Leitung 1024 fluidtechnisch gekoppelt. Die erste Leitung 1024 ist durch ein erstes Dreiwegeventil 1022 mit dem Abgasenergierückgewinnungssystem 1020 und dann mit der Turbine 1004 fluidtechnisch gekoppelt. Eine zweite Leitung 1026 verbindet die Turbine 1004 mit der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung, und dann die Nachbehandlungsvorrichtung mit der Umgebung. Eine dritte Leitung 1028 hat einen Einlass, der mit der ersten Leitung 1024 durch das erste Dreiwegeventil 1022 gekoppelt ist, und die dritte Leitung 1028 hat einen Auslass, der mit der zweiten Leitung 1026 stromabwärts der Turbine und stromaufwärts der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung gekoppelt ist. Wenn daher das erste Dreiwegeventil 1022 in einer ersten Position ist, ist die erste Leitung 1024 konfiguriert, um Abgas direkt von dem Auslasskrümmer 48 durch das Abgasenergierückgewinnungssystem 1020 zu der Turbine 1004, mindestens bei einigen Zuständen, zu lenken. Wenn das erste Dreiwegeventil in der zweiten Position ist, ist die dritte Leitung 1028 konfiguriert, um Abgas direkt zu der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung zu lenken, indem Abgasfluss um das Abgasenergierückgewinnungssystem 1020 und die Turbine 1004 bei mindestens bestimmten Betriebszuständen umgeleitet wird.
  • Bei einem Beispiel, während niedrigen Maschinenlastzuständen, darunter Maschinenleerlaufzustände, kann das Abgassystem in einem ersten Betriebsmodus betrieben werden. Bei dem ersten Betriebsmodus lenkt das erste Dreiwegeventil 1022 in einer ersten Position Abgas durch die erste Leitung 1024 zu dem Abgasenergierückgewinnungssystem 1020. Abgas fließt dann durch das Abgasenergierückgewinnungssystem 1020 zu der Turbine 1004. Wärmeenergie des Abgases kann extrahiert und in elektrische Energie von dem Abgasenergierückgewinnungssystem 1020 umgewandelt und in der Batterie 1021 gespeichert werden. Das gekühlte Abgas, das das Abgasenergierückgewinnungssystem 1020 verlässt, fließt zu der Turbine 1004 und dann durch die Turbine zu der zweiten Leitung 1026, wo das Abgas durch die mindestens eine Nachbehandlungsvorrichtung zur Umgebung fließt. ND-AGR kann von der zweiten Leitung 1026 zum Ansaugkanal 42 stromaufwärts des Verdichters 1006 durch die ND-AGR-Leitung 1018 durch Regulieren des ND-AGR-Ventils 1019 gelenkt werden. Das Abgas, das durch die ND-AGR-Leitung 1018 fließt, hat bereits eine verringerte Temperatur, da Wärmeenergie aus dem Abgas extrahiert wurde, als es durch das Abgasenergierückgewinnungssystem 1020 floss. Die ND-AGR, die zu der Ansaugung stromaufwärts des Verdichters geliefert wird, kann Emissionen verringern und Kraftstoffeffizienz erhöhen.
  • Wenn die Maschine bei Spitzenleistungs- und/oder -lastzuständen arbeitet, kann das Abgassystem in einem zweiten Betriebsmodus sein, bei dem Abgas durch das erste Dreiwegeventil in der ersten Position zu dem Abgasenergierückgewinnungssystem 1020 (und durch dieses) zu der Turbine 1004 fließt. Abgas fließt dann durch die Turbine zu der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung und dann zur Umgebung. Gekühlte AGR, die stromabwärts des Abgasenergierückgewinnungssystems und stromaufwärts der Turbine austritt, kann durch die HD-AGR-Leitung zum Ansaugkanal 42 stromabwärts des Verdichters 1006 gelenkt werden, was Pumpverluste der Maschine verringert, die Kraftstoffeinsparungen verbessert und Emissionen verringert.
  • Bei einem anderen Beispiel kann sich das Abgassystem in einem dritten Betriebsmodus während Kaltstartzuständen befinden, wenn die Nachbehandlungsvorrichtungen noch nicht die Anspringtemperatur erreicht haben. Bei dem dritten Betriebsmodus kann das Dreiwegeventil 1022 in einer zweiten Position Abgas durch die dritte Leitung 1028 zu der zweiten Leitung 1026, dann von der zweiten Leitung 1026 zu der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung, und dann von der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung zur Umgebung fließen lassen, indem das Abgasenergierückgewinnungssystem 1020 und die Turbine 1004 umgangen werden. Eventuell fließt keine AGR durch die HD-AGR- und ND-AGR-Leitungen zu der Ansaugung.
  • 13 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 1100 zum Auswählen eines Abgassystem-Betriebsmodus veranschaulicht. Das Verfahren 1100 kann ausgeführt werden, um ein Abgassystem, wie das Abgassystem 71 der 12 in einem gewünschten Betriebsmodus zu betreiben. Anweisungen zur Durchführung des Verfahrens 1100 und der restlichen der hier enthaltenen Verfahren können durch eine Steuervorrichtung (zum Beispiel die Steuervorrichtung 12) basierend auf Anweisungen, die in einem Speicher der Steuervorrichtung gespeichert sind und in Verbindung mit Signalen, die von Sensoren des Kraftmaschinensystems, wie etwa den oben mit Bezug auf die 1 und 12 beschriebenen Sensoren, empfangen werden, ausgeführt werden. Die Steuervorrichtung kann Maschinenaktuatoren des Maschinensystems verwenden, wie zum Beispiel die Dreiwegeventile, Wastegate, Drossel usw., um den Maschinenbetrieb gemäß den unten beschriebenen Verfahren einzustellen.
  • Bei 1102 weist das Verfahren 1100 das Bestimmen von Betriebsparametern auf. Die bestimmten Betriebsparameter können, ohne darauf beschränkt zu sein, Maschinendrehzahl, angefordertes Drehmoment, Maschinentemperatur, Aufladedruck, Maschinenausgabe, Abgas-Bestandteilkonzentration und andere Parameter aufweisen. Bei 1104 weist das Verfahren 1100 basierend auf den bestimmten Betriebsparametern das Bestimmen auf, ob ein niedriger Maschinenlastzustand erfasst wird. Der niedrige Maschinenlastzustand kann erfasst werden, wenn die Maschine im Leerlauf ist, die Maschine nicht oberhalb einer Schwellendrehzahl arbeitet oder gemäß einem anderen Parameter. Folglich, falls der niedrige Maschinenlastzustand erfasst wird, geht das Verfahren 1100 zu 1112 weiter, um mit dem Abgassystem in dem ersten Betriebsmodus zu arbeiten, der das Fließen von Abgas durch ein erstes Dreiwegeventil in einer ersten Position zu einem Abgasenergierückgewinnungssystem, durch das Abgasenergierückgewinnungssystem zu einer Turbine, durch die Turbine zu mindestens einer Nachbehandlungsvorrichtung, und durch die mindestens eine Nachbehandlungsvorrichtung zu der Umgebung aufweist. Gekühlte AGR durch eine ND-AGR-Leitung wird zur einer Ansaugung stromaufwärts eines Verdichters gelenkt. Das Verfahren 1100 geht dann zurück.
  • Falls kein niedriger Maschinenlastzustand erfasst wird, geht das Verfahren 1100 zu 1106 weiter, um zu bestimmen, ob die Maschine unter Spitzenleistungs- und/oder -lastzuständen arbeitet. Spitzenleistungs- und/oder -lastzustände können maximale Maschinenlast und/oder Leistungsausgabe aufweisen, und können basierend auf Luftmassenstrom, Abgastemperatur, Ansaugdrosselposition oder einem anderen geeigneten Parameter erfasst werden. Falls bestimmt wird, dass die Maschine unter Spitzenleistungs- und/oder -lastzuständen arbeitet, geht das Verfahren 1100 zu 1114 weiter, um das Abgassystem in einem zweiten Betriebsmodus zu betreiben. Der zweite Betriebsmodus weist auf, dass das erste Ventil in der ersten Position ist, und weist auch auf, dass Abgas durch das Abgasenergierückgewinnungssystem zu der Turbine, durch die Turbine zu der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung, und durch die mindestens eine Nachbehandlungsvorrichtung zu der Umgebung fließt. Gekühlte AGR durch eine HD-AGR-Leitung wird zu der Ansaugung stromabwärts des Verdichters gelenkt. Das Verfahren 1100 kehrt dann zurück.
  • Falls keine Spitzenlastzustände erfasst werden, geht das Verfahren zu 1108 weiter, um zu beurteilen, ob Kaltstartzustände vorliegen. Kaltstartzustände können Maschinentemperatur unterhalb einer Schwellentemperatur, Katalysatortemperatur unterhalb einer Schwellentemperatur, Maschinentemperatur gleich Umgebungstemperatur beim Starten, weniger als eine Schwellenmenge an Zeit, die seit einem Maschinenstarten verstrichen ist, oder andere geeignete Parameter aufweisen.
  • Bei Maschinenkaltstartzuständen kann die Maschinentemperatur unterhalb der Standardbetriebstemperatur (zum Beispiel 100 °F, (etwa 37,78°C)) sein, und daher kann/können eine oder mehrere Nachbehandlungsvorrichtungen in dem Abgas, wie zum Beispiel ein TWC, unterhalb der Anspringtemperatur sein. Um das Erwärmen der Nachbehandlungsvorrichtung zu beschleunigen, kann Abgas durch die eine oder mehreren Nachbehandlungsvorrichtungen geroutet werden, indem das Abgasenergierückgewinnungssystem und die Turbine umgangen werden. Falls die Maschine daher unter Kaltstartzuständen arbeitet, geht das Verfahren 1100 zu 1116 weiter, um mit dem Abgassystem in einem dritten Betriebsmodus zu arbeiten, der das Fließen von Abgas durch die mindestens eine Nachbehandlungsvorrichtung zur Umgebung unter Umgehen des Abgasenergierückgewinnungssystems und der Turbine aufweist. Das Verfahren 1100 geht dann zurück.
  • Falls die Maschine nicht unter Kaltstartzuständen arbeitet, zum Beispiel falls die Maschinentemperatur oberhalb einer Schwellentemperatur liegt, geht das Verfahren 1100 zu 1110 weiter und betreibt das Abgassystem in dem ersten Betriebsmodus, wie oben beschrieben. Das Verfahren 1100 geht dann zurück.
  • Auf diese Art kann ein Abgassystem eines Maschinensystems in einem Fahrzeug in unterschiedlichen Modi als Reaktion auf Maschinenbetriebszustände betrieben werden. Während des Betriebs in dem ersten Standardmodus fließt Abgas durch die Turbine, bevor es die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen erreicht, was ein maximales Extrahieren von Abgasenergie über den Turbolader erlaubt. Das kann insbesondere während eines Anfahrens des Fahrzeugs oder bei anderen Zuständen, die gewöhnlich mit Turboladerloch zusammenhängen, von Nutzen sein, da schnelle Turbinenreaktion (das heißt Hochlaufen) gewünscht wird, um das geforderte Drehmoment zu liefern. Während des Betriebs in dem zweiten Standardmodus, während Maschinenspitzenlastzuständen, kann etwas Last von der Turbine weg gelenkt werden, indem mindestens ein Teil des Abgasflusses von der Turbine umgelenkt wird, indem Last verringert und Überhitzen der Turbine vermieden wird. Während des Betriebs in dem ersten Bypassmodus fließt das Abgas durch die Nachbehandlungsvorrichtungen, bevor es die Turbine erreicht. Das kann schnelles Aufwärmen des Katalysators während Kaltstartzuständen erlauben, und kann hohe Abgastemperatur, partikelförmige Materie oder andere Abgaskomponenten, die die Turbine verschlechtern können, daran hindern, die Turbine zu erreichen. Zusätzlich kann der Abgasstaudruck in dem ersten Bypassbetriebsmodus verringert werden. Während des Betriebs in dem zweiten Bypassmodus kann Abgas, das durch die mindestens eine Nachbehandlungsvorrichtung zu der Turbine fließt, teilweise durch das zweite Ventil zur Umgebung gelenkt werden, um Pumpverluste während Maschinenleerlaufzuständen zu verringern. Ferner fließt bei allen Betriebsmodi, die oben beschrieben sind, Abgas immer noch durch die Nachbehandlungsvorrichtungen und wird der Turbine zugeführt, was Einhaltung der Emissionsanforderungen und erhöhte Maschinenleistung bei allen Betriebszuständen erlaubt, ohne die Anordnung der Maschinenbauteile einstellen zu müssen.
  • Die technische Wirkung des Betreibens eines Maschinensystems mit einem Abgassystem in einem ersten oder zweiten Standardbetriebsmodus stellt schnelle Reaktion während Beschleunigungsereignissen bereit, während die Last auf der Turbine während Maschinenspitzenlastzuständen verringert wird. Zusätzlich stellt die technische Wirkung des Betreibens eines Maschinensystems mit einem Abgassystem entweder in einem ersten oder zweiten Bypassbetriebsmodus beschleunigtes Aufwärmen des Katalysators bei Kaltstartzuständen auf, während Pumpverluste während Maschinenleerlaufzuständen verringert werden.
  • Ein Verfahren für eine Maschine weist während eines ersten Zustands das Fließen eines ersten Abgasanteils zu einer Turbine, von der Turbine zu mindestens einer Nachbehandlungsvorrichtung, dann von der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung zu der Umgebung auf, und das Fließen eines zweiten Abgasanteils zu der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung unter Umgehen der Turbine, dann von der Nachbehandlungsvorrichtung zu der Umgebung, und während eines zweiten Zustands das Fließen eines dritten Abgasanteils zu der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung, von der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung zu der Turbine und dann von der Turbine zur Umgebung auf, und das Fließen eines vierten Abgasanteils zu der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung, und dann von der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung zu der Umgebung unter Umgehen der Turbine auf. Bei einem ersten Beispiel des Verfahrens umfasst der erste Zustand Maschinenausgabe oberhalb einer ersten Schwellenausgabe, und der zweite Zustand umfasst Maschinenausgabe unter einer zweiten Schwellenausgabe. Ein zweites Beispiel des Verfahrens weist optional das erste Beispiel auf und umfasst ferner das Fließen mindestens eines Abgasanteils zu einer Ansaugung einer Maschine über eine gemeinsame Abgasrückführleitung, die in eine Hochdruck-Abgasrückführleitung und in eine Niederdruck-Abgasrückführleitung verzweigt ist, auf, wobei die gemeinsame Abgasrückführleitung Abgas an einer Stelle zwischen der Turbine und der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung empfängt. Ein drittes Beispiel des Verfahrens weist optional eines oder mehrere des ersten und zweiten Beispiels auf und weist ferner während des ersten Zustands das Fließen von Abgas durch die gemeinsame Abgasrückführleitung zu der Hochdruck-Abgasrückführleitung, von der Hochdruck-Abgasrückführleitung zu der Ansaugung stromaufwärts eines Verdichters, und während des zweiten Zustands das Fließen von Abgas durch die gemeinsame Abgasrückführleitung zu der Niederdruck-Abgasrückführleitung, von der Niederdruck-Abgasrückführleitung zu der Ansaugung stromaufwärts des Verdichters auf. Ein viertes Beispiel des Verfahrens weist optional eines oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels auf und weist ferner auf, dass das Fließen von Abgas während des ersten Zustands das Platzieren eines ersten Dreiwegeventils in einer dritten Position umfasst, und das Platzieren eines zweiten Dreiwegeventils und eines dritten Dreiwegeventils jeweils in erste Positionen. Ein fünftes Beispiel des Verfahrens weist optional eines oder mehrere des ersten bis vierten Beispiels auf und weist ferner auf, dass das Fließen von Abgas während des zweiten Zustands das Platzieren des ersten Dreiwegeventils und des dritten Dreiwegeventils in der jeweiligen zweiten Position und des zweiten Dreiwegeventils in einer dritten Position auf. Ein sechstes Beispiel des Verfahrens weist optional eines oder mehrere des ersten bis fünften Beispiels auf und weist ferner als Reaktion auf einen Übergang von dem ersten Zustand auf den zweiten Zustand das Einstellen eines Ansaugdrosselventils und/oder eines Abgasrückführungsventils zum Beibehalten des gewünschten Ansaugluftflusses auf. Ein siebtes Beispiel des Verfahrens weist optional eines oder mehrere des ersten bis sechsten Beispiels auf, und weist ferner auf, dass das Ansaugdrosselventil und/oder Abgasrückführungsventil ferner basierend auf Aufladedruck eingestellt sind. Ein achtes Beispiel des Verfahrens weist optional eines oder mehrere des ersten bis siebten Beispiels auf und umfasst ferner während eines dritten Zustands das Fließen von Abgas durch die Turbine, von der Turbine zu der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung, dann von der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung zur Umgebung und während eines vierten Zustands das Fließen von Abgas durch die mindestens eine Nachbehandlungsvorrichtung, von der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung zu der Turbine, dann von der Turbine zur Umgebung auf. Ein neuntes Beispiel des Verfahrens weist optional ein oder mehrere des ersten bis achten Beispiels auf und weist ferner auf, dass der dritte Zustand ein Maschinenbeschleunigungsereignis umfasst, und der vierte Zustand eine Maschinentemperatur unterhalb einer Schwellentemperatur umfasst.
  • Ein System für eine Maschine weist eine Maschine auf, die einen Auslasskrümmer, eine Turboladerturbine, die mit dem Auslasskrümmer über eine erste Leitung fluidtechnisch gekoppelt ist, eine zweite Leitung, die von der ersten Leitung stromaufwärts der Turbine abzweigt und einen Auslass hat, der mit der Turbine fluidtechnisch gekoppelt ist, ein erstes Dreiwegeventil an einer Verbindung zwischen der ersten Leitung und der zweiten Leitung, mindestens eine Nachbehandlungsvorrichtung, die in der zweiten Leitung positioniert ist, ein zweites Dreiwegeventil, das in der zweiten Leitung stromaufwärts der Turbine und stromabwärts der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung positioniert ist, auf, wobei das zweite Dreiwegeventil die zweite Leitung mit der Umgebung koppelt, eine dritte Leitung, die mit einem Auslass der Turbine und mit der zweiten Leitung stromaufwärts der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung fluidtechnisch gekoppelt ist, ein drittes Dreiwegeventil, das die dritte Leitung mit der Umgebung koppelt, ein viertes Dreiwegeventil, das eine gemeinsame Abgasrückführ(AGR)-Leitung mit einer Niederdruck-AGR(ND-AGR)-Leitung und mit einer Hochdruck-AGR(HD-AGR)-Leitung koppelt, und eine Steuervorrichtung, die Anweisungen speichert, die ausführbar sind, um: als Reaktion auf einen ersten Maschinenbetriebszustand eine Position eines oder mehrerer des ersten Dreiwegeventils, des zweiten Dreiwegeventils, des dritten Dreiwegeventils und des vierten Dreiwegeventils einzustellen, um die erste Leitung mit der Turbine und der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung fluidtechnisch zu koppeln, die zweite Leitung mit der Umgebung fluidtechnisch zu koppeln, die dritte Leitung mit der zweiten Leitung fluidtechnisch zu koppeln, und die gemeinsame AGR-Leitung mit der HD-AGR- Leitung fluidtechnisch zu koppeln, und als Reaktion auf einen zweiten Betriebszustand die Position eines oder mehrerer des ersten Dreiwegeventils, des zweiten Dreiwegeventils, des dritten Dreiwegeventils und des vierten Dreiwegeventils einzustellen, um die zweite Leitung mit der Turbine und der Umgebung fluidtechnisch zu koppeln, die erste Leitung mit der zweiten Leitung fluidtechnisch zu koppeln, die dritte Leitung mit der Umgebung fluidtechnisch zu koppeln, und die gemeinsame AGR-Leitung mit der ND-AGR-Leitung fluidtechnisch zu koppeln. Bei einem ersten Beispiel des Systems, bei dem die Steuervorrichtung Anweisungen hat, um: die erste Leitung mit der Turbine und der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung fluidtechnisch zu koppeln, die Position des ersten Dreiwegeventils in eine dritte Position einzustellen, die konfiguriert ist, um einen ersten Abgasanteil zu der ersten Leitung und einen zweiten Abgasanteil zu der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung zu lenken, die zweite Leitung mit der Umgebung fluidtechnisch zu koppeln, die Position des zweiten Dreiwegeventils in eine erste Position einzustellen, die konfiguriert ist, um Abgas nur zu der Umgebung zu lenken, die dritte Leitung mit der zweiten Leitung fluidtechnisch zu koppeln, die Position des dritten Dreiwegeventils in eine erste Position einzustellen, die konfiguriert ist, um Abgas nur zu der zweiten Leitung zu lenken, und die gemeinsame AGR-Leitung mit der HD-AGR-Leitung fluidtechnisch zu koppeln, die Position des vierten Dreiwegeventils in eine erste Position einzustellen, die konfiguriert ist, um Abgas nur zu der HD-AGR-Leitung zu lenken. Ein zweites Beispiel des Systems weist optional das erste Beispiel auf und weist ferner auf, dass die Steuervorrichtung Anweisungen hat, die ausführbar sind, um: die zweite Leitung mit der Turbine und der Umgebung fluidtechnisch zu koppeln, die Position des zweiten Dreiwegeventils in eine dritte Position einzustellen, die konfiguriert ist, um den dritten Abgasanteil zu der Turbine zu lenken, und den vierten Abgasanteil zu der Umgebung zu lenken, die erste Leitung mit der zweiten Leitung fluidtechnisch zu koppeln, die Position des ersten Dreiwegeventils in eine zweite Position einzustellen, die konfiguriert ist, um Abgas nur zu der zweiten Leitung zu lenken, die dritte Leitung mit der Umgebung fluidtechnisch zu koppeln, die Position des dritten Dreiwegeventils in eine zweite Position einzustellen, die konfiguriert ist, um Abgas nur zu der Umgebung zu lenken und die gemeinsame AGR-Leitung mit der ND-AGR-Leitung fluidtechnisch zu koppeln, die Position des vierten Dreiwegeventils in eine zweite Position einzustellen, die konfiguriert ist, um Abgas nur zu der ND-AGR-Leitung zu lenken. Ein drittes Beispiel des Systems weist optional das erste und das zweite Beispiel auf und weist ferner ein Abgasenergierückgewinnungssystem auf, das mit einer Batterie gekoppelt ist, die in der ersten Leitung stromabwärts des Dreiwegeventils und stromaufwärts der Turbine positioniert ist. Ein viertes Beispiel des Systems weist optional eines oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels auf, und weist ferner auf, dass die Steuervorrichtung Anweisungen hat, die ausführbar sind, um die Position des ersten Dreiwegeventils einzustellen, um die erste Leitung mit dem Abgasenergierückgewinnungssystem fluidtechnisch zu koppeln. Ein fünftes Beispiel des Systems weist optional eines oder mehrere des ersten bis vierten Beispiels auf und weist ferner auf, dass ein Einlass der gemeinsamen AGR-Leitung mit der dritten Leitung stromaufwärts des dritten Dreiwegeventils und stromabwärts der Turbine gekoppelt ist. Ein sechstes Beispiel des Systems weist optional eines oder mehrere des ersten bis fünften Beispiels auf und weist ferner auf, dass die Steuervorrichtung ferner Anweisungen umfasst, die ausführbar sind, um, als Reaktion auf eine dritten Maschinenbetriebszustand die Position eines oder mehrerer des ersten, zweiten, dritten und vierten Dreiwegeventils einzustellen, um die erste Leitung nur mit der fluidtechnisch zu koppeln, die dritte Leitung nur mit der zweiten Leitung fluidtechnisch zu koppeln, die zweite Leitung nur mit der Umgebung fluidtechnisch zu koppeln, und die gemeinsame AGR-Leitung mit der HD-AGR-Leitung fluidtechnisch zu koppeln. Ein siebtes Beispiel des Systems weist optional eines oder mehrere des ersten bis sechsten Beispiels auf, und weist ferner auf, dass die Steuervorrichtung ferner Anweisungen aufweist, die ausführbar sind, um als Reaktion auf einen vierten Maschinenbetriebszustand die Position eines oder mehrerer des ersten, zweiten, dritten und vierten Dreiwegeventils einzustellen, um die erste Leitung nur mit der zweiten Leitung fluidtechnisch zu koppeln, die zweite Leitung nur mit der Turbine fluidtechnisch zu koppeln, die dritte Leitung nur mit der Umgebung fluidtechnisch zu koppeln, und die gemeinsame AGR-Leitung nur mit der ND-AGR-Leitung fluidtechnisch zu koppeln.
  • Ein anderes Beispiel weist das selektive Fließen von Abgas durch ein erstes Dreiwegeventil in einer ersten Position zu einer Turbine auf, dann von der Turbine zu mindestens einer Nachbehandlungsvorrichtung, und dann von der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung zu der Umgebung, und als Reaktion auf Aufladedruck oberhalb eines Schwellenwerts das Einstellen einer Position des ersten Dreiwegeventils, um einen Abgasanteil um die Turbine umzuleiten, wobei der Abgasanteil durch das erste Dreiwegeventil zu der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung und dann von der Nachbehandlungsvorrichtung zu der Umgebung läuft. Ein erstes Beispiel des Verfahrens weist ferner auf, dass das Einstellen der Position des ersten Dreiwegeventils ferner das Einstellen der Position des ersten Dreiwegeventils aufweist, um einen zweiten Abgasanteil durch das erste Dreiwegeventil zu der Turbine fließen zu lassen, dann von der Turbine zu der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung, dann von der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung zu der Umgebung.
  • Es sei darauf verwiesen, dass die hierin enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzungsroutinen mit diversen Kraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in nichtflüchtigem Speicher gespeichert werden und können durch das Steuersystem, das die Steuerung kombiniert mit den diversen Sensoren, Aktuatoren und anderer Kraftmaschinenhardware aufweist, ausgeführt werden. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere irgendeiner Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen, wie zum Beispiel ereignisgesteuert, interruptgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen. Daher können diverse Aktionen, Betriebe und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel ausgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise zum Erreichen der Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele erforderlich, sondern sie wird zur Vereinfachung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine oder mehrere der veranschaulichten Aktionen, Betriebe und/oder Funktionen können in Abhängigkeit von der jeweils verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Des Weiteren können die beschriebenen Handlungen, Operationen und/oder Funktionen einen in nicht flüchtigen Speicher des rechnerlesbaren Speichermediums im Motorsteuersystem zu programmierenden Code graphisch darstellen, wobei die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Kraftmaschinenhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung umfasst, durchgeführt werden.
  • Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Art sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne aufzufassen sind, da zahlreiche Varianten möglich sind. Die obige Technologie kann zum Beispiel auf V-6-, R-4-(I-4-), R-6-(I-6-), V-12-, Boxer-4- und andere Kraftmaschinenarten angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthält alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderer Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart werden.
  • Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere gewisse Kombinationen und Unterkombinationen auf, die als neu und nicht offensichtlich angesehen werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie den Einschluss eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen, wobei sie zwei oder mehr solcher Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Nachtrag der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, sei ihr Schutzbereich weiter, enger, gleich oder unterschiedlich vom Schutzbereich der Originalansprüche, werden ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthaltend angesehen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 8276366 [0003]

Claims (20)

  1. Verfahren, das Folgendes umfasst: während eines ersten Zustands, das Fließen eines ersten Abgasanteils zu einer Turbine, von der Turbine zu mindestens einer Nachbehandlungsvorrichtung, dann von der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung zur Umgebung, und das Fließen eines zweiten Abgasanteils zu der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung, das Umgehen der Turbine, dann von der Nachbehandlungsvorrichtung zur Umgebung, und während eines zweiten Zustands, das Fließen eines dritten Abgasanteils zu der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung, von der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung zu der Turbine, und dann von der Turbine zur Umgebung, und das Fließen eines vierten Abgasanteils zu der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung, und dann von der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung zur Umgebung, unter Umgehen der Turbine.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Zustand Maschinenausgabe oberhalb einer ersten Schwellenausgabe umfasst, und der zweite Zustand Maschinenausgabe unter einer zweiten Schwellenausgabe umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Fließen mindestens eines Abgasanteils zu einer Ansaugung einer Maschine über eine gemeinsame Abgasrückführleitung umfasst, die in eine Hochdruck-Abgasrückführleitung und in eine Niederdruck-Abgasrückführleitung verzweigt ist, wobei die gemeinsame Abgasrückführleitung Abgas an einer Stelle zwischen der Turbine und der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung empfängt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, das ferner während des ersten Zustands das Fließen von Abgas durch die gemeinsame Abgasrückführleitung zu der Hochdruck-Abgasrückführleitung, von der Hochdruck-Abgasrückführleitung zu der Ansaugung stromaufwärts eines Verdichters, und während des zweiten Zustands das Fließen von Abgas durch die gemeinsame Abgasrückführleitung zu der Niederdruck-Abgasrückführleitung, von der Niederdruck-Abgasrückführleitung zu der Ansaugung stromaufwärts des Verdichters umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Fließen von Abgas während des ersten Zustands das Platzieren eines ersten Dreiwegeventils in einer dritten Position und das Platzieren eines zweiten Dreiwegeventils und eines dritten Dreiwegeventils in jeweiligen ersten Positionen umfasst.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Fließen von Abgas während des zweiten Zustands das Platzieren des ersten Dreiwegeventils und des dritten Dreiwegeventils in jeweiligen zweiten Positionen und des zweiten Dreiwegeventils in einer dritten Position umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner als Reaktion auf einen Übergang von dem ersten Zustand zu dem zweiten Zustand das Einstellen eines oder mehrerer eines Ansaugdrosselventils und eines Abgasrückführungsventils zum Beibehalten des gewünschten Ansaugluftflusses umfasst.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das eine oder mehrere des Ansaugdrosselventils und des Abgasrückführungsventils ferner basierend auf Aufladedruck eingestellt werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner während eines dritten Zustands das Fließen von Abgas durch die Turbine, von der Turbine zu der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung, dann von der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung zur Umgebung und während eines vierten Zustands das Fließen von Abgas durch die mindestens eine Nachbehandlungsvorrichtung, von der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung zu der Turbine, dann von der Turbine zur Umgebung umfasst.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der dritte Zustand ein Maschinenbeschleunigungsereignis umfasst, und der vierte Zustand Maschinentemperatur unter einer Schwellentemperatur umfasst.
  11. System, das Folgendes umfasst: eine Maschine, die einen Auslasskrümmer hat, eine Turboladerturbine, die fluidtechnisch mit dem Auslasskrümmer über eine erste Leitung gekoppelt ist, eine zweite Leitung, die von der ersten Leitung stromaufwärts der Turbine abzweigt und einen Auslass, der fluidtechnisch mit der Turbine gekoppelt ist, hat, ein erstes Dreiwegeventil an einer Verbindung zwischen der ersten Leitung und der zweiten Leitung, mindestens eine Nachbehandlungsvorrichtung, die in der zweiten Leitung positioniert ist, ein zweites Dreiwegeventil, das in der zweiten Leitung stromaufwärts der Turbine und stromabwärts der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung positioniert ist, wobei das zweite Dreiwegeventil die zweite Leitung mit der Umgebung koppelt, eine dritte Leitung, die fluidtechnisch mit einem Auslass der Turbine und mit der zweiten Leitung stromaufwärts der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung gekoppelt ist, ein drittes Dreiwegeventil, das die dritte Leitung mit der Umgebung koppelt, ein viertes Dreiwegeventil, das eine gemeinsame Abgasrückführ(AGR)-Leitung mit einer Niederdruck-AGR(ND-AGR)-Leitung und einer Hochdruck-AGR(HD-AGR)-Leitung koppelt, und eine Steuervorrichtung, die Anweisungen speichert, die ausführbar sind, um: als Reaktion auf einen ersten Maschinenbetriebszustand, eine Position eines oder mehrerer des ersten Dreiwegeventils, des zweiten Dreiwegeventils, des dritten Dreiwegeventils und des vierten Dreiwegeventils einzustellen, um die erste Leitung mit der Turbine und mindestens einer Nachbehandlungsvorrichtung fluidtechnisch zu koppeln, die zweite Leitung mit der Umgebung fluidtechnisch zu koppeln, die dritte Leitung mit der zweiten Leitung fluidtechnisch zu koppeln, und die gemeinsame AGR-Leitung fluidtechnisch mit der HD-AGR-Leitung zu koppeln, und als Reaktion auf einen zweiten Maschinenbetriebszustand, die Position eines oder mehrerer des ersten Dreiwegeventils, des zweiten Dreiwegeventils, des dritten Dreiwegeventils und des vierten Dreiwegeventils einzustellen, um die zweite Leitung mit der Turbine und der Umgebung fluidtechnisch zu koppeln, die erste Leitung mit der zweiten Leitung fluidtechnisch zu koppeln, die dritte Leitung mit der Umgebung fluidtechnisch zu koppeln, und die gemeinsame AGR-Leitung mit der ND-AGR-Leitung fluidtechnisch zu koppeln.
  12. System nach Anspruch 11, wobei die Steuervorrichtung zum fluidtechnischen Koppeln der ersten Leitung mit der Turbine und der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung Anweisungen hat, die ausführbar sind, um das erste Dreiwegeventil in eine dritte Position einzustellen, die konfiguriert ist, um einen ersten Abgasanteil zu der ersten Leitung zu lenken, und einen zweiten Abgasanteil zu der mindestens einen Nachbehandlungsvorrichtung zu lenken, die Steuervorrichtung zum fluidtechnischen Koppeln der zweiten Leitung mit der Umgebung Anweisungen hat, die ausführbar sind, um das zweite Dreiwegeventil in eine erste Position einzustellen, die konfiguriert ist, um Abgas nur zu der Umgebung zu lenken, die dritte Leitung mit der zweiten Leitung fluidtechnisch zu koppeln, die Steuervorrichtung Anweisungen hat, die ausführbar sind, um das dritte Dreiwegeventil in eine erste Position einzustellen, die konfiguriert ist, um Abgas nur zu der zweiten Leitung zu lenken, und die gemeinsame AGR-Leitung mit der HD-AGR-Leitung fluidtechnisch zu koppeln, die Steuervorrichtung Anweisungen hat, die ausführbar sind, um das vierte Dreiwegeventil in eine erste Position einzustellen, die konfiguriert ist, um Abgas nur zu der HD-AGR-Leitung zu lenken.
  13. System nach Anspruch 11, wobei zum fluidtechnischen Koppeln der zweiten Leitung mit der Turbine und der Umgebung die Steuervorrichtung Anweisungen hat, die ausführbar sind, um das zweite Dreiwegeventil in eine dritte Position einzustellen, die konfiguriert ist, um den dritten Abgasanteil zu der Turbine zu lenken, und den vierten Abgasanteil zu der Umgebung zu lenken, die erste Leitung mit der zweiten Leitung fluidtechnisch zu koppeln, die Steuervorrichtung Anweisungen hat, die ausführbar sind, um das erste Dreiwegeventil in eine zweite Position einzustellen, die konfiguriert ist, um Abgas nur zu der zweiten Leitung zu lenken, die dritte Leitung mit der Umgebung fluidtechnisch zu koppeln, die Steuervorrichtung Anweisungen hat, um das dritte Dreiwegeventil in eine zweite Position einzustellen, die konfiguriert ist, um Abgas nur zu der Umgebung zu lenken, und die gemeinsame AGR-Leitung mit der ND-AGR-Leitung fluidtechnisch zu koppeln, die Steuervorrichtung Anweisungen hat, die ausführbar sind, um das vierte Dreiwegeventil in eine zweite Position einzustellen, die konfiguriert ist, um Abgas nur zu der ND-AGR-Leitung zu lenken.
  14. System nach Anspruch 11, das ferner ein Abgasenergierückgewinnungssystem umfasst, das mit einer Batterie gekoppelt ist, die in der ersten Leitung stromabwärts des ersten Dreiwegeventils und stromaufwärts der Turbine positioniert ist.
  15. System nach Anspruch 14, wobei die Steuervorrichtung Anweisungen hat, die ausführbar sind, um die Position des ersten Dreiwegeventils einzustellen, um die erste Leitung mit dem Abgasenergierückgewinnungssystem fluidtechnisch zu koppeln.
  16. System nach Anspruch 11, wobei ein Einlass der gemeinsamen AGR-Leitung mit der dritten Leitung stromaufwärts des dritten Dreiwegeventils und stromabwärts der Turbine gekoppelt ist.
  17. System nach Anspruch 11, wobei die Steuervorrichtung weitere Anweisungen umfasst, die ausführbar sind, um, als Reaktion auf einen dritten Maschinenbetriebszustand, die Position eines oder mehrerer des ersten, zweiten, dritten und vierten Dreiwegeventils einzustellen, um die erste Leitung nur mit der Turbine fluidtechnisch zu koppeln, die dritte Leitung nur mit der zweiten Leitung fluidtechnisch zu koppeln, die zweite Leitung nur mit der Umgebung fluidtechnisch zu koppeln, und die gemeinsame AGR-Leitung mit der HD-AGR-Leitung fluidtechnisch zu koppeln.
  18. System nach Anspruch 11, wobei die Steuervorrichtung weitere Anweisungen aufweist, die ausführbar sind, um als Reaktion auf einen vierten Maschinenbetriebszustand die Position eines oder mehrerer des ersten, zweiten, dritten und vierten Dreiwegeventils einzustellen, um die erste Leitung nur mit der zweiten Leitung fluidtechnisch zu koppeln, die zweite Leitung nur mit der Turbine fluidtechnisch zu koppeln, die dritte Leitung nur mit der Umgebung fluidtechnisch zu koppeln, und die gemeinsame AGR-Leitung nur mit der ND-AGR-Leitung fluidtechnisch zu koppeln.
  19. Verfahren, das Folgendes umfasst: das Fließen von Abgas durch ein erstes Dreiwegeventil in einer ersten Position zu einer Turbine, dann zu einer Nachbehandlungsvorrichtung und dann zu der Umgebung, und als Reaktion auf einen Aufladedruck oberhalb eines Schwellenwerts, Einstellen der Position des ersten Dreiwegeventils, um Abgas um die Turbine und durch das erste Dreiwegeventil zu der Nachbehandlungsvorrichtung und dann zur Umgebung umzuleiten.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Fließen von dem Dreiwegeventil zu der Nachbehandlungsvorrichtung und dann zur Umgebung direkt, ohne das Fließen durch irgendwelche andere Vorrichtungen dazwischen läuft, und wobei das Einstellen der Position des ersten Dreiwegeventils ferner das Einstellen der Position des ersten Dreiwegeventils umfasst, um einen zweiten Abgasanteil durch das erste Dreiwegeventil zu der Turbine, dann von der Turbine zu der Nachbehandlungsvorrichtung, dann von der Nachbehandlungsvorrichtung zu der Umgebung fließen zu lassen.
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