DE102017105639A1 - Verfahren und system zur emissionsreduzierung - Google Patents

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Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum dahingehenden Betreiben einer verzweigten Auslassanordnung in einem Fahrzeugmotor, den Katalysatorwirkungsgrad zu erhöhen und Motoremissionen zu reduzieren, bereitgestellt. In einem Beispiel kann ein Verfahren während einer Kaltstartbedingung Strömenlassen von Abgas zunächst durch einen Dreiwegekatalysator, dann durch einen Unterbodenkatalysator und dann durch eine Turbine, wobei jede Auslasskomponente an verschiedenen Verzweigungen der for zweiten Auslassanordnung untergebracht ist, umfassen. Nach der Aktivierung des Katalysators kann Abgas zunächst durch die Turbine, dann durch den Unterbodenkatalysator und dann durch den Dreiwegekatalysator strömen, und bei Motorhochlast kann Abgas gleichzeitig durch zwei Verzweigungen der verzweigten Auslassanordnung strömen und die Turbine teilweise umgehen.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Beschreibung betrifft allgemein Verfahren und Systeme zum dahingehenden Steuern eines Fahrzeugmotors, den Katalysatorwirkungsgrad zu erhöhen und Motoremissionen zu reduzieren.
  • Hintergrund/Kurzdarstellung
  • Motoren können mit einer aufgeladenen Luftladung betrieben werden, die über einen Turbolader bereitgestellt wird, in dem ein Einlassverdichter durch eine Abgasturbine angetrieben wird. Jedoch kann die Platzierung einer Turbine in einem Auslasssystem dadurch, dass die Turbine als eine Wärmesenke wirkt, die Motorkaltstartemissionen erhöhen. Insbesondere kann Motorabgaswärme während des Motorkaltstarts an der Turbine absorbiert werden, wodurch die Menge an Abgaswärme, die an einem stromabwärtigen Abgaskatalysator empfangen wird, verringert wird. Somit wird dadurch das Anspringen des Katalysators verzögert. Dadurch kann eine Zündzeitpunktverstellung nach spät erforderlich sein, um den Abgaskatalysator zu aktivieren. Jedoch kann der mit dem Einsatz einer Zündzeitpunktverstellung nach spät in Zusammenhang stehende Kraftstoffnachteil den Kraftstoffökonomievorteil des aufgeladenen Motorbetriebs aufheben oder sogar überwiegen.
  • Entsprechend sind verschiedene Ansätze entwickelt worden, um das Erreichen einer Katalysatoranspringtemperatur während Kaltstartbedingungen bei einem aufgeladenen Motor zu beschleunigen. Ein beispielhafter Ansatz, der durch Andrews in US 8234865 gezeigt wird, umfasst das Leiten von Abgas zu einem Abgasendrohr über einen Durchgang, der die Abgasturbine während Kaltstartbedingungen umgeht. Ein passives thermisch betriebenes Ventil wird zur Regulierung des Abgasstroms durch den Durchgang verwendet, wobei das Ventil während Niedrigtemperaturbedingungen (wie z. B. während eines Kaltstarts) öffnet. Das thermisch betriebene Ventil umfasst ein Bimetallelement, das sich basierend auf der Temperatur verformt und dadurch das Öffnen des Ventils reguliert. Durch das Umgehen der Turbine kann Abgaswärme direkt zu dem Abgaskatalysator zugeführt werden.
  • Die vorliegenden Erfinder haben jedoch potenzielle Probleme bei solchen Systemen erkannt. Beispielsweise kann es aufgrund dessen, dass das Abgas die Turbine umgeht, zu einer Verzögerung beim Anlaufen der Turbine kommen, was zu einem Turboloch und reduzierter Aufladungsleistung führt. Weiterhin kann die Temperatur des ungehinderten Abgases, das den Katalysator erreicht, nach dem Anspringen des Katalysators höher als erwünscht sein. Insbesondere kann der Katalysator aufgrund einer Beschichtung auf der Katalysatoroberfläche (wie z. B. auf der Oberfläche eines Abgasoxidationskatalysators oder Dreiwegekatalysators) höhere Umwandlungswirkungsgrade bei geringeren Abgastemperaturen aufweisen. Dadurch kann die über dem gewünschten Maß liegende Temperatur von Abgas, das den Katalysator erreicht, zu einer reduzierten Katalysatorfunktionalität führen.
  • Die vorliegenden Erfinder haben einen Ansatz identifiziert, durch den die oben beschriebenen Probleme zumindest teilweise angegangen werden können. Ein beispielhaftes Verfahren für einen aufgeladenen Motor umfasst Folgendes: während eines Motorkaltstarts, Strömenlassen von Abgas durch zunächst einen Dreiwegekatalysator, dann durch einen Unterbodenkatalysator und dann eine Turbine; nach dem Anspringen des Katalysators, Strömenlassen von Abgas zunächst durch die Turbine, dann durch den Unterbodenkatalysator und dann durch den Dreiwegekatalysator; und während Hochlastbetrieb, zumindest teilweise Umgehen der Turbine. Auf diese Weise kann Abgaswärme zur Reduzierung des Turbolochs bei gleichzeitiger Beschleunigung des Anspringens des Katalysators verwendet werden.
  • In einem Beispiel kann ein turboaufgeladenes Motorsystem mit einer verzweigten Auslassanordnung konfiguriert sein, wobei der Auslassdurchgang in mindestens drei separate Verzweigungen unterteilt ist, die jeweils einen individuellen Strömungspfad erzeugen. Die Verzweigungen können über Ventile miteinander verbunden sein, so dass eine Abfolge des Abgasstroms entlang jedem der Strömungspfade über Einstellungen einer Stellung der Ventile eingestellt werden kann. Individuelle Auslasskomponenten können mit individuellen Verzweigungen der verzweigten Auslassanordnung gekoppelt sein. Beispielsweise kann eine Abgasturbine des Turboladers mit einer ersten Verzweigung gekoppelt sein, ein Unterbodenkatalysator kann mit einer zweiten Verzweigung gekoppelt sein, und ein Abgasoxidationskatalysator (Dreiwegekatalysator) kann mit einer dritten Verzweigung der Auslassanordnung gekoppelt sein. Während Kaltstartbedingungen können die Ventile zum Strömenlassen von Abgas durch den Katalysator, dann durch den Unterbodenkatalysator und dann durch die Turbine eingestellt werden. Nach dem Anspringen des Katalysators können die Ventile zum Strömenlassen von Abgas zunächst durch die Turbine, dann durch den Unterbodenkatalysator und dann durch den Katalysator eingestellt werden. Während Motorhochlastbedingungen, wie z. B. während des Betriebs unter Aufladung, können die Ventile derart eingestellt werden, dass Abgas gleichzeitig durch zwei separate Strömungspfade zum Endrohr geleitet wird. Beispielsweise kann ein erster Teil des Abgases zunächst durch die Turbine, dann durch den Unterbodenkatalysator und dann durch den anspringenden Katalysator strömen, bevor er über das Endrohr austritt. Ein zweiter (verbleibender) Teil des Abgases kann direkt durch den anspringenden (aktivierten) Katalysator strömen und die Turbine und den Unterbodenkatalysator umgehen, bevor er über das Endrohr austritt. Der Teil des Abgases, der durch den Katalysator geleitet wird, im Verhältnis zu dem Teil, der durch die Turbine geleitet wird, wird basierend auf der Motorlast eingestellt.
  • Auf diese Weise ist es durch Leiten von Abgas durch verschiedene Strömungspfade einer verzweigten Auslassanordnung möglich, das Erreichen der Katalysatoranspringtemperatur unter Bereitstellung von Aufladung für den Motor während Kaltstartbedingungen zu beschleunigen. Insbesondere kann Abgas durch sowohl eine Turbine, einen Abgaskatalysator als auch einen Unterbodenkatalysator strömengelassen werden, wobei eine Abfolge des Abgasstroms durch die Komponenten basierend auf Betriebsbedingungen eingestellt wird. Durch das dahingehende Einstellen des Abgasstroms während Kaltstartbedingungen, heißes Abgas durch einen Abgaskatalysator zu leiten, bevor das Abgas durch die verbleibenden Abgaskomponenten strömengelassen wird, kann Abgaswärme effizient auf den Katalysator übertragen werden, wodurch eine Aktivierung des Katalysators beschleunigt wird. Durch das dahingehende Einstellen des Abgasstroms nach der Aktivierung des Katalysators, das heiße Abgas durch eine Abgasturbine zu leiten, bevor das Abgas durch die verbleibenden Abgaskomponenten strömengelassen wird, kann das Turboloch reduziert werden. Darüber hinaus wird eine Temperatur des an dem Katalysator empfangenen Abgases gesenkt, wodurch der Katalysatorumwandlungswirkungsgrad verbessert wird. Durch das Leiten von Abgas über mehrere Strömungspfade in der Auslassanordnung ist es möglich, die Turbine teilweise zu umgehen, wodurch die Möglichkeit eines Aufladungsfehlers während Motorhochlastbedingungen reduziert wird. Die technische Wirkung der Verwendung von Ventilen zum Regulieren einer Abfolge des Abgasstroms durch die Auslasskomponenten, die in individuellen Verzweigungen der verzweigten Auslassanordnung untergebracht sind, besteht darin, dass Abgaswärme je nach Erfordernis basierend auf Motorbetriebsbedingungen zunächst zu einer speziellen Komponente geleitet werden kann, und zwar unabhängig von der Abfolge der Auslasskomponenten untereinander in der Auslassanordnung. Insgesamt können durch eine Änderung einer Abfolge eines Abgasstroms durch Auslasskomponenten der Motorwirkungsgrad, die Emissionsqualität und der Kraftstoffwirkungsgrad bei einem aufgeladenen Motorsystem verbessert werden.
  • Es versteht sich, dass die obenstehende Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung weiter beschrieben werden. Sie soll keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands aufzeigen, dessen Schutzumfang einzig durch die der detaillierten Beschreibung folgenden Ansprüche definiert wird. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angeführte Nachteile beheben.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Motorsystems, das eine verzweigte Auslassanordnung umfasst.
  • 2A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der verzweigten Auslassanordnung von 1 beim Betrieb in einem ersten Modus.
  • 2B zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der verzweigten Auslassanordnung von 1 beim Betrieb in einem zweiten Modus.
  • 2C zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der verzweigten Auslassanordnung von 1 beim Betrieb in einem dritten Modus.
  • 3 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren darstellt, das zum Einstellen des Abgasstroms durch die verzweigte Auslassanordnung implementiert werden kann.
  • 4 zeigt eine Tabelle, die die verschiedenen Betriebsmodi der verzweigten Auslassanordnung darstellt.
  • 5 zeigt einen beispielhaften Betrieb der verzweigten Auslassanordnung.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zum Erhöhen des Katalysatorwirkungsgrads und Reduzieren von Motoremissionen unter Bereitstellung von Aufladung für ein Motorsystem. Ein beispielhaftes Motorsystem, das eine verzweigte Auslassanordnung umfasst, wird in 1 gezeigt. Individuelle Auslasskrümmerkomponenten, wie z. B. eine Turbine, ein Unterbodenkatalysator und ein Dreiwegekatalysator können in individuellen Verzweigungen der Anordnung untergebracht sein. Auf die verschiedenen Betriebsmodi der verzweigten Auslassanordnung wird mit Bezug auf 2A, 2B und 2C genauer eingegangen. Eine Motorsteuerung kann dazu konfiguriert sein, eine Steuerroutine, wie z. B. die beispielhafte Routine von 3, zum Leiten von Abgas durch verschiedene Verzweigungen der verzweigten Auslassanordnung basierend auf Motorbetriebsbedingungen und Temperaturanforderungen der jeweiligen Komponenten durchzuführen. Die verschiedenen Betriebsmodi der verzweigten Auslassanordnung werden in 4 tabellarisch aufgeführt. Ein beispielhafter Betrieb der verzweigten Auslassanordnung von 1 wird mit Bezug auf 5 gezeigt.
  • 1 zeigt schematisch Aspekte eines beispielhaften Motorsystems 100, das einen Motor 10 umfasst. Bei der dargestellten Ausführungsform handelt es sich bei dem Motor 10 um einen aufgeladenen Motor, der mit einem Turbolader 13 gekoppelt ist, der einen Verdichter 114 umfasst, der durch eine Turbine 116 angetrieben wird. Insbesondere wird Frischluft entlang einem Einlassdurchgang 42 über einen Luftfilter 112 in den Motor 10 eingeleitet und strömt zum Verdichter 114. Bei dem Verdichter kann es sich um einen beliebigen geeigneten Einlassluftverdichter, wie z. B. einen motorbetriebenen oder antriebswellenbetriebenen Aufladerverdichter, handeln. Bei dem Motorsystem 10 ist der Verdichter ein Turboladerverdichter, der über eine Welle 19 mit einer Turbine 116 mechanisch gekoppelt ist, wobei die Turbine 116 durch sich ausdehnendes Motorabgas angetrieben wird.
  • Wie in 1 gezeigt wird, ist der Verdichter 114 über einen Ladeluftkühler (CAC – Charge-Air Cooler) 18 mit einem Drosselventil 20 gekoppelt. Das Drosselventil 20 ist mit dem Motoreinlasskrümmer 22 gekoppelt. Von dem Verdichter strömt die verdichtete Luftladung durch den Ladeluftkühler 18 und das Drosselventil zu dem Einlasskrümmer. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform wird der Druck der Luftladung in dem Einlasskrümmer durch einen Einlasskrümmerdruck(MAP – Manifold Air Pressur)-Sensor 124 erfasst.
  • Ein oder mehrere Sensoren können mit einem Einlass des Verdichters 114 gekoppelt sein. Beispielsweise kann ein Temperatursensor 55 zum Schätzen einer Verdichtereinlasstemperatur mit dem Einlass gekoppelt sein, und ein Drucksensor 56 kann zum Schätzen eines Verdichtereinlassdrucks mit dem Einlass gekoppelt sein. Als ein weiteres Beispiel kann ein Feuchtigkeitssensor 57 zum Schätzen einer Feuchtigkeit der in den Verdichter eintretenden Luftleitung mit dem Einlass gekoppelt sein. Noch weitere Sensoren können beispielsweise Lambdasensoren usw. umfassen. In anderen Beispielen kann bzw. können ein oder mehrere Verdichtereinlassbedingungen (wie z. B. Feuchtigkeit, Temperatur, Druck usw.) basierend auf Motorbetriebsbedingungen abgeleitet werden. Darüber hinaus können die Sensoren bei aktivierter Abgasrückführung (AGR) eine Temperatur, einen Druck, eine Feuchtigkeit und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Luftladungsmischung schätzen, die Frischluft, zurückgeführte verdichtete Luft und Abgasreste, die an dem Verdichtereinlass empfangen werden, umfasst.
  • Der Einlasskrümmer 22 ist mit einer Reihe von Brennkammern 30 durch eine Reihe von Einlassventilen (nicht gezeigt) gekoppelt. Die Brennkammern sind ferner über eine Reihe von Auslassventilen (nicht gezeigt) mit dem Auslasskrümmer 36 gekoppelt. Bei einer Ausführungsform können sowohl die Auslass- als auch die Einlassventile elektronisch betätigt oder gesteuert werden. Bei einer anderen Ausführungsform kann jedes der Auslass- und Einlassventile durch Nocken betätigt oder gesteuert werden. Unabhängig von der Art der Betätigung – elektronisch oder durch Nocken, können die Steuerzeiten des Öffnens und des Schließens der Auslass- und der Einlassventile für eine gewünschte Verbrennungs- und Emissionssteuerleistung nach Bedarf eingestellt werden.
  • Die Brennkammern 30 können durch ein Einspritzventil 66 mit einem oder mehreren Kraftstoffen, wie z. B. Benzin, Alkoholkraftstoffmischungen, Diesel, Biodiesel, Erdgas usw., versorgt werden. Die Brennkammern können über Direkteinspritzung, Saugrohreinspritzung, Drosselventilkörpereinspritzung oder irgendeine Kombination daraus mit Kraftstoff versorgt werden. In den Brennkammern kann die Verbrennung über Funkenzündung und/oder Verdichtungszündung ausgelöst werden.
  • Wie in 1 gezeigt wird, kann der Auslasskrümmer 36 zu einer verzweigten Auslassanordnung 12 führen, wobei der Auslassdurchgang 103 in drei separate Verzweigungen unterteilt ist, die jeweils einen individuellen Strömungspfad erzeugen. Die Verzweigungen können über zwei Vierwegeventile 117 und 115 miteinander strömungsverbunden sein, so dass eine Abfolge des Abgasstroms entlang jedem der Strömungspfade über Einstellungen einer Stellung jedes der Ventile eingestellt werden kann. Separate Auslasskomponenten können mit jeder Verzweigung der verzweigten Auslassanordnung gekoppelt sein. Beispielsweise kann eine Abgasturbine 116 des Turboladers 13 mit einer ersten Verzweigung 104 gekoppelt sein, ein Unterbodenkatalysator 118 kann mit einer zweiten Verzweigung 102 gekoppelt sein, und ein Dreiwegekatalysator (TWC – Three-Way Catalyst) 120 kann mit einer dritten Verzweigung 106 der Auslassanordnung 150 gekoppelt sein.
  • Während Kaltstartbedingungen (erste Bedingung) können die Ventile 117 und 115 dahingehend eingestellt werden, Abgas zunächst durch die dritte Verzweigung 106, in der der Dreiwegekatalysator 120 untergebracht ist, dann durch die zweite Verzweigung 102, in der der Unterbodenkatalysator 118 untergebracht ist, und dann durch die erste Verzweigung 104, in der die Turbine 116 untergebracht ist, strömenzulassen. Dadurch, dass das heiße Abgas zunächst durch den Katalysator geleitet wird, bevor das Abgas durch die verbleibenden Abgaskomponenten strömengelassen wird, kann Wärme effektiv auf den Katalysator übertragen werden, um das Erreichen des Anspringens des Katalysators zu beschleunigen. Durch das Strömenlassen des Abgases durch die Turbine 116 kann eine Aufladung für den Motor selbst während Kaltstartbedingungen bereitgestellt werden. Nach der Aktivierung des Katalysators (zweite Bedingung) können die Ventile 117 und 115 dahingehend eingestellt werden, Abgas zunächst durch die erste Verzweigung 104, in der die Turbine 116 untergebracht ist, dann durch die zweite Verzweigung 102, in der der Unterbodenkatalysator 118 untergebracht ist, und dann durch die dritte Verzweigung 106, in der der Dreiwegekatalysator 120 untergebracht ist, strömenzulassen. Durch das dahingehende Einstellen des Abgasstroms, das heiße Abgas durch die Turbine 116 zu leiten, bevor das Abgas durch die verbleibenden Abgaskomponenten strömengelassen wird, kann das Turboloch reduziert werden. Darüber hinaus kann eine Temperatur des an dem Katalysator 120 empfangenen Abgases gesenkt werden, wodurch der Katalysatorumwandlungswirkungsgrad verbessert wird. Während Motorhochlastbedingungen (dritte Bedingung) können die Ventile 117 und 115 derart eingestellt werden, dass das Abgas ohne das Erfordernis eines zusätzlichen Wastegateventils und -durchgangs über verschiedene Verzweigungen der Auslassanordnung 150 gleichzeitig zum Endrohr 105 geleitet werden kann. Ein erster Teil des Abgases kann zunächst durch die erste Verzweigung 104, in der die Turbine 116 untergebracht ist, dann durch die zweite Verzweigung 102, in der der Unterbodenkatalysator 118 untergebracht ist, und dann durch die dritte Verzweigung 106, in der der Dreiwegekatalysator 120 untergebracht ist, strömen, und ein zweiter verbleibender Teil des Abgases kann lediglich durch den Dreiwegekatalysator 120 (der an der dritten Verzweigung 106 untergebracht ist) strömen und die Turbine 116 und den Unterbodenkatalysator 118 umgehen. Das Verhältnis des ersten Teils zum zweiten Teil kann basierend auf einer Fahreranforderung und einem Aufladungsfehler eingestellt werden. Auf diese Weise kann die Turbinendrehzahl durch Reduzieren des Abgasdrucks stromaufwärts der Turbine reduziert werden, was wiederum zu einer Reduzierung des Verdichterpumpens beitragen kann. Das gesamte oder ein Teil des aus der verzweigten Auslassanordnung 150 austretenden behandelten Abgases kann über den Auslassdurchgang 103 stromabwärts strömen und kann über das Endrohr 105 nach dem Durchlaufen eines Schalldämpfers 172 in die Atmosphäre abgegeben werden. Eine detaillierte Beschreibung des Betriebs und der Struktur der verzweigten Auslassanordnung 150 erfolgt mit der Erörterung in Bezug auf 2A, 2B, 2C, 3, 4 und 5.
  • Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung dazu konfiguriert sein, NOx aus dem Abgasstrom zu adsorbieren, wenn der Abgasstrom mager ist, und die adsorbierten NOx zu reduzieren, wenn der Abgasstrom fett ist. In weiteren Beispielen kann ein Abgasnachbehandlungskatalysator dazu konfiguriert sein, NOx zu disproportionieren oder NOx mithilfe eines Reduktionsmittels selektiv zu reduzieren. In noch weiteren Beispielen kann ein Abgasnachbehandlungskatalysator dazu konfiguriert sein, Restkohlenwasserstoffe und/oder Restkohlenmonoxid im Abgasstrom zu oxidieren. Verschiedene Abgasnachbehandlungskatalysatoren mit einer derartigen Funktionalität können in Washcoats oder an anderer Stelle in den Abgasnachbehandlungsstufen entweder separat oder zusammen angeordnet sein. Bei einigen Ausführungsformen können die Abgasnachbehandlungsstufen einen regenerierbaren Rußfilter umfassen, der dazu konfiguriert ist, Rußpartikel im Abgasstrom zu absorbieren und oxidieren.
  • Ein Abgasrückführungs(AGR)-Durchgang 180 kann an einer Stelle stromabwärts der verzweigten Auslassanordnung 150 zur Zufuhr von Niederdruck-AGR (LP-AGR) von stromabwärts der Turbine 116 in dem Auslassdurchgang 103 zu dem Einlasskrümmer 22 stromaufwärts des Verdichters 114 mit dem Auslassdurchgang 103 gekoppelt sein. In Abhängigkeit von Betriebsbedingungen, wie z. B. Motortemperatur, kann ein Teil der Abgasreste über ein Abgasrückführungs(AGR)-Ventil 52 und den AGR-Durchgang 180 in den Einlass des Verdichters 114 umgeleitet werden. Das AGR-Ventil 52 kann dahingehend geöffnet werden, für eine gewünschte Verbrennungs- und Emissionssteuerungsleistung eine gesteuerte Menge an Abgas zu dem Verdichtereinlass einzulassen. Das AGR-Ventil 52 kann als ein stufenlos verstellbares Ventil konfiguriert sein. In einem alternativen Beispiel kann das AGR-Ventil 52 jedoch als ein Ein/Aus-Ventil konfiguriert sein.
  • Ein oder mehrere Sensoren können zur Bereitstellung von Einzelheiten hinsichtlich der Zusammensetzung und des Zustands der AGR mit dem AGR-Durchgang 180 gekoppelt sein. Beispielsweise kann ein Temperatursensor zur Bestimmung einer Temperatur der AGR vorgesehen sein, ein Drucksensor kann zur Bestimmung eines Drucks der AGR vorgesehen sein, ein Feuchtigkeitssensor kann zur Bestimmung einer Feuchtigkeit oder des Wassergehalts der AGR vorgesehen sein, und ein Lambdasensor kann zur Schätzung eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der AGR vorgesehen sein. Alternativ dazu können AGR-Bedingungen durch den einen oder die mehreren Temperatur-, Druck-, Feuchtigkeits- und Lambdasensoren 55–57, die mit dem Verdichtereinlass gekoppelt sind, abgeleitet werden. In einem Beispiel handelt es sich bei dem Lambdasensor 57 um einen Sauerstoffsensor.
  • Das Motorsystem 100 kann ferner ein Steuersystem 14 umfassen. Das Steuersystem 14 empfängt in der Darstellung Informationen von mehreren Sensoren 16 (von denen verschiedene Beispiele hier beschrieben werden) und sendet Steuersignale an mehrere Aktuatoren 18 (von denen verschiedene Beispiele hier beschrieben werden). Als ein Beispiel können die Sensoren 16 einen Abgassensor 126, der stromaufwärts der verzweigten Auslassanordnung 150 positioniert ist, einen MAP-Sensor 124, einen Abgastemperatursensor, einen Abgasdrucksensor, einen Verdichtereinlasstemperatursensor 55, einen Verdichtereinlassdrucksensor 56, einen Verdichtereinlassfeuchtigkeitssensor 57 und einen AGR-Sensor umfassen. Weitere Sensoren, wie z. B. zusätzliche Druck-, Temperatur-, Lambda- und Zusammensetzungssensoren können mit verschiedenen Stellen im Motorsystem 100 gekoppelt sein. Die Aktuatoren 81 können zum Beispiel die Drossel 20, das AGR-Ventil 52, die Vierwegeventile 117 und 115 und das Kraftstoffeinspritzventil 66 umfassen. Das Steuersystem 14 kann eine Steuerung 12 umfassen. Die Steuerung 12 kann Eingangsdaten von den verschiedenen Sensoren empfangen, die Eingangsdaten verarbeiten und als Reaktion auf die verarbeiteten Eingangsdaten basierend auf darin programmierten Anweisungen oder darin programmiertem Code, die bzw. der einer oder mehreren Routinen entsprechen bzw. entspricht, verschiedene Aktuatoren auslösen. Beispielsweise kann die Steuerung 12 basierend auf Motorbetriebsbedingungen, wie z. B. Motortemperatur und Motorlast, das Öffnen der Vierwegeventile 117 und 115 zum Leiten von Abgas durch die verschiedenen Strömungspfade der verzweigten Auslassanordnung 150 regulieren. Eine beispielhafte Steuerroutine wird im Hinblick auf 3 beschrieben. Als ein weiteres Beispiel kann auch auf Basis von Motorbetriebsbedingungen das Öffnen des AGR-Ventils 52 dahingehend eingestellt werden, eine gewünschte Menge an AGR aus dem Auslassdurchgang 103 in den Motoreinlasskrümmer zu saugen.
  • 2A geht genauer auf die verzweigte Auslassanordnung, die in 1 eingeführt wird, ein und zeigt eine beispielhafte Ausführungsform 200 zum Betreiben der verzweigten Auslassanordnung in einem ersten Betriebsmodus. In einem Beispiel ist die Anordnung 200 eine Ausführungsform der Anordnung 150 von 1 und kann somit gleiche Merkmale und/oder Konfigurationen wie jene, die bereits für die verzweigte Auslassanordnung 150 beschrieben wurden, aufweisen.
  • Die verzweigte Auslassanordnung 200 ist an dem Hauptauslassdurchgang 203 stromabwärts des Motorauslasskrümmers und stromaufwärts des Endrohrs angeordnet. An der Gabelung 205 kann sich der Hauptauslassdurchgang 203 in drei separate Verzweigungen aufteilen, die jeweils einen individuellen Strömungspfad erzeugen. Ein erstes Vierwegeventil 217 kann an einem ersten Ende (proximal zu dem Auslasskrümmer) jeder der drei Verzweigungen, insbesondere an der Gabelung 205, mit dem Hauptauslassdurchgang 203 gekoppelt sein. Das Ventil 217 kann in eine von drei verschiedenen Stellungen betätigt werden, um die Richtung des Abgasstroms durch die drei Verzweigungen basierend auf Motorbetriebsbedingungen zu regulieren. Ein zweites Vierwegeventil 215 kann an einem zweiten Ende (proximal zu dem Endrohr) jeder der drei Verzweigungen (an der Gabelung 207) mit dem Hauptauslassdurchgang 203 gekoppelt sein. Das Ventil 215 kann in zwei verschiedene Konfigurationen positioniert werden, um die Richtung des Abgasstroms durch die drei Verzweigungen basierend auf Motorbetriebsbedingungen zu regulieren. Die Ventile 217 und 215 strömungsverbinden die drei Verzweigungen und können koordiniert dahingehend betätigt werden, einen gewünschten Abgasstrom durch die verzweigte Auslassanordnung 200 zu ermöglichen.
  • Ein erstes Einlassrohr 223 kann von dem Hauptauslassdurchgang 203 an der Gabelung 205 ausgehen. Das erste Einlassrohr 223 kann zu der ersten Verzweigung 204 führen. Eine Turbine 216 kann an der ersten Verzweigung 204 untergebracht sein. In einem Beispiel kann es sich bei der Turbine 216 um eine Turbine mit verstellbarer Geometrie handeln. Stromabwärts der Turbine 216 kann ein erstes Auslassrohr 224 von der ersten Verzweigung 204 ausgehen und an einer Gabelung 207 der Auslassanordnung 200 enden. Ein Teil des Hauptauslassdurchgangs 203 kann die zweite Verzweigung 202 bilden. Der zweite Strömungspfad kann von der Gabelung 205 ausgehen und kann an der Gabelung 207 enden (mit dem Hauptauslassdurchgang 203 zusammenführen). Ein Unterbodenkatalysator 218 kann an der zweiten Verzweigung 202 untergebracht sein. Bei einer alternativen Ausführungsform, für einen Dieselmotor, kann ein Dieselpartikelfilter (DPF) oder eine SCR(Selective Catalytic Reduction – selektive katalytische Reduktion)-Vorrichtung an der zweiten Verzweigung 202 untergebracht sein. Ein zweites Einlassrohr 225 kann von dem Hauptauslassdurchgang 203 an der Gabelung 205 ausgehen. Das zweite Einlassrohr 225 kann zu der dritten Verzweigung 206 führen. Ein Dreiwegekatalysator (TWC) 220 kann an der dritten Verzweigung 206 untergebracht sein. Stromabwärts des Katalysators 220 kann ein zweites Auslassrohr 226 von der Verzweigung 206 ausgehen und an einer Gabelung 207 der Auslassanordnung enden. Bei einer alternativen Ausführungsform, für einen Dieselmotor, kann ein Dieseldoxidationskatalysator an der dritten Verzweigung 206 untergebracht sein. Die drei Strömungspfade 204, 202 und 206 können größtenteils parallel zueinander verlaufen.
  • Basierend auf Motorbetriebsbedingungen und Temperaturanforderungen bei jeder Auslasskomponente (Turbine, Unterbodenkatalysator und Katalysator) kann die Abfolge des Abgasstroms durch jede der Komponenten ohne das Erfordernis einer Umgehung einer Komponente eingestellt werden. Basierend auf der Stellung der Ventile 217 und 215 kann Abgas von dem Hauptauslassdurchgang 203 durch jede der Verzweigungen der Auslassanordnung 200 (in verschiedenen Abfolgen) geleitet werden. Die Auslassanordnung 200 kann in drei Betriebsmodi betrieben werden.
  • Somit stellt der erste Betriebsmodus eine erste Einstellung der Vierwegeventile 217 und 215 dar, die eine Abgasstromsteuerung ermöglicht. In dem ersten Betriebsmodus kann sich das erste Vierwegeventil 217 in einer ersten Stellung befinden und das zweite Vierwegeventil 215 kann sich auch in einer ersten Stellung befinden. Im ersten Betriebsmodus kann das gesamte Volumen an über den Hauptauslassdurchgang 203 stromabwärts strömendem Abgas aufgrund der Stellung des ersten Ventils 217 an der Gabelung 205 in das zweite Einlassrohr 225 eintreten. Von dem zweiten Einlassrohr 225 kann das Abgas weiter durch den an der dritten Verzweigung 206 der Auslassanordnung 200 untergebrachten Dreiwegekatalysator (TWC) 220 in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende des TWC in der Nähe des Motorauslasskrümmers zu dem zweiten Ende des TWC in der Nähe des Endrohrs) strömen. Nach dem Austreten aus dem TWC 220 strömt das Abgas weiter stromabwärts über die dritte Verzweigung 206 in das zweite Auslassrohr 226. Aufgrund der Stellung des zweiten Ventils 215 kann das Abgas bei Erreichen der Gabelung 207 durch den an der zweiten Verzweigung 202 untergebrachten Unterbodenkatalysator 218 in einer zweiten Richtung (von einem zweiten Ende des Unterbodenkatalysators in der Nähe des Endrohrs zu dem ersten Ende des Unterbodenkatalysators in der Nähe des Motorauslasskrümmers) geleitet werden. Hier ist die zweite Richtung der ersten Richtung entgegengesetzt. Nach dem Austreten aus dem Unterbodenkatalysator 218 strömt das Abgas weiter über die zweite Verzweigung 202 zu der Gabelung 205. Bei der Gabelung 205 kann das Abgas dann in das erste Einlassrohr 223 eintreten. Von dem ersten Einlassrohr 223 kann das Abgas weiter durch die an der ersten Verzweigung 204 der Auslassanordnung 200 untergebrachte Turbine 216 in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende der Turbine in der Nähe des Motorauslasskrümmers zu dem zweiten Ende der Turbine in der Nähe des Endrohrs) strömen. Nach dem Austreten aus der Turbine 216 kann das Abgas weiter stromabwärts über die erste Verzweigung 204 in das erste Auslassrohr 224 strömen. Bei Erreichen der Gabelung 207 (über das erste Auslassrohr 224) kann das Abgas aus der Auslassanordnung 200 austreten und kann weiter stromabwärts zu dem Endrohr über den Hauptauslassdurchgang 203 strömen. Auf diese Weise kann Abgas durch die an einer ersten Verzweigung untergebrachte Turbine in einer ersten Richtung, durch den an einer zweiten Verzweigung untergebrachten Unterbodenkatalysator in einer zweiten Richtung und durch den an einer dritten Verzweigung untergebrachten Dreiwegekatalysator in der ersten Richtung strömen, wobei die zweite Richtung der ersten Richtung entgegengesetzt ist.
  • Die verzweigte Auslassanordnung kann während Kaltstartbedingungen in dem ersten Betriebsmodus (gemäß obiger Beschreibung) betrieben werden. Durch das dahingehende Einstellen des Abgasstroms, heißes Abgas zunächst durch den TWC 220 zu leiten, bevor das Abgas durch die verbleibenden Abgaskomponenten (Turbine 216 und Unterbodenkatalysator 218) strömengelassen wird, kann Abgaswärme effizient auf den Katalysator übertragen werden, wodurch eine Aktivierung des Katalysators beschleunigt wird. Dadurch kann heißes Abgas effektiv zur Erhöhung der TWC-Temperatur verwendet werden, wodurch das Erfordernis einer Zündzeitpunktverstellung nach spät reduziert wird, wodurch der Kraftstoffwirkungsgrad des Motors erhöht wird. Durch das schnellere Erreichen der Anspringtemperatur des TWC 220 kann die Emissionsqualität verbessert werden. Das Weiteren können durch das Leiten des Abgases durch die Turbine 216 während Kaltstartbedingungen jegliche Verzögerungen beim Anlaufen der Turbine reduziert werden, wodurch das Turboloch reduziert und die Aufladungsleistung verbessert wird.
  • 2B zeigt eine schematische Ansicht 210 einer beispielhaften Ausführungsform einer Auslassumgehungsanordnung 200 in einem zweiten Betriebsmodus. Zuvor in 2A eingeführte Komponenten werden ähnlich nummeriert und nicht neu eingeführt.
  • Der zweite Betriebsmodus stellt eine zweite Einstellung der Vierwegeventile 217 und 215 dar, die eine Abgasstromsteuerung ermöglicht. In dem zweiten Betriebsmodus kann sich das erste Vierwegeventil 217 in einer zweiten Stellung befinden und das zweite Vierwegeventil 215 kann sich auch in einer zweiten Stellung befinden. Im zweiten Betriebsmodus kann das gesamte Volumen an über den Hauptauslassdurchgang 203 stromabwärts strömendem Abgas aufgrund der Stellung des ersten Ventils 217 an der Gabelung 205 in das erste Einlassrohr 223 eintreten. Von dem ersten Einlassrohr 223 kann das Abgas weiter durch die an der ersten Verzweigung 204 der Auslassanordnung 200 untergebrachte Turbine 216 in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende der Turbine in der Nähe des Motorauslasskrümmers zu dem zweiten Ende der Turbine in der Nähe des Endrohrs) strömen. Nach dem Austreten aus der Turbine 216 strömt das Abgas weiter stromabwärts über die erste Verzweigung 204 in das erste Auslassrohr 224. Aufgrund der Stellung des zweiten Ventils 215 kann das Abgas bei Erreichen der Gabelung 207 durch den an der zweiten Verzweigung 202 untergebrachten Unterbodenkatalysator 218 in einer zweiten Richtung (von einem zweiten Ende des Unterbodenkatalysators in der Nähe des Endrohrs zu dem ersten Ende des Unterbodenkatalysators in der Nähe des Motorauslasskrümmers) geleitet werden. Nach dem Austreten aus dem Unterbodenkatalysator 218 strömt das Abgas weiter über die zweite Verzweigung 202 zu der Gabelung 205. Bei der Gabelung 205 kann das Abgas dann in das zweite Einlassrohr 225 eintreten. Von dem zweiten Einlassrohr 225 strömt das Abgas weiter durch den an der dritten Verzweigung 206 der Auslassanordnung 200 untergebrachten Dreiwegekatalysator (TWC) 220 in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende des TWC in der Nähe des Motorauslasskrümmers zu dem zweiten Ende des TWC in der Nähe des Endrohrs). Nach dem Austreten aus dem TWC 220 kann das Abgas weiter stromabwärts über die dritte Verzweigung 206 in das zweite Auslassrohr 226 strömen. Bei Erreichen der Gabelung 207 (über das zweite Auslassrohr 226) kann das Abgas aus der Auslassanordnung 200 austreten und kann weiter stromabwärts zu dem Endrohr über den Hauptauslassdurchgang 203 strömen.
  • Die verzweigte Auslassanordnung kann in dem zweiten Betriebsmodus (gemäß obiger Beschreibung) betrieben werden, sobald der TWC 220 vollständig aktiviert ist (nach dem Erreichen der Anspringtemperatur). Während dieser Zeit kann die Motorlast niedrig/mittelmäßig sein und die Motortemperatur kann höher sein. Durch das dahingehende Einstellen des Abgasstroms, heißes Abgas zunächst durch die Turbine zu leiten, kann die Aufladungsleistung in dem niedrigen-mittleren Lastbereich verbessert werden. Sobald das Abgas durch die Turbine strömt, kann die Temperatur des Abgases fallen. Aufgrund einer Beschichtung auf der Katalysatoroberfläche kann der TWC 220 einen höheren Umwandlungswirkungsgrad bei niedrigeren Abgastemperaturen aufweisen. Dadurch kann das den TWC 220 erreichende (nach dem Durchströmen der Turbine 216) eine niedrige Temperatur aufweisende Abgas zu einer optimalen Leistung des TWC 220 führen.
  • 2C zeigt eine schematische Ansicht 230 einer beispielhaften Ausführungsform einer Auslassumgehungsanordnung 200 in einem dritten Betriebsmodus. Der dritte Betriebsmodus stellt eine dritte Einstellung der Vierwegeventile 217 und 215 dar, die eine Abgasstromsteuerung ermöglicht. In dem dritten Betriebsmodus kann das erste Vierwegeventil 217 in eine dritte Stellung geschaltet werden, während das zweite Vierwegeventil 215 in einer zweiten Stellung gehalten werden kann. Im dritten Betriebsmodus kann über den Hauptauslassdurchgang 203 stromabwärts strömendes Abgas aufgrund der Stellung des ersten Ventils 217 gleichzeitig in sowohl das erste Einlassrohr 223 als auch das zweite Einlassrohr 225 eintreten. Ein erster Teil des Abgases kann an der Gabelung 205 in das erste Einlassrohr 223 eintreten. Von dem ersten Einlassrohr 223 kann das Abgas weiter durch die an der ersten Verzweigung 204 der Auslassanordnung 200 untergebrachte Turbine 216 in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende der Turbine in der Nähe des Motorauslasskrümmers zu dem zweiten Ende der Turbine in der Nähe des Endrohrs) strömen. Nach dem Austreten aus der Turbine 216 strömt das Abgas weiter stromabwärts über die erste Verzweigung 204 in das erste Auslassrohr 224. Aufgrund der Stellung des zweiten Ventils 215 kann das Abgas bei Erreichen der Gabelung 207 durch den an der zweiten Verzweigung 202 untergebrachten Unterbodenkatalysator 218 in einer zweiten Richtung (von einem zweiten Ende des Unterbodenkatalysators in der Nähe des Endrohrs zu dem ersten Ende des Unterbodenkatalysators in der Nähe des Motorauslasskrümmers) geleitet werden. Nach dem Austreten aus dem Unterbodenkatalysator 218 strömt das Abgas weiter über die zweite Verzweigung 202 zu der Gabelung 205. Bei der Gabelung 205 kann das Abgas dann in das zweite Einlassrohr 225 eintreten. Von dem zweiten Einlassrohr 225 kann das Abgas weiter durch den an der dritten Verzweigung 206 der Auslassanordnung 200 untergebrachten Dreiwegekatalysator (TWC) 220 in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende des TWC in der Nähe des Motorauslasskrümmers zu dem zweiten Ende des TWC in der Nähe des Endrohrs) strömen. Nach dem Austreten aus dem TWC 220 kann das Abgas weiter stromabwärts über die dritte Verzweigung 206 in das zweite Auslassrohr 226 strömen. Bei Erreichen der Gabelung 207 (über das zweite Auslassrohr 226) kann das Abgas aus der Auslassanordnung 200 austreten und kann weiter stromabwärts zu dem Endrohr über den Hauptauslassdurchgang 203 strömen.
  • Ein zweiter (verbleibender) Teil des Abgases kann an der Gabelung 205 in das zweite Einlassrohr 225 eintreten. Von dem zweiten Einlassrohr 225 kann das Abgas weiter durch den an der dritten Verzweigung 206 der Auslassanordnung 200 untergebrachten TWC 220 strömen. Nach dem Austreten aus dem TWC 220 strömt das Abgas weiter stromabwärts über die dritte Verzweigung 206 in das zweite Auslassrohr 226. Bei Erreichen der Gabelung 207 kann der zweite Teil des Abgases aus der verzweigten Auslassanordnung 200 austreten und kann weiter stromabwärts zu dem Endrohr über den Hauptauslassdurchgang 203 strömen, ohne den Unterbodenkatalysator und die Turbine zu durchströmen.
  • Die verzweigte Auslassanordnung kann während Motorhochlastbedingungen in dem dritten Betriebsmodus (gemäß obiger Beschreibung) betrieben werden. Unter derartigen Umständen kann durch gleichzeitiges Strömenlassen des Abgases durch zwei Verzweigungen der Auslassanordnung ein Teil (zweiter) des Abgases an die Atmosphäre abgegeben werden und die Turbine umgehen, während gleichzeitig unter Verwendung eines verbleibenden Teils (erster) des Abgases eine gewünschte Aufladung für den Motor bereitgestellt wird. Das Verhältnis des ersten Teils des Abgases zum zweiten Teil kann auf einer Fahreranforderung und/oder einem Aufladungsfehler basieren. In einem Beispiel kann der erste Teil aufgrund einer Erhöhung der Fahreranforderung verringert werden und der zweite Teil kann entsprechend verringert werden. In einem weiteren Beispiel kann der erste Teil aufgrund einer Verringerung der Fahreranforderung erhöht werden und der zweite Teil kann entsprechend erhöht werden. In noch einem weiteren Beispiel kann der zweite Teil aufgrund eines starken Aufladungsfehlers erhöht werden, so dass ein größeres Volumen an Abgas die Turbine umgehen kann, wodurch der Aufladungsfehler reduziert wird. Der Aufladungsfehler wird basierend auf einer Differenz zwischen einer gewünschten Aufladung und der tatsächlichen Aufladung bestimmt. Dadurch kann während Hochlastbedingungen die verstärkte Leistung ohne das Erfordernis eines zusätzlichen Wastegateventils und -durchgangs aufrechterhalten werden. Auf diese Weise kann Abgas basierend auf Motorbetriebsbedingungen und Temperaturanforderungen jeder Komponente durch alle drei Komponenten in dem verzweigten Auslasssystem 200 geleitet werden.
  • Auf diese Weise stellen die Systeme von 1 und 2A–C ein Motorsystem bereit, das einen Motoreinlasskrümmer; eine Auslassanordnung mit einer ersten Verzweigung, einer zweiten Verzweigung, einer dritten Verzweigung, einem ersten Ventil und einem zweiten Ventil; einen Turbolader mit einer Turbine, die mit der ersten Verzweigung der Auslassanordnung gekoppelt ist, wobei die Turbine mit einem Verdichter verbunden ist; einen Unterbodenkatalysator, der mit der zweiten Verzweigung der Auslassanordnung gekoppelt ist; und eine Steuerung mit auf nicht flüchtigem Speicher gespeicherten rechnerlesbaren Anweisungen für Folgendes umfasst: dahingehendes Einstellen sowohl des ersten Ventils als auch des zweiten Ventils, Abgas durch die Turbine, den Unterbodenkatalysator und den Dreiwegekatalysator über die erste Verzweigung, die zweite Verzweigung und die dritte Verzweigung strömenzulassen, wobei eine Abfolge des Strömenlassens von Abgas auf der Motortemperatur und der Motorlast basiert.
  • 1 und 2A–C zeigen beispielhafte Konfigurationen mit relativer Positionierung der verschiedenen Komponenten. Falls sie in der Darstellung einander direkt berühren oder direkt gekoppelt sind, können derartige Elemente, mindestens in einem Beispiel, als direkt berührend bzw. direkt gekoppelt bezeichnet werden. Gleichermaßen können Elemente, die in der Darstellung zusammenhängen oder einander benachbart sind, mindestens in einem Beispiel, zusammenhängend bzw. einander benachbart sein. Als ein Beispiel können Komponenten, die in Flächenkontakt miteinander liegen, als in Flächenkontakt miteinander liegend bezeichnet werden. Als ein weiteres Beispiel können Elemente, die auseinander liegend, nur mit einem Zwischenraum und keinen anderen Komponenten dazwischen positioniert sind, in mindestens einem Beispiel als solche bezeichnet werden.
  • 3 stellt ein beispielhaftes Verfahren 300 dar, das zum Einstellen von Abgasstrom über verschiedene Strömungspfade einer verzweigten Auslassanordnung, wie z. B. der Anordnung von 1 und 2, implementiert werden kann. Anweisungen zum Durchführen des Verfahrens 300 und der restlichen der hier enthaltenen Verfahren können durch eine Steuerung basierend auf Anweisungen, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, und in Verbindung mit Signalen, die von Sensoren des Motorsystems, wie z. B. den oben mit Bezug auf 1 beschriebenen Sensoren, empfangen werden, ausgeführt werden . Die Steuerung kann Motoraktuatoren des Motorsystems zum Einstellen des Motorbetriebs gemäß den im Folgenden beschriebenen Verfahren einsetzen.
  • Bei 302 umfasst die Routine Schätzen und/oder Messen von gegenwärtigen Motorbetriebsbedingungen. Untersuchte Bedingungen können beispielsweise Motortemperatur, Motorlast, Motordrehzahl, Krümmerunterdruck, Drossel Stellung, Abgasdruck, Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis usw. umfassen.
  • Bei 304 umfasst die Routine Bestimmen, ob der Fahrzeugmotor unter Kaltstartbedingungen betrieben wird. Eine Motorkaltstartbedingung kann bestätigt werden, wenn der Motor nach einer längeren Motorstandzeit gestartet wird und wenn die Motortemperatur unter einem Schwellenwert liegt. Der Schwellenwert kann auf eine Anspringtemperatur eines Dreiwegekatalysators, der an einer Verzweigung der Auslassanordnung (wie z. B. der Auslassanordnung 200 in 2A) untergebracht ist, basieren. Vor dem Erreichen der Anspringtemperatur funktioniert der Katalysator möglicherweise nicht effizient, wodurch die Emissionen während dieser Zeit erhöht werden. Kaltstartbedingungen können auch aus einer unter einem Schwellenwert liegenden Umgebungstemperatur abgeleitet werden.
  • Während Kaltstartbedingungen kann zur Beschleunigung der Erreichung der Katalysatoranspringtemperatur heißes Abgas zunächst durch den Katalysator geleitet werden, anstatt es durch die Turbine strömenzulassen, die als eine Wärmesenke wirken kann (wodurch die Temperatur des den Katalysator erreichenden Abgases reduziert wird). Somit geht die Routine, wenn Motorkaltstartbedingungen bestätigt werden, zu 306 über, um die Auslassanordnung in einem ersten Betriebsmodus zu betreiben. Der Betrieb im ersten Modus gemäß der Beschreibung bezüglich 2A umfasst Schalten des ersten Vierwegeventils oder Ventil_1 (wie z. B. Ventil 217 in 2A), das in dem Auslassdurchgang stromaufwärts der Auslassanordnung positioniert ist, in eine erste Stellung und auch Schalten des zweiten Vierwegeventils oder Ventil_2 (wie z. B. Ventil 215 in 2A), das in dem Auslassdurchgang stromabwärts der Auslassanordnung positioniert ist, in eine erste Stellung.
  • Bei 308 kann durch Versetzen der Auslassanordnung in den ersten Betriebsmodus das gesamte Volumen an über den Hauptauslassdurchgang stromabwärts strömendem Abgas ein Einlassrohr (zweites Rohr)(wie z. B. das zweite Einlassrohr 225 in 2A) eintreten und weiter durch einen Dreiwegekatalysator (TWC) (wie z. B. der Dreiwegekatalysator 220 in 2A), der an einer dritten Verzweigung (wie z. B. der dritten Verzweigung 206 in 2A) der Auslassanordnung untergebracht ist, strömen. Am TWC kann Wärme aus dem Abgas dazu verwendet werden, die Temperatur des TWC zu erhöhen. Durch die Beschleunigung des Erreichens der TWC-Anspringtemperatur kann die Emissionsqualität verbessert werden. Nach dem Austreten aus dem TWC kann das Abgas weiter stromabwärts über die dritte Verzweigung in ein Auslassrohr (2. Rohr) (wie z. B. das zweite Auslassrohr 226 in 2A) strömen. Von dort aus kann das Abgas durch einen Unterbodenkatalysator (wie z. B. den Unterbodenkatalysator 218 in 2A), der an einer zweiten Verzweigung (wie z. B. der zweiten Verzweigung 202 in 2A) der Auslassanordnung untergebracht ist, geleitet werden. Nach dem Austreten aus dem Unterbodenkatalysator kann das Abgas weiter zu einer Turbine (wie z. B. der Turbine 216 in 2A), die an einer ersten Verzweigung (wie z. B. der ersten Verzweigung 204 in 2A) der Auslassanordnung untergebracht ist, über ein Einlassrohr (erstes Rohr) (wie z. B. das erste Einlassrohr 223 in 2A) strömen. Durch das Strömenlassen des Abgases durch die Turbine kann eine Aufladung für den Motor selbst während Kaltstartbedingungen bereitgestellt werden. Nach dem Austreten aus der Turbine kann das Abgas weiter stromabwärts über die erste Verzweigung in ein Auslassrohr (erstes Rohr) (wie z. B. das erste Auslassrohr 224 in 2A) strömen und von dort aus aus der Auslassanordnung austreten.
  • Durch das dahingehende Einstellen des Abgasstroms, heißes Abgas zunächst durch den TWC zu leiten, bevor das Abgas durch die verbleibenden Abgaskomponenten (Turbine und Unterbodenkatalysator) strömengelassen wird, kann Abgaswärme effizient auf den Katalysator übertragen werden, wodurch eine Aktivierung des Katalysators beschleunigt wird. Dadurch kann heißes Abgas ohne das Erfordernis einer Zündzeitpunktverstellung nach spät effektiv zur Erhöhung der TWC-Temperatur verwendet werden, wodurch der Kraftstoffwirkungsgrad des Motors erhöht wird. Das Weiteren kann durch das Leiten des Abgases durch die Turbine jegliche Verzögerung beim Anlaufen der Turbine reduziert werden, wodurch das Turboloch reduziert und die Aufladungsleistung verbessert wird. Nach dem Austreten aus der Auslassanordnung bei 322 kann das Abgas zum Endrohr strömen. Nach dem Durchströmen eines Schalldämpfers kann das Abgas an die Atmosphäre abgegeben werden.
  • Wenn (bei 304) bestimmt wird, dass der Motor nicht unter Kaltstartbedingungen betrieben wird, kann abgeleitet werden, dass der Katalysator die Anspringtemperatur erreicht hat und zur Abgasreinigung effektiv funktioniert. Bei 310 umfasst die Routine Bestimmen, ob der Fahrzeugmotor unter Bedingungen niedriger (oder mittlerer) Last betrieben wird.
  • Wenn Motorniedriglastbedingungen bestätigt werden, geht die Routine zu 312 über, um die Auslassanordnung in einem zweiten Betriebsmodus zu betreiben. Der Betrieb im zweiten Modus gemäß der Beschreibung bezüglich 2B umfasst Schalten des ersten Vierwegeventils (Ventil_1) in eine zweite Stellung und auch Schalten des zweiten Vierwegeventils (Ventil_2) in eine zweite Stellung.
  • Bei 314 kann durch Versetzen der Auslassanordnung in den zweiten Betriebsmodus das gesamte Volumen an über den Hauptauslassdurchgang stromabwärts strömendem Abgas in das erste Einlassrohr eintreten und weiter durch die Turbine, die an der ersten Verzweigung der Auslassanordnung untergebracht ist, strömen. Durch das Strömenlassen von heißem Abgas durch die Turbine kann die gewünschte Aufladung für den Motor bereitgestellt werden. Des Weiteren kann, sobald das Abgas durch die Turbine strömt, die Temperatur des Abgases fallen. Nach dem Austreten aus der Turbine strömt das Abgas weiter stromabwärts über die erste Verzweigung in das erste Auslassrohr. Von dort aus kann das Abgas durch den an der zweiten Verzweigung untergebrachten Unterbodenkatalysator geleitet werden. Nach dem Austreten aus dem Unterbodenkatalysator kann das Abgas über das zweite Einlassrohr weiter zu dem an der dritten Verzweigung untergebrachten TWC strömen. Die Temperatur des durch den TWC hindurchströmenden Abgases ist im Vergleich zu der Temperatur des in die Turbine eintretenden Abgases in diesem Modus niedriger, wodurch eine optimale Leistung des TWC ermöglicht wird. Nach dem Austreten aus dem TWC kann das Abgas über das zweite Auslassrohr aus der verzweigten Auslassanordnung austreten.
  • Durch das dahingehende Einstellen des Abgasstroms, heißes Abgas zunächst durch die Turbine zu leiten, kann die Aufladungsleistung verbessert werden und auch die Temperatur des Abgases kann reduziert werden. Aufgrund der Beschichtung auf der Katalysatoroberfläche kann das eine niedrige Temperatur aufweisende Abgas einen höheren Umwandlungswirkungsgrad des TWC ermöglichen. Nach dem Austreten aus der Auslassanordnung (bei Betrieb im zweiten Modus) bei 322 kann das Abgas zum Endrohr strömen. Nach dem Durchströmen eines Schalldämpfers kann das Abgas an die Atmosphäre abgegeben werden.
  • Wenn (bei 310) bestimmt wird, dass der Motor nicht unter niedrigen (oder mittleren) Bedingungen betrieben wird, umfasst die Routine bei 316 Bestimmen, ob der Fahrzeugmotor unter Hochlastbedingungen betrieben wird. Während Hochlastbedingungen kann der Abgasstrom erheblich ansteigen und das gesamte Abgasvolumen kann nicht durch die Turbine geleitet werden, um Aufladungfehler zu reduzieren und Schäden an den Turboladerkomponenten zu vermeiden.
  • Wenn Motorhochlastbedingungen bestätigt werden, geht die Routine zu 318 über, um die Auslassanordnung in einem dritten Betriebsmodus zu betreiben. Der Betrieb im dritten Modus gemäß der Beschreibung bezüglich 2C umfasst Schalten des ersten Vierwegeventils (Ventil_1) in eine dritte Stellung, während das zweite Vierwegeventil (Ventil_2) in der zweiten Stellung gehalten (oder in die zweite Stellung geschaltet) wird. Ansonsten springt die Routine, wenn die Antwort bei 316 NEIN ist, zurück und führt weder 306/308, 312/314 noch 318/320 aus. Beispielsweise werden bei einigen Ausführungsformen die Handlungen dieser Blöcke nur unter den spezifizierten Bedingungen ausgeführt.
  • Bei 320 kann durch Versetzen der Auslassanordnung in den dritten Betriebsmodus das gesamte über den Hauptauslassdurchgang stromabwärts strömende Abgas gleichzeitig durch sowohl das erste Einlassrohr als auch das zweite Einlassrohr geleitet werden. Ein erster Teil des Abgases kann in das erste Einlassrohr eintreten und kann weiter durch die an der ersten Verzweigung der Auslassanordnung untergebrachte Turbine strömen. Durch Variieren des Anteils des Abgases, das durch die Turbine geleitet wird, kann für den Motor bereitgestellte Aufladung während Hochlastbedingungen reguliert werden. Des Weiteren kann, sobald das Abgas durch die Turbine strömt, die Temperatur des Abgases fallen. Nach dem Austreten aus der Turbine kann das Abgas weiter stromabwärts über die erste Verzweigung in das erste Auslassrohr strömen. Von dort aus kann das Abgas durch den an der zweiten Verzweigung untergebrachten Unterbodenkatalysator geleitet werden. Nach dem Austreten aus dem Unterbodenkatalysator kann das Abgas über das zweite Einlassrohr weiter zu dem an der dritten Verzweigung untergebrachten TWC strömen. Die Temperatur des durch den TWC hindurchströmenden Abgases kann niedriger sein, wodurch eine optimale Leistung des TWC ermöglicht wird. Nach dem Austreten aus dem TWC kann das Abgas über das zweite Auslassrohr aus der verzweigten Auslassanordnung austreten. Ein zweiter (verbleibender) Teil des Abgases kann in das zweite Einlassrohr eintreten und kann weiter durch die an der dritten Verzweigung der Auslassanordnung untergebrachte Turbine strömen. Von dort aus kann das Abgas über das zweite Auslassrohr aus der verzweigten Auslassanordnung austreten, ohne durch den Unterbodenkatalysator und die Turbine hindurchzuströmen. Der Anteil an Abgas, das durch die Turbine geleitet wird, im Vergleich zu dem Anteil an Abgas, das lediglich durch den TWC geleitet wird, kann basierend auf Motorbetriebsbedingungen und Aufladungsanforderung bestimmt werden.
  • Das Verhältnis des ersten Teils des Abgases zum zweiten Teil kann auf Parametern, wie z. B. einer Fahreranforderung und einem Aufladungsfehler, basieren. In einem Beispiel kann der erste Teil mit Zunahme der Fahreranforderung bezüglich des zweiten Teils erhöht werden. Während einer niedrigen Fahreranforderung kann ein großes Volumen an Abgas (als der zweite Teil) direkt durch die dritte Verzweigung geleitet werden und die Turbine umgehen. In einem weiteren Beispiel kann eine gewünschte Aufladung niedriger als die tatsächliche Aufladung sein, wodurch ein Aufladungsfehler verursacht wird. Unter derartigen Umständen kann der zweite Teil erhöht werden, so dass ein größeres Volumen an Abgas die Turbine umgehen kann, wodurch der Aufladungsfehler reduziert wird.
  • Nach dem Austreten aus der Auslassanordnung (bei Betrieb im dritten Modus) bei 322 können sowohl der erste als auch der zweite Teil des Abgases zum Endrohr strömen. Nach dem Durchströmen eines Schalldämpfers kann das gesamte Volumen an Abgas an die Atmosphäre abgegeben werden.
  • Durch gleichzeitiges Strömenlassen von Abgas durch zwei Verzweigungen der Auslassanordnung kann ein Teil des Abgases an die Atmosphäre abgegeben werden und die Turbine umgehen, während gleichzeitig unter Verwendung eines verbleibenden Teils des Abgases weiterhin eine gewünschte Aufladung für den Motor bereitgestellt wird. Dadurch kann während Hochlastbedingungen die Aufladungsleistung ohne das Erfordernis eines zusätzlichen Wastegateventils und -durchgangs aufrechterhalten werden.
  • Auf diese Weise kann in Abhängigkeit von der Temperaturanforderung jeder Komponente (TWC, Unterbodenkatalysator und Turbine) ein Abgasströmungspfad in drei Modi eingestellt werden, ohne irgendeine Komponente zu umgehen, wodurch die Motorleistung optimiert wird. Der erste Modus kann gewählt werden, wenn die Motortemperatur unter einem Schwellenwert liegt, der zweite Modus kann gewählt werden, wenn die Motortemperatur über dem Schwellenwert liegt, wobei der Schwellenwert auf einer Katalysatoranspringtemperatur basiert, und der dritte Modus kann gewählt werden, wenn die Motorlast über einer Schwellenlast liegt.
  • 4 zeigt eine Tabelle 400, die beispielhafte Betriebsmodi der verzweigten Auslassanordnung von 1 darstellt. Eine Motorsteuerung kann einen der Betriebsmodi basierend auf Motorbedingungen und Erwärmungsanforderungen jeder Komponente (Turbine, Unterbodenkatalysator und Dreiwegekatalysator) der Auslassanordnung wählen. Basierend auf dem gewählten Betriebsmodus können Stellungen der beiden Vierwegeventile, die mit einem Auslassdurchgang stromaufwärts bzw. stromabwärts der Auslassanordnung gekoppelt sind, variiert werden. Durch Variieren der Stellung der Ventile kann die Abgasstromrichtung durch die drei Verzweigungen der Auslassanordnung eingestellt werden.
  • In einem Beispiel kann die Steuerung die Auslassanordnung in einem ersten Betriebsmodus, wie z. B. während einer Kaltstartbedingung, wenn die Motortemperatur niedrig ist, betreiben. Während dieser Zeit kann die Motorlast niedrig oder mittelmäßig sein. Während der Kaltstartbedingung hat der Dreiwegekatalysator (TWC) möglicherweise nicht seine Anspringtemperatur erreicht, wodurch ein erhöhtes Ausmaß an Emissionen verursacht wird. Deshalb können während dieser Zeit sowohl das erste Ventil (Ventil_1) als auch das zweite Ventil (Ventil_2) in ihrer jeweiligen ersten Stellungen geschaltet werden, um heißes Abgas zunächst durch den TWC zu leiten. Aufgrund der gegebenen Ventileinstellung kann zunächst das gesamte Volumen an heißem Abgas in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende des TWC in der Nähe des Motorauslasskrümmers zu dem zweiten Ende des TWC in der Nähe des Endrohrs) durch den TWC strömen, wobei Wärme aus dem Abgas zur Erhöhung der TWC-Temperatur verwendet werden kann. Nach dem Austreten aus dem TWC kann Abgas in einer zweiten Richtung (von einem zweiten Ende des Unterbodenkatalysators in der Nähe des Endrohrs zu dem ersten Ende des Unterbodenkatalysators in der Nähe des Motorauslasskrümmers) durch den Unterbodenkatalysator und dann in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende der Turbine in der Nähe des Motorauslasskrümmers zu dem zweiten Ende der Turbine in der Nähe des Endrohrs) durch die Turbine strömen. Auf diese Weise kann während Kaltstartbedingungen zusätzlich zur Zufuhr von Wärme zu dem TWC (zum Erreichen der Anspringtemperatur) eine gewünschte Aufladung für den Motorbetrieb bereitgestellt werden.
  • In einem weiteren Beispiel kann die Steuerung die Auslassanordnung in einem zweiten Betriebsmodus, wie z. B. während Betriebsbedingungen, wenn die Motortemperatur hoch ist (warmer Motor), betreiben. Während dieser Zeit kann die Motorlast niedrig oder mittelmäßig sein. Des Weiteren kann abgeleitet werden, dass der Katalysator die Anspringtemperatur erreicht hat und optimal funktioniert. Nach dem Anspringen des Katalysators kann der Katalysator aufgrund einer Beschichtung auf der Katalysatoroberfläche höhere Umwandlungswirkungsgrade bei niedrigeren Abgastemperaturen aufweisen. Deshalb können während dieser Zeit sowohl das erste Ventil (Ventil_1) als auch das zweite Ventil (Ventil_2) in ihre jeweiligen zweiten Stellungen geschaltet werden, um unter Bereitstellung einer gewünschten Aufladung eine niedrige Temperatur aufweisendes Abgas durch den TWC zu leiten. Aufgrund der gegebenen Ventileinstellung kann zunächst das gesamte Volumen an heißem Abgas in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende der Turbine in der Nähe des Motorauslasskrümmers zu dem zweiten Ende der Turbine in der Nähe des Endrohrs) durch die Turbine strömen, wobei das Abgas zur Bereitstellung einer Aufladung für den Motor verwendet werden kann. Des Weiteren kann die Abgastemperatur an der Turbine abnehmen. Nach dem Austreten aus der Turbine kann Abgas in einer zweiten Richtung (von einem zweiten Ende des Unterbodenkatalysators in der Nähe des Endrohrs zu dem ersten Ende des Unterbodenkatalysators in der Nähe des Motorauslasskrümmers) durch den Unterbodenkatalysator und dann in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende des TWC in der Nähe des Motorauslasskrümmers zu dem zweiten Ende des TWC in der Nähe des Endrohrs) durch den TWC strömen. Aufgrund der niedrigen Temperatur des den TWC erreichenden Abgases kann eine optimale Leistung des TWC ermöglicht werden. Auf diese Weise kann nach dem Anspringen des Katalysators eine gewünschte Aufladung für den Motor bereitgestellt werden und Abgas mit einer gewünschten Temperatur kann durch den TWC geleitet werden.
  • In noch einem weiteren Beispiel kann die Steuerung die Auslassanordnung in einem dritten Betriebsmodus, wie z. B. während Betriebsbedingungen, wenn die Motorlast hoch ist, betreiben. Während dieser Zeit kann auch die Motortemperatur hoch sein (warmer Motor). Während Hochlastbedingungen kann der Abgasstrom erheblich ansteigen und das gesamte Abgasvolumen kann nicht durch die Turbine geleitet werden, um Schäden an den Turboladerkomponenten zu vermeiden. Somit wird während dieser Zeit das erste Ventil (Ventil_1) in eine dritte Stellung geschaltet, während das zweite Ventil (Ventil_2) in der zweiten Stellung gehalten wird, um gleichzeitig Abgas über mehrere Strömungspfade zu leiten. Aufgrund der gegebenen Ventileinstellung kann ein erster Teil des Abgases in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende der Turbine in der Nähe des Motorauslasskrümmers zu dem zweiten Ende der Turbine in der Nähe des Endrohrs) durch die Turbine geleitet werden, wobei das Abgas zur Bereitstellung einer Aufladung für den Motor verwendet werden kann. Nach dem Austreten aus der Turbine kann der erste Teil des Abgases in einer zweiten Richtung (von einem zweiten Ende des Unterbodenkatalysators in der Nähe des Endrohrs zu dem ersten Ende des Unterbodenkatalysators in der Nähe des Motorauslasskrümmers) durch den Unterbodenkatalysator und dann durch den TWC strömen. Aufgrund der niedrigen Temperatur des den TWC erreichenden Abgases kann eine optimale Leistung des TWC ermöglicht werden. Gleichzeitig kann ein zweiter (verbleibender) Teil des Abgases lediglich durch den Katalysator geleitet werden und die Turbine und den Unterbodenkatalysator umgehen. Auf diese Weise kann während Hochlastbedingungen durch gleichzeitiges Strömenlassen von Abgas durch zwei Strömungspfade der Auslassanordnung ein Teil des Abgases an die Atmosphäre abgegeben werden und die Turbine umgehen, während gleichzeitig unter Verwendung eines verbleibenden Teils des Abgases weiterhin eine gewünschte Aufladung für den Motor bereitgestellt wird.
  • Beispielsweise kann ein Übergang von dem ersten in den zweiten Modus als Reaktion auf die Aktivierung des Katalysators erfolgen, ein Übergang von dem zweiten Modus in den dritten Modus kann als Reaktion auf eine Erhöhung des angeforderten Drehmoments erfolgen, und ein Übergang von dem dritten Modus in den ersten Modus kann als Reaktion auf eine Anforderung zum Abschalten des Motors erfolgen. Auf diese Weise können mehrere Mehrwegventile zur Regulierung des Abgasstroms durch verschiedene Strömungspfade in einer verzweigten Auslassanordnung, die in verschiedenen Modi betrieben wird, verwendet werden. Die Strömungsrichtung durch jede Komponente der Anordnung (in jedem der drei Modi) kann basierend auf Motorbetriebsbedingungen und Temperaturanforderungen der Komponenten effektiv reguliert werden. Durch das Unterbringen individueller Auslasskomponenten in verschiedenen Verzweigungen/Strömungsfaden einer verzweigte Auslassanordnung kann der Abgasstrom durch jede der Komponenten variiert werden. Des Weiteren kann eine Abfolge des Abgasstroms variiert werden und eine oder mehrere Komponenten können unabhängig von ihrer Reihenfolge untereinander zumindest teilweise umgangen werden.
  • 5 zeigt eine beispielhafte Betriebssequenz 500, die den Betrieb der verzweigten Auslassanordnung von 1 darstellt. Die Abgasstromrichtung durch die verschiedenen Strömungspfade mit verschiedenen Komponenten wird basierend auf Motorbetriebsbedingungen und Temperaturanforderungen jeder Komponente bestimmt.
  • Die horizontale Achse (x-Achse) gibt die Zeit an, und die vertikalen Markierungen t1–t5 kennzeichnen signifikante Zeitpunkte während des Betriebs des Abgasumgehungsanordnungssystems.
  • Die erste Auftragung (Linie 502) von oben zeigt eine Variation der Motordrehzahl im Verlauf der Zeit, und die zweite Auftragung (Linie 504) zeigt eine Variation der Motorlast im Verlauf der Zeit. Die dritte Auftragung (Linie 507) zeigt eine Änderung bei der Motortemperatur im Verlauf der Zeit. Die gestrichelte Linie 507 gibt eine Schwellentemperatur an, unterhalb derer die Motortemperatur als gering angesehen wird, wie z. B. während Kaltstartbedingungen. Sobald die Motortemperatur über den Schwellenwert 507 ansteigt, kann der Motor als für eine Aktivierung des Dreiwegekatalysators (TWT) warm genug angesehen werden. Die vierte Auftragung (Linie 508) zeigt eine Stellung eines ersten Vierwegeventils (Ventil_1), das mit dem Auslassdurchgang stromaufwärts der verzweigten Auslassanordnung gekoppelt ist. Die fünfte und letzte Auftragung (Linie 510) zeigt eine Stellung eines zweiten Vierwegeventils (Ventil_2), das mit dem Auslassdurchgang stromabwärts der verzweigten Auslassanordnung gekoppelt ist.
  • Vor dem Zeitpunkt t1 startet der Motor aus dem Stillstand nach einer Motorstandzeit, während der das Fahrzeug nicht angetrieben wurde. Der Motor kann unter Kaltstartbedingungen mit niedriger Motortemperatur (unter der Schwellentemperatur 507) starten. Des Weiteren ist die Motordrehzahl beim Starten des Motors niedrig und die Motordrehzahl steigt allmählich auf ein Leerlaufniveau. Während dieser Zeit kann der Motor unter Bedingungen mittlerer Last betrieben werden. Aufgrund der Kaltstartbedingungen hat der TWC (wie z. B. der TWC 120 in 1), der mit der dritten Verzweigung der Auslassanordnung gekoppelt ist, möglicherweise nicht seine Anspringtemperatur erreicht. Deshalb kann die Steuerung während dieser Zeit zum Beschleunigen der Erwärmung des Katalysators heißes Abgas zunächst durch den TWC leiten. Sowohl das erste Ventil (Ventil_1) als auch das zweite Ventil (Ventil_2) können in ihre jeweiligen ersten Stellungen geschaltet werden, um heißes Abgas zunächst durch den TWC zu leiten. Aufgrund der gegebenen Ventileinstellung kann das gesamte Volumen an heißem Abgas zunächst durch den TWC strömen, wobei Wärme aus dem Abgas zum Erhöhen der TWC-Temperatur verwendet werden kann. Nach dem Austreten aus dem TWC kann das Abgas durch den Unterbodenkatalysator (wie z. B. den Unterbodenkatalysator 118 in 1), der mit der zweiten Verzweigung der Auslassanordnung gekoppelt ist, und dann durch die Turbine (wie z. B. die Turbine 116 in 1) strömen. An der Turbine kann eine gewünschte Aufladung für den Motorbetrieb bereitgestellt werden.
  • Zum Zeitpunkt t1, wenn die Motortemperatur über die Schwellentemperatur (507) steigt, kann abgeleitet werden, dass der TWC die Anspringtemperatur erreicht hat und aktiviert ist. Somit kann der Katalysator aufgrund einer Beschichtung auf der Katalysatoroberfläche höhere Umwandlungswirkungsgrade bei niedrigeren Abgastemperaturen aufweisen. Deshalb können nach der Aktivierung des TWC sowohl das erste Ventil (Ventil_1) als auch das zweite Ventil (Ventil_2) in ihre jeweiligen zweiten Stellungen geschaltet werden, um unter Bereitstellung einer gewünschten Aufladung eine niedrige Temperatur aufweisendes Abgas durch den TWC zu leiten. Aufgrund der gegebenen Ventileinstellung kann das gesamte Volumen an heißem Abgas zunächst durch die Turbine strömen, wobei das Abgas zur Bereitstellung einer gewünschten Aufladung für den Motor verwendet werden kann. Des Weiteren kann die Abgastemperatur beim Strömen durch die Turbine abnehmen. Nach dem Austreten aus der Turbine kann das Abgas durch den Unterbodenkatalysator und dann durch den TWC strömen. Aufgrund der niedrigen Temperatur des den TWC erreichenden Abgases kann eine optimale Leistung des TWC ermöglicht werden.
  • Zum Zeitpunkt t2 erfolgt ein Anstieg der Motordrehzahl und der Motorlast auf Hochlastbedingungen. Aufgrund der Hochlastbedingungen zwischen Zeitpunkt t2 und t3 kann der Abgasstrom erheblich ansteigen und das gesamte Abgasvolumen kann nicht durch die Turbine geleitet werden, um Aufladungfehler zu reduzieren und Schäden an den Turboladerkomponenten zu vermeiden. Stattdessen kann das gesamte Abgasvolumen in zwei Teile unterteilt werden, und die beiden Teile können gleichzeitig über zwei verschiedene Strömungspfade der verzweigten Anordnung geleitet werden. Das Verhältnis der beiden Teile kann von der Fahreranforderung und dem Aufladungsfehler abhängig sein. In einem Beispiel kann der zweite Teil (des Abgases) bei Erhöhung der Fahreranforderung reduziert werden und der entsprechende erste Teil kann erhöht werden. Des Weiteren kann der zweite Teil bei Erhöhung des Aufladungsfehlers erhöht werden und der entsprechende erste Teil kann verringert werden. Der Aufladungsfehler kann als eine Differenz zwischen einer tatsächlichen Aufladung und einer gewünschten Aufladung definiert werden. Somit wird während dieser Zeit das erste Ventil (Ventil_1) in eine dritte Stellung geschaltet, während das zweite Ventil (Ventil_2) in der zweiten Stellung gehalten wird, um gleichzeitig Abgas über zwei Strömungspfade zu leiten. Aufgrund der gegebenen Ventileinstellung kann ein erster Teil des Abgases durch die Turbine geleitet werden, wobei das Abgas zur Bereitstellung einer Aufladung für den Motor verwendet werden kann. Nach dem Austreten aus der Turbine kann der erste Teil des Abgases durch den Unterbodenkatalysator und dann durch den TWC strömen. Aufgrund der niedrigen Temperatur des den TWC erreichenden Abgases kann eine optimale Leistung des TWC ermöglicht werden. Gleichzeitig kann ein zweiter (verbleibender) Teil des Abgases lediglich durch den Katalysator geleitet werden und die Turbine und den Unterbodenkatalysator umgehen.
  • Auf diese Weise kann während Hochlastbedingungen durch gleichzeitiges Strömenlassen von Abgas durch zwei Strömungspfade der Auslassanordnung ein Teil des Abgases an die Atmosphäre abgegeben werden und die Turbine umgehen, während gleichzeitig unter Verwendung eines verbleibenden Teils des Abgases weiterhin eine gewünschte Aufladung für den Motor bereitgestellt wird.
  • Zum Zeitpunkt t3 kann eine Anforderung zum Abstellen des Motors vorliegen, aufgrund derer die Motordrehzahl und die Motorlast reduziert werden können. Die Stellung sowohl des ersten als auch des zweiten Ventils (Ventil_1 und Ventil_2) kann in ihre entsprechende erste Stellung geschaltet werden. Die erste Stellung jedes der beiden Ventile kann die Standardstellung der Ventile bei einem abgestellten Motor sein. Zwischen dem Zeitpunkt t3 und t4 bleibt der Motor abgestellt und die Motortemperatur wird nicht gemessen. Zum Zeitpunkt t4 wird eine Motorneustartanforderung empfangen, woraufhin der Motor aus dem Stillstand startet. Hier wird der Motor nach einer kurzen Zeitdauer nach dem letzten Abstellen neu gestartet. Der Motor kann unter Warmstartbedingungen mit einer Motortemperatur über der Schwellentemperatur 507 starten. Beim Starten des Motors steigen auch die Motordrehzahl und die Motorlast stetig an. Aufgrund der höheren Motortemperatur beim Neustart können sowohl das erste Ventil (Ventil_1) als auch das zweite Ventil (Ventil_2) in ihre jeweiligen zweiten Stellungen geschaltet werden. Aufgrund der gegebenen Ventileinstellung kann das gesamte Volumen an heißem Abgas zunächst durch die Turbine strömen, wobei eine gewünschte Aufladung für den Motor bereitgestellt und die Abgastemperatur entsprechend reduziert werden kann. Nach dem Austreten aus der Turbine kann das eine niedrigere Temperatur aufweisende Abgas durch den Unterbodenkatalysator und dann durch den TWC strömen. Zum Zeitpunkt t4 wird die Auslassanordnung weiter in diesem Modus betrieben.
  • Auf diese Weise kann durch Einstellen einer Stellung mehrerer Ventile, die mit einem verzweigten Auslasssystem gekoppelt sind, das eine erste, eine zweite und eine dritte Verzweigung aufweist, wobei in jeder Verzweigung eine individuelle Auslasskomponente untergebracht ist, eine Abfolge des Abgasstroms durch die individuelle Auslasskomponente variiert werden, während Abgas durch jede der individuellen Auslasskomponenten strömengelassen wird.
  • In einem Beispiel umfasst ein Verfahren Folgendes: während eines Motorkaltstarts, Strömenlassen von Abgas durch zunächst einen Dreiwegekatalysator, dann durch einen Unterbodenkatalysator und dann eine Turbine; nach dem Anspringen des Katalysators, Strömenlassen von Abgas zunächst durch die Turbine, dann durch den Unterbodenkatalysator und dann durch den Dreiwegekatalysator; und während Hochlastbetrieb, zumindest teilweise Umgehen der Turbine. Bei dem Verfahren des vorstehenden Beispiels umfasst das Umgehen zusätzlich oder optional Strömenlassen eines ersten Teils des Abgases durch den Dreiwegekatalysator, dann durch den Unterbodenkatalysator und dann die Turbine, und Strömenlassen eines zweiten verbleibenden Teils des Abgases lediglich durch den Dreiwegekatalysator bei Umgehung sowohl der Turbine als auch des Unterbodenkatalysators. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele wird ein Verhältnis des ersten Teils zu dem zweiten Teil zusätzlich oder optional basierend auf einer Fahreranforderung und einem Aufladungsfehler eingestellt. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele umfasst das Einstellen zusätzlich oder optional Verringern des zweiten Teils und gleichzeitig entsprechendes Erhöhen des ersten Teils bei Zunahme der Fahreranforderung und Erhöhen des zweiten Teils und gleichzeitig entsprechendes Verringern des zweiten Teils bei Zunahme des Aufladungsfehlers, wobei der Aufladungsfehler eine Differenz zwischen einer tatsächlichen Aufladung und einer gewünschten Aufladung umfasst. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele sind der Dreiwegekatalysator, der Unterbodenkatalysator und die Turbine zusätzlich oder optional in individuellen Verzweigungen einer verzweigten Auslassanordnung untergebracht, wobei die individuellen Verzweigungen über sowohl ein erstes Ventil als auch ein zweites Ventil miteinander strömungsverbunden sind. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele umfasst das Strömenlassen von Abgas zunächst durch einen Dreiwegekatalysator, dann durch einen Unterbodenkatalysator und dann eine Turbine zusätzlich oder optional Strömenlassen von Abgas zunächst durch den an einer dritten Verzweigung untergebrachten Dreiwegekatalysator in einer ersten Richtung, dann Strömenlassen von Abgas durch den an einer zweiten Verzweigung untergebrachten Unterbodenkatalysator in einer zweiten Richtung und dann Strömenlassen von Abgas durch die an einer ersten Verzweigung untergebrachte Turbine in der ersten Richtung, wobei die zweite Richtung zur ersten Richtung entgegengesetzt ist; wobei Strömenlassen von Abgas zunächst durch die Turbine, dann durch den Unterbodenkatalysator und dann durch den Dreiwegekatalysator Strömenlassen von Abgas zunächst durch die an der ersten Verzweigung untergebrachte Turbine in der ersten Richtung, dann durch den an der zweiten Verzweigung untergebrachten Unterbodenkatalysator in der zweiten Richtung und dann durch den an einer dritten Verzweigung untergebrachten Dreiwegekatalysator in der ersten Richtung umfasst; und wobei zumindest teilweises Umgehen der Turbine Strömenlassen eines ersten Teils von Abgas zunächst durch die an der ersten Verzweigung untergebrachte Turbine in der ersten Richtung, dann durch den an der zweiten Verzweigung untergebrachten Unterbodenkatalysator in der zweiten Richtung und dann durch den an der dritten Verzweigung untergebrachten Dreiwegekatalysator in der ersten Richtung und gleichzeitiges Strömenlassen eines zweiten Teils von Abgas lediglich durch die dritte Verzweigung in der ersten Richtung bei Umgehung sowohl der Turbine als auch des Unterbodenkatalysators umfasst. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele ist das erste Ventil zusätzlich oder optional sowohl mit einem ersten Ende der ersten Verzweigung, einem ersten Ende der zweiten Verzweigung als auch einem ersten Ende der dritten Verzweigung gekoppelt und wobei das zweite Ventil sowohl mit einem zweiten Ende der ersten Verzweigung, einem zweiten Ende der zweiten Verzweigung als auch einem zweiten Ende der dritten Verzweigung gekoppelt ist. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele umfasst Strömenlassen von Abgas während des Kaltstarts zusätzlich oder optional Betätigen des ersten Ventils in eine erste Stellung und des zweiten Ventils in eine erste Stellung, wobei Strömenlassen von Abgas nach dem Anspringen des Katalysators Betätigen des ersten Ventils in eine zweite Stellung und des zweiten Ventils in eine zweite Stellung umfasst, und wobei Strömenlassen von Abgas während Hochlastbetriebs Betätigen des ersten Ventils in eine dritte Stellung und des zweiten Ventils in die zweite Stellung umfasst.
  • In einem weiteren Beispiel kann ein Motorverfahren dahingehendes Einstellen einer Stellung mehrerer Ventile, die sowohl mit einer ersten, einer zweiten als auch einer dritten Verzweigung eines verzweigten Auslasssystems gekoppelt sind, wobei in jeder Verzweigung eine individuelle Auslasskomponente untergebracht ist, eine Abfolge des Abgasstroms durch die individuelle Auslasskomponente zu variieren, während Abgas durch jede der individuellen Auslasskomponenten strömengelassen wird, umfassen. Bei dem vorstehenden beispielhaften Verfahren kann das Einstellen zusätzlich oder optional Folgendes umfassen: dahingehendes Betreiben in einem ersten Modus mit einem ersten Ventil in einer ersten Stellung und einem zweiten Ventil in einer ersten Stellung, Abgas zunächst durch einen Dreiwegekatalysator, der an der dritten Verzweigung des verzweigten Auslasssystems untergebracht ist, dann durch einen Unterbodenkatalysator, der an der zweiten Verzweigung des verzweigten Auslasssystems untergebracht ist, und dann durch eine Turbine, die an der ersten Verzweigung des verzweigten Auslasssystems untergebracht ist, strömenzulassen; dahingehendes Betreiben in einem zweiten Modus mit dem ersten Ventil in einer zweiten Stellung und dem zweiten Ventil in einer zweiten Stellung, Abgas zunächst durch die Turbine, dann durch den Unterbodenkatalysator und dann durch den Dreiwegekatalysators strömenzulassen; und dahingehendes Betreiben in einem dritten Modus mit dem ersten Ventil in einer dritten Stellung und dem zweiten Ventil in der zweiten Stellung, einen ersten Teil des Abgases zunächst durch die Turbine, dann durch den Unterbodenkatalysator und dann durch den Dreiwegekatalysator strömenzulassen und einen zweiten Teil des Abgases durch den Dreiwegekatalysator strömenzulassen, während die Turbine und der Unterbodenkatalysator umgangen werden. Eines oder alle der vorstehenden Beispiele umfasst ferner zusätzlich oder optional Auswählen zwischen dem ersten Modus, dem zweiten Modus und dem dritten Modus basierend auf Motortemperatur und Motorlast. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele umfasst das Auswählen zusätzliche optional Auswählen des ersten Modus, wenn die Motortemperatur unter einem Schwellenwert liegt, Auswählen des zweiten Modus, wenn die Motortemperatur über dem Schwellenwert liegt, wobei der Schwellenwert auf einer Katalysatoranspringtemperatur basiert, und Auswählen des dritten Modus, wenn die Motorlast über einer Schwellenlast liegt. Eines oder alle der vorstehenden Beispiele umfassen zusätzlich oder optional Übergehen von dem ersten in den zweiten Modus als Reaktion auf die Aktivierung des Katalysators, Übergehen von dem zweiten Modus in den dritten Modus als Reaktion auf eine Erhöhung des angeforderten Drehmoments, und Übergehen von dem dritten Modus in den ersten Modus als Reaktion auf eine Anforderung zum Abschalten des Motors. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele umfassen sowohl der erste Modus, der zweite Modus als auch der dritte Modus zusätzlich oder optional Strömenlassen von Abgas durch die erste Verzweigung in einer ersten Richtung, Strömenlassen von Abgas durch die zweite Verzweigung in einer zweiten Richtung und Strömenlassen von Abgas durch die dritte Verzweigung in der ersten Richtung, wobei die erste Richtung zur zweiten entgegengesetzt ist. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele basiert ein Verhältnis des ersten Teils zu dem zweiten Teil zusätzlich oder optional in dem dritten Modus auf einer Fahreranforderung und einem Aufladungsfehler. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele umfasst der erste Modus zusätzlich oder optional Übertragen von Wärme aus dem Abgas auf den Dreiwegekatalysator zur Erhöhung einer Katalysatortemperatur.
  • In noch einem weiteren Beispiel umfasst ein Motorsystem einen Motoreinlasskrümmer; eine Auslassanordnung mit einer ersten Verzweigung, einer zweiten Verzweigung, einer dritten Verzweigung, einem ersten Ventil und einem zweiten Ventil; einen Turbolader mit einer Turbine, die mit der ersten Verzweigung der Auslassanordnung gekoppelt ist, wobei die Turbine mit einem Verdichter verbunden ist; einen Unterbodenkatalysator, der mit der zweiten Verzweigung der Auslassanordnung gekoppelt ist; und eine Steuerung mit auf nicht flüchtigem Speicher gespeicherten rechnerlesbaren Anweisungen für Folgendes: dahingehendes Einstellen sowohl des ersten Ventils als auch des zweiten Ventils, Abgas durch die Turbine, den Unterbodenkatalysator und den Dreiwegekatalysator über die erste Verzweigung, die zweite Verzweigung und die dritte Verzweigung strömenzulassen, wobei eine Abfolge des Strömenlassens von Abgas auf der Motortemperatur und der Motorlast basiert. Bei dem vorstehenden beispielhaften Verfahren umfasst das Strömenlassen zusätzlich oder optional während einer ersten Bedingung Strömenlassen von Abgas zunächst durch die dritte Verzweigung mit dem Dreiwegekatalysator, dann durch die zweite Verzweigung mit dem Unterbodenkatalysator und dann durch die erste Verzweigung mit der Turbine; während einer zweiten Bedingung Strömenlassen von Abgas zunächst durch die erste Verzweigung mit der Turbine, dann durch die zweite Verzweigung mit dem Unterbodenkatalysator und dann durch die dritte Verzweigung mit dem Dreiwegekatalysator; während einer dritten Bedingung Strömenlassen eines ersten Teils des Abgases zunächst durch die erste Verzweigung mit der Turbine, dann durch die zweite Verzweigung mit dem Unterbodenkatalysator und dann durch die dritte Verzweigung mit dem Dreiwegekatalysator und Strömenlassen eines zweiten Teils des Abgases durch den Dreiwegekatalysator, wobei die Turbine und der Unterbodenkatalysator umgangen werden. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele umfasst die erste Bedingung zusätzlich oder optional eine Kaltstartbedingung, die zweite Bedingung umfasst eine über einem Schwellenwert liegende Motortemperatur und eine unter einem Schwellenwert liegende Motorlast, und die dritte Bedingung umfasst eine über einem Schwellenwert liegende Motortemperatur und eine über einem Schwellenwert liegende Motorlast, wobei die Motorschwellentemperatur auf einer Katalysatoranspringtemperatur basiert. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele werden zusätzlich oder optional während der ersten Bedingung sowohl das erste Ventil als auch das zweite Ventil dahingehend eingestellt, Abgas durch die erste Verzweigung und die dritte Verzweigung in einer ersten Richtung und durch die zweite Verzweigung in einer ersten Richtung strömenzulassen; werden während der zweiten Bedingung sowohl das erste Ventil als auch das zweite Ventil dahingehend eingestellt, Abgas durch die erste Verzweigung und die dritte Verzweigung in einer ersten Richtung und durch die zweite Verzweigung in einer ersten Richtung strömenzulassen; und werden während der dritten Bedingung sowohl das erste Ventil als auch das zweite Ventil dahingehend eingestellt, einen ersten Teil des Abgases durch die erste Verzweigung und die dritte Verzweigung in einer ersten Richtung und durch die zweite Verzweigung in einer ersten Richtung und einen zweiten Teil des Abgases durch die dritte Verzweigung in der ersten Richtung, wobei die erste und die zweite Verzweigung umgangen werden, strömenzulassen.
  • Auf diese Weise kann durch das Unterbringen individueller Auslasskomponenten in verschiedenen Verzweigungen/Strömungsfaden einer verzweigte Auslassanordnung der Abgasstrom durch jede der Komponenten variiert werden. Beispielsweise kann eine Abfolge des Abgasstroms variiert werden und eine oder mehrere Komponenten können unabhängig von ihrer Reihenfolge untereinander zumindest teilweise umgangen werden. Auf diese Weise ist es durch Strömenlassen von Abgas durch individuelle Auslasskomponenten, die an verschiedenen Verzweigungen einer verzweigten Auslassanordnung untergebracht sind, möglich, das Erreichen der Katalysatoranspringtemperatur unter Bereitstellung von Aufladung für den Motor während Kaltstartbedingungen zu beschleunigen. Abgas kann dahingehend geleitet werden, basierend auf Motorbetriebsbedingungen und Temperaturanforderungen der jeweiligen Komponenten durch jede der Auslasskomponenten in verschiedenen Richtungen zu strömen. Nach dem Erreichen der Katalysatoranspringtemperatur durch dahingehendes Einstellen des Abgasstroms, das heiße Abgas zunächst durch die Turbine zu leiten, bevor es durch die verbleibenden Auslasskomponenten strömengelassen wird, kann eine gewünschte Motoraufladung bereitgestellt werden und auch eine Temperatur des den Katalysator erreichenden Abgases kann gesenkt werden, wodurch der Katalysatorumwandlungswirkungsgrad verbessert wird. Während Motorhochlastbedingungen ist es durch die Verwendung mehrerer Strömungspfade zum Leiten von Abgas über die Auslassanordnung möglich, die Turbine teilweise zu umgehen, wodurch die Möglichkeit eines Aufladungsfehlers reduziert wird. Die technische Wirkung der Verwendung eines Paars von Ventilen zum Regulieren des Abgasstroms durch die Auslasskomponenten, die in individuellen Verzweigungen der verzweigten Auslassanordnung untergebracht sind, besteht darin, dass die Abfolge von Abgasstrom durch jede Auslasskomponente in Abhängigkeit von Motorbetriebsbedingungen und Temperaturanforderungen jeder Auslasskomponente unabhängig von der Position der Auslasskomponenten in der Auslassanordnung zueinander variiert werden kann. Darüber hinaus kann der Strom unter Verwendung von weniger Komponenten variiert werden. Beispielsweise kann durch die Verwendung der beiden Auslassanordnungsventile die Stützung auf zusätzliche Wastegateventile und einen zusätzlichen Wastegatedurchgang reduziert werden. Insgesamt können durch eine Änderung einer Abfolge eines Abgasstroms durch Auslasskomponenten der Motorwirkungsgrad, die Emissionsqualität und der Kraftstoffwirkungsgrad bei einem aufgeladenen Motorsystem verbessert werden.
  • Es sei angemerkt, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerungsverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in nichtflüchtigem Speicher gespeichert werden und können durch das Steuersystem, das die Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktuatoren und anderer Motorhardware umfasst, ausgeführt werden. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere irgendeiner Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen, wie zum Beispiel ereignisgesteuerte, interruptgesteuerte, Multitasking, Multithreading und dergleichen. Daher können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Operationen und/oder Funktionen in der veranschaulichten Abfolge 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 dargestellten Handlungen, Operationen und/oder Funktionen können in Abhängigkeit von der verwendeten bestimmten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Des Weiteren können die beschriebenen Handlungen, Operationen und/oder Funktionen einen in nichtflüchtigen 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 Motorhardwarekomponenten 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-, I-4-, I-6-, V-12-, Boxer-4- und andere Motorarten angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderer Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier 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 vom Schutzbereich der Originalansprüche verschieden, werden ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthaltend betrachtet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 8234865 [0003]

Claims (20)

  1. Verfahren, das Folgendes umfasst: während eines Motorkaltstarts, Strömenlassen von Abgas durch zunächst einen Dreiwegekatalysator, dann durch einen Unterbodenkatalysator und dann eine Turbine; nach dem Anspringen des Katalysators, Strömenlassen von Abgas zunächst durch die Turbine, dann durch den Unterbodenkatalysator und dann durch den Dreiwegekatalysator; und während Hochlastbetrieb, zumindest teilweise Umgehen der Turbine.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Umgehen Strömenlassen eines ersten Teils des Abgases durch den Dreiwegekatalysator, dann durch den Unterbodenkatalysator und dann die Turbine, und Strömenlassen eines zweiten verbleibenden Teils des Abgases lediglich durch den Dreiwegekatalysator bei Umgehung sowohl der Turbine als auch des Unterbodenkatalysators umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein Verhältnis des ersten Teils zu dem zweiten Teil basierend auf einer Fahreranforderung und einem Aufladungsfehler eingestellt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Einstellen Verringern des zweiten Teils und gleichzeitig entsprechendes Erhöhen des ersten Teils bei Zunahme der Fahreranforderung und Erhöhen des zweiten Teils und gleichzeitig entsprechendes Verringern des zweiten Teils bei Zunahme des Aufladungsfehlers umfasst, wobei der Aufladungsfehler eine Differenz zwischen einer tatsächlichen Aufladung und einer gewünschten Aufladung umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Dreiwegekatalysator, der Unterbodenkatalysator und die Turbine in individuellen Verzweigungen einer verzweigten Auslassanordnung untergebracht sind, wobei die individuellen Verzweigungen über sowohl ein erstes Ventil als auch ein zweites Ventil miteinander strömungsverbunden sind.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Strömenlassen von Abgas zunächst durch einen Dreiwegekatalysator, dann durch einen Unterbodenkatalysator und dann eine Turbine Strömenlassen von Abgas zunächst durch den an einer dritten Verzweigung untergebrachten Dreiwegekatalysator in einer ersten Richtung, dann Strömenlassen von Abgas durch den an einer zweiten Verzweigung untergebrachten Unterbodenkatalysator in einer zweiten Richtung und dann Strömenlassen von Abgas durch die an einer ersten Verzweigung untergebrachte Turbine in der ersten Richtung umfasst, wobei die zweite Richtung zur ersten Richtung entgegengesetzt ist; wobei Strömenlassen von Abgas zunächst durch die Turbine, dann durch den Unterbodenkatalysator und dann durch den Dreiwegekatalysator Strömenlassen von Abgas zunächst durch die an der ersten Verzweigung untergebrachte Turbine in der ersten Richtung, dann durch den an der zweiten Verzweigung untergebrachten Unterbodenkatalysator in der zweiten Richtung und dann durch den an einer dritten Verzweigung untergebrachten Dreiwegekatalysator in der ersten Richtung umfasst; und wobei zumindest teilweises Umgehen der Turbine Strömenlassen eines ersten Teils von Abgas zunächst durch die an der ersten Verzweigung untergebrachte Turbine in der ersten Richtung, dann durch den an der zweiten Verzweigung untergebrachten Unterbodenkatalysator in der zweiten Richtung und dann durch den an der dritten Verzweigung untergebrachten Dreiwegekatalysator in der ersten Richtung und gleichzeitiges Strömenlassen eines zweiten Teils von Abgas lediglich durch die dritte Verzweigung in der ersten Richtung bei Umgehung sowohl der Turbine als auch des Unterbodenkatalysators umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das erste Ventil sowohl mit einem ersten Ende der ersten Verzweigung, einem ersten Ende der zweiten Verzweigung als auch einem ersten Ende der dritten Verzweigung gekoppelt ist und wobei das zweite Ventil sowohl mit einem zweiten Ende der ersten Verzweigung, einem zweiten Ende der zweiten Verzweigung als auch einem zweiten Ende der dritten Verzweigung gekoppelt ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Strömenlassen von Abgas während des Kaltstarts Betätigen des ersten Ventils in eine erste Stellung und des zweiten Ventils in eine erste Stellung umfasst, wobei das Strömenlassen von Abgas nach dem Anspringen des Katalysators Betätigen des ersten Ventils in eine zweite Stellung und des zweiten Ventils in eine zweite Stellung umfasst, und wobei das Strömenlassen von Abgas während Hochlastbetriebs Betätigen des ersten Ventils in eine dritte Stellung und des zweiten Ventils in die zweite Stellung umfasst.
  9. Motorverfahren, das Folgendes umfasst: dahingehendes Einstellen einer Stellung mehrerer Ventile, die sowohl mit einer ersten, einer zweiten als auch einer dritten Verzweigung eines verzweigten Auslasssystems gekoppelt sind, wobei in jeder Verzweigung eine individuelle Auslasskomponente untergebracht ist, eine Abfolge des Abgasstroms durch die individuellen Auslasskomponenten zu variieren, während Abgas durch jede der individuellen Auslasskomponenten strömengelassen wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Einstellen Folgendes umfasst: dahingehendes Betreiben in einem ersten Modus mit einem ersten Ventil in einer ersten Stellung und einem zweiten Ventil in einer ersten Stellung, Abgas zunächst durch einen Dreiwegekatalysator, der an der dritten Verzweigung des verzweigten Auslasssystems untergebracht ist, dann durch einen Unterbodenkatalysator, der an der zweiten Verzweigung des verzweigten Auslasssystems untergebracht ist, und dann durch eine Turbine, die an der ersten Verzweigung des verzweigten Auslasssystems untergebracht ist, strömenzulassen; dahingehendes Betreiben in einem zweiten Modus mit dem ersten Ventil in einer zweiten Stellung und dem zweiten Ventil zweiten Stellung, Abgas zunächst durch die Turbine, dann durch den Unterbodenkatalysator und dann durch den Dreiwegekatalysators strömenzulassen; und dahingehendes Betreiben in einem dritten Modus mit dem ersten Ventil in einer dritten Stellung und dem zweiten Ventil in der zweiten Stellung, einen ersten Teil des Abgases zunächst durch die Turbine, dann durch den Unterbodenkatalysator und dann durch den Dreiwegekatalysator strömenzulassen und einen zweiten Teil des Abgases durch den Dreiwegekatalysator strömenzulassen, während die Turbine und der Unterbodenkatalysator umgangen werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, das ferner Auswählen zwischen dem ersten Modus, dem zweiten Modus und dem dritten Modus basierend auf Motortemperatur und Motorlast umfasst.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Auswählen Auswählen des ersten Modus, wenn die Motortemperatur unter einem Schwellenwert liegt, Auswählen des zweiten Modus, wenn die Motortemperatur über dem Schwellenwert liegt, wobei der Schwellenwert auf einer Katalysatoranspringtemperatur basiert, und Auswählen des dritten Modus, wenn die Motorlast über einer Schwellenlast liegt, umfasst.
  13. Verfahren nach Anspruch 10, das ferner Übergehen von dem ersten in den zweiten Modus als Reaktion auf die Aktivierung des Katalysators, Übergehen von dem zweiten Modus in den dritten Modus als Reaktion auf eine Erhöhung des angeforderten Drehmoments, und Übergehen von dem dritten Modus in den ersten Modus als Reaktion auf eine Anforderung zum Abschalten des Motors umfasst.
  14. Verfahren nach Anspruch 10, wobei sowohl der erste Modus, der zweite Modus als auch der dritte Modus Strömenlassen von Abgas durch die erste Verzweigung in einer ersten Richtung, Strömenlassen von Abgas durch die zweite Verzweigung in einer zweiten Richtung und Strömenlassen von Abgas durch die dritte Verzweigung in der ersten Richtung umfassen, wobei die erste Richtung zur zweiten entgegengesetzt ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 10, wobei in dem dritten Modus ein Verhältnis des ersten Teils zu dem zweiten Teil auf einer Fahreranforderung und einem Aufladungsfehler basiert.
  16. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der erste Modus Übertragen von Wärme aus dem Abgas auf den Dreiwegekatalysator zur Erhöhung einer Katalysatortemperatur umfasst.
  17. Motorsystem, das Folgendes umfasst: einen Motoreinlasskrümmer; eine Auslassanordnung mit einer ersten Verzweigung, einer zweiten Verzweigung, einer dritten Verzweigung, einem ersten Ventil und einem zweiten Ventil; einen Turbolader mit einer Turbine, die mit der ersten Verzweigung der Auslassanordnung gekoppelt ist, wobei die Turbine mit einem Verdichter verbunden ist; einen Unterbodenkatalysator, der mit der zweiten Verzweigung der Auslassanordnung gekoppelt ist; und eine Steuerung mit auf nicht flüchtigem Speicher gespeicherten rechnerlesbaren Anweisungen für Folgendes: dahingehendes Einstellen sowohl des ersten Ventils als auch des zweiten Ventils, Abgas durch die Turbine, den Unterbodenkatalysator und den Dreiwegekatalysator über die erste Verzweigung, die zweite Verzweigung und die dritte Verzweigung strömenzulassen, wobei eine Abfolge des Strömenlassens von Abgas auf der Motortemperatur und der Motorlast basiert.
  18. System nach Anspruch 17, wobei das Strömenlassen während einer ersten Bedingung Strömenlassen von Abgas zunächst durch die dritte Verzweigung mit dem Dreiwegekatalysator, dann durch die zweite Verzweigung mit dem Unterbodenkatalysator und dann durch die erste Verzweigung mit der Turbine; während einer zweiten Bedingung Strömenlassen von Abgas zunächst durch die erste Verzweigung mit der Turbine, dann durch die zweite Verzweigung mit dem Unterbodenkatalysator und dann durch die dritte Verzweigung mit dem Dreiwegekatalysator; während einer dritten Bedingung Strömenlassen eines ersten Teils des Abgases zunächst durch die erste Verzweigung mit der Turbine, dann durch die zweite Verzweigung mit dem Unterbodenkatalysator und dann durch die dritte Verzweigung mit dem Dreiwegekatalysator und Strömenlassen eines zweiten Teils des Abgases durch den Dreiwegekatalysator, wobei die Turbine und der Unterbodenkatalysator umgangen werden, umfasst.
  19. System nach Anspruch 18, wobei die erste Bedingung eine Kaltstartbedingung umfasst, die zweite Bedingung eine über einem Schwellenwert liegende Motortemperatur und eine unter einem Schwellenwert liegende Motorlast umfasst, und die dritte Bedingung eine über einem Schwellenwert liegende Motortemperatur und eine über einem Schwellenwert liegende Motorlast umfasst, wobei die Motorschwellentemperatur auf einer Katalysatoranspringtemperatur basiert.
  20. Verfahren nach Anspruch 18, wobei während der ersten Bedingung sowohl das erste Ventil als auch das zweite Ventil dahingehend eingestellt werden, Abgas durch die erste Verzweigung und die dritte Verzweigung in einer ersten Richtung und durch die zweite Verzweigung in einer ersten Richtung strömenzulassen; während der zweiten Bedingung sowohl das erste Ventil als auch das zweite Ventil dahingehend eingestellt werden, Abgas durch die erste Verzweigung und die dritte Verzweigung in einer ersten Richtung und durch die zweite Verzweigung in einer ersten Richtung strömenzulassen; und während der dritten Bedingung sowohl das erste Ventil als auch das zweite Ventil dahingehend eingestellt werden, einen ersten Teil des Abgases durch die erste Verzweigung und die dritte Verzweigung in einer ersten Richtung und durch die zweite Verzweigung in einer ersten Richtung und einen zweiten Teil des Abgases durch die dritte Verzweigung in der ersten Richtung, wobei die erste und die zweite Verzweigung umgangen werden, strömenzulassen.
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