DE102017120973A1 - Verfahren und system zur emissionsverringerung - Google Patents

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Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum Betreiben einer verzweigten Abgasbaugruppe in einem Fahrzeugmotor bereitgestellt, um die Katalysatoreffizienz zu erhöhen und Motoremissionen zu verringern. In einem Beispiel kann ein Verfahren unter einer Kaltstartbedingung das Strömen von Abgas zuerst durch einen Dreiwegekatalysator, dann durch einen Unterbodenwandler, dann durch einen Wärmetauscher und dann durch eine Turbine beinhalten, wobei jede Abgaskomponente in verschiedenen Verzweigungen in der verzweigten Abgasbaugruppe untergebracht ist. Nach dem Anschalten des Katalysators kann Abgas zuerst durch die Turbine, dann durch den Unterbodenwandler und dann durch den Dreiwegekatalysator strömen und bei hoher Motorlast kann Abgas, das in die Turbine gelangt, gekühlt werden, um Wärmelast auf die Turbine zu verringern.

Description

  • GEBIET
  • Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zum Steuern eines Fahrzeugmotors, um Motoremissionen zu verringern und Abgaswärme zurückzugewinnen.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK/KURZDARSTELLUNG
  • Motoren können mit aufgeladener Luftfüllung, die durch einen Turbolader bereitgestellt wird, betrieben werden, wobei ein Ansaugverdichter durch eine Abgasturbine angetrieben wird. Das Platzieren einer Turbine in einem Abgassystem kann jedoch die Kaltstartemissionen eines Motors erhöhen, da die Turbine wie eine Wärmesenke agiert. Insbesondere kann die Motorabgaswärme während des Motorkaltstarts an der Turbine absorbiert werden, was die Menge an Abgaswärme verringert, die an einem stromabwärtigen Abgaskatalysator aufgenommen wird. Von daher wird das Anspringen des Katalysators verzögert. Folglich kann eine Spätzündung erforderlich sein, um den Abgaskatalysator zu aktivieren. Die Kraftstoffeinbußen, die der Verwendung der Spätzündung zugeordnet sind, können den Vorteil der Kraftstoffeffizienz des aufgeladenen Motorbetriebs aufwiegen oder sogar übertreffen. Es kann auch während des Kaltstarts aufgrund von Zylinderwand- und Kolbentemperaturen, die unter einem Schwellenwert liegen, zu einer Erhöhung von Kohlenwasserstoffemissionen kommen. Deshalb kann es notwendig sein, dem Motor Wärme zuzuführen, um die Temperatur der Zylinderwand und des Kolbens zu erhöhen.
  • Dementsprechend wurden verschiedene Ansätze entwickelt, um das Erreichen einer Anspringtemperatur des Katalysators unter Kaltstartbedingungen in einem aufgeladenen Motor zu beschleunigen. Ein beispielhafter Ansatz, gezeigt von Andrews in US 8,23,4865 , beinhaltet ein Leiten von Abgas in Richtung eines Abgasendrohrs über einen Durchlass, der die Abgasturbine unter Kaltstartbedingungen umgeht. Ein passives, thermatisch betriebenes Ventil wird dazu verwendet, den Strom von Abgas durch den Durchlass zu regeln, wobei sich das Ventil bei Niedrigtemperaturbedingungen (wie etwa beim Kaltstart) öffnet. Das thermatisch betriebene Ventil umfasst ein Bimetallelement, welches sich auf Grundlage der Temperatur verformt, wodurch das Öffnen des Ventils geregelt wird. Durch das Umgehen der Turbine kann die Abgaswärme direkt an den Abgaskatalysator abgegeben werden.
  • Die Erfinder haben hierin jedoch mögliche Probleme bei derartigen Systemen erkannt. Als ein Beispiel kann Wärme vom Abgas nicht ausreichend zurückgewonnen und zum beschleunigten Erwärmen der Zylinderwände und des Kolbens verwendet werden. Aufgrund der sich ergebenden geringeren Zylindertemperatur können sich Kohlenwasserstoffemissionen erhöhen. Ebenso kann es, aufgrund des Umgehens der Turbine durch das Abgas, zu einer Verzögerung beim Hochdrehen der Turbine kommen, was zu einem Turboloch und verringerter Aufladungsleistung führt. Außerdem kann nach dem Anspringen des Katalysators die Temperatur des ungestörten Abgases, das den Katalysator erreicht, höher als gewünscht sein. Der Katalysator kann dank einer Beschichtung auf der Katalysatorfläche (wie etwa auf der Fläche eines Abgasoxidationskatalysators oder Dreiwegekatalysators) bei niedrigeren Abgastemperaturen eine höhere Umwandlungseffizienz aufweisen. Die höher als gewünscht liegende Temperatur von Abgas, das den Katalysator erreicht, kann zu einer reduzierten Funktion des Katalysators führen.
  • Die Erfinder haben hierin einen Ansatz festgestellt, mit dem die vorstehend beschriebenen Probleme zumindest teilweise angegangen werden können. Ein Beispielverfahren für einen aufgeladenen Motor umfasst: während des Kaltstarts, Strömen von Abgas zuerst durch einen Dreiwegekatalysator, dann einen Unterbodenwandler, dann einen Abgasumgehungsdurchlass mit einem Wärmetauscher und dann eine Turbine; Übertragen der Wärme vom Abgas an ein Kühlmittel, das durch den Wärmetauscher zirkuliert; und Erwärmen eines Motorzylinders und Kolbens mit Abgaswärme, die am Wärmetauscher zurückgewonnen wurde. Auf diese Weise kann Abgaswärme verwendet werden, um Zylinderwand- und Kolbentemperaturen zu erhöhen und ebenso das Anspringen des Katalysators zu beschleunigen.
  • In einem Beispiel kann ein turboaufgeladenes Motorsystem mit einer verzweigten Abgasbaugruppe ausgelegt werden, wobei der Abgasdurchlass, stromabwärts des Abgaskrümmers, in mindestens drei unterschiedliche Verzweigungen, die jeweils einen bestimmten Strömungsweg bilden, unterteilt ist. Die Verzweigungen können über Ventile miteinander derart verbunden sein, dass eine Reihenfolge von Abgasstrom entlang jedem der Strömungswege über Einstellungen an einer Stellung der Ventile eingestellt werden kann. Bestimmte Abgaskomponenten können an bestimmte Verzweigungen der verzweigten Abgasbaugruppe gekoppelt sein. Zum Beispiel kann eine Abgasturbine des Turboladers an eine erste Verzweigung gekoppelt sein, ein Unterbodenwandler kann an eine zweite Verzweigung gekoppelt sein und ein Abgasoxidationskatalysator (Dreiwegekatalysator) kann an eine dritte Verzweigung der Abgasbaugruppe gekoppelt sein. Ein Abgasumgehungsdurchlass kann auch ein Motorkühlmittelsystem an die erste Verzweigung derart stromaufwärts des Turboladers koppeln, dass Abgas, der in der ersten Verzweigung aufgenommen wird, direkt von stromaufwärts der Turbine in den Umgehungsdurchlass geleitet wird, ohne durch die Turbine zu strömen. Ein Wärmetauscher kann in den Umgehungsdurchlass gekoppelt sein, wobei Wärme vom Abgas an ein Kühlmittel übertragen werden kann, das durch den Wärmetauscher zirkuliert. Einstellungen an der Stellung eines Umleitventils können verwendet werden, um den Abgasstrom über den Umgehungsdurchlass zu steuern. Unter Kaltstartbedingungen kann eine Stellung der Abgassystemventile durch eine Motorsteuerung eingestellt werden, zuerst durch den Katalysator, dann durch den Unterbodenwandler, dann durch den Umgehungsdurchlass und dann durch die Turbine zu strömen. Wärme, die vom Abgas durch das Kühlmittel, das durch den Wärmetauscher zirkuliert, entzogen wurde, kann verwendet werden, um die Zylinderwand- und Kolbentemperaturen zu erhöhen. Nach dem Anspringen des Katalysators kann eine Stellung der Ventile eingestellt werden, um Abgas zuerst durch die Turbine, dann durch den Unterbodenwandler und dann durch den Katalysator zu strömen. Dies ermöglicht ein beschleunigtes Hochdrehen der Turbine. Unter hohen Motorlastbedingungen, zum Beispiel während des Betriebs mit Aufladung, kann eine Stellung der Ventile derart eingestellt werden, dass Abgas gleichzeitig über zwei getrennte Strömungswege zum Endrohr geleitet werden kann. Zum Beispiel kann ein erster Abgasabschnitt zuerst durch den Umgehungsdurchlass, dann durch die Turbine, dann durch den Unterbodenwandler und dann durch den angesprungenen Katalysator strömen, bevor er über das Endrohr wieder austritt. Ein zweiter (verbleibender) Abgasabschnitt kann zuerst durch die Turbine, dann durch den Unterbodenwandler und dann durch den angesprungenen Katalysator strömen, bevor er über das Endrohr wieder austritt. Der Abgasabschnitt, der durch den Wärmetauscher geleitet wurde, kann auf Grundlage von Motorwärmebedarf und Motorlast eingestellt werden. Es kann auch unter hohen Motorlastbedingungen ein Kühlfluid in den Abgasstrom stromaufwärts der Turbine eingespritzt werden, um die Temperatur des Abgases, das in die Turbine gelangt, zu verringern.
  • Auf diese Weise ist es durch das Leiten von Abgas durch verschiedene Strömungswege einer verzweigten Abgasbaugruppe möglich, das Erreichen der Katalysatoranspringtemperatur zu beschleunigen, während gleichzeitig Abgaswärme entzogen wird und dem Motor unter Kaltstartbedingungen Aufladung bereitgestellt wird. Insbesondere kann Abgas durch jede/n von einem Wärmetauscher, einer Turbine, einem Abgaskatalysator und einem Unterbodenwandler in einer Reihenfolge des Abgasstroms durch die Komponenten strömen, die auf Grundlage von Betriebsbedingungen eingestellt wurde. Durch das Einstellen von Abgasstrom unter Kaltstartbedingungen, heißes Abgas zuerst durch einen Abgaskatalysator und dann durch einen Wärmetauscher zu strömen, bevor das Abgas durch die verbleibenden Abgaskomponenten strömt, kann Abgaswärme wirksam zum Wärmen des Katalysators und anderer Motorkomponenten verwendet werden. Durch das Einstellen des Abgasstroms, nach dem Anschalten des Katalysators das heiße Abgas durch eine Abgasturbine zu leiten, bevor das Abgas durch die verbleibenden Abgaskomponenten strömt, wird ein Turboloch verringert. Zusätzlich wird eine Temperatur des Abgases, das am Katalysator aufgenommen wird, verringert, wodurch die Katalysatorumwandlungseffizienz verbessert wird. Der technische Effekt der Zurückgewinnung von Abgaswärme unter Verwendung eines Motorkühlmittels ist, dass das Erwärmen von Zylinderwänden und Kolben beschleunigt werden kann und Kohlenwasserstoffemissionen verringert werden können, vor allem unter Kaltstartbedingungen. Durch das Leiten von Abgas über mehrere Strömungswege in die Abgasbaugruppe ist es möglich, die Temperatur des Abgases durch die Turbine zu verringern, wodurch die Möglichkeit eines Aufladungsfehlers und einer Turbinenhardwarefehlfunktion unter hohen Motorlastbedingungen zu verringern. Außerdem können durch die Verwendung einer Kühlflüssigkeit stromaufwärts der Turbine zum Verringern der Abgastemperatur, Schäden an Turbinenhardware verringert werden. Insgesamt können, durch das Ändern einer Reihenfolge des Abgasstroms durch die Abgaskomponenten und die Zurückgewinnung von Abgaswärme, Motoreffizienz, Emissionsqualität und Kraftstoffeffizienz in einem aufgeladenen Motorsystem verbessert werden.
  • Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die in der detaillierten Beschreibung weitergehend beschrieben sind. Es ist nicht beabsichtigt, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Umfang einzig in den Ansprüchen im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die Nachteile lösen, die oben oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung erwähnt wurden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Motorsystems, das eine erste verzweigte Abgasbaugruppe und einen Abgaswärmetauscher beinhaltet.
  • 2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Motorsystems, das eine zweite verzweigte Abgasbaugruppe und ein Abgaswärmezurückgewinnungssystem beinhaltet.
  • 3A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der ersten verzweigten Abgasbaugruppe aus 1, die in einem ersten Modus arbeitet.
  • 3B zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der ersten verzweigten Abgasbaugruppe aus 1, die in einem zweiten Modus arbeitet.
  • 3C zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der ersten verzweigten Abgasbaugruppe aus 1, die in einem dritten Modus arbeitet.
  • 4A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der zweiten verzweigten Abgasbaugruppe aus 2, die in einem ersten Modus arbeitet.
  • 4B zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der zweiten verzweigten Abgasbaugruppe aus 2, die in einem zweiten Modus arbeitet.
  • 4C zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der zweiten verzweigten Abgasbaugruppe aus 2, die in einem dritten Modus arbeitet.
  • 5 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren veranschaulicht, das zum Einstellen von Abgasstrom durch die erste verzweigte Abgasbaugruppe und den Wärmetauscher umgesetzt ist.
  • 6 zeigt eine Tabelle, welche die verschiedenen Betriebsmodi der ersten verzweigten Abgasbaugruppe veranschaulicht.
  • 7 zeigt einen Beispielbetrieb der ersten verzweigten Abgasbaugruppe.
  • 8 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren veranschaulicht, das zum Einstellen von Abgasstrom durch die zweite verzweigte Abgasbaugruppe und das Abgaswärmezurückgewinnungssystem umgesetzt ist.
  • 9 zeigt eine Tabelle, welche die verschiedenen Betriebsmodi der zweiten verzweigten Abgasbaugruppe veranschaulicht.
  • 10 zeigt einen Beispielbetrieb der zweiten verzweigten Abgasbaugruppe.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Verringern von Motoremissionen und Zurückgewinnen von Abgaswärme, während einem Motorsystem Aufladung bereitgestellt wird. Beispielhafte Motorsysteme, die verzweigte Abgasbaugruppen umfassen, sind in 1 und 2 gezeigt. Im System aus 1 wird ein bestimmter Wärmetauscher verwendet, um Abgaswärmeenergie zurückzugewinnen, um für das Wärmen von Zylinderwänden und Kolben verwendet zu werden. Im System aus 2 wird das Abgas durch die Motorzylinder geleitet, wobei ein zirkulierendes Kühlmittel verwendet wird, um die Abgaswärme an die Zylinderwände und den Kolben zu übertragen. Auf die verschiedenen Betriebsmodi der Systeme aus 1–2 wird unter Bezugnahme auf die 3A–3C und 4A–4C näher eingegangen. Eine Motorsteuerung kann ausgelegt sein, um Steuerungsroutinen, wie zum Beispiel die Beispielroutinen aus den 5 und 8 durchzuführen, um die Stellung des Systemventils/der Systemventile zu variieren, um dadurch den Abgasstrom durch die verzweigten Abgasbaugruppen aus den 1 bzw. 2 einzustellen. Die verschiedenen Betriebsmodi der verzweigten Abgasbaugruppen aus den 1 und 2 werden in 6 bzw. 9 tabellarisch dargestellt. Beispielbetriebe der Systeme aus den 1 und 2 werden unter Bezugnahme auf 7 bzw. 10 dargestellt.
  • 1 zeigt schematisch Aspekte eines beispielhaften Motorsystems 100, das einen Motor 10 beinhaltet. In der gezeigten Ausführungsform ist der Motor 10 ein aufgeladener Motor, der an einen Turbolader 13, darunter einen Verdichter 114, gekoppelt ist, welcher von einer Turbine 116 angetrieben wird. Insbesondere wird Frischluft entlang des Ansaugkanals 42 über den Luftreiniger 112 in den Motor 10 eingespeist und strömt zum Verdichter 114. Der Verdichter kann ein beliebiger geeigneter Ansaugluftverdichter, wie zum Beispiel ein von einem Motor angetriebener oder von einer Antriebswelle angetriebener Superladeverdichter, sein. Im Motorsystem 10 ist der Verdichter 114 ein Turboladerverdichter, der mechanisch über eine Welle (nicht gezeigt) an die Turbine 116 gekoppelt ist, wobei die Turbine 116 durch sich ausdehnende Motorabgase angetrieben wird.
  • Wie in 1 gezeigt, ist der Verdichter 114 durch den Ladeluftkühler (CAC) 18 an das Drosselventil 20 gekoppelt. Das Drosselventil 20 ist mit dem Motoransaugkrümmer 22 verbunden. Aus dem Verdichter strömt die verdichtete Luftfüllung durch den Ladeluftkühler 18 und das Drosselventil zum Ansaugkrümmer. In der in 1 gezeigten Ausführungsform wird der Druck der Luftfüllung innerhalb des Ansaugkrümmers durch den Krümmerluftdruck-(MAP-)Sensor 125 erfasst.
  • Ein oder mehrere Sensoren können mit einem Einlass des Verdichters 114 gekoppelt sein. Zum Beispiel kann ein Temperatursensor 55 zum Schätzen einer Verdichtereinlasstemperatur an den Einlass gekoppelt sein und ein Drucksensor 56 kann zum Schätzen eines Verdichtereinlassdrucks an den Einlass gekoppelt sein. Als ein anderes Beispiel kann ein Feuchtigkeitssensor 57 zum Schätzen einer Feuchtigkeit einer in den Verdichter eintretenden Luftfüllung an den Einlass gekoppelt sein. Wiederum andere Sensoren können zum Beispiel Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren etc. beinhalten. In weiteren Beispielen können eine oder mehrere der Verdichtereinlassbedingungen (wie zum Beispiel Feuchtigkeit, Temperatur, Druck etc.) auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen abgeleitet werden. Zusätzlich können die Sensoren, wenn eine Abgasrückführung (AGR) ermöglicht wird, eine Temperatur, einen Druck, eine Feuchtigkeit und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luftfüllungsgemisches, einschließend Frischluft, zurückgeführte verdichtete Luft und Abgasrückstände, schätzen, die an dem Verdichtereinlass aufgenommen wurden.
  • Der Ansaugkrümmer 22 ist durch eine Reihe von Ansaugventilen (nicht dargestellt) mit einer Reihe von Brennkammern 30 verbunden. Die Brennkammern sind ferner über einen Satz von Abgasventilen (nicht abgebildet) mit dem Abgaskrümmer 36 verbunden. In einer Ausführungsform kann jedes der Abgas- und Ansaugventile elektronisch betätigt oder geregelt werden. In einer anderen Ausführungsform kann jedes der Abgas- und Ansaugventile über Nocken betätigt oder geregelt werden. Ob elektronisch betätigt oder über Nocken betätigt, kann der zeitliche Verlauf des Öffnens und Schließens von Abgas- und Ansaugventil wie für die gewünschte Leistung hinsichtlich Verbrennung und Emissionsregelung erforderlich eingestellt werden.
  • Den Brennkammern 30 können über eine Einspritzvorrichtung (nicht gezeigt) einer oder mehrere Kraftstoffe, wie zum Beispiel Benzin, Alkohol-Kraftstoff-Mischungen, Diesel, Biodiesel, verdichtetes Erdgas etc., zugeführt werden. Der Kraftstoff kann den Brennkammern über Direkteinspritzung, Saugrohreinspritzung, Drosselventilkörpereinspritzung oder eine Kombination davon zugeführt werden. In den Brennkammern kann die Verbrennung über Fremdzündung und/oder Kompressionszündung gestartet werden.
  • Wie in 1 gezeigt, kann der Abgaskrümmer 36 zu einer verzweigten Abgasbaugruppe 150 führen, wobei der Abgasdurchlass 103 in drei getrennte Verzweigungen unterteilt ist, die jeweils einen bestimmten Strömungsweg erzeugen. Die drei Verzweigungen sind im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Die Verzweigungen können über zwei Vierwegeventile 117 und 115 fluidisch derart verbunden sein, dass eine Reihenfolge von Abgasstrom entlang jedem der Strömungswege über Einstellungen an einer Stellung von jedem der Ventile 115 und 117 eingestellt werden kann. Das erste Vierwegeventil 117 kann an jedes von einem ersten Ende einer ersten Verzweigung 104, einem ersten Ende einer zweiten Verzweigung 102 und einem ersten Ende einer dritten Verzweigung 106 gekoppelt sein. Das zweite Vierwegeventil kann an jedes von einem zweiten Ende der ersten Verzweigung 104, einem zweiten Ende der zweiten Verzweigung 102 und einem zweiten Ende der dritten Verzweigung 106 gekoppelt sein. Getrennte Abgaskomponenten können an jede Verzweigung der verzweigten Abgasbaugruppe gekoppelt sein. Zum Beispiel kann die Abgasturbine 116 des Turboladers 13 an die erste Verzweigung 104 gekoppelt sein, ein Unterbodenwandler 118 kann an die zweite Verzweigung 102 gekoppelt sein und ein Dreiwegekatalysator (TWC) 120 kann an die dritte Verzweigung 106 der Abgasbaugruppe 150 gekoppelt sein.
  • Ein Abgasumgehungsdurchlass 123 kann an die erste Verzweigung 104 der verzweigten Abgasbaugruppe 150 stromaufwärts der Turbine 116 gekoppelt sein. Ein Umleitventil 119 kann an eine Verbindungsstelle der ersten Verzweigung 104 und des Abgasumgehungsdurchlasses 123 zum Regeln des Abgasstroms in den Umgehungsdurchlass 123 aus der ersten Verzweigung 104 gekoppelt sein. In einem Beispiel kann das Umleitventil 119 ein durchgehend einstellbares Ventil sein. In einem anderen Beispiel kann das Umleitventil 119 ein Dreiwegeventil sein. Der Umgehungsdurchlass kann ferner einen Wärmetauscher 122 zum Kühlen des strömenden Abgases beinhalten. Abgas kann von der ersten Verzweigung 104 zum ersten Ende des Wärmetauschers 122 nahe dem Abgaskrümmer über das Umleitventil 119 und den Umgehungsdurchlass 123 strömen. Ein Rückschlagventil kann an den Umgehungsdurchlass 123 stromabwärts des Wärmetauschers 122 zum Aktivieren von unidirektionalem Abgasstrom durch den Umgehungsdurchlass vom zweiten Ende des Wärmetauschers 122 zur ersten Verzweigung 104 (und Deaktivieren von Abgasstrom von der ersten Verzweigung 104 zum zweiten Ende des Wärmetauschers 122) gekoppelt sein. Der Wärmetauscher kann über eine Kühlpumpe 130 an einen Kühlbehälter 132 gekoppelt sein. Kühlmittel vom Kühlbehälter 132 kann durch den Wärmetauscher 122 zirkuliert werden, und wenn Abgas durch den Wärmetauscher 122 strömt, kann Wärme vom heißen Abgas auf das Kühlmittel übertragen werden. In einem Beispiel kann der Wärmetauscher 122 ein Wasser-Gas-Tauseher sein. Bei der Übertragung von Wärme vom Abgas zum Kühlmittel, kann das angewärmte Kühlmittel über eine erste Kühlleitung 124 und eine zweite Kühlleitung 128 zurück zum Motor zum Erwärmen der Zylinderwände und des Kolbens (bei Bedarf) zirkuliert werden. In einem Beispiel kann Kühlmittel vom Wärmetauscher 122 über die erste Kühlleitung 124 zu Kühlkanälen 127 strömen, die jeden der Zylinder 30 umgeben, und Wärme kann vom Kühlmittel an die Zylinder 30 übertragen werden. Sobald die Wärme vom Kühlmittel übertragen wurde, kann das Kühlmittel über die zweite Kühlleitung 128 zum Wärmetauscher 122 zurückkehren. Kühlmittel kann ebenfalls auf Grundlage von Fahrzeugkabinenwärmebedarf durch einen Heizkern zirkulieren.
  • Unter Kaltstartbedingungen (z. B. einer ersten Bedingung), können die Ventile 117, 115 und 119 so eingestellt werden, dass Abgas zuerst durch die dritte Verzweigung 106, in welcher der Dreiwegekatalysator 120 untergebracht ist, dann durch die zweite Verzweigung 102, in welcher der Unterbodenwandler 118 untergebracht ist, dann durch den Wärmetauscher 122 und zum Schluss durch die erste Verzweigung 104, in der die Turbine 116 untergebracht ist, strömt. Durch das Leiten des heißen Abgases durch den Katalysator bevor das Abgas durch die verbleibenden Abgaskomponenten strömt, kann Wärme während des Kaltstarts wirksam auf den Katalysator übertragen werden, um schneller zu erreichen, dass der Katalysator anspringt. Durch das Strömen des heißen Abgases durch den Wärmetauscher 122 kann Abgaswärme wirksam auf ein Kühlmittel übertragen werden, das durch den Wärmetauscher und die Motorzylinder zirkuliert, und die entzogene Wärme (vom Abgas) kann zum Erwärmen der Zylinderwände und Kolben und zur Kabinenerwärmung verwendet werden. Die Erwärmung der Zylinderwände und Kolben kann zu abnehmenden Kaltstartkohlenwasserstoffemissionen führen. Durch das Strömen des Abgases durch die Turbine 116 kann dem Motor eine Aufladung unter Kaltstartbedingungen bereitgestellt werden. Nach dem Anspringen des Dreiwegekatalysators (z. B. eine zweite Bedingung) können die Ventile 117, 115 und 119 eingestellt werden, Abgas zuerst durch die erste Verzweigung 104, in der die Turbine 116 untergebracht ist, dann durch die zweite Verzweigung 102, in welcher der Unterbodenwandler 118 untergebracht ist, und dann durch die dritte Verzweigung 106, in welcher der Dreiwegekatalysator 120 untergebracht ist, zu strömen. Durch das Einstellen des Abgasstroms, das heiße Abgas durch die Turbine 116 zu leiten, bevor das Abgas durch die verbleibenden Abgaskomponenten strömt, kann ein Turboloch verringert werden. Zusätzlich kann eine Temperatur des Abgases, das am Katalysator 120 aufgenommen wird, verringert werden, wodurch die Katalysatorumwandlungseffizienz verbessert wird. Zu diesem Zeitpunkt kann die Abgaswärmezurückgewinnung für das Erwärmen der Zylinder und des Kolbens nicht länger gewünscht sein, da sich die Motortemperatur über einer Schwellenwerttemperatur befindet (was Katalysatoranschalten verursacht), und deswegen wird Abgas möglicherweise nicht über den Wärmetauscher 122 geleitet. Während Lastvorgängen, die über dem Schwellenwert liegen (dritte Bedingung), können die Ventile 117, 115 und 119 eingestellt werden, um Abgas zuerst durch die erste Verzweigung 104 zu strömen. Der Öffnungsgrad (Winkel) des Umleitventils 119 kann eingestellt werden, so dass ein erster Abgasabschnitt in den Umgehungsdurchlass 123 von stromaufwärts der Turbine 116 in der ersten Verzweigung 104 strömt. Der erste Abgasabschnitt kann dann über den Wärmetauscher 122 strömen, bevor er zur ersten Verzweigung 104 zurückkehrt. Auf diese Weise kann der erste Abgasabschnitt im Wärmetauscher 122 gekühlt und indirekt durch die Turbine 116 geleitet werden. Gleichzeitig kann ein zweiter Abgasabschnitt unter Umgehung des Wärmetauschers direkt durch die Turbine geleitet werden. Auf diese Weise kann, indem nur ein Abschnitt des Abgases gekühlt wird, der in die Turbine eintritt, die Temperatur des Abgases, das in die Turbine 116 eintritt, besser gesteuert werden. Demzufolge kann die Wärmelast auf die Turbine verringert werden, was die Turbinendrehzahl verringern kann und im Gegenzug helfen kann, die Wahrscheinlichkeit von Turbinensystemkomponentenschäden zu verringern. Der erste und zweite Abgasabschnitt, welche aus der Turbine 116 austreten, können dann durch die zweite Verzweigung 102, in welcher der Unterbodenwandler 118 untergebracht ist, und dann durch die dritte Verzweigung 106, in welcher der Dreiwegekatalysator 120 untergebracht ist, strömen. Ein Verhältnis vom ersten Abgasabschnitt zum zweiten Abgasabschnitt kann auf Grundlage von Fahrerbedarf und Aufladungsfehler eingestellt werden, wobei das Einstellen das Verringern des ersten Abschnitts beinhaltet, während der zweite Abschnitt entsprechend erhöht wird, wenn der Fahrerbedarf zunimmt, und das Erhöhen des ersten Abschnitts, während der zweite Abschnitt entsprechend verringert wird, wenn der Aufladungsfehler zunimmt, wobei der Aufladungsfehler eine Differenz zwischen einer tatsächlichen Aufladung und einer gewünschten Aufladung beinhaltet. Auf Grundlage des geschätzten Verhältnisses des ersten Abschnitts zum zweiten Abschnitt kann der Öffnungsgrad (Winkel) des Umleitventils 119 eingestellt werden. Das behandelte Abgas, das als Gesamtheit oder als Teil aus der verzweigten Abgasbaugruppe 150 austritt, kann stromabwärts über den Abgasdurchlass 103 strömen und kann über das Endrohr 105 in die Atmosphäre abgegeben werden, nachdem es durch einen Schalldämpfer 172 geströmt ist. Eine detaillierte Beschreibung des Betriebs und der Struktur der verzweigten Abgasbaugruppe 150 wird unter Bezugnahme auf die 2A, 2B, 2C, 5, 6 und 7 erörtert.
  • In einer anderen Beispielausführungsform kann eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung ausgelegt sein, NOx aus dem Abgasstrom zu speichern, wenn der Abgasstrom mager ist, und das gespeicherte NOx zu verringern, wenn der Abgasstrom fett ist. In weiteren Beispielen kann ein Katalysator zur Abgasnachbehandlung dazu konfiguriert sein, NOx zu disproportionieren oder NOx mithilfe eines Reduktionsmittels selektiv zu reduzieren. In noch weiteren Beispielen kann ein Katalysator zur Abgasnachbehandlung dazu konfiguriert sein, Kohlenwasserstoff- und/oder Kohlenstoffmonoxidrückstände im Abgasstrom zu oxidieren. Unterschiedliche Katalysatoren zur Abgasnachbehandlung mit solcher Funktionalität können in Washcoats oder andernorts in den Abgasnachbehandlungsstufen entweder separat oder gemeinsam angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen können die Abgasnachbehandlungsstufen einen regenerierbaren Rußfilter beinhalten, der dazu konfiguriert ist, Rußpartikel im Abgasstrom zu speichern und zu oxidieren.
  • Der Durchlass zur Abgasrückführung (AGR) 180 kann an einem Ort, der stromabwärts zur verzweigten Abgasbaugruppe 150 liegt, an den Abgasdurchlass 103 gekoppelt sein, um Niedrigdruck-AGR (LP-AGR) von stromabwärts der Turbine 116 im Abgasdurchlass 103 zum Ansaugkrümmer 22 stromaufwärts des Verdichters 114 bereitzustellen. In Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen wie etwa Motortemperatur kann ein Teil der Abgasreste über ein Abgasrückführungs-(AGR-)Ventil 52 und einen AGR-Durchlass 180 zum Einlass des Verdichters 114 umgeleitet werden. Das AGR-Ventil 52 kann geöffnet werden, um eine gesteuerte Menge an Abgas für eine gewünschte Verbrennungs- und Emissionssteuerleistung zum Verdichtereinlass einzulassen. Das AGR-Ventil 52 kann als ein stufenlos verstellbares Ventil ausgelegt sein. In einem alternativen Beispiel kann das AGR-Ventil 52 jedoch als ein Auf-/Zu-Ventil ausgelegt sein.
  • Ein oder mehrere Sensoren können mit dem AGR-Durchlass 180 gekoppelt sein, um Details, hinsichtlich der Zusammensetzung und des Zustands der AGR bereitzustellen. Zum Beispiel kann ein Temperatursensor bereitgestellt werden, um eine Temperatur der AGR zu ermitteln, ein Drucksensor kann bereitgestellt werden, um einen Druck der AGR zu ermitteln, ein Feuchtigkeitssensor kann bereitgestellt werden, um eine Feuchtigkeit oder einen Wassergehalt der AGR zu ermitteln und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor kann bereitgestellt werden, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis der AGR zu schätzen. Alternativ können AGR-Zustände durch den einen oder die mehreren Sensoren 55–57 für Temperatur, Druck, Feuchtigkeit und Luft-Kraftstoff-Verhältnis abgeleitet werden, die mit dem Verdichtereinlass gekoppelt sind. In einem Beispiel ist der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 57 eine Lambdasonde.
  • Das Motorsystem 100 kann ferner das Steuersystem 14 beinhalten. Es ist dargestellt, dass das Regelsystem 14 Informationen von einer Vielzahl von Sensoren 16 (für die verschiedenen Beispiele in dieser Offenbarung beschrieben sind) empfängt und Regelsignale an eine Vielzahl von Betätigungselementen 18 (für die verschiedenen Beispiele in dieser Offenbarung beschrieben sind) sendet. Als ein Beispiel können die Sensoren 16 den stromaufwärts von der verzweigten Abgasbaugruppe 150 angeordneten Abgassensor 160, MAP-Sensor 125, Abgastemperatursensor, Abgasdrucksensor, Motorkühlmitteltemperatursensor, Verdichtereinlasstemperatursensor 55, Verdichtereinlassdrucksensor 56, Verdichtereinlassfeuchtigkeitssensor 57 und AGR-Sensor beinhalten. Andere Sensoren wie etwa zusätzliche Sensoren für Druck, Temperatur, Luft-Kraftstoff-Verhältnis und Zusammensetzung können an verschiedenen Positionen im Motorsystem 100 gekoppelt sein. Die Aktoren 81 können zum Beispiel die Drossel 20, das AGR-Ventil 52, die Vierwegeventile 117 und 115, das Umleitventil 119, das Rückschlagventil 121, die Kühlpumpe 130 und die Kraftstoffeinspritzvorrichtung beinhalten. Das Steuersystem 14 kann eine Steuerung 12 beinhalten. Die Steuerung 12 kann Eingangsdaten von den unterschiedlichen Sensoren empfangen, die Eingangsdaten verarbeiten und unterschiedliche Aktoren als Reaktion auf die verarbeiteten Eingangsdaten auf Grundlage einer darin programmierten Anweisung oder eines darin programmierten Codes gemäß einem oder mehreren Routinen auslösen. Zum Beispiel kann die Steuerung 12, auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen wie zum Beispiel Motortemperatur und Motorlast, die Öffnung der Vierwegeventile 117 und 115 und des Umleitventils 119 regeln, um Abgas durch die verschiedenen Strömungswege der verzweigten Abgasbaugruppe 150 zu leiten. Eine beispielhafte Steuerungsroutine wird im Hinblick auf 5 beschrieben. Als ein anderes Beispiel kann das Öffnen des AGR-Ventils 52 auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen eingestellt werden, um eine gewünschte Menge von AGR aus dem Abgasdurchlass 103 in den Motoransaugkrümmer zu ziehen.
  • Auf eine alternative Ausführungsform des Motorsystems aus 1, die in 2 gezeigt ist, wird nachstehend unter Bezugnahme auf das Beispielmotorsystem 200 eingegangen. Auf die verschiedenen Betriebsmodi der Abgasumgehungsbaugruppe aus 2 wird unter Bezugnahme auf die 4A–4B eingegangen.
  • Nun wird unter Bezugnahme auf 3A eine Beispielausführungsform 300 des Betriebs der verzweigten Abgasbaugruppe aus 1 in einem ersten Betriebsmodus dargestellt. In einem Beispiel ist die Baugruppe 300 eine Ausführungsform der Baugruppe 150 aus 1 und kann daher gleiche Merkmale und/oder Auslegungen wie die, die bereits für die verzweigte Abgasbaugruppe 150 beschrieben wurden, teilen.
  • Die verzweigte Abgasbaugruppe 300 befindet sich an dem Hauptabgasdurchlass 303 stromabwärts des Abgaskrümmers und stromaufwärts des Endrohrs. An der Verbindungsstelle 305 kann sich der Hauptabgasdurchlass 303 in drei getrennte Verzweigungen teilen, die jeweils einen bestimmten Strömungsweg erzeugen. Ein erstes Vierwegeventil 117 kann an einem ersten Ende (nahe dem Abgaskrümmer) von jedem der drei Verzweigungen, insbesondere an der Verbindung 305, an den Hauptabgasdurchlass 303 gekoppelt sein. Das Ventil 117 kann in eine von zwei unterschiedlichen Stellungen betätigt werden, um die Richtung des Abgasstroms durch die drei Verzweigungen basierend auf den Motorbetriebsbedingungen zu regeln. Ein zweites Vierwegeventil 115 kann an den Hauptabgasdurchlass 303 an einem zweiten Ende (nahe dem Endrohr) von jeder der drei Verzweigungen (an der Verbindungsstelle 307) gekoppelt sein. Das Ventil 115 kann in zwei unterschiedlichen Stellungen positioniert werden, um die Richtung des Abgasstroms durch die drei Verzweigungen auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen zu regeln. Die Ventile 117 und 115 verbinden die drei Verzweigungen fluidisch und können auf eine koordinierte Weise betätigt werden, um den gewünschten Abgasstrom durch die verzweigte Abgasbaugruppe 300 zu erleichtern.
  • Ein erstes Einlassrohr 323 kann vom Hauptabgasdurchlass 203 an der Verbindungsstelle 305 ausgehen. Das erste Einlassrohr 323 kann zur ersten Verzweigung 104 führen. Eine Turbine 116 kann in der ersten Verzweigung 104 untergebracht sein. In einem Beispiel kann die Turbine 116 eine Turbine mit variabler Geometrie sein. Stromabwärts der Turbine 116, kann ein erstes Auslassrohr 324 von der ersten Verzweigung 104 ausgehen und an der Verbindungsstelle 307 der Abgasbaugruppe 300 enden. Ein Abgasumgehungsdurchlass 123 kann an die erste Verzweigung 104 stromaufwärts der Turbine 116 gekoppelt sein. Ein Umleitventil 119 kann an die Verbindungsstelle der ersten Verzweigung 104 und den Umgehungsdurchlass 123 gekoppelt sein. In einem Beispiel kann das Umleitventil 119 ein durchgehend einstellbares Ventil sein und der Öffnungsgrad des Ventils 119 kann auf Grundlage des gewünschten Abgasstroms durch den Umgehungsdurchlass 123 eingestellt werden. Ein Wärmetauscher 122 kann im Umgehungsdurchlass 123 untergebracht sein und ein Rückschlagventil kann an den Umgehungsdurchlass 123 stromabwärts des Wärmetauschers 122 gekoppelt sein. Eine erste Kühlleitung 124 und eine zweite Kühlleitung 128 können den Wärmetauscher 122 an Kühlkanäle koppeln, welche die Motorzylinder umgeben.
  • Ein Teil des Hauptabgasdurchlasses 303 kann die zweite Verzweigung 102 darstellen. Die zweite Verzweigung (Strömungsweg) 102 kann von der Verbindungsstelle 305 ausgehen und kann bei der Verbindungsstelle 307 enden (mit dem Hauptabgasdurchlass 303 zusammenlaufen). Ein Unterbodenwandler 118 kann in der zweiten Verzweigung 102 untergebracht sein. In einer alternativen Ausführungsform für einen Dieselmotor, können ein Dieselpartikelfilter (DPF) oder eine selektive katalytische Reduktions-(SCR-)Vorrichtung in der zweiten Verzweigung 102 untergebracht sein. Ein zweites Einlassrohr 325 kann vom Hauptabgasdurchlass 303 an der Verbindungsstelle 305 ausgehen. Das zweite Einlassrohr 325 kann zur dritten Verzweigung 106 führen. Ein Dreiwegekatalysator (TWC) 120 kann in der dritten Verzweigung 106 untergebracht sein. Stromabwärts des Katalysators 120 kann ein zweites Auslassrohr 326 von der Verzweigung 106 ausgehen und kann an einer Verbindungsstelle 307 der Abgasbaugruppe enden. In einer alternativen Ausführungsform für einen Dieselmotor kann ein Dieseloxidationskatalysator in der dritten Verzweigung 106 untergebracht sein. Die drei Verzweigungen (Strömungswege) 104, 102 und 106 können weitgehend parallel zueinander sein.
  • Die Reihenfolge des Abgasstroms durch jede der Komponenten kann auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen und der Temperaturanforderung jeder Abgaskomponente (Turbine, Unterbodenwandler und Katalysator) ohne das Erfordernis des Umgehens einer Komponente eingestellt werden. Auf Grundlage der Stellung der Ventile 117, 115 kann in Abstimmung mit Ventil 119 Abgas aus dem Hauptabgasdurchlass 203 durch jede der Verzweigungen der Abgasbaugruppe 300 (in verschiedenen Reihenfolgen) geleitet werden. Die Abgasbaugruppe 300 kann in drei Betriebsmodi auf Grundlage der gewählten Stellung der Ventile betrieben werden.
  • Der erste Betriebsmodus stellt eine erste Einstellung der Vierwegeventile 117 und 115 und des Umleitventils 119 dar, die Abgasstromsteuerung ermöglicht. Im ersten Betriebsmodus kann sich das erste Vierwegeventil 117 in einer ersten Stellung befinden, das zweite Vierwegeventil 115 kann sich in einer ersten Stellung befinden und das Umleitventil 119 kann sich in einer vollständig geöffneten Stellung befinden. Im ersten Betriebsmodus kann das gesamte Abgasvolumen, das über den Hauptabgasdurchlass 303 stromabwärts strömt, aufgrund der ersten Stellung des ersten Ventils 117 an der Verbindungsstelle 305 in das zweite Einlassrohr 325 eintreten. Vom zweiten Einlassrohr 325 kann das Abgas in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende des TWC nahe dem Motorabgaskrümmer zum zweiten Ende des TWC nahe dem Endrohr) weiter durch den Dreiwegekatalysator (TWC) 120 strömen, der in der dritten Verzweigung 106 der Abgasbaugruppe 300 untergebracht ist. Nach dem Austreten aus dem TWC 120 strömt das Abgas über die dritte Verzweigung 106 weiter stromabwärts in das zweite Auslassrohr 326. Aufgrund der ersten Stellung des zweiten Ventils 115 kann das Abgas bei Erreichen der Verbindungsstelle 307 in einer zweiten Richtung (von einem zweiten Ende des Unterbodenwandlers nahe dem Endrohr zum ersten Ende des Unterbodenwandlers nahe dem Motorabgaskrümmer) durch den Unterbodenwandler 118 geleitet werden, der in der zweiten Verzweigung 102 untergebracht ist. Hierbei ist die zweite Richtung des Abgasstroms durch die zweite Verzweigung der ersten Richtung des Abgasstroms durch jede der ersten Verzweigung und der dritten Verzweigung entgegengesetzt. Nach dem Austreten aus dem Unterbodenwandler 118 strömt das Abgas weiter über die zweite Verzweigung 102 in Richtung der Verbindungsstelle 305. An der Verbindungsstelle 305 kann das Abgas dann in das erste Einlassrohr 323 eintreten. Vom ersten Einlassrohr 323 kann das Abgas in die erste Verzweigung 104 eintreten. Aufgrund der geöffneten Stellung des Umleitventils 119 kann das Abgas nicht weiter stromabwärts über die erste Verzweigung 104 strömen und kann stattdessen in den Umgehungsdurchlass 123 geleitet werden. Das Abgas kann dann durch den Wärmetauscher 122 strömen, der im Umgehungsdurchlass 123 untergebracht ist, und dann wieder in die erste Verzweigung 104 stromaufwärts der Turbine eintreten. Ein Kühlmittel kann durch den Wärmetauscher zirkuliert werden, um dem Abgas, das durch den Wärmetauscher 122 strömt, Wärme zu entziehen. Das über die zurückgewonnene Abgaswärme aufgewärmte Kühlmittel kann dann über eine erste Kühlleitung 124 zu Kühlkanälen geleitet werden, die den Motorzylinder umgeben. Nachdem das Kühlmittel über die Kühlkanäle um die Motorzylinder geströmt ist, kann es über eine zweite Kühlleitung 128 zum Wärmetauscher zurückkehren.
  • Das Abgas kann dann in der ersten Richtung des Abgasstroms (von einem ersten Ende der Turbine nahe dem Motorabgaskrümmer zum zweiten Ende der Turbine nahe dem Endrohr) durch die Turbine 116 strömen, die in der ersten Verzweigung 104 der Abgasbaugruppe 300 untergebracht ist. Nach dem Austreten aus der Turbine 116 kann das Abgas über die erste Verzweigung 104 weiter stromabwärts in das erste Auslassrohr 324 strömen. Beim Erreichen der Verbindungsstelle 307 (über das erste Auslassrohr 324) kann das Abgas aus der verzweigten Abgasbaugruppe 300 austreten und über den Hauptabgasdurchlass 303 weiter stromabwärts in Richtung des Endrohrs strömen.
  • Die verzweigte Abgasbaugruppe kann im ersten Betriebsmodus (wie vorstehend beschrieben) unter Kaltstartbedingungen, betrieben werden. Durch das Einstellen des Abgasstroms, heißes Abgas zuerst durch den TWC 120 zu leiten, bevor das Abgas durch die verbleibenden Abgaskomponenten (Turbine 116 und Unterbodenwandler 118) strömt, kann die Abgaswärme wirksam an den Katalysator übertragen werden, wodurch die Katalysatoraktivierung beschleunigt wird. Somit kann heißes Abgas wirksam zum Erhöhen der TWC-Temperatur und zum Verringern der Notwendigkeit von Spätzündung verwendet werden, wodurch die Kraftstoffeffizienz des Motors erhöht wird. Durch schnelleres Erreichen der Anspringtemperatur des TWC 120 kann die Kaltstartemissionsqualität verbessert werden. Durch das Strömen des Abgases durch einen Wärmetauscher kann Wärme vom Abgas zurückgewonnen und zum Wärmen der Zylinderwände und Kolben verwendet werden, was außerdem Kaltstartkohlenwasserstoffemissionen verringern kann. Durch das Leiten des Abgases durch die Turbine 116 unter Kaltstartbedingungen können auch Verzögerungen beim Hochdrehen der Turbine verringert werden, wodurch das Turboloch verringert und die aufgeladene Motorleistung verbessert wird.
  • 3B zeigt eine schematische Ansicht 350 einer beispielhaften Ausführungsform der Abgasumgehungsbaugruppe 300 aus 3A in einem zweiten Betriebsmodus. Komponenten, die vorher in 3A vorgestellt wurden, sind ähnlich nummeriert und werden nicht erneut vorgestellt.
  • Der zweite Betriebsmodus stellt eine zweite Einstellung der Vierwegeventile 117 und 115 und des Umleitventils 119 dar, die Abgasstromsteuerung ermöglicht. Im zweiten Betriebsmodus kann sich das erste Vierwegeventil 117 in einer zweiten Stellung befinden, das zweite Vierwegeventil 215 kann sich in einer zweiten Stellung befinden und das Umleitventil 119 kann sich in einer geschlossenen Stellung befinden. Im zweiten Betriebsmodus kann das gesamte Abgasvolumen, das über den Hauptabgasdurchlass 303 stromabwärts strömt, aufgrund der zweiten Stellung des ersten Ventils 117 an der Verbindungsstelle 305 in das erste Einlassrohr 323 eintreten. Aufgrund der geschlossenen Stellung des Umleitventils 119 kann der Eingang zum Umgehungsdurchlass 123 blockiert sein und Abgas kann nicht in den Umgehungsdurchlass 123 eintreten. Somit kann das Abgas vom ersten Einlassrohr 323 in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende der Turbine nahe dem Motorabgaskrümmer zum zweiten Ende der Turbine nahe dem Endrohr) weiter durch die Turbine 116 strömen, die in der ersten Verzweigung 104 der Abgasbaugruppe 300 untergebracht ist. Nach dem Austreten aus der Turbine 116 strömt das Abgas weiter stromabwärts über die erste Verzweigung 104 in das erste Auslassrohr 324. Aufgrund der zweiten Stellung des zweiten Ventils 115 kann das Abgas bei Erreichen der Verbindungsstelle 307 in einer zweiten Richtung (von einem zweiten Ende des Unterbodenwandlers nahe dem Endrohr zum ersten Ende des Unterbodenwandlers nahe dem Motorabgaskrümmer) durch den Unterbodenwandler 118 geleitet werden, der in der zweiten Verzweigung 102 untergebracht ist, wobei die zweite Richtung der ersten Richtung entgegengesetzt ist. Nach dem Austreten aus dem Unterbodenwandler 118 strömt das Abgas weiter über die zweite Verzweigung 102 in Richtung der Verbindungsstelle 305. An der Verbindungsstelle 305 kann das Abgas dann in das zweite Einlassrohr 325 eintreten. Vom zweiten Einlassrohr 325 kann das Abgas in der ersten Richtung (von einem ersten Ende des TWC nahe dem Motorabgaskrümmer zum weiten Ende des TWC nahe dem Endrohr) durch den Dreiwegekatalysator (TWC) 120 strömen, der in der dritten Verzweigung 106 der Abgasbaugruppe 300 untergebracht ist. Nach dem Austreten aus dem TWC 120 kann das Abgas über die dritte Verzweigung 106 weiter stromabwärts in das zweite Auslassrohr 326 strömen. Beim Erreichen der Verbindungsstelle 307 (über das zweite Auslassrohr 326) kann das Abgas über den Hauptabgasdurchlass 203 aus der verzweigten Abgasbaugruppe 300 austreten und weiter stromabwärts in Richtung des Endrohrs strömen.
  • Die verzweigte Abgasbaugruppe kann im zweiten Betriebsmodus (wie vorstehend beschrieben) betrieben werden, sobald der TWC 120 vollständig angeschaltet ist (nach dem Erreichen der Anspringtemperatur) und während Abgaswärmezurückgewinnung möglicherweise nicht länger zur Erhöhung der Motortemperatur gewünscht ist. Während dieser Zeit kann die Motorlast niedrig/mittelmäßig und die Motortemperatur höher sein. Durch das Einstellen des Abgasstroms, heißes Abgas zuerst durch die Turbine 116 zu strömen, kann die Aufladungsleistung im niedrigen bis mittleren Bereich verbessert werden. Sobald das Abgas durch die Turbine 116 strömt, kann die Temperatur des Abgases fallen. Aufgrund einer Beschichtung an der Katalysatoroberfläche kann der TWC 120 bei niedrigeren Abgastemperaturen eine höhere Umwandlungseffizienz aufweisen. Infolgedessen kann das Abgas mit niedriger Temperatur, das den TWC 120 (nach dem Strömen durch die Turbine 116) erreicht, zu einer optimalen Leistung des TWC 120 führen.
  • 3C zeigt eine schematische Ansicht 380 einer beispielhaften Ausführungsform der Abgasumgehungsbaugruppe 300 in einem dritten Betriebsmodus. Der dritte Betriebsmodus stellt eine dritte Einstellung der Vierwegeventile 117 und 115 und des Umleitventils 119 dar, die Abgasstromsteuerung ermöglicht. Im dritten Betriebsmodus kann jedes vom ersten Vierwegeventil 117 und vom zweiten Vierwegeventil in der zweiten Stellung gehalten werden, während das Umleitventil 119 in eine zum Teil geöffnete Stellung geschaltet wird. In der zum Teil geöffneten Stellung des Umleitventils 119 kann der Öffnungsgrad des Ventils 119 auf Grundlage des gewünschten Abgasstroms durch den Umgehungsdurchlass 123 und die erste Verzweigung 104 eingestellt werden. Im dritten Betriebsmodus kann aufgrund der zweiten Stellung des ersten Ventils 117 Abgas, das stromabwärts über den Hauptabgasdurchlass 203 strömt, zuerst in die erste Verzweigung 104 eintreten. Aufgrund der zum Teil geöffneten Stellung des Umleitventils 119 kann ein erster Abgasabschnitt in den Umgehungsdurchlass 123 eintreten und durch den Wärmetauscher strömen, bevor er zur ersten Verzweigung 104 zurückkehrt, und in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende der Turbine nahe dem Motorabgaskrümmer zum zweiten Ende der Turbine nahe dem Endrohr) durch die Turbine 116 strömen. Gleichzeitig kann ein zweiter Abgasabschnitt unter Umgehung des Umgehungsdurchlasses mit dem Wärmetauscher direkt durch die Turbine (ebenfalls in die erste Richtung) geleitet werden. Ein Verhältnis des ersten Abschnitts zum zweiten Abschnitt kann auf Grundlage von Fahrerbedarf und Aufladungsfehler bestimmt werden, und das Verhältnis kann durch Einstellen der Stellung des Umleitventils 119 eingestellt werden. Auf Grundlage des geschätzten Verhältnisses des ersten Abschnitts zum zweiten Abschnitt kann der Öffnungsgrad des Umleitventils 119 eingestellt werden.
  • Nach dem Austreten aus der Turbine 116 strömt das Abgas (darunter der erste und zweite Abschnitt kombiniert) weiter stromabwärts über die erste Verzweigung 104 in das erste Auslassrohr 324. Aufgrund der zweiten Stellung des zweiten Ventils 115 kann das Abgas bei Erreichen der Verbindungsstelle 307 in einer zweiten Richtung (von einem zweiten Ende des Unterbodenwandlers nahe dem Endrohr zum ersten Ende des Unterbodenwandlers nahe dem Motorabgaskrümmer) durch den Unterbodenwandler 118 geleitet werden, der in der zweiten Verzweigung 102 untergebracht ist. Nach dem Austreten aus dem Unterbodenwandler 118 strömt das Abgas weiter über die zweite Verzweigung 102 in Richtung der Verbindungsstelle 305. An der Verbindungsstelle 305 kann das Abgas dann in das zweite Einlassrohr 325 eintreten. Vom zweiten Einlassrohr 325 kann das Abgas in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende des TWC nahe dem Motorabgaskrümmer zum zweiten Ende des TWC nahe dem Endrohr) weiter durch den Dreiwegekatalysator (TWC) 120 strömen, der in der dritten Verzweigung 106 der Abgasbaugruppe 300 untergebracht ist. Nach dem Austreten aus dem TWC 120 kann das Abgas über die dritte Verzweigung 106 weiter stromabwärts in das zweite Auslassrohr 326 strömen. Beim Erreichen der Verbindungsstelle 307 (über das zweite Auslassrohr 326) kann das Abgas über den Hauptabgasdurchlass 303 aus der verzweigten Abgasbaugruppe 300 austreten und weiter stromabwärts in Richtung des Endrohrs strömen.
  • Die verzweigte Abgasbaugruppe kann im dritten Betriebsmodus (wie vorstehend beschrieben) unter Bedingungen mit hoher Motorlast betrieben werden. Unter derartigen Umständen kann der erste Abgasabschnitt gekühlt werden, bevor er durch die Turbine 116 strömt, indem Abgas gleichzeitig über zwei Strömungswege der Abgasbaugruppe strömt. Auf diese Weise kann die Temperatur des Abgases, das die Turbine erreicht, besser gesteuert werden, indem ein Teil des Abgases, das in die Turbine eintritt, gekühlt wird, und die Wärmelast auf die Turbine kann verringert werden, was wiederum die Turbinendrehzahl verringern kann. Durch das Verringern der Temperatur des Abgases, das durch die Turbine 116 strömt, können Hardwareschäden an den Turbinenkomponenten verringert werden. Das Verhältnis des ersten Teils des Abgases zum zweiten Teil kann auf einem Fahrerbedarf und/oder einem Aufladungsfehler basieren. In einem Beispiel kann aufgrund einer Erhöhung des Fahrerbedarfs der erste Abschnitt verringert werden und der zweite Abschnitt kann entsprechend erhöht werden. In einem weiteren Beispiel kann aufgrund einer Verringerung des Fahrerbedarfs der erste Abschnitt erhöht werden und der zweite Abschnitt kann entsprechend verringert werden. In noch einem weiteren Beispiel kann während größerer Aufladungsfehler der zweite Abschnitt derart erhöht werden, dass ein größeres Volumen von heißem Abgas gekühlt werden kann, bevor es in die Turbine eintritt, wodurch der Aufladungsfehler verringert wird. Der Aufladungsfehler kann auf Grundlage einer Differenz zwischen einer gewünschten Aufladung und der tatsächlichen Aufladung bestimmt werden. Daher kann die Aufladungsleistung unter hohen Lastbedingungen ohne das Erfordernis eines zusätzlichen Wastegate-Ventils und -Durchlasses beibehalten werden. Auf diese Weise kann Abgas auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen und Temperaturerfordernissen jeder Komponente durch alle drei Komponenten im verzweigten Abgassystem 300 geleitet werden.
  • Als ein Beispiel kann das Übergehen vom ersten Modus auf den zweiten Modus auf das Anschalten des Dreiwegekatalysators 118 reagieren, das Übergehen vom zweiten Modus auf den dritten Modus kann auf eine Erhöhung des Bedarfsdrehmoments (z. B. höher als Schwellenwertmotorlast) reagieren und das Übergehen vom dritten Modus auf den ersten Modus kann auf eine Motorabschaltanforderung reagieren. Auf diese Weise kann eine Vielzahl von Mehrwegeventilen verwendet werden, um den Abgasstrom durch verschiedene Strömungswege in einer verzweigten Abgasbaugruppe zu regeln, die in verschiedenen Modi betrieben werden.
  • Die drei Beispielbetriebsmodi der verzweigten Abgasbaugruppe aus 1 werden wie vorstehend erläutert in 6 tabellarisch dargestellt. Zeile 602 der Tabelle 600 zeigt den Betrieb der verzweigten Abgasbaugruppe im ersten Modus, wie in 3A beschrieben, Zeile 604 zeigt den Betrieb der verzweigten Abgasbaugruppe im zweiten Modus, wie in 3B beschrieben, und Zeile 606 zeigt den Betrieb der verzweigten Abgasbaugruppe im dritten Modus, wie in 3C beschrieben.
  • Weiter mit 2, in der ein Beispielmotorsystem 200 gezeigt ist, das eine alternative Ausführungsform des Motorsystems 100 ist, das in 1 gezeigt ist. Komponenten, die vorher in 1 vorgestellt wurden, sind ähnlich nummeriert und werden nicht erneut vorgestellt. Ähnlich zur Ausführungsform aus 1, kann das Motorsystem 200 aus 2 ferner ein Steuersystem 14 zum Steuern des Motorbetriebs beinhalten. Wie in 2 gesehen, beinhaltet das Motorsystem 200 eine verzweigte Abgasbaugruppe 250.
  • In dieser Ausführungsform kann der Abgaskrümmer 36 zu einer verzweigten Abgasbaugruppe 250 führen, wobei der Abgasdurchlass 103 in drei getrennte Verzweigungen unterteilt ist, die jeweils einen bestimmten Strömungsweg erzeugen. Die Verzweigungen können über zwei Vierwegeventile 217 und 215 fluidisch derart verbunden sein, dass eine Reihenfolge von Abgasstrom entlang jedem der Strömungswege über Einstellungen an einer Stellung von jedem der Ventile eingestellt werden kann. Getrennte Abgaskomponenten können an jede Verzweigung der verzweigten Abgasbaugruppe gekoppelt sein. Zum Beispiel kann die Abgasturbine 116 des Turboladers 13 an eine erste Verzweigung 204 gekoppelt sein, ein Unterbodenwandler 118 kann an eine zweite Verzweigung 202 gekoppelt sein und ein Dreiwegekatalysator (TWC) 120 kann an eine dritte Verzweigung 206 der Abgasbaugruppe 250 gekoppelt sein.
  • Ein erster Abgasdurchlass 222 und ein zweiter Abgasdurchlass 226 können an die erste Verzweigung 204 stromaufwärts der Turbine 116 gekoppelt sein. Der erste Abgasdurchlass 222 und der zweite Abgasdurchlass 226 können Abgaskanäle 229 koppeln, die jeden der Zylinder 30 der ersten Verzweigung 204 umgeben. Ein erstes Dreiwegeventil 219 kann an eine erste Verzweigung 204 an der Verbindungsstelle der ersten Verzweigung und des ersten Abgasdurchlasses 222 gekoppelt sein und ein zweites Dreiwegeventil 220 kann an die Verbindungsstelle des zweiten Abgasdurchlasses 226 und der Abgaskanäle 229 gekoppelt sein. Die Abgaskanäle 229 können derart konzentrisch zu den Kühlkanälen 127 sein, dass wenn Abgas durch die Abgaskanäle 229 strömt, Wärme vom Abgas an das Kühlmittel übertragen werden kann, das dahindurch strömt. Abgas von der ersten Verzweigung 204 kann über den ersten Abgasdurchlass 222 durch die Abgaskanäle 229 geleitet werden, und nachdem es durch die Abgaskanäle 229 geströmt ist, kann das Abgas über den zweiten Abgasdurchlass 226 zur ersten Verzweigung 204 zurückkehren. Eine Kühlleitung 224 kann über das zweite Dreiwegeventil 220 an die Kühlkanäle 127 gekoppelt sein. Eine Kühlpumpe 230, ein Kühlbehälter 232 und ein Kühler 234 können in der Kühlleitung 224 untergebracht sein. Kühlmittel vom Kühlbehälter 232 kann über die Pumpe 230 durch die Kühlleitung 224 und die Kühlkanäle 127 zirkuliert werden. Unter Bedingungen, bei denen Abgaswärme nicht zum Erhöhen der Motortemperatur gewünscht ist, kann die Wärme über den Kühler 234 an die Atmosphäre abgeführt werden.
  • Eine Einspritzvorrichtung 221 kann an die erste Verzweigung 204 stromaufwärts des ersten Dreiwegeventils 219 gekoppelt sein. Um die Abgastemperatur auf eine gewünschte Temperatur zu verringern, bevor es die Turbine erreicht, kann ein Kühlfluid wie zum Beispiel kaltes Wasser in den Abgasstrom eingespritzt werden.
  • Unter Kaltstartbedingungen (erste Bedingung), können die Ventile 217 215, 219 und 220 so eingestellt werden, dass Abgas zuerst durch die dritte Verzweigung 206, in welcher der Dreiwegekatalysator 120 untergebracht ist, dann durch die zweite Verzweigung 202, in welcher der Unterbodenwandler 118 untergebracht ist, und dann durch die Abgaskanäle 229 und zum Schluss durch die erste Verzweigung 104, in der die Turbine 116 untergebracht ist, strömt. Durch das Leiten des heißen Abgases zuerst durch den Katalysator, bevor das Abgas durch die verbleibenden Abgaskomponenten strömt, kann Wärme wirksam auf den Katalysator übertragen werden, um schneller zu erreichen, dass der Katalysator anspringt. Durch das Strömen des heißen Abgases durch die Abgaskanäle 229 kann Abgaswärme wirksam auf ein Kühlmittel übertragen werden, das durch die Kühlkanäle 127 zirkuliert, und die Abgaswärme (vom Abgas) kann zum Erwärmen der Zylinderwände und Kolben verwendet werden. Die Erwärmung der Zylinderwände und Kolben kann zu abnehmenden Kaltstartkohlenwasserstoffemissionen führen. Durch das Strömen des Abgases durch die Turbine 116 kann dem Motor eine Aufladung unter Kaltstartbedingungen bereitgestellt werden. Nach dem Anschalten des Katalysators (zweite Bedingung) können die Ventile 217 215, 219 und 220 so eingestellt werden, Abgas zuerst durch die erste Verzweigung 204, in der die Turbine 116 untergebracht ist, dann durch die zweite Verzweigung 202, in welcher der Unterbodenwandler 118 untergebracht ist, und dann durch die dritte Verzweigung 106, in welcher der Dreiwegekatalysator 120 untergebracht ist, zu strömen. Durch das Einstellen des Abgasstroms, das heiße Abgas durch die Turbine 116 zu leiten, bevor das Abgas durch die verbleibenden Abgaskomponenten strömt, kann ein Turboloch verringert werden. Zusätzlich kann eine Temperatur des Abgases, das am Katalysator 120 aufgenommen wird, verringert werden, wodurch die Katalysatorumwandlungseffizienz verbessert wird. Zu diesem Zeitpunkt ist die Abgaswärmezurückgewinnung für das Erwärmen der Zylinder und des Kolbens nicht länger gewünscht, da sich die Motortemperatur auf eine Temperatur über einem Schwellenwert erhöht hat (was Katalysatoranschalten verursacht), und deswegen wird Abgas möglicherweise nicht über die Abgaskanäle 229 geleitet. Unter hohen Motorlastbedingungen (dritte Bedingung) kann das Abgas weiter zuerst durch die erste Verzweigung 204, in der die Turbine 116 untergebracht ist, dann durch die zweite Verzweigung 202, in welcher der Unterbodenwandler 118 untergebracht ist, und dann durch die dritte Verzweigung 106, in welcher der Dreiwegekatalysator 120 untergebracht ist, geleitet werden. Um jedoch die Temperatur des Abgases zu verringern, das in die Turbine eintritt, kann ein Kühlfluid wie zum Beispiel Wasser über die Einspritzvorrichtung 221 in den Abgasstrom stromaufwärts der Turbine eingespritzt werden. Auf diese Weise kann die Wärmelast auf die Turbine durch Kühlen des Abgases, das in die Turbine eintritt, verringert werden, was die Turbinendrehzahl verringern kann und wiederum dabei helfen kann, die Wahrscheinlich von Hardwareschäden an den Turbinenkomponenten zu verringern. Das behandelte Abgas, das als Gesamtheit oder als Teil aus der verzweigten Abgasbaugruppe 250 austritt, kann stromabwärts über den Abgasdurchlass 103 strömen und kann über das Endrohr 105 in die Atmosphäre abgegeben werden, nachdem es durch einen Schalldämpfer 172 geströmt ist. Eine detaillierte Beschreibung des Betriebs und der Struktur der verzweigten Abgasbaugruppe 250 wird unter Bezugnahme auf die 4A, 4B, 4C, 8, 9 und 10 erörtert.
  • 4A geht näher auf die verzweigte Abgasbaugruppe, die in 2 eingeführt wird, ein und zeigt eine beispielhafte Ausführungsform 400 des Betreibens der verzweigten Abgasbaugruppe in einem ersten Betriebsmodus. In einem Beispiel ist die Baugruppe 400 eine Ausführungsform der Baugruppe 250 aus 2 und kann daher gleiche Merkmale und/oder Auslegungen wie die, die bereits für die verzweigte Abgasbaugruppe 250 beschrieben wurden, teilen.
  • Die verzweigte Abgasbaugruppe 400 befindet sich an dem Hauptabgasdurchlass 403 stromabwärts des Abgaskrümmers und stromaufwärts des Endrohrs. An der Verbindungsstelle 405 kann sich der Hauptabgasdurchlass 403 in drei getrennte Verzweigungen teilen, die jeweils einen bestimmten Strömungsweg erzeugen. Ein erstes Vierwegeventil 217 kann an einem ersten Ende (nahe dem Abgaskrümmer) von jedem der drei Verzweigungen, insbesondere an der Verbindung 405, an den Hauptabgasdurchlass 403 gekoppelt sein. Das Ventil 217 kann in eine von zwei unterschiedlichen Stellungen betätigt werden, um die Richtung des Abgasstroms durch die drei Verzweigungen basierend auf den Motorbetriebsbedingungen zu regeln. Ein zweites Vierwegeventil 215 kann an den Hauptabgasdurchlass 403 an einem zweiten Ende (nahe dem Endrohr) von jeder der drei Verzweigungen (an der Verbindungsstelle 307) gekoppelt sein. Das Ventil 215 kann in zwei unterschiedlichen Stellungen positioniert werden, um die Richtung des Abgasstroms durch die drei Verzweigungen auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen zu regeln. Die Ventile 217 und 215 verbinden die drei Verzweigungen fluidisch und können auf eine koordinierte Weise betätigt werden, um den gewünschten Abgasstrom durch die verzweigte Abgasbaugruppe 400 zu erleichtern.
  • Ein erstes Einlassrohr 423 kann vom Hauptabgasdurchlass 403 an der Verbindungsstelle 405 ausgehen. Das erste Einlassrohr 423 kann zur ersten Verzweigung 204 führen. Eine Turbine 116 kann in der ersten Verzweigung 204 untergebracht sein. In einem Beispiel kann die Turbine 116 eine Turbine mit variabler Geometrie sein. Stromabwärts der Turbine 116, kann ein erstes Auslassrohr 324 von der ersten Verzweigung 204 ausgehen und an der Verbindungsstelle 407 der Abgasbaugruppe 400 enden. Ein erster Abgasdurchlass 222 und ein zweiter Abgasdurchlass 226 können an die erste Verzweigung 204 stromaufwärts der Turbine gekoppelt sein. Ein erstes Dreiwegeventil 219 kann an die erste Verzweigung 204 an der Verbindungsstelle der ersten Verzweigung 204 und den ersten Abgasdurchlass 222 gekoppelt sein. Jeder vom ersten Abgasdurchlass 222 und vom zweiten Abgasdurchlass 226 kann an Abgaskanäle 229 gekoppelt sein. Die Abgaskanäle können konzentrisch zu den Kühlkanälen (wie zum Beispiel Kühlkanäle 127 in 2) sein, welche die Motorzylinder umgeben können. Kühlmittel kann über eine Kühlleitung 224 durch die Kühlkanäle strömen. Ein zweites Dreiwegeventil 220 kann an den zweiten Abgasdurchlass 226 an der Verbindungsstelle des zweiten Abgasdurchlasses 226 und der Abgaskanäle 229 gekoppelt sein. Jedes der Dreiwegeventile 219 und 220 kann in zwei verschiedenen Konfigurationen positioniert sein, um den Abgasstrom durch die Abgaskanäle 229 zu regeln.
  • Ein Teil des Hauptabgasdurchlasses 403 kann die zweite Verzweigung 202 darstellen. Die zweite Verzweigung (Strömungsweg) 202 kann von der Verbindungsstelle 405 ausgehen und kann bei der Verbindungsstelle 407 enden (mit dem Hauptabgasdurchlass 403 zusammenlaufen). Ein Unterbodenwandler 118 kann in der zweiten Verzweigung 202 untergebracht sein. In einer alternativen Ausführungsform für einen Dieselmotor, können ein Dieselpartikelfilter (DPF) oder eine selektive katalytische Reduktions-(SCR-)Vorrichtung in der zweiten Verzweigung 202 untergebracht sein. Ein zweites Einlassrohr 425 kann vom Hauptabgasdurchlass 403 an der Verbindungsstelle 405 ausgehen. Das zweite Einlassrohr 425 kann zur dritten Verzweigung 206 führen. Ein Dreiwegekatalysator (TWC) 120 kann in der dritten Verzweigung 206 untergebracht sein. Stromabwärts des Katalysators 120 kann ein zweites Auslassrohr 426 von der Verzweigung 206 ausgehen und kann an einer Verbindungsstelle 407 der Abgasbaugruppe enden. In einer alternativen Ausführungsform für einen Dieselmotor kann ein Dieseloxidationskatalysator in der dritten Verzweigung 206 untergebracht sein. Die drei Verzweigungen (Strömungswege) 204, 202 und 206 können im Wesentlichen parallel zueinander sein.
  • Die Reihenfolge des Abgasstroms durch jede der Komponenten kann auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen und der Temperaturanforderung jeder Abgaskomponente (Turbine, Unterbodenwandler und Katalysator) ohne das Erfordernis des Umgehens einer Komponente eingestellt werden. Auf Grundlage der Stellung der Ventile 117, 115, 119 und 220 kann Abgas aus dem Hauptabgasdurchlass 303 durch jede der Verzweigungen der Abgasbaugruppe 400 (in verschiedenen Reihenfolgen) geleitet werden. Die Abgasbaugruppe 400 kann in drei Betriebsmodi betrieben werden.
  • Daher stellt der erste Betriebsmodus eine erste Einstellung der Vierwegeventile 217 und 215 und der Dreiwegeventile 219 und 220 dar, die Abgasstromsteuerung ermöglicht. Im ersten Betriebsmodus kann sich das erste Vierwegeventil 217 in einer ersten Stellung befinden, das zweite Vierwegeventil 215 kann sich in einer ersten Stellung befinden, das erste Dreiwegeventil 219 kann sich in einer ersten Stellung befinden und das zweite Dreiwegeventil 219 kann sich ebenfalls in einer ersten Stellung befinden. Im ersten Betriebsmodus kann das gesamte Abgasvolumen, das über den Hauptabgasdurchlass 403 stromabwärts strömt, aufgrund der ersten Stellung des ersten Ventils 217 an der Verbindungsstelle 405 in das zweite Einlassrohr 425 eintreten. Vom zweiten Einlassrohr 425 kann das Abgas in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende des TWC nahe dem Motorabgaskrümmer zum zweiten Ende des TWC nahe dem Endrohr) weiter durch den Dreiwegekatalysator (TWC) 120 strömen, der in der dritten Verzweigung 206 der Abgasbaugruppe 400 untergebracht ist. Nach dem Austreten aus dem TWC 120 strömt das Abgas über die dritte Verzweigung 106 weiter stromabwärts in das zweite Auslassrohr 426. Aufgrund der ersten Stellung des zweiten Ventils 115 kann das Abgas bei Erreichen der Verbindungsstelle 407 in einer zweiten Richtung (von einem zweiten Ende des Unterbodenwandlers nahe dem Endrohr zum ersten Ende des Unterbodenwandlers nahe dem Motorabgaskrümmer) durch den Unterbodenwandler 118 geleitet werden, der in der zweiten Verzweigung 102 untergebracht ist. Hierbei ist die zweite Richtung der ersten Richtung des Abgasstroms entgegengesetzt. Nach dem Austreten aus dem Unterbodenwandler 118 strömt das Abgas weiter über die zweite Verzweigung 402 in Richtung der Verbindungsstelle 405. An der Verbindungsstelle 405 kann das Abgas dann in das erste Einlassrohr 423 eintreten. Vom ersten Einlassrohr 423 kann das Abgas in die erste Verzweigung 404 eintreten. Aufgrund der ersten Stellung des ersten Dreiwegeventils 119 kann das Abgas nicht weiter stromabwärts über die erste Verzweigung 104 strömen und wird möglicherweise in den ersten Abgasdurchlass 222 geleitet. Aufgrund der ersten Stellung des zweiten Dreiwegeventils 220 kann das Abgas vom ersten Abgasdurchlass 222 durch die Abgaskanäle 229 zirkulieren und dann über den zweiten Abgasdurchlass 226 zur ersten Verzweigung 204 zurückkehren. Während des Abgasstroms durch die Abgaskanäle 229 kann ein Kühlmittel über die Kühlleitung 224 und den Kühlkreislauf, der die Zylinder umgibt, zirkuliert werden, um dem Abgas Wärme zu entziehen.
  • Nach dem Zurückkehren zur ersten Verzweigung 204 kann das Abgas dann in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende der Turbine nahe dem Motorabgaskrümmer zum zweiten Ende der Turbine nahe dem Endrohr) durch die Turbine 116 strömen, die in der ersten Verzweigung 104 der Abgasbaugruppe 400 untergebracht ist. Nach dem Austreten aus der Turbine 116 kann das Abgas über die erste Verzweigung 104 weiter stromabwärts in das erste Auslassrohr 424 strömen. Beim Erreichen der Verbindungsstelle 407 (über das erste Auslassrohr 424) kann das Abgas aus der verzweigten Abgasbaugruppe 400 austreten und über den Hauptabgasdurchlass 403 weiter stromabwärts in Richtung des Endrohrs strömen.
  • Die verzweigte Abgasbaugruppe kann im ersten Betriebsmodus (wie vorstehend beschrieben) unter Kaltstartbedingungen, betrieben werden. Durch das Einstellen des Abgasstroms, heißes Abgas zuerst durch den TWC 120 zu leiten, bevor das Abgas durch die verbleibenden Abgaskomponenten (Turbine 116 und Unterbodenwandler 118) strömt, kann die Abgaswärme wirksam an den Katalysator übertragen werden, wodurch die Katalysatoraktivierung beschleunigt wird. Somit kann heißes Abgas wirksam zum Erhöhen der TWC-Temperatur und zum Verringern der Notwendigkeit von Spätzündung verwendet werden, wodurch die Kraftstoffeffizienz des Motors erhöht wird. Durch schnelleres Erreichen der Anspringtemperatur des TWC 120 kann die Emissionsqualität verbessert werden. Durch das Strömen des Abgases durch die Abgaskanäle 229 kann Wärme vom Abgas zurückgewonnen und zum Wärmen der Zylinderwände und Kolben verwendet werden, was Kaltstartkohlenwasserstoffemissionen verringern kann. Durch das Leiten des Abgases durch die Turbine 116 unter Kaltstartbedingungen können auch Verzögerungen beim Hochdrehen der Turbine verringert werden, wodurch das Turboloch verringert und die Aufladungsleistung verbessert wird.
  • 4B zeigt eine schematische Ansicht 450 einer beispielhaften Ausführungsform einer Abgasumgehungsbaugruppe 400 in einem zweiten Betriebsmodus. Komponenten, die vorher in 4A vorgestellt wurden, sind ähnlich nummeriert und werden nicht erneut vorgestellt.
  • Der zweite Betriebsmodus stellt eine zweite Einstellung der Vierwegeventile 417 und 415 und der Dreiwegeventile 419 und 420 dar, die Abgasstromsteuerung ermöglicht. Im zweiten Betriebsmodus kann sich das erste Vierwegeventil 217 in einer zweiten Stellung befinden, das zweite Vierwegeventil 215 kann sich in einer zweiten Stellung befinden, das erste Dreiwegeventil 219 kann sich in einer zweiten Stellung befinden und das zweite Dreiwegeventil 220 kann sich ebenfalls in einer zweiten Stellung befinden. Im zweiten Betriebsmodus kann das gesamte Abgasvolumen, das über den Hauptabgasdurchlass 403 stromabwärts strömt, aufgrund der zweiten Stellung des ersten Ventils 217 an der Verbindungsstelle 405 in das erste Einlassrohr 423 eintreten. Aufgrund der zweiten Stellung des Dreiwegeventils 219 kann der Eingang zum ersten Abgasdurchlass 222 blockiert sein und Abgas kann nicht in den ersten Abgasdurchlass 222 eintreten. Somit kann das Abgas vom ersten Einlassrohr 423 in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende der Turbine nahe dem Motorabgaskrümmer zum zweiten Ende der Turbine nahe dem Endrohr) weiter durch die Turbine 116 strömen, die in der ersten Verzweigung 204 der Abgasbaugruppe 400 untergebracht ist. Nach dem Austreten aus der Turbine 116 strömt das Abgas weiter stromabwärts über die erste Verzweigung 204 in das erste Auslassrohr 424. Aufgrund der zweiten Stellung des zweiten Ventils 215 kann das Abgas bei Erreichen der Verbindungsstelle 407 in einer zweiten Richtung (von einem zweiten Ende des Unterbodenwandlers nahe dem Endrohr zum ersten Ende des Unterbodenwandlers nahe dem Motorabgaskrümmer) durch den Unterbodenwandler 118 geleitet werden, der in der zweiten Verzweigung 202 untergebracht ist. Nach dem Austreten aus dem Unterbodenwandler 118 strömt das Abgas weiter über die zweite Verzweigung 202 in Richtung der Verbindungsstelle 405. An der Verbindungsstelle 405 kann das Abgas dann in das zweite Einlassrohr 425 eintreten. Vom zweiten Einlassrohr 425 kann das Abgas durch den Dreiwegekatalysator (TWC) 120 strömen, der in der dritten Verzweigung 206 der Abgasbaugruppe 400 in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende des TWC nahe dem Motorabgaskrümmer zum zweiten Ende des TWC nahe dem Endrohr) untergebracht ist. Nach dem Austreten aus dem TWC 120 kann das Abgas über die dritte Verzweigung 206 weiter stromabwärts in das zweite Auslassrohr 426 strömen. Beim Erreichen der Verbindungsstelle 407 (über das zweite Auslassrohr 426) kann das Abgas über den Hauptabgasdurchlass 403 aus der verzweigten Abgasbaugruppe 400 austreten und weiter stromabwärts in Richtung des Endrohrs strömen.
  • Die verzweigte Abgasbaugruppe kann im zweiten Betriebsmodus (wie vorstehend beschrieben) betrieben werden, sobald der TWC 120 vollständig angeschaltet ist (nach dem Erreichen der Anspringtemperatur) und Abgaswärmezurückgewinnung möglicherweise nicht länger zur Erhöhung der Motortemperatur gewünscht ist. Während dieser Zeit kann die Motorlast niedrig/mittelmäßig und die Motortemperatur höher sein. Durch das Einstellen des Abgasstroms, heißes Abgas zuerst durch die Turbine 116 zu strömen, kann die Aufladungsleistung im niedrigen bis mittleren Bereich verbessert werden. Sobald das Abgas durch die Turbine 116 strömt, kann die Temperatur des Abgases fallen. Aufgrund einer Beschichtung an der Katalysatoroberfläche kann der TWC 120 bei niedrigeren Abgastemperaturen eine höhere Umwandlungseffizienz aufweisen. Infolgedessen kann das Abgas mit niedriger Temperatur, das den TWC 120 (nach dem Strömen durch die Turbine 216) erreicht, zu einer optimalen Leistung des TWC 120 führen.
  • 4C zeigt eine schematische Ansicht 480 einer beispielhaften Ausführungsform der Abgasumgehungsbaugruppe 400 in einem dritten Betriebsmodus. Der dritte Betriebsmodus stellt eine dritte Einstellung der Vierwegeventile 117 und 115 und der Dreiwegeventile 419 und 420 dar, die Abgasstromsteuerung ermöglicht. Im dritten Betriebsmodus kann sich das erste Vierwegeventil 217 in einer zweiten Stellung befinden, das zweite Vierwegeventil 215 kann sich in einer zweiten Stellung befinden, das erste Dreiwegeventil 219 kann sich in einer zweiten Stellung befinden und das zweite Dreiwegeventil 220 kann sich ebenfalls in einer zweiten Stellung befinden. Im dritten Betriebsmodus kann das gesamte Abgasvolumen, das über den Hauptabgasdurchlass 403 stromabwärts strömt, aufgrund der zweiten Stellung des ersten Ventils 217 an der Verbindungsstelle 405 in das erste Einlassrohr 423 eintreten. Aufgrund der zweiten Stellung des Dreiwegeventils 219 kann der Eingang zum ersten Abgasdurchlass 222 blockiert sein und Abgas kann nicht in den ersten Abgasdurchlass 222 eintreten. Stromaufwärts der Turbine kann ein Kühlfluid über eine Einspritzvorrichtung 221 in den Abgasstrom eingespritzt werden. In einem Beispiel kann das Kühlfluid kaltes Wasser sein. Das Kühlfluid kann die Temperatur des Abgases, das in die Turbine eintritt, verringern. Das kühlere Abgas kann in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende der Turbine nahe dem Motorabgaskrümmer zum zweiten Ende der Turbine nahe dem Endrohr) weiter durch die Turbine 116 strömen, die in der ersten Verzweigung 204 der Abgasbaugruppe 400 untergebracht ist. Nach dem Austreten aus der Turbine 116 strömt das Abgas weiter stromabwärts über die erste Verzweigung 204 in das erste Auslassrohr 424. Aufgrund der zweiten Stellung des zweiten Ventils 215 kann das Abgas bei Erreichen der Verbindungsstelle 407 in einer zweiten Richtung (von einem zweiten Ende des Unterbodenwandlers nahe dem Endrohr zum ersten Ende des Unterbodenwandlers nahe dem Motorabgaskrümmer) durch den Unterbodenwandler 118 geleitet werden, der in der zweiten Verzweigung 202 untergebracht ist. Nach dem Austreten aus dem Unterbodenwandler 118 strömt das Abgas weiter über die zweite Verzweigung 202 in Richtung der Verbindungsstelle 405. An der Verbindungsstelle 405 kann das Abgas dann in das zweite Einlassrohr 425 eintreten. Vom zweiten Einlassrohr 425 kann das Abgas durch den Dreiwegekatalysator (TWC) 120 strömen, der in der dritten Verzweigung 206 der Abgasbaugruppe 400 in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende des TWC nahe dem Motorabgaskrümmer zum zweiten Ende des TWC nahe dem Endrohr) untergebracht ist. Nach dem Austreten aus dem TWC 120 kann das Abgas über die dritte Verzweigung 206 weiter stromabwärts in das zweite Auslassrohr 426 strömen. Beim Erreichen der Verbindungsstelle 407 (über das zweite Auslassrohr 426) kann das Abgas über den Hauptabgasdurchlass 403 aus der verzweigten Abgasbaugruppe 400 austreten und weiter stromabwärts in Richtung des Endrohrs strömen.
  • Die verzweigte Abgasbaugruppe kann im dritten Betriebsmodus (wie vorstehend beschrieben) unter Bedingungen mit hoher Motorlast betrieben werden. Unter diesen Umständen kann die Wärmelast auf die Turbine durch Kühlen des Abgases, das in die Turbine eintritt, verringert werden, was wiederum die Turbinendrehzahl und die Wahrscheinlich von Hardwareschäden an den Turbinenkomponenten verringern kann. Auf diese Weise kann Abgas auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen und Temperaturerfordernissen jeder Komponente durch alle drei Komponenten im verzweigten Abgassystem 400 geleitet werden.
  • In den in 4A–4C gezeigten Beispielmodi kann das Übergehen vom ersten Modus auf den zweiten Modus als Reaktion auf das Anschalten des Dreiwegekatalysators 118 stattfinden, das Übergehen vom zweiten Modus auf den dritten Modus kann als Reaktion auf eine Erhöhung des Bedarfsdrehmoments (z. B. höher als Schwellenwertmotorlast) stattfinden und das Übergehen vom dritten Modus auf den ersten Modus kann als Reaktion auf eine Motorabschaltanforderung durchgeführt werden.
  • Die drei Beispielbetriebsmodi der verzweigten Abgasbaugruppe aus 2 werden wie vorstehend erläutert in 9 tabellarisch dargestellt. Zeile 902 der Tabelle 900 zeigt den Betrieb der verzweigten Abgasbaugruppe im ersten Modus, wie in 4A beschrieben, Zeile 904 zeigt den Betrieb der verzweigten Abgasbaugruppe im zweiten Modus, wie in 4B beschrieben, und Zeile 906 zeigt den Betrieb der verzweigten Abgasbaugruppe im dritten Modus, wie in 4C beschrieben.
  • Auf diese Weise stellt das System aus den 1, 2, 3A–3C und 4A–4C ein Motorsystem bereit, das Folgendes umfasst: einen Motor, der einen Abgaskrümmer, einen Pedalstellungssensor, eine verzweigte Abgasbaugruppe mit einer ersten Verzweigung, einer zweiten Verzweigung, einer dritten Verzweigung, einem Umgehungsdurchlass, einem ersten Ventil, einem zweiten Ventil, einem dritten Ventil, einem Turbolader mit einer Turbine, die an die erste Verzweigung der verzweigten Abgasbaugruppe gekoppelt ist, beinhaltet, wobei die Turbine an einen Verdichter gekoppelt ist, einen Unterbodenwandler, der an die zweite Verzweigung der Abgasbaugruppe gekoppelt ist, einen Dreiwegekatalysator, der an die dritte Verzweigung der Abgasbaugruppe gekoppelt ist, einen Wärmetauscher, der an den Umgehungsdurchlass gekoppelt ist, wobei der Wärmetauscher fluidisch mit einem Motorkühlmittelsystem verbunden ist, einen Motorkühlmitteltemperatursensor, der an das Motorkühlmittelsystem gekoppelt ist, und eine Steuerung mit in einem nichtflüchtigem Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen zum: Schätzen einer Motortemperatur und Motorlast über den einen oder die mehreren des Motorkühlmitteltemperatursensors und des Pedalstellungssensors, Auswählen einer Reihenfolge des Strömens des Abgases durch jede(n) von der Turbine, dem Unterbodenwandler und dem Dreiwegekatalysator als eine Funktion der geschätzten Motortemperatur und Motorlast, und Betätigen jedes vom ersten Ventil, zweiten Ventil und dritten Ventil, um Abgas durch jede(n) von der Turbine, dem Unterbodenwandler und dem Dreiwegekatalysator über jede der ersten Verzweigung, der zweiten Verzweigung und der dritten Verzweigung gemäß der gewählten Reihenfolge des Abgasstroms zu strömen.
  • 5 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 500, das zum Einstellen des Abgasstroms über verschiedene Strömungswege einer verzweigten Abgasbaugruppe wie zum Beispiel der Baugruppe aus 1 und den 3A–3C umgesetzt werden kann. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 500 und der übrigen hier beinhalteten Verfahren können durch eine Steuerung auf Grundlage von auf einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit von Sensoren des Motorsystems empfangenen Signalen ausgeführt werden, wie zum Beispiel den vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Sensoren. Die Steuerung kann Motoraktoren des Motorsystems einsetzen, um den Motorbetrieb gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren einzustellen.
  • Bei 502 schließt die Routine ein Schätzen und/oder Messen von aktuellen Motorbetriebsbedingungen ein. Beurteilte Bedingungen können zum Beispiel Motortemperatur, Motorlast, Motordrehzahl, Krümmervakuum, Drosselposition, Abgasdruck, Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnis etc. beinhalten.
  • Bei 504 schließt die Routine das Ermitteln ein, ob der Fahrzeugmotor unter Kaltstartbedingungen betrieben wird. Eine Kaltstartbedingung kann bestätigt werden, wenn der Motor nach einem längeren Zeitraum der Inaktivität des Motors gestartet wird, und wenn die Motortemperatur niedriger ist als ein Schwellenwert. Der Schwellenwert kann auf einer Anspringtemperatur eines Dreiwegekatalysators basieren, der in einer Verzweigung der Abgasbaugruppe (wie zum Beispiel der Abgasbaugruppe 300 in 3A) untergebracht ist. Vor dem Erreichen der Anspringtemperatur kann der Katalysator nicht effizient funktionieren, wodurch die Emissionen während dieses Zeitraums erhöht werden. Kaltstartbedingungen können auch von einer Umgebungstemperatur, die unter einem Schwellenwert liegt, abgeleitet werden.
  • Unter Kaltstartbedingungen kann heißes Abgas, um das Erreichen der Katalysatoranspringtemperatur zu beschleunigen, zuerst durch den Katalysator geleitet werden, anstatt dass es über die Turbine strömt, die als Wärmesenke (Verringern der Temperatur des Abgases, das den Katalysator erreicht) agiert, und zur gleichen Zeit kann auch ein Erwärmen der Motorzylinder und des Kolbens gewünscht sein. Demnach geht die Routine, wenn Motorkaltstartbedingungen bestätigt sind, zu 506 über, um die Abgasbaugruppe in einem ersten Betriebsmodus zu betreiben. Betreiben in einem ersten Modus, wie unter Bezugnahme auf 3A beschrieben, beinhaltet das Schalten des ersten Vierwegeventils oder Ventil_1 (wie zum Beispiel Ventil 117 in 3A), das sich im Abgasdurchlass stromaufwärts der Abgasbaugruppe befindet, in eine erste Stellung, und das Schalten des zweiten Vierwegeventils oder Ventil_2 (wie zum Beispiel Ventil 115 in 3A), das sich im Abgasdurchlass stromabwärts der Abgasbaugruppe befindet, in eine erste Stellung. Außerdem kann das Umleitventil oder Ventil_3 (wie zum Beispiel Ventil 119 in 3A), das an die erste Verzweigung an der Verbindungsstelle mit dem Umgehungsdurchlass gekoppelt ist, in eine vollständig geöffnete Stellung betätigt werden.
  • Bei 508 kann durch das Einstellen der Abgasbaugruppe auf einen ersten Betriebsmodus das Gesamtabgasvolumen, das stromabwärts über den Hauptabgasdurchlass strömt, in ein Einlassrohr (oder zweites Rohr) (wie zum Beispiel das zweite Einlassrohr 325 in 3A) eintreten und weiter durch einen Dreiwegekatalysator (TWC) (wie zum Beispiel der Dreiwegekatalysator 120 in 3A) strömen, der in einer dritten Verzweigung (wie zum Beispiel die dritte Verzweigung 106 in 3A) der Abgasbaugruppe untergebracht ist. Am TWC kann Wärme aus dem Abgas verwendet werden, um die Temperatur des TWC zu erhöhen. Durch das Beschleunigen des Erreichens der TWC-Anspringtemperatur kann die Qualität der Emissionen verbessert werden. Nach dem Austreten aus dem TWC kann das Abgas über die dritte Verzweigung weiter stromabwärts in ein Auslassrohr (zweites Rohr) (wie zum Beispiel das zweite Auslassrohr 326 in 3A) strömen. Von da kann das Abgas durch einen Unterbodenwandler (wie zum Beispiel den Unterbodenwandler 118 in 3A), der in einer zweiten Verzweigung (wie zum Beispiel der zweiten Verzweigung 102 in 3A) der Abgasbaugruppe untergebracht ist, geleitet werden. Nach dem Austreten aus dem Unterbodenwandler kann das Abgas durch einen Wärmetauscher (wie zum Beispiel den Wärmetauscher 122 aus 3A) strömen, der in dem Umgehungsdurchlass (wie zum Beispiel dem Umgehungsdurchlass 123 in 3A) untergebracht ist, und dann über ein Einlassrohr (erstes Rohr) (wie zum Beispiel das erste Einlassrohr 323 in 3A) durch eine Turbine (wie zum Beispiel die Turbine 116 in 3A) strömen, die in einer ersten Verzweigung (wie zum Beispiel die erste Verzweigung 104 in 3A) der Abgasbaugruppe untergebracht ist. Durch das Strömen des Abgases durch die Turbine kann dem Motor eine Aufladung sogar unter Kaltstartbedingungen bereitgestellt werden. Nach dem Austreten aus der Turbine kann das Abgas über die erste Verzweigung weiter stromabwärts in das Auslassrohr (erstes Rohr) (wie zum Beispiel das erste Auslassrohr 324 in 3A) strömen.
  • Durch das Einstellen des Abgasstroms, heißes Abgas zuerst durch den TWC zu leiten, bevor das Abgas durch die verbleibenden Abgaskomponenten (Turbine und Unterbodenwandler) strömt, kann die Abgaswärme wirksam an den Katalysator übertragen werden, wodurch die Katalysatoraktivierung beschleunigt wird. Auf diese Weise kann heißes Abgas wirksam zum Erhöhen der Temperatur des TWC ohne das Erfordernis von Spätzündung verwendet werden, wodurch die Kraftstoffeffizienz des Motors erhöht wird. Durch das Strömen von Abgas durch den Wärmetauscher kann Wärme vom Abgas durch ein Kühlmittel zurückgewonnen werden, das durch den Wärmetauscher zirkuliert, und die zurückgewonnene Abgaswärme kann verwendet werden, um Zylinderwände und Kolben zu wärmen. Durch das Erhöhen der Temperatur der Zylinderwände und Kolben können Kohlenwasserstoffemissionen vom Motor verringert werden. Durch das Leiten des Abgases durch die Turbine können auch Verzögerungen beim Hochdrehen der Turbine verringert werden, wodurch das Turboloch verringert und die Aufladungsleistung verbessert wird. Nach dem Austreten aus der Abgasbaugruppe bei 510 kann Abgas in Richtung des Endrohrs strömen. Nach dem Strömen durch einen Schalldämpfer kann das Abgas an die Atmosphäre abgegeben werden.
  • Wenn bestimmt wird (bei 504), dass der Motor nicht unter Kaltstartbedingungen betrieben wird, kann abgeleitet werden, dass es warm genug ist, wobei der Katalysator die Anspringtemperatur erreicht hat und wirksam zur Emissionssteuerung arbeitet. Bei 512 beinhaltet die Routine das Bestimmen, ob die Motorlast über einer Schwellenwertlast liegt. Die Schwellenwertlast kann einer Spitzenmotorlast entsprechen, über welcher die Möglichkeit eines Turbinenkomponentenschadens aufgrund des erhöhten Volumens von heißem Abgas, das durch die Turbine strömt, vorhanden ist.
  • Wenn sich die Motorlast unter der Schwellenwertlast befindet, bewegt sich die Routine zu 514, um die Abgasbaugruppe in einem zweiten Betriebsmodus zu betreiben. Das Betreiben im zweiten Betriebsmodus, wie in Bezug auf 3B beschrieben, beinhaltet das Schalten des ersten Vierwegeventils (Ventil_1) in eine zweite Stellung, das Schalten des zweiten Vierwegeventils (Ventil_2) in eine zweite Stellung und das Betätigen des Umleitventils (Ventil_3) ebenfalls in eine vollständig geschlossene Stellung.
  • Bei 516 kann das Gesamtabgasvolumen, das über den Hauptabgasdurchlass stromabwärts strömt, durch das Einstellen der Abgasbaugruppe auf den zweiten Betriebsmodus in das erste Einlassrohr eintreten und weiter durch die Turbine strömen, die in der ersten Verzweigung der Abgasbaugruppe untergebracht ist. Durch das Strömen des heißen Abgases durch die Turbine, kann dem Motor eine Aufladung bereitgestellt werden. Außerdem sinkt die Temperatur des Abgases während Abgas durch die Turbine strömt. Nach dem Austreten aus der Turbine strömt das Abgas über die erste Verzweigung weiter stromabwärts in das erste Auslassrohr. Von dort kann das Abgas durch den Unterbodenwandler geleitet werden, der in der zweiten Verzweigung untergebracht ist. Nach dem Austreten aus dem Unterbodenwandler kann das Abgas weiter über ein zweites Einlassrohr in Richtung des TWC strömen, der in der dritten Verzweigung untergebracht ist. Die Temperatur des Abgases, das durch den TWC strömt, ist im Vergleich zur Temperatur des Abgases, das in diesem Modus in die Turbine eintritt, geringer, wodurch die optimale Leistung des TWC unterstützt wird. Nach dem Austreten aus dem TWC kann das Abgas aus der verzweigten Abgasbaugruppe über das zweite Auslassrohr austreten.
  • Durch das Einstellen des Abgasstroms, heißes Abgas zuerst durch die Turbine zu strömen, kann die Aufladungsleistung verbessert und außerdem die Temperatur des Abgases verringert werden. Aufgrund der Beschichtung an der Katalysatoroberfläche kann das Abgas mit niedriger Temperatur eine höhere Umwandlungseffizienz des TWC unterstützen. Nach dem Austreten aus der Abgasbaugruppe (im zweiten Modus betrieben) bei 522 kann Abgas in Richtung des Endrohrs strömen. Nach dem Strömen durch einen Schalldämpfer kann das Abgas an die Atmosphäre abgegeben werden.
  • Wenn bestimmt wird (bei 512), dass sich die Motorlast über der Schwellenwertlast befindet, bewegt sich die Routine zu 518, um die Abgasbaugruppe im dritten Betriebsmodus zu betreiben. Betreiben in dem dritten Modus, wie unter Bezugnahme auf 3C beschrieben, beinhaltet das Aufrechterhalten des ersten Vierwegeventils (Ventil_1) und des zweiten Vierwegeventils (Ventil_2) in der zweiten Stellung und das Einstellen des Öffnens des Umleitventils, um das Verhältnis von heißem Abgas relativ zu kaltem Abgas zu variieren, das durch die Turbine geströmt wird. Das Einstellen des Öffnens des Umleitventils beinhaltet das Schalten des Umleitventils (Ventil_3) in eine teilweise geöffnete Stellung. In einem Beispiel kann das Ventil_3 ein durchgehend einstellbares Ventil sein und sich in der dritten Stellung befinden, wobei der Öffnungsgrad von Ventil_3 auf Grundlage eines Zielabgasanteils eingestellt werden kann, der über den Wärmetauscher umgeleitet wird, bevor er durch die Turbine strömt, wobei der Zielanteil auf Grundlage von derzeitigem Ladedruck relativ zum gewünschten Ladedruck (das heißt Aufladefehler) bestimmt wird, wobei der gewünschte Ladedruck auf Motordrehzahl und -last und Fahrerbedarfsdrehmoment basiert.
  • Bei 520 kann das Gesamtabgasvolumen, das über den Hauptabgasdurchlass stromabwärts strömt, durch das Einstellen der Abgasbaugruppe auf den dritten Betriebsmodus über das erste Einlassrohr in die erste Verzweigung eintreten. Ein erster Abgasabschnitt kann in den Umgehungsdurchlass eintreten und durch den Wärmetauscher strömen, wobei Wärme vom Abgas an ein Kühlmittel übertragen werden kann, das durch den Wärmetauscher zirkuliert. Nach dem Austreten aus dem Wärmetauscher, kann das Abgas wieder in die erste Verzweigung stromaufwärts der Turbine eintreten und dann durch die Turbine strömen. Ein zweiter (verbleibender) Abgasabschnitt kann direkt durch die Turbine strömen. Der erste und der zweite Abgasabschnitt können stromaufwärts der Turbine zusammenkommen und stromabwärts über die erste Verzweigung in das erste Auslassrohr strömen. Von dort kann das Abgas durch den Unterbodenwandler geleitet werden, der in der zweiten Verzweigung untergebracht ist. Nach dem Austreten aus dem Unterbodenwandler kann das Abgas weiter über ein zweites Einlassrohr in Richtung des TWC strömen, der in der dritten Verzweigung untergebracht ist. Die Temperatur des Abgases, das durch den TWC strömt, kann niedriger sein, wodurch die optimale Leistung des TWC unterstützt wird. Nach dem Austreten aus dem TWC kann das Abgas aus der verzweigten Abgasbaugruppe über das zweite Auslassrohr austreten. Durch das Leiten von Abgas über mehrere Strömungswege in die Abgasbaugruppe ist es möglich, die Temperatur des Abgases durch die Turbine zu verringern, wodurch die Möglichkeit eines Aufladungsfehlers und einer Turbinenhardwarefehlfunktion unter hohen Motorlastbedingungen zu verringern.
  • Der Anteil des Abgases, der über den Wärmetauscher geleitet wird, um vor dem Eintritt in die Turbine relativ zum Anteil des Abgases, das direkt in die Turbine geleitet wird, ohne durch den Wärmetauscher zu strömen, gekühlt zu werden, kann auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen und Aufladungsbedarf bestimmt werden. Das heißt, das Verhältnis des ersten Abgasabschnitts zum zweiten Abschnitt kann auf Parametern wie zum Beispiel Fahrerbedarfsdrehmoment und Aufladungsfehler basieren. In einem Beispiel kann der Öffnungsgrad des Umleitventils verringert werden, wenn sich der Fahrerbedarf erhöht. Durch das Verringern der Öffnung von Ventil_3 kann der erste Abschnitt kühlen Abgases, das an die Turbine abgegeben wird, in Bezug auf den zweiten Abschnitt heißen Abgases, das an die Turbine abgegeben wird, verringert werden, wodurch die Hochdrehzeiten der Turbine und die Zeit bis zum Drehmoment verbessert werden. Unter niedrigeren Fahrerbedarfsbedingungen kann ein Öffnungsgrad des Umleitventils (Ventil_3) erhöht werden, um ein größeres Volumen gekühlten Abgases über den Wärmetauscher in die Turbine zu leiten. Dies ermöglicht eine schnellere Verringerung der Turbinendrehzahl und des Ladungsauslasses und verringert die Notwendigkeit für übermäßige Wastegate-Verwendung. In einem Beispiel wird durch das Variieren des Verhältnisses von gekühltem zu heißem Abgas die Notwendigkeit für ein Wastegate-Ventil in Motorsystem verringert, wodurch Komponentenverringerungsvorteile hinsichtlich Kosten und Steuerungskomplexität bereitgestellt werden. Als ein anderes Bespiel kann der erste Abschnitt gekühlten Abgases durch die Turbine unter Bedingungen, wenn es keinen Aufladungsfehler aufgrund der Tatsache gibt, dass die gewünschte Aufladung unter der tatsächlichen Aufladung liegt (z. B. während einer Freigabe), erhöht werden, indem die Öffnung des Umleitventils erhöht wird, um den Aufladungsfehler schnell zu verringern und Verdichterüberspannung zu vermeiden.
  • Nach dem Austreten aus der Abgasbaugruppe (im dritten Modus betrieben) können bei 522 jeder des ersten und zweiten Abgasabschnitts stromaufwärts der Turbine kombiniert werden und der kombinierte Strom kann dann in Richtung des Endrohrs geleitet werden, nachdem er durch die Turbine geströmt ist. Nach dem Strömen durch einen Schalldämpfer in dem Endrohr kann das Gesamtabgasvolumen an die Atmosphäre abgegeben werden.
  • Auf diese Weise kann jedes vom ersten Vierwegeventil, zweiten Vierwegeventil und dem Umleitventil eingestellt werden, um Abgas durch jede(n) von der Turbine, dem Unterbodenwandler und dem Dreiwegekatalysator über jede der ersten Verzweigung, der zweiten Verzweigung und der dritten Verzweigung zu strömen, wobei eine Reihenfolge des strömenden Abgases auf der Motortemperatur und der Motorlast basiert.
  • 7 zeigt eine Beispielbetriebssequenz 700, die den Betrieb der verzweigten Abgasbaugruppe auf 1 veranschaulicht. Die Richtung des Abgasstroms durch die verschiedenen Strömungswege mit verschiedenen Komponenten wird basierend auf Motorbetriebsbedingungen und der Temperaturanforderung von jeder Komponente bestimmt. Die horizontale (x-Achse) kennzeichnet die Zeit und die vertikalen Markierungen t1–t5 kennzeichnen wichtige Zeitpunkte beim Betrieb des Abgasumgehungsbaugruppensystems.
  • Der erste Verlauf zeigt in Linie 704 die Abweichung der Motorlast, wie sie über einen Pedalstellungssensor relativ zu einer Schwellenwertlast (wie durch die gestrichelte Linie 705 gezeigt) geschätzt ist. Der zweite Verlauf zeigt in Linie 706 Änderungen der Motortemperatur, wie sie über einen Motorkühlmitteltemperatursensor relativ zu einer Schwellenwerttemperatur (wie durch die gestrichelte Linie 707 gezeigt) geschätzt ist. Der dritte Verlauf zeigt in Linie 708 eine Abweichung der Turbinendrehzahl im Zeitverlauf. Die gestrichelte Linie 709 zeigt eine Turbinendrehzahl, wenn der Abgasstrom durch die Turbine nicht über die verzweigte Abgasbaugruppe geregelt ist. Die gestrichelte Linie 710 bezeichnet eine Schwellenwertturbinendrehzahl, über welcher Turbinenhardware geschädigt werden kann. Der vierte Verlauf zeigt in Linie 712 eine Stellung eines ersten Vierwegeventils (Ventil_1), das an den Abgasdurchlass stromaufwärts der verzweigten Abgasbaugruppe gekoppelt ist. Der fünfte Verlauf zeigt in Linie 714 eine Stellung eines zweiten Vierwegeventils (Ventil_2), das an den Abgasdurchlass stromabwärts der verzweigten Abgasbaugruppe gekoppelt ist. Der sechste Verlauf zeigt in Linie 716 eine Öffnung eines stufenlos einstellbaren Umleitventils (Ventil_3), das an die erste Verzweigung des verzweigten Systems an einer Verbindungsstelle mit einem Umgehungsdurchlass gekoppelt ist.
  • Vor dem Zeitpunkt t1 startet der Motor aus einem Ruhezustand nach einem Zeitraum der Inaktivität, in dem das Fahrzeug nicht angetrieben wurde. Der Motor kann unter Kaltstartbedingungen starten, da die Motortemperatur unter der Schwellenwerttemperatur 707 liegt. Während dieser Zeit kann der Motor mit einer Motorlast betrieben werden, die unter der Schwellenwertlast (unter der Schwellenwertlast 705) liegt. Unter der Schwellenwerttemperatur kann der Motor nicht warm genug für TWC-Aktivierung sein. Aufgrund der Kaltstartbedingungen kann der TWC (wie zum Beispiel der TWC 120 in 1), der an die dritte Verzweigung der Abgasbaugruppe gekoppelt ist, möglicherweise nicht seine Anspringtemperatur erreicht haben. Um die Katalysatorerwärmung zu beschleunigen, kann die Steuerung jedes des ersten Ventils (Ventil_1) und des zweiten Ventils (Ventil_2) in seine entsprechende erste Stellung betätigen, um heißes Abgas zuerst durch den TWC zu leiten. Aufgrund der gewählten Ventileinstellungen kann das Gesamtvolumen heißen Abgases zuerst durch den TWC strömen, wobei Wärme aus dem Abgas dazu verwendet werden kann, die TWC-Temperatur zu erhöhen. Nach dem Austreten aus dem TWC kann das Abgas durch den Unterbodenwandler (wie zum Beispiel den Unterbodenwandler 118 in 1) strömen, der an die zweite Verzweigung der Abgasbaugruppe gekoppelt ist. Zusätzlich kann das Umleitventil (Ventil_3) auf eine vollständig geöffnete Stellung betätigt werden, um die Gesamtabgasmenge, bevor sie durch die Turbine strömt, über einen Wärmetauscher, der an den Umgehungsdurchlass gekoppelt ist, zu leiten. Wärme aus dem Abgas kann auf ein Kühlmittel übertragen werden, das durch den Wärmetauscher zirkuliert. Das erwärmte Kühlmittel wird durch den Motorblock, darunter um die Zylinderwände und Kolben, mit entsprechender Erhöhung der Motortemperatur zirkuliert. Nach dem Strömen durch den Wärmetauscher kann das Abgas durch die Turbine (wie zum Beispiel die Turbine 116 in 1) strömen. Infolgedessen kann die Turbine beginnen aufzuspulen und die Turbinendrehzahl erhöht sich schrittweise.
  • Zum Zeitpunkt t1 kann die Motortemperatur die Schwellenwerttemperatur (707) übersteigen, was anzeigt, dass der TWC die Anspringtemperatur erreicht hat und angeschaltet ist. Zu diesem Zeitpunkt ist ein weiteres Erwärmen des Motors möglicherweise nicht erwünscht. Um das Abgas mit niedrigerer Temperatur durch den TWC zu leiten (für verbesserte Umwandlungseffizienzen am TWC), während eine gewünschte Aufladung bereitgestellt wird, kann jedes vom ersten Ventil (Ventil_1) und zweiten Ventil (Ventil_2) in seine entsprechende zweite Stellung geschaltet werden. Das Umleitventil (Ventil_3) kann in eine vollständig geschlossene Stellung betätigt werden. Zwischen Zeitpunkt t1 und t2 kann das Gesamtvolumen heißen Abgases aufgrund der gegebenen Ventileinstellungen zuerst durch die Turbine strömen (nicht durch den Wärmetauscher strömend), wobei das Abgas verwendet werden kann, um die Turbine höher zu drehen und den Aufladungsbedarf zu erfüllen. Wenn das Abgas nicht unter Kaltstartbedingungen durch die Turbine geleitet wurde, wäre die Turbine nicht vor t1 hochgefahren (wie durch Verlauf 709 gezeigt) und die Zeit, bis die gewünschte Turbinendrehzahl erreicht worden wäre (entsprechend der gewünschten Aufladung), wäre länger gewesen. Daher kann die Zeit bis zum Drehmoment durch das Starten des Hochdrehens der Turbine vor Zeitpunkt t1 verringert werden. Die Abgastemperatur, welche den TWC erreicht, kann aufgrund des Abgases, das den TWC nach dem Strömen durch die Turbine erreicht, niedriger sein. Demzufolge kann die optimale Leistung des TWC unterstützt werden. Durch das Einstellen des Abgasstroms, das heiße Abgas durch die Turbine zu leiten, bevor das Abgas durch die verbleibenden Abgaskomponenten strömt, kann auch ein Turboloch verringert werden.
  • Bei Zeitpunkt t2 gibt es eine Erhöhung der Motorlast auf über die Schwellenwertlast aufgrund einer Erhöhung des Fahrerbedarfs. Aufgrund der höheren Lastbedingungen können sich die Temperatur und das Volumen von Abgas zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 wesentlich erhöhen und das Gesamtabgasvolumen kann nicht durch die Turbine geleitet werden, um den Aufladungsfehler zu verringern und Schäden an den Turboladerkomponenten zu vermeiden. Deshalb kann, um gleichzeitig Abgas über zwei Strömungswege zu leiten, während dieser Zeit das Öffnen des Umleitventils (Ventil_3) einstellt werden, einen ersten Abgasabschnitt von der ersten Verzweigung in den Umgehungsdurchlass und durch den Wärmetauscher umzuleiten, um die Temperatur des ersten Abgasabschnitts zu verringern. Gleichzeitig kann ein zweiter (verbleibender) Abgasabschnitt direkt durch die Turbine strömen. Nach dem Strömen durch den Wärmetauscher wird der erste Abschnitt dann zur ersten Verzweigung zurückgeführt und mit dem zweiten Abschnitt heißen Abgases in der ersten Verzweigung vermischt, bevor die Mischung durch die Turbine strömt. Aufgrund der verringerten Temperatur des ersten Abgasabschnitts, der in die Turbine eintritt, ist die Temperatur der Abgasmischung, welche die Turbine erreicht, reduziert. Dies ermöglicht, dass die Drehzahl der Turbine verringert und unter der Schwellenwertdrehzahl gehalten wird, während der gewünschte Ladedruck abgegeben wird. Das Verhältnis des ersten Abgasabschnitts zum zweiten Abschnitt kann auf Parametern wie zum Beispiel Fahrerbedarf und Aufladungsfehler basieren. Der Öffnungsgrad von Ventil_3 kann auf Grundlage des geschätzten Verhältnisses eingestellt werden. Daher kann das Verhältnis des ersten Abschnitts gekühlten Abgases zum zweiten Abschnitt heißen Abgases, der an die Turbine abgegeben wird, erhöht werden, wenn der Fahrerbedarf sinkt und sich der Ladedruck erhöht (wobei die tatsächliche Aufladung höher als die gewünschte Aufladung ist). Der erste und zweite Abgasabschnitt können in der ersten Verzweigung stromaufwärts der Turbine zusammenkommen und dann durch die Turbine strömen. Nach dem Austreten aus der Turbine kann das Abgas durch den Unterbodenwandler und dann durch den TWC strömen. Aufgrund der niedrigeren Temperatur des Abgases, das den TWC nach dem Durchströmen der Turbine (wo Arbeit von der Abgaswärme entzogen wird) erreicht, kann die optimale Leistung des TWC unterstützt werden.
  • Bei Zeitpunkt t3 gibt es eine weitere Erhöhung der Motorlast aufgrund einer Erhöhung des Fahrerbedarfs. Als Reaktion auf den höheren Fahrerbedarf kann die Turbinendrehzahl erhöht werden, um die gewünschte Aufladung bereitzustellen. Um die Turbinendrehzahl zu erhöhen, kann der zweite Abschnitt heißen Abgases, der direkt an die Turbine abgegeben wurde, erhöht werden, und dementsprechend kann der erste Abgasabschnitt, der durch den Wärmetauscher vor dem Eintreten in die Turbine gekühlt wurde, verringert werden. Der erste Abgasabschnitt, der durch den Wärmetauscher strömt, kann durch das Verringern der Öffnung von Ventil_3 verringert werden. Zwischen Zeitpunkt t3 und t4 kann es aufgrund des verringerten Abgasstroms durch den Wärmetauscher zu einem Anstieg der Abgastemperatur kommen, der die Turbine erreicht, was wiederum die Turbinendrehzahl erhöhen kann. Die aktualisierte Turbinendrehzahl kann jedoch fortgeführt werden, um unter dem Schwellenwert gehalten zu werden. Als ein Beispiel kann die Turbinendrehzahl zwischen Zeitpunkt t2 und t4 über den Schwellenwert erhöht worden sein, wenn ein Abgasabschnitt nicht gekühlt wurde, bevor er in die Turbine eintrat, wie in Linie 709 gezeigt, wodurch die Möglichkeit von Turbinenhardwareschäden erhöht wird.
  • Auf diese Weise kann unter hohen Lastbedingungen bei gleichzeitigem Strömen über zwei Strömungswege der Abgasbaugruppe ein Abgasabschnitt gekühlt werden, bevor er in die Turbine eintritt, wodurch die Möglichkeit von Turbinenhardwareschäden verringert wird.
  • Bei Zeitpunkt t4 wird eine Motorabschaltanforderung empfangen, woraufhin die Kraftstoffzufuhr zum Motor unterbrochen wird und der Motor herunterfährt, um zu ruhen. Aufgrund dessen können die Motordrehzahl und die Motorlast verringert werden. Als Reaktion auf die Motorabschaltanforderung kann jedes von Ventil_1 und Ventil_2 in seine entsprechende erste Stellung betätigt werden und Ventil_3 kann vollständig geöffnet werden. Die ersten Stellungen von jedem von Ventil_1 und Ventil_2 und die vollständig geöffnete Stellung von Ventil_3 können die Standardeinstellung der Ventile während des Abschaltens des Motors sein. Zwischen Zeitpunkt t4 und t5 wird der Motor weiter abgeschaltet und die Motortemperatur wird nicht gemessen.
  • Bei Zeitpunkt t5 wird eine Motorneustartanforderung empfangen, woraufhin der Motor aus einem Ruhezustand startet. Hierbei wird der Motor nach einer kürzeren Zeitdauer neu gestartet, während die Motortemperatur über der Schwellenwerttemperatur 707 liegt. Daher kann der Motor unter Warmstartbedingungen starten. Aufgrund der höheren Motortemperatur beim Neustart können Ventil_1 und Ventil_2 in ihre entsprechende zweite Stellung betätigt werden und Ventil_3 kann vollständig geschlossen werden. Aufgrund der gegebenen Ventileinstellungen kann das Gesamtvolumen warmen Abgases zuerst durch die Turbine strömen, was zu einer Verringerung der Abgastemperatur führen kann, welche die Abgaskomponenten stromabwärts erreicht. Nach dem Austreten aus der Turbine kann das Abgas mit niedrigerer Temperatur durch den Unterbodenwandler und dann durch den TWC strömen, wobei die TWC-Leistung verbessert wird. Nach Zeitpunkt t5 kann die Abgasbaugruppe weiter in diesem Modus betrieben werden.
  • Auf diese Weise kann eine Reihenfolge des Abgasstroms durch die bestimmten Abgaskomponenten variiert werden, während Abgas durch jede der bestimmten Abgaskomponenten strömt, indem eine Stellung einer Vielzahl von Ventilen eingestellt wird, die an ein verzweigtes Abgassystem gekoppelt sind, das eine erste, eine zweite und eine dritte Verzweigung aufweist, wobei in jeder Verzweigung eine bestimmte Abgaskomponente untergebracht ist.
  • 8 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 800, das zum Einstellen des Abgasstroms über verschiedene Strömungswege einer verzweigten Abgasbaugruppe, wie zum Beispiel der Baugruppe aus 2 und den 4A–4C, umgesetzt werden kann.
  • Bei 802 schließt die Routine ein Schätzen und/oder Messen von aktuellen Motorbetriebsbedingungen ein. Beurteilte Bedingungen können zum Beispiel Motortemperatur, Motorlast, Motordrehzahl, Krümmervakuum, Drosselposition, Abgasdruck, Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnis etc. beinhalten.
  • Bei 804 schließt die Routine das Ermitteln ein, ob der Fahrzeugmotor unter Kaltstartbedingungen betrieben wird. Eine Kaltstartbedingung kann bestätigt werden, wenn der Motor nach einem längeren Zeitraum der Inaktivität des Motors gestartet wird, und wenn die Motortemperatur niedriger ist als ein Schwellenwert. Der Schwellenwert kann auf einer Anspringtemperatur eines Dreiwegekatalysators basieren, der in einer Verzweigung der Abgasbaugruppe (wie zum Beispiel der Abgasbaugruppe 400 in 4A) untergebracht ist. Vor dem Erreichen der Anspringtemperatur kann der Katalysator nicht effizient funktionieren, wodurch die Emissionen während dieses Zeitraums erhöht werden. Kaltstartbedingungen können auch von einer Umgebungstemperatur, die unter einem Schwellenwert liegt, abgeleitet werden.
  • Unter Kaltstartbedingungen kann heißes Abgas, um das Erreichen der Katalysatoranspringtemperatur zu beschleunigen, zuerst durch den Katalysator geleitet werden, anstatt dass es über die Turbine strömt, die als Wärmesenke (Verringern der Temperatur des Abgases, das den Katalysator erreicht) agiert, und zur gleichen Zeit kann auch ein Erwärmen der Motorzylinder und des Kolbens gewünscht sein. Demnach geht die Routine, wenn Motorkaltstartbedingungen bestätigt sind, zu 806 über, um die Abgasbaugruppe in einem ersten Betriebsmodus zu betreiben. Betreiben in dem ersten Modus, wie unter Bezugnahme auf 4A beschrieben, beinhaltet das Schalten des ersten Vierwegeventils oder Ventil_1 (wie zum Beispiel Ventil 217 in 4A), das sich im Abgasdurchlass stromaufwärts der Abgasbaugruppe befindet, in eine erste Stellung, und das Schalten des zweiten Vierwegeventils oder Ventil_2 (wie zum Beispiel Ventil 215 in 4A), das sich im Abgasdurchlass stromabwärts der Abgasbaugruppe befindet, in eine erste Stellung. Außerdem können das erste Dreiwegeventil oder Ventil_3 (wie zum Beispiel Ventil 219 in 4A), das an die erste Verzweigung an der Verbindungsstelle mit einem ersten Abgasdurchlass gekoppelt ist, und das zweite Dreiwegeventil oder Ventil_4 (wie zum Beispiel Ventil 220 in 4A), das sich an einer Verbindungsstelle von Abgaskanälen und einem zweiten Abgasdurchlass (wie zum Beispiel dem zweiten Abgasdurchlass 226 in 4A) befindet, in ihre entsprechende erste Stellung geschaltet werden.
  • Bei 808 kann durch das Einstellen der Abgasbaugruppe auf einen ersten Betriebsmodus das Gesamtabgasvolumen, das stromabwärts über den Hauptabgasdurchlass strömt, in ein Einlassrohr (oder zweites Rohr) (wie zum Beispiel das zweite Einlassrohr 425 in 4A) eintreten und weiter durch einen Dreiwegekatalysator (TWC) (wie zum Beispiel der Dreiwegekatalysator 120 in 4A) strömen, der in einer dritten Verzweigung (wie zum Beispiel die dritte Verzweigung 206 in 4A) der Abgasbaugruppe untergebracht ist. Am TWC kann Wärme aus dem Abgas verwendet werden, um die Temperatur des TWC zu erhöhen. Durch das Beschleunigen des Erreichens der TWC-Anspringtemperatur kann die Qualität der Emissionen verbessert werden. Nach dem Austreten aus dem TWC kann das Abgas über die dritte Verzweigung weiter stromabwärts in ein Auslassrohr (zweites Rohr) (wie zum Beispiel das zweite Auslassrohr 426 in 4A) strömen. Von da kann das Abgas durch einen Unterbodenwandler (wie zum Beispiel den Unterbodenwandler 118 in 4A), der in einer zweiten Verzweigung (wie zum Beispiel der zweiten Verzweigung 202 in 4A) der Abgasbaugruppe untergebracht ist, geleitet werden. Nach dem Austreten aus dem Unterbodenwandler kann der Abgasstrom über ein Einlassrohr (erstes Rohr) (wie zum Beispiel dem ersten Einlassrohr 423 in 4A) in die erste Verzweigung (wie zum Beispiel die erste Verzweigung 204 in 4A) der Abgasbaugruppe eintreten und dann durch einen Abgaskanal (wie zum Beispiel den Abgaskanal in 4A) um die Motorzylinder strömen, wo Wärme vom Abgas auf ein Kühlmittel übertragen werden kann, das durch einen Kühlkanal um die Zylinder zirkuliert. Nach dem Strömen durch den Motor (über Abgaskanäle) kann das Abgas dann durch eine Turbine (wie zum Beispiel die Turbine 116 in 3A) strömen, die in der ersten Verzweigung untergebracht ist. Durch das Strömen des Abgases durch die Turbine kann dem Motor eine Aufladung sogar unter Kaltstartbedingungen bereitgestellt werden. Nach dem Austreten aus der Turbine kann das Abgas über die erste Verzweigung weiter stromabwärts in das Auslassrohr (erstes Rohr) (wie zum Beispiel das erste Auslassrohr 424 in 3A) strömen.
  • Durch das Einstellen des Abgasstroms, heißes Abgas zuerst durch den TWC zu leiten, bevor das Abgas durch die verbleibenden Abgaskomponenten (Turbine und Unterbodenwandler) strömt, kann die Abgaswärme wirksam an den Katalysator übertragen werden, wodurch die Katalysatoraktivierung beschleunigt wird. Auf diese Weise kann heißes Abgas wirksam zum Erhöhen der Temperatur des TWC ohne das Erfordernis von Spätzündung verwendet werden, wodurch die Kraftstoffeffizienz des Motors erhöht wird. Durch das Strömen des Abgases durch den Abgaskreislauf und das Übertragen von Wärme auf ein Kühlmittel kann Wärme vom Abgas verwendet werden, um Zylinderwände und Kolben zu wärmen. Durch das Erhöhen der Temperatur der Zylinderwände und Kolben können Kohlenwasserstoffemissionen vom Motor verringert werden. Durch das Leiten des Abgases durch die Turbine können auch Verzögerungen beim Hochdrehen der Turbine verringert werden, wodurch das Turboloch verringert und die Aufladungsleistung verbessert wird. Nach dem Austreten aus der Abgasbaugruppe bei 810 kann Abgas in Richtung des Endrohrs strömen. Nach dem Strömen durch einen Schalldämpfer kann das Abgas an die Atmosphäre abgegeben werden.
  • Wenn bestimmt wird (bei 804), dass der Motor nicht unter Kaltstartbedingungen betrieben wird, kann abgeleitet werden, dass der Katalysator die Anspringtemperatur erreicht hat und wirksam zur Emissionssteuerung arbeitet. Bei 812 beinhaltet die Routine das Bestimmen, ob die Motorlast über einer Schwellenwertlast liegt. Die Schwellenwertlast kann einer Spitzenmotorlast entsprechen, über welcher die Möglichkeit eines Turbinenkomponentenschadens aufgrund des erhöhten Volumens von heißem Abgas, das durch die Turbine strömt, vorhanden ist.
  • Wenn sich die Motorlast unter der Schwellenwertlast befindet, bewegt sich die Routine zu 814, um die Abgasbaugruppe in einem zweiten Betriebsmodus zu betreiben. Das Betreiben im zweiten Modus, wie unter Bezugnahme auf 4B beschrieben, beinhaltet das Schalten jedes vom ersten Vierwegeventil (Ventil_1), dem zweiten Vierwegeventil (Ventil_2), dem ersten Dreiwegeventil (Ventil_3) und dem zweiten Dreiwegeventil (Ventil_4) in seine entsprechende zweite Stellung.
  • Bei 816 kann das Gesamtabgasvolumen, das über den Hauptabgasdurchlass stromabwärts strömt, durch das Einstellen der Abgasbaugruppe auf den zweiten Betriebsmodus in das erste Einlassrohr eintreten und weiter durch die Turbine strömen, die in der ersten Verzweigung der Abgasbaugruppe untergebracht ist. Durch das Strömen des heißen Abgases durch die Turbine, kann dem Motor eine Aufladung bereitgestellt werden. Außerdem sinkt die Temperatur des Abgases während Abgas durch die Turbine strömt. Nach dem Austreten aus der Turbine strömt das Abgas über die erste Verzweigung weiter stromabwärts in das erste Auslassrohr. Von dort kann das Abgas durch den Unterbodenwandler geleitet werden, der in der zweiten Verzweigung untergebracht ist. Nach dem Austreten aus dem Unterbodenwandler kann das Abgas weiter über ein zweites Einlassrohr in Richtung des TWC strömen, der in der dritten Verzweigung untergebracht ist. Die Temperatur des Abgases, das durch den TWC strömt, ist im Vergleich zur Temperatur des Abgases, das in diesem Modus in die Turbine eintritt, geringer, wodurch die optimale Leistung des TWC unterstützt wird. Nach dem Austreten aus dem TWC kann das Abgas aus der verzweigten Abgasbaugruppe über das zweite Auslassrohr austreten.
  • Durch das Einstellen des Abgasstroms, heißes Abgas zuerst durch die Turbine zu strömen, kann die Aufladungsleistung verbessert und außerdem die Temperatur des Abgases verringert werden. Aufgrund der Beschichtung an der Katalysatoroberfläche kann das Abgas mit niedriger Temperatur eine höhere Umwandlungseffizienz des TWC unterstützen. Nach dem Austreten aus der Abgasbaugruppe (im zweiten Modus betrieben) bei 822 kann Abgas in Richtung des Endrohrs strömen. Nach dem Strömen durch einen Schalldämpfer kann das Abgas an die Atmosphäre abgegeben werden.
  • Wenn bestimmt wird (bei 812), dass sich die Motorlast über der Schwellenwertlast befindet, bewegt sich die Routine zu 818, um die Abgasbaugruppe im dritten Betriebsmodus zu betreiben. Das Betreiben im dritten Modus, wie unter Bezugnahme auf 4C beschrieben, beinhaltet das Aufrechterhalten jedes vom ersten Vierwegeventil (Ventil_1), dem zweiten Vierwegeventil (Ventil_2) dem ersten Dreiwegeventil (Ventil_3) und dem zweiten Dreiwegeventil (Ventil_4) in der zweiten Stellung und das Betätigen einer Einspritzvorrichtung (wie zum Beispiel die Einspritzvorrichtung 221 in 4A), die an die erste Verzweigung stromaufwärts der Turbine gekoppelt ist, um die Kühlfluideinspritzung in den Abgasstrom zu starten.
  • Bei 820 kann das Gesamtabgasvolumen, das über den Hauptabgasdurchlass stromabwärts strömt, durch das Einstellen der Abgasbaugruppe auf den dritten Betriebsmodus in das erste Einlassrohr eintreten und weiter durch die Turbine strömen, die in der ersten Verzweigung der Abgasbaugruppe untergebracht ist. Das Abgas, das in die Turbine eintritt, kann durch das Kühlfluid gekühlt werden, das über die Einspritzvorrichtung in den Abgasstrom eingespritzt wird. In einem Beispiel kann das Kühlfluid Wasser sein. Die Menge des eingespritzten Kühlfluids kann auf der Abgastemperatur und dem Aufladungsbedarf basieren. Zum Beispiel kann die Steuerung ein Steuersignal zum Senden zum Kühlfluideinspritzvorrichtungsaktor bestimmen, wie zum Beispiel, dass eine Impulsbreite des Signals auf Grundlage einer Bestimmung der Abgastemperatur und des Aufladungsbedarfs bestimmt wird. Die Abgastemperatur kann auf einer über einen Abgastemperatursensor gemessenen Abgastemperatur basieren oder auf Grundlage von Betriebsbedingungen wie zum Beispiel Motordrehzahl, Motorlast etc. bestimmt sein. Der Aufladungsbedarf kann auch auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen wie zum Beispiel Motordrehzahl, Motorlast etc. geschätzt sein. Die Steuerung kann die Impulsbreite durch eine Bestimmung bestimmen, die eine bestimmte Abgastemperatur und einen bestimmten Aufladungsbedarf direkt berücksichtigt, und alternativ bestimmt die Steuerung die Impulsbreite auf Grundlage einer Berechnung unter Verwendung einer Nachschlagetabelle, wobei die Eingabe die Abgastemperatur und der Aufladungsbedarf und die Ausgabe die Impulsbreite ist. In einem Beispiel kann die Menge eingespritzten Kühlfluids mit ansteigender Abgastemperatur erhöht werden. In einem anderen Beispiel kann die Menge eingespritzten Kühlfluids mit ansteigendem Aufladungsbedarf verringert werden. Durch das Strömen kühleren Abgases über die Turbine kann die Möglichkeit eines Aufladungsfehlers und einer Turbinenhardwarefehlfunktion unter hohen Motorlastbedingungen verringert werden. Nach dem Austreten aus der Turbine strömt das Abgas über die erste Verzweigung weiter stromabwärts in das erste Auslassrohr. Von dort kann das Abgas durch den Unterbodenwandler geleitet werden, der in der zweiten Verzweigung untergebracht ist. Nach dem Austreten aus dem Unterbodenwandler kann das Abgas weiter über ein zweites Einlassrohr in Richtung des TWC strömen, der in der dritten Verzweigung untergebracht ist. Nach dem Austreten aus dem TWC kann das Abgas aus der verzweigten Abgasbaugruppe über das zweite Auslassrohr austreten.
  • Nach dem Austreten aus der Abgasbaugruppe (im dritten Modus betrieben) bei 822 kann jeder vom ersten und zweiten Abgasabschnitt in Richtung des Endrohrs strömen. Nach dem Strömen durch einen Schalldämpfer kann das Gesamtabgasvolumen an die Atmosphäre abgegeben werden.
  • 10 zeigt eine Beispielbetriebssequenz 1000, die den Betrieb der verzweigten Abgasbaugruppe auf 2 veranschaulicht. Die Richtung des Abgasstroms durch die verschiedenen Strömungswege mit verschiedenen Komponenten wird basierend auf Motorbetriebsbedingungen und der Temperaturanforderung von jeder Komponente bestimmt. Die horizontale (x-Achse) kennzeichnet die Zeit und die vertikalen Markierungen t1–t5 kennzeichnen wichtige Zeitpunkte beim Betrieb des Abgasumgehungsbaugruppensystems.
  • Der erste Verlauf zeigt in Linie 1002 die Abweichung der Motorlast, wie sie über einen Pedalstellungssensor relativ zu einer Schwellenwertlast (wie durch die gestrichelte Linie 1003 gezeigt) geschätzt ist. Der zweite Verlauf zeigt in Linie 1004 Änderungen der Motortemperatur, wie sie über einen Motorkühlmitteltemperatursensor relativ zu einer Schwellenwerttemperatur (wie durch die gestrichelte Linie 1005 gezeigt) geschätzt ist. Der dritte Verlauf zeigt in Linie 1006 eine Abweichung der Turbinendrehzahl im Zeitverlauf. Die gestrichelte Linie 1007 zeigt eine Turbinendrehzahl, wenn der Abgasstrom durch die Turbine nicht über die verzweigte Abgasbaugruppe geregelt ist. Die gestrichelte Linie 1008 kennzeichnet eine Turbinendrehzahl, über welcher es eine Wahrscheinlichkeit von Schäden an Turbinenkomponenten geben kann. Der vierte Verlauf zeigt in Linie 1010 eine Stellung eines ersten Vierwegeventils (Ventil_1), das an den Abgasdurchlass stromaufwärts der verzweigten Abgasbaugruppe gekoppelt ist. Der fünfte Verlauf zeigt in Linie 1012 eine Stellung eines zweiten Vierwegeventils (Ventil_2), das an den Abgasdurchlass stromabwärts der verzweigten Abgasbaugruppe gekoppelt ist. Der sechste Verlauf zeigt in Linie 1014 eine Stellung eines Umleitventils (Ventil_3), das an die erste Verzweigung des verzweigten Systems an einer Verbindungsstelle mit einem ersten Abgasdurchlass gekoppelt ist. Der siebente Verlauf zeigt in Linie 1016 eine Stellung eines Dreiwegeventils (Ventil_4), das an eine Verbindungsstelle eines Abgaskanals und eines zweiten Abgasdurchlasses gekoppelt ist. Der achte Verlauf zeigt in Linie 1018 die Einspritzung eines Kühlfluids in den Abgasstrom über eine Einspritzvorrichtung stromaufwärts einer Turbine.
  • Vor dem Zeitpunkt t1 startet der Motor aus einem Ruhezustand nach einem Zeitraum der Inaktivität, in dem das Fahrzeug nicht angetrieben wurde. Der Motor kann unter Kaltstartbedingungen starten, da die Motortemperatur unter der Schwellenwerttemperatur 1005 liegt. Während dieser Zeit kann der Motor mit einer Motorlast betrieben werden, die unter der Schwellenwertlast (unter der Schwellenwertlast 1003) liegt. Unter der Schwellenwerttemperatur kann der Motor nicht warm genug für das Anschalten des Dreiwegekatalysators (wie zum Beispiel des TWC 120 in 2) sein. Aufgrund der Kaltstartbedingungen kann der TWC (wie zum Beispiel der TWC 120 in 2), der an die dritte Verzweigung der Abgasbaugruppe gekoppelt ist, möglicherweise nicht seine Anspringtemperatur erreicht haben. Um die Katalysatorerwärmung zu beschleunigen, kann die Steuerung jedes des ersten Ventils (Ventil_1) und des zweiten Ventils (Ventil_2) in seine entsprechende erste Stellung betätigen, um heißes Abgas zuerst durch den TWC zu leiten. Aufgrund der gewählten Ventileinstellungen kann das Gesamtvolumen heißen Abgases zuerst durch den TWC strömen, wobei Wärme aus dem Abgas dazu verwendet werden kann, die TWC-Temperatur zu erhöhen. Nach dem Austreten aus dem TWC kann das Abgas durch den Unterbodenwandler (wie zum Beispiel den Unterbodenwandler 118 in 2) strömen, der an die zweite Verzweigung der Abgasbaugruppe gekoppelt ist. Zusätzlich kann das erste Dreiwegeventil (Ventil_3) und das zweite Dreiwegeventil (Ventil_4) in seine entsprechende erste Stellung geschaltet werden, um die Gesamtabgasmenge über Abgasdurchlässe und Abgaskanäle um die Motorzylinder zu leiten, bevor sie durch die Turbine strömt. Wenn Abgas durch die Abgaskanäle strömt, kann Wärme vom Abgas an ein Kühlmittel übertragen werden, das durch Kühlkanäle zirkuliert, welche die Abgaskanäle umschließen, und die zurückgewonnene Wärme kann verwendet werden, um die Temperatur der Zylinderwände und der Kolben zu erhöhen. Nach dem Strömen durch die Abgaskanäle (um Zylinder) kann das Abgas zur ersten Verzweigung der verzweigten Baugruppe zurückkehren und dann durch die Turbine (wie zum Beispiel die Turbine 116 in 2) strömen. An der Turbine kann eine gewünschte Aufladung für den Motorbetrieb bereitgestellt werden.
  • Zum Zeitpunkt t1 kann die Motortemperatur die Schwellenwerttemperatur (1005) übersteigen, was anzeigt, dass der TWC die Anspringtemperatur erreicht hat und angeschaltet ist. Zu diesem Zeitpunkt ist ein weiteres Erwärmen des Motors möglicherweise nicht erwünscht. Somit kann der Katalysator aufgrund einer Beschichtung an der Katalysatoroberfläche bei niedrigeren Abgastemperaturen höhere Umwandlungseffizienzen aufweisen. Um das Abgas mit niedrigerer Temperatur durch den TWC zu leiten (für verbesserte Umwandlungseffizienzen am TWC), kann jedes vom ersten Ventil (Ventil_1), zweiten Ventil (Ventil_2), ersten Dreiwegeventil (Ventil_3) und zweiten Dreiwegeventil (Ventil_4) in seine entsprechende zweite Stellung geschaltet werden. Zwischen Zeitpunkt t1 und t2 kann das Gesamtvolumen heißen Abgases aufgrund der gegebenen Ventileinstellungen zuerst durch die Turbine strömen, wobei das Abgas verwendet werden kann, um die Turbine höher zu drehen und den Aufladungsbedarf zu erfüllen. Wenn das Abgas nicht unter Kaltstartbedingungen durch die Turbine geleitet wurde, wäre die Turbine nicht vor t1 hochgefahren (wie durch Verlauf 1007 gezeigt) und die Zeit, bis die gewünschte Turbinendrehzahl erreicht worden wäre (entsprechend der gewünschten Aufladung), wäre länger gewesen. Daher kann die Zeit bis zum Drehmoment durch das Starten des Hochdrehens der Turbine vor Zeitpunkt t1 verringert werden. Die Abgastemperatur, welche den TWC erreicht, kann aufgrund des Abgases, das den TWC nach dem Strömen durch die Turbine erreicht, niedriger sein. Demzufolge kann die optimale Leistung des TWC unterstützt werden. Durch das Einstellen des Abgasstroms, das heiße Abgas durch die Turbine zu leiten, bevor das Abgas durch die verbleibenden Abgaskomponenten strömt, kann auch ein Turboloch verringert werden.
  • Bei Zeitpunkt t2 gibt es eine Erhöhung der Motorlast auf über die Schwellenwertlast aufgrund einer Erhöhung des Fahrerbedarfs. Aufgrund der höheren Lastbedingungen können sich die Temperatur und das Volumen von Abgas zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 wesentlich erhöhen und das Gesamtabgasvolumen kann nicht durch die Turbine geleitet werden, um den Aufladungsfehler zu verringern und Schäden an den Turboladerkomponenten zu vermeiden. Deshalb kann während dieser Zeit eine Menge von Kühlfluid (wie durch die Linie C1 gekennzeichnet) in den Abgasstrom stromaufwärts der Turbine gespritzt werden, um die Temperatur des Abgases zu verringern, das in die Turbine eintritt. Aufgrund der verringerten Temperatur des Abgases, das in die Turbine eintritt, kann die Drehzahl der Turbine unter der Schwellenwertdrehzahl aufrechterhalten werden. Die Menge des eingespritzten Kühlfluids kann auf Grundlage von Fahrerbedarf und Aufladungsfehler eingestellt werden. Auf diese Weise kann durch das Kühlen des Abgases, bevor es in die Turbine eintritt, die Möglichkeit von Turbinenhardwareschäden verringert werden.
  • Bei Zeitpunkt t3 gibt es eine weitere Erhöhung der Motorlast aufgrund einer Erhöhung des Fahrerbedarfs. Als Reaktion auf den höheren Fahrerbedarf kann die Turbinendrehzahl erhöht werden, um die gewünschte Aufladung bereitzustellen. Zwischen Zeitpunkt t3 und t4 kann eine geringere Menge (wie gekennzeichnet durch Linie C2) Kühlfluid (verglichen mit der Menge C1, die zwischen t2 und t3 eingespritzt wurde) in den Abgasstrom eingespritzt werden, der in die Turbine eintritt. Aufgrund warmen Abgases, das in die Turbine eintritt, kann sich die Turbinendrehzahl erhöhen, die aktualisierte Turbinendrehzahl kann jedoch fortgeführt werden, um unter dem Schwellenwert gehalten zu werden. Als ein Beispiel kann die Turbinendrehzahl zwischen Zeitpunkt t2 und t4 über den Schwellenwert erhöht worden sein, wenn ein Abgasabschnitt nicht gekühlt wurde, bevor er in die Turbine eintrat, wie in Linie 1007 gezeigt, wodurch die Möglichkeit von Turbinenhardwareschäden erhöht wird.
  • Bei Zeitpunkt t4 wird eine Motorabschaltanforderung empfangen, woraufhin die Kraftstoffzufuhr zum Motor unterbrochen wird und der Motor herunterfährt, um zu ruhen. Aufgrund dessen können die Motordrehzahl und die Motorlast verringert werden. Als Reaktion auf die Motorabschaltanforderung kann jedes von Ventil_1, Ventil_2 und Ventil_3 in seine entsprechende erste Stellung geschaltet werden. Die ersten Stellungen von jedem der drei Ventile können die Standardeinstellung der Ventile während eines Abschaltens des Motors sein. Zwischen Zeitpunkt t4 und t5 wird der Motor weiter abgeschaltet und die Motortemperatur wird nicht gemessen. Bei Zeitpunkt t5 wird eine Motorneustartanforderung empfangen, woraufhin der Motor aus einem Ruhezustand startet. Hierbei wird der Motor nach einer kürzeren Zeitdauer neu gestartet, während die Motortemperatur über der Schwellenwerttemperatur 1005 liegt. Daher kann der Motor unter Warmstartbedingungen starten. Aufgrund höherer Motortemperaturen beim Neustart kann jedes der Ventile (Ventil_1, Ventil_2, Ventil_3 und Ventil_4) in seine entsprechende zweite Stellung geschaltet werden. Aufgrund der gegebenen Ventileinstellung kann das Gesamtvolumen warmen Abgases zuerst durch die Turbine strömen, wobei dem Motor eine Aufladung bereitgestellt werden kann und auch die Abgastemperatur verringert sein kann. Nach dem Austreten aus der Turbine kann das Abgas mit niedrigerer Temperatur durch den Unterbodenwandler und dann durch den TWC strömen. Nach Zeitpunkt t4 kann die Abgasbaugruppe weiter in diesem Modus betrieben werden.
  • Auf diese Weise kann durch das Unterbringen bestimmter Abgaskomponenten in verschiedenen Verzweigungen (und einem Umgehungsdurchlass) einer verzweigten Abgasbaugruppe Abgasstrom durch die Komponenten variiert werden. Zum Beispiel kann eine Reihenfolge des Abgasstroms variiert werden und eine oder mehrere Komponenten können mindestens teilweise trotz ihrer Reihenfolge relativ zueinander umgangen werden. Durch das Strömen des Abgases durch bestimmte Abgaskomponenten, die in verschiedenen Verzweigungen einer verzweigten Abgasbaugruppe untergebracht sind, kann es möglich sein, das Erreichen der Katalysatoranspringtemperatur zu beschleunigen, während dem Motor Aufladung unter Kaltstartbedingungen bereitgestellt wird. Abgas kann durch jede der Abgaskomponenten in verschiedene Richtungen auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen und Temperaturerfordernissen der entsprechenden Komponenten geleitet werden. Der technische Effekt des Zurückgewinnens von Abgaswärme unter Kaltstartbedingungen ist, dass das Erwärmen des Motors mit einer entsprechenden Verringerung an Kaltstartemissionen beschleunigt werden kann. Eine Temperatur des Abgases, das durch die Turbine strömt, kann auch durch opportunistisches Einspritzen von Kühlflüssigkeit stromaufwärts der Turbine gesteuert werden, speziell unter Bedingungen höherer Motorlast, wodurch Schäden an Turbinenhardware verringert werden. Insgesamt können Motoreffizienz, Emissionsqualität, Motorleistung und Kraftstoffeffizienz durch das Einstellen der Reihenfolge des Abgasstroms durch jede Abgaskomponente verbessert werden.
  • In einem Beispiel umfasst ein Verfahren während des Kaltstarts, das Strömen von Abgas zuerst durch einen Dreiwegekatalysator, dann einen Unterbodenwandler, dann einen Abgasumgehungsdurchlass mit einem Wärmetauscher und dann eine Turbine, welche die Wärme vom Abgas an ein Kühlmittel überträgt, das durch den Wärmetauscher zirkuliert, und das Erwärmen eines Motorzylinders und Kolbens mit Abgaswärme, die am Wärmetauscher zurückgewonnen wurde. Das vorstehende Beispielverfahren umfasst ferner, zusätzlich oder optional, nach dem Anspringen des Dreiwegekatalysators, das Strömen von Abgas zuerst durch die Turbine, dann den Unterbodenwandler und dann durch den Dreiwegekatalysator, und das Strömen, während Lastvorgängen, die über dem Schwellenwert liegen, eines ersten Abgasabschnitts zuerst durch den Wärmetauscher, dann die Turbine, den Unterbodenwandler und zum Schluss durch den Dreiwegekatalysator, und gleichzeitig das Strömen eines zweiten Abgasabschnitts zuerst durch die Turbine, dann den Unterbodenwandler und zum Schluss durch den Dreiwegekatalysator, wobei der Wärmetauscher umgangen wird. In einem oder allen vorstehenden Beispielen wird ein Verhältnis vom ersten Abgasabschnitt zum zweiten Abgasabschnitt auf Grundlage von Fahrerbedarf und Aufladungsfehler eingestellt, wobei das Einstellen das Verringern des ersten Abschnitts beinhaltet, während der zweite Abschnitt entsprechend erhöht wird, wenn der Fahrerbedarf zunimmt, und das Erhöhen des zweiten Abschnitts, während der zweite Abschnitt entsprechend verringert wird, wenn der Aufladungsfehler zunimmt, wobei der Aufladungsfehler eine Differenz zwischen einer tatsächlichen Aufladung und einer gewünschten Aufladung beinhaltet. In einem oder allen vorstehenden Beispielen ist, zusätzlich oder optional, die Turbine in einer ersten Verzweigung untergebracht, der Unterbodenwandler ist in einer zweiten Verzweigung untergebracht und der Dreiwegekatalysator ist in einer dritten Verzweigung einer verzweigten Abgasbaugruppe untergebracht, wobei die erste Verzweigung, die zweite Verzweigung und die dritte Verzweigung fluidisch miteinander über jeden von einem ersten Vierwegeventil und einem zweiten Vierwegeventil verbunden sind. In einem oder allen vorstehenden Beispielen ist, zusätzlich oder optional, der Abgasumgehungsdurchlass an die erste Verzweigung stromaufwärts der Turbine über ein Umleitventil gekoppelt und der Wärmetauscher im Abgasumgehungsdurchlass untergebracht. In einem oder allen vorstehenden Beispielen ist, zusätzlich oder optional, das erste Vierwegeventil an jedes von einem ersten Ende der ersten Verzweigung, ein erstes Ende der zweiten Verzweigung und ein erstes Ende der dritten Verzweigung gekoppelt, das zweite Vierwegeventil ist an jedes von einem zweiten Ende der ersten Verzweigung, einem zweiten Ende der zweiten Verzweigung und einem zweiten Ende der dritten Verzweigung gekoppelt und das Umleitventil ist an die erste Verzweigung an einer Verbindungsstelle mit dem Abgasumgehungsdurchlass gekoppelt. In einem oder allen vorstehenden Beispielen beinhaltet, zusätzlich oder optional, das Strömen von Abgas während des Kaltstarts das Strömen von Abgas zuerst durch den Dreiwegekatalysator in eine erste Richtung, dann das Strömen von Abgas durch den Unterbodenwandler in eine zweite Richtung und dann das Strömen von Abgas durch den Wärmetauscher in die erste Richtung und das Strömen durch die Turbine in die erste Richtung, wobei die zweite Richtung der ersten Richtung entgegengesetzt ist, wobei das Strömen von Abgas nach dem Anspringen des Dreiwegekatalysators das Strömen von Abgas zuerst durch die Turbine in die erste Richtung, dann durch den Unterbodenwandler in die zweite Richtung und dann durch den Dreiwegekatalysator in die erste Richtung beinhaltet, und wobei das Strömen von Abgas das Lastbedingungen aushält, die über dem Schwellenwert liegen, das Strömen eines ersten Abgasabschnitts zuerst durch den Wärmetauscher in die erste Richtung, dann durch die Turbine in die erste Richtung, dann durch den Unterbodenwandler in die zweite Richtung und dann durch den Dreiwegekatalysator in die erste Richtung beinhaltet, und gleichzeitig das Strömen eines zweiten Abgasabschnitts durch die Turbine in die erste Richtung, dann durch den Unterbodenwandler in die zweite Richtung und dann durch den Dreiwegekatalysator in die erste Richtung beinhaltet, wobei der Wärmetauscher umgangen wird. In einem oder allen vorstehenden Beispielen beinhaltet, zusätzlich oder optional, das Strömen von Abgas während des Kaltstarts ferner das Betätigen des ersten Vierwegeventils in eine erste Stellung, des zweiten Vierwegeventils in eine erste Stellung und des Umleitventils in eine offene Stellung, wobei das Strömen von Abgas nach dem Anspringen des Dreiwegekatalysators ferner das Betätigen des ersten Ventils in eine zweite Stellung, des zweiten Ventils in eine zweite Stellung und des Umleitventils in eine geschlossene Stellung beinhaltet, und wobei das Strömen von Abgas während Lastvorgängen, die über einem Schwellenwert liegen, ferner das Betätigen des ersten Ventils in eine zweite Stellung, des zweiten Ventils in eine zweite Stellung und des Umleitventils in eine teilweise offene Stellung beinhaltet.
  • In einem anderen Beispiel umfasst ein Motorverfahren während eines ersten Modus das Strömen von Abgas zuerst durch einen Dreiwegekatalysator, der in einer dritten Verzweigung untergebracht ist, dann einen Unterbodenwandler, der in einer zweiten Verzweigung untergebracht ist, und einen ersten Abgasdurchlass, einen Abgaskanal, einen zweiten Abgasdurchlass und dann eine Turbine, die in einer ersten Verzweigung eines verzweigten Abgassystems untergebracht ist, das Übertragen von Wärme vom Abgas, das durch den Abgaskanal strömt, an ein Kühlmittel, das über einen konzentrischen Kühlkanal zirkuliert, und das Erwärmen eines Motorzylinders und Kolbens mit Abgaswärme, die durch das Kühlmittel zurückgewonnen wurde. Das vorstehende Verfahren umfasst ferner, zusätzlich oder optional, während eines zweiten Modus, das Strömen von Abgas zuerst durch die Turbine, dann den Unterbodenwandler und dann den Dreiwegekatalysator; und während eines dritten Modus, das Strömen von Abgas durch die Turbine, dann den Unterbodenwandler und dann den Dreiwegekatalysator, und das Einspritzen eines Kühlfluids in das Abgas stromaufwärts der Turbine. In einem oder allen vorstehenden Beispielen beinhaltet, zusätzlich oder optional, das Betreiben im ersten Modus das Schalten einer Stellung eines ersten Vierwegeventils, das an ein erstes Ende von jeder der ersten Verzweigung, der zweiten Verzweigung und der dritten Verzweigung gekoppelt ist, in eine erste Stellung, das Schalten einer Stellung eines zweiten Vierwegeventils, das an ein zweites Ende von jeder der ersten Verzweigung, der zweiten Verzweigung und der dritten Verzweigung gekoppelt ist, in eine erste Stellung, das Schalten einer Stellung eines ersten Dreiwegeventils, das an eine Verbindungsstelle der ersten Verzweigung und des ersten Abgasdurchlasses gekoppelt ist, in eine erste Stellung, und das Schalten einer Stellung eines zweiten Dreiwegeventils, das an eine Verbindungsstelle des zweiten Abgasdurchlasses und des Abgaskanals gekoppelt ist, in eine erste Stellung, und das Betreiben in jedem vom zweiten Modus und dritten Modus beinhalten das Schalten der Stellung des ersten Vierwegeventils in eine zweite Stellung, das Schalten der Stellung des zweiten Vierwegeventils in eine zweite Stellung, das Schalten der Stellung des ersten Dreiwegeventils in eine geschlossene Stellung und das Schalten der Stellung des zweiten Dreiwegeventils in eine zweite Stellung. Eines oder alle der vorstehenden Beispiele umfassen, zusätzlich oder optional, das Auswählen des ersten Modus, wenn die Motortemperatur unter einer Schwellenwerttemperatur liegt, das Auswählen des zweiten Modus, wenn die Motortemperatur über der Schwellenwerttemperatur und die Motorlast unter einer Schwellenwertlast liegen, wobei der Schwellenwert auf der Dreiwegekatalysatoranspringtemperatur basiert, und das Auswählen des dritten Modus, wenn die Motorlast über der Schwellenwertlast liegt. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele beinhaltet das Einspritzen eines Kühlfluids das Einspritzen eines Kühlfluids in das Abgas über eine Einspritzvorrichtung stromaufwärts der Turbine, wobei eine Menge des eingespritzten Kühlfluids auf Grundlage von jedem von Fahrerbedarf und Aufladungsfehler eingestellt ist. In einem oder allen vorstehenden Beispielen ist das Kühlfluid, zusätzlich oder optional, Wasser, und wobei das Einstellen das Verringern der Menge von Kühlfluid, das eingespritzt wird, wenn sich der Fahrerbedarf erhöht, und das Erhöhen der Menge beinhaltet, wenn sich der Aufladungsfehler erhöht, wobei der Aufladungsfehler eine Differenz zwischen einer tatsächlichen Aufladung und einer gewünschten Aufladung beinhaltet. In einem oder allen vorstehenden Beispielen beinhalten jeder vom ersten Modus, dem zweiten Modus und dritten Modus, zusätzlich oder optional, das Strömen von Abgas durch die erste Verzweigung in eine erste Richtung, das Strömen von Abgas durch die zweite Verzweigung in eine zweite Richtung und das Strömen von Abgas durch die dritte Verzweigung in die erste Richtung, wobei die erste Richtung der zweiten Richtung entgegengesetzt ist. Eines oder alle der vorstehenden Beispiele umfassen ferner, zusätzlich oder optional, das Übergehen vom ersten Modus auf den zweiten Modus als Reaktion auf das Anschalten des Dreiwegekatalysators, das Übergehen vom zweiten Modus auf den dritten Modus als Reaktion auf eine Erhöhung des Bedarfsdrehmoments und das Übergehen vom dritten Modus auf den ersten Modus als Reaktion auf eine Motorabschaltanforderung.
  • In noch einem anderen Beispiel umfasst ein Motorsystem einen Motor, darunter einen Abgaskrümmer, einen Pedalstellungssensor, eine verzweigte Abgasbaugruppe mit einer ersten Verzweigung, einer zweiten Verzweigung, einer dritten Verzweigung, einem Umgehungsdurchlass, einem ersten Ventil, einem zweiten Ventil und einem dritten Ventil, einen Turbolader mit einer Turbine, die an die erste Verzweigung der verzweigten Abgasbaugruppe gekoppelt ist, wobei die Turbine mit einem Verdichter verbunden ist, einen Unterbodenwandler, der an die zweite Verzweigung der Abgasbaugruppe gekoppelt ist, einen Dreiwegekatalysator, der an die dritte Verzweigung der Abgasbaugruppe gekoppelt ist, einen Wärmetauscher, der an den Umgehungsdurchlass gekoppelt ist, wobei der Wärmetauscher fluidisch an ein Motorkühlmittelsystem gekoppelt ist, einen Motorkühlmitteltemperatursensor, der an das Motorkühlmittelsystem gekoppelt ist, und eine Steuerung mit in einem nichtflüchtigem Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen zum: Schätzen einer Motortemperatur und Motorlast über den einen oder die mehreren des Motorkühlmitteltemperatursensors und des Pedalstellungssensors, Auswählen einer Reihenfolge des Strömens des Abgases durch jede(n) von der Turbine, dem Unterbodenwandler und dem Dreiwegekatalysator als eine Funktion der geschätzten Motortemperatur und Motorlast, und Betätigen jedes vom ersten Ventil, zweiten Ventil und dritten Ventil, um Abgas durch jede(n) von der Turbine, dem Unterbodenwandler und dem Dreiwegekatalysator über jede der ersten Verzweigung, der zweiten Verzweigung und der dritten Verzweigung gemäß der gewählten Reihenfolge des Abgasstroms zu strömen. Im vorstehenden Beispiel beinhaltet das Auswählen unter einer ersten Bedingung, in der die Motortemperatur unter einer Schwellenwerttemperatur liegt, zusätzlich oder optional, das Betätigen des ersten Ventils in eine erste Stellung, des zweiten Ventils in eine erste Stellung und des dritten Ventils in eine offene Stellung, um Abgas zuerst durch die dritte Verzweigung mit dem Dreiwegekatalysator, dann durch die zweite Verzweigung mit dem Unterbodenwandler und dann durch den Umgehungsdurchlass mit dem Wärmetauscher, und dann durch die erste Verzweigung mit der Turbine zu strömen, unter einer zweiten Bedingung, in der die Motortemperatur über der Schwellenwerttemperatur und die Motorlast unter einer Schwellenwertmotorlast liegt, das Betätigen des ersten Ventils in eine zweite Stellung, des zweiten Ventils in eine zweite Stellung und des dritten Ventils in eine geschlossene Stellung, um Abgas zuerst durch die erste Verzweigung mit der Turbine, dann durch die zweite Verzweigung mit dem Unterbodenwandler und dann durch die dritte Verzweigung mit dem Dreiwegekatalysator zu strömen, und unter einer dritten Bedingung, in der die Motortemperatur über der Schwellenwerttemperatur und die Motorlast über der Schwellenwertmotorlast liegt, das Betätigen des ersten Ventils in die zweite Stellung, des zweiten Ventils in die zweite Stellung und des dritten Ventils in eine zum Teil geöffnete Stellung, um einen ersten Abgasabschnitt zuerst durch den Umgehungsdurchlass mit dem Wärmetauscher, dann durch die erste Verzweigung mit der Turbine, dann durch die zweite Verzweigung mit dem Unterbodenwandler und dann durch die dritte Verzweigung mit dem Dreiwegekatalysator zu strömen, und einen zweiten Abgasabschnitt zuerst durch die erste Verzweigung mit der Turbine, dann durch die zweite Verzweigung mit dem Unterbodenwandler und dann durch die dritte Verzweigung mit dem Dreiwegekatalysator zu strömen, wobei der Wärmetauscher umgangen wird. In einem oder allen vorstehenden Beispielen beinhaltet die Steuerung, zusätzlich oder optional, ferner Anweisungen für: unter der ersten Bedingung, das Zirkulieren eines Kühlmittels durch den Wärmetauscher, das Übertragen von Wärme vom Abgas durch den Wärmetauscher zum zirkulierenden Kühlmittel, dann das Zirkulieren des erwärmten Kühlmittels durch Leitungen, die konzentrisch um eine Vielzahl von Motorzylindern angeordnet sind, und das Übertragen von Wärme vom Kühlmittel an die Motorzylinder. In einem oder allen vorstehenden Beispielen beinhaltet die Steuerung, zusätzlich oder optional, ferner Anweisungen für: unter der ersten Bedingung, das Übertragen von Wärme von Abgas, das durch eine Abgasleitung zu einer Vielzahl von Kühlleitungen strömt, und dann das Übertragen von Wärme von der Vielzahl von Kühlleitungen an die Motorzylinder, wobei die Abgasleitungen konzentrisch um die Vielzahl von Kühlleitungen angeordnet sind, wobei jede Kühlleitung konzentrisch um eine Außenfläche eines Motorzylinders angeordnet ist.
  • Es ist zu beachten, dass die in dieser Schrift enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Regelverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert und durch das Steuersystem einschließlich des Reglers in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und sonstiger Motorhardware ausgeführt werden. Die hier beschriebenen konkreten Routinen können eine oder mehrere aus einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen darstellen. Demnach können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel durchgeführt oder in manchen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erzielen, sondern wird vielmehr zur Erleichterung der Darstellung und Beschreibung bereitgestellt. Ein(e) oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen können je nach konkret eingesetzter Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen grafisch für Code stehen, der in einem nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Motorsteuersystem programmiert werden soll, im die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, einschließend die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung, ausgeführt werden.
  • Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinn aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die vorstehende Technologie auf V-6, I-4, I-6, V-12, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motortypen angewandt werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und weitere hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften ein.
  • Die folgenden Patentansprüche legen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen dar, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Patentansprüche können sich auf „ein” Element oder „ein erstes” Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Patentansprüche sollten dahingehend verstanden werden, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer solcher Elemente beinhalten und zwei oder mehr solcher Elemente weder erfordern noch ausschließen. Weitere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Patentansprüche oder durch Einreichung neuer Patentansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Patentansprüche, egal ob sie einen weiteren, engeren, gleichen oder unterschiedlichen Umfang im Vergleich zu den ursprünglichen Patentansprüchen aufweisen, werden ferner als innerhalb des Gegenstands der vorliegenden Offenbarung beinhaltet betrachtet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 8234865 [0003]

Claims (15)

  1. Verfahren, umfassend: während des Kaltstarts, Strömen von Abgas zuerst durch einen Dreiwegekatalysator, dann einen Unterbodenwandler, dann einen Abgasumgehungsdurchlass mit einem Wärmetauscher und dann eine Turbine; Übertragen der Wärme vom Abgas an ein Kühlmittel, das durch den Wärmetauscher zirkuliert; und Erwärmen eines Motorzylinders und -kolbens mit Abgaswärme, die am Wärmetauscher zurückgewonnen wurde.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Strömen von Abgas nach dem Anspringen des Dreiwegekatalysators zuerst durch die Turbine, dann durch den Unterbodenwandler und dann durch den Dreiwegekatalysator; und Strömen, während Lastvorgängen, die über dem Schwellenwert liegen, eines ersten Abgasabschnitts zuerst durch den Wärmetauscher, dann die Turbine, den Unterbodenwandler und zum Schluss durch den Dreiwegekatalysator, und gleichzeitig Strömen eines zweiten Abgasabschnitts zuerst durch die Turbine, dann den Unterbodenwandler und zum Schluss durch den Dreiwegekatalysator, wobei der Wärmetauscher umgangen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein Verhältnis von dem ersten Abgasabschnitt zum zweiten Abgasabschnitt auf Grundlage von Fahrerbedarf und Aufladungsfehler eingestellt wird, wobei das Einstellen Verringern des ersten Abschnitts beinhaltet, während der zweite Abschnitt entsprechend erhöht wird, wenn der Fahrerbedarf zunimmt, und Erhöhen des zweiten Abschnitt, während der zweite Abschnitt entsprechend verringert wird, wenn der Aufladungsfehler zunimmt, wobei der Aufladungsfehler eine Differenz zwischen einer tatsächlichen Aufladung und einer gewünschten Aufladung beinhaltet.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Turbine in einer ersten Verzweigung untergebracht ist, der Unterbodenwandler in einer zweiten Verzweigung untergebracht ist und der Dreiwegekatalysator in einer dritten Verzweigung einer verzweigten Abgasbaugruppe untergebracht ist, wobei die erste Verzweigung, die zweite Verzweigung und die dritte Verzweigung fluidisch miteinander über jedes von einem ersten Vierwegeventil und einem zweiten Vierwegeventil verbunden sind.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Abgasumgehungsdurchlass an die erste Verzweigung stromaufwärts der Turbine über ein Umleitventil gekoppelt ist und der Wärmetauscher im Abgasumgehungsdurchlass untergebracht ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das erste Vierwegeventil an jedes von einem ersten Ende der ersten Verzweigung, ein erstes Ende der zweiten Verzweigung und ein erstes Ende der dritten Verzweigung gekoppelt ist, das zweite Vierwegeventil an jedes von einem zweiten Ende der ersten Verzweigung, einem zweiten Ende der zweiten Verzweigung und einem zweiten Ende der dritten Verzweigung gekoppelt ist und das Umleitventil an die erste Verzweigung an einer Verbindungsstelle mit dem Abgasumgehungsdurchlass gekoppelt ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Strömen von Abgas während des Kaltstarts das Strömen von Abgas zuerst durch den Dreiwegekatalysator in eine erste Richtung, dann das Strömen von Abgas durch den Unterbodenwandler in einer zweiten Richtung und dann das Strömen von Abgas durch den Wärmetauscher in die erste Richtung und das Strömen von Abgas durch die Turbine in die erste Richtung beinhaltet, wobei die zweite Richtung der ersten Richtung entgegengesetzt ist; wobei das Strömen von Abgas nach dem Anspringen des Dreiwegekatalysators das Strömen von Abgas zuerst durch die Turbine in die erste Richtung, dann durch den Unterbodenwandler in die zweite Richtung und dann durch den Dreiwegekatalysator in die erste Richtung beinhaltet; und wobei das Strömen von Abgas das Lastbedingungen aushält, die über dem Schwellenwert liegen, das Strömen eines ersten Abgasabschnitts zuerst durch den Wärmetauscher in die erste Richtung, dann durch die Turbine in die erste Richtung, dann durch den Unterbodenwandler in die zweite Richtung und dann durch den Dreiwegekatalysator in die erste Richtung beinhaltet, und gleichzeitig das Strömen eines zweiten Abgasabschnitts durch die Turbine in die erste Richtung, dann durch den Unterbodenwandler in die zweite Richtung und dann durch den Dreiwegekatalysator in die erste Richtung beinhaltet, wobei der Wärmetauscher umgangen wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Strömen von Abgas während des Kaltstarts ferner das Betätigen des ersten Vierwegeventils in eine erste Stellung, des zweiten Vierwegeventils in eine erste Stellung und des Umleitventils in eine offene Stellung beinhaltet, wobei das Strömen von Abgas nach dem Anspringen des Dreiwegekatalysators ferner das Betätigen des ersten Ventils in eine zweite Stellung, des zweiten Ventils in eine zweite Stellung und des Umleitventils in eine geschlossene Stellung beinhaltet, und wobei das Strömen von Abgas während Lastvorgängen, die über einem Schwellenwert liegen, ferner das Betätigen des ersten Ventils in eine zweite Stellung, des zweiten Ventils in eine zweite Stellung und des Umleitventils in eine teilweise offene Stellung beinhaltet.
  9. Motorverfahren, umfassend: einen Motor, der einen mit Abgaskrümmer beinhaltet; einen Pedalstellungssensor; ein verzweigtes Abgassystem mit einer ersten Verzweigung, einer zweiten Verzweigung, einer dritten Verzweigung, einem Umgehungsdurchlass, einem ersten Ventil, einem zweiten Ventil und einem dritten Ventil; einen Turbolader mit einer Turbine, der an die erste Verzweigung des verzweigten Abgassystems gekoppelt ist, wobei die Turbine mit einem Verdichter verbunden ist; einen Unterbodenwandler, der an die zweite Verzweigung des Abgassystems gekoppelt ist; einen Dreiwegekatalysator, der an die dritte Verzweigung des Abgassystems gekoppelt ist; einen Wärmetauscher, der an den Umgehungsdurchlass gekoppelt ist, wobei der Wärmetauscher fluidisch mit einem Motorkühlmittelsystem verbunden ist; einen Motorkühlmitteltemperatursensor, der an das Motorkühlmittelsystem gekoppelt ist; und eine Steuerung mit auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen für Folgendes: während eines ersten Modus, zum Strömen von Abgas zuerst durch den Dreiwegekatalysator, der in der dritten Verzweigung untergebracht ist, dann durch den Unterbodenwandler, der in der zweiten Verzweigung untergebracht ist, dann einen ersten Abgasdurchlass, einen Abgaskanal, einen zweiten Abgasdurchlass und dann die Turbine, die in der ersten Verzweigung des verzweigten Abgassystems untergebracht ist; zum Übertragen von Wärme vom Abgas durch den Abgaskanal an das Kühlmittel, das über eine konzentrische Kühlmittelleitung zirkuliert; und zum Erwärmen eines Motorzylinders und Kolbens mit Abgaswärme, die durch das Kühlmittel zurückgewonnen wurde.
  10. System nach Anspruch 9, wobei die Steuerung weitere Anweisungen für Folgendes beinhaltet: während eines zweiten Modus, Strömen von Abgas zuerst durch die Turbine, dann den Unterbodenwandler und dann den Dreiwegekatalysator; und während eines dritten Modus, Strömen von Abgas zuerst durch die Turbine, dann den Unterbodenwandler und dann den Dreiwegekatalysator und Einspritzen eines Kühlfluids in das Abgas stromaufwärts der Turbine, wobei das Einspritzen des Kühlfluids das Einspritzen des Kühlfluids in das Abgas stromaufwärts der Turbine über eine Einspritzvorrichtung beinhaltet, wobei eine Menge des eingespritzten Kühlfluids auf Grundlage von Fahrerbedarf und Aufladungsfehler eingestellt wird.
  11. System nach Anspruch 10, wobei das Betreiben im ersten Modus Folgendes beinhaltet: Schalten einer Stellung eines ersten Vierwegeventils, das an ein erstes Ende von jeder der ersten Verzweigung, der zweiten Verzweigung und der dritten Verzweigung gekoppelt ist, in eine erste Stellung, Schalten einer Stellung eines zweiten Vierwegeventils, das an ein zweites Ende von jeder der ersten Verzweigung, der zweiten Verzweigung und der dritten Verzweigung gekoppelt ist, in eine erste Stellung, Schalten einer Stellung eines ersten Dreiwegeventils, das an eine Verbindungsstelle der ersten Verzweigung und des ersten Abgasdurchlasses gekoppelt ist, in eine erste Stellung, und Schalten einer Stellung eines zweiten Dreiwegeventils, das an eine Verbindungsstelle des zweiten Abgasdurchlasses gekoppelt ist, und des Abgaskanals in eine erste Stellung, und Betreiben in jedem vom zweiten Modus und des dritten Modus Folgendes beinhaltet: Schalten der Stellung des ersten Vierwegeventils in eine zweite Stellung, Schalten der Stellung des zweiten Vierwegeventils in eine zweite Stellung, Schalten der Stellung des ersten Dreiwegeventils in eine zweite Stellung, und Schalten der Stellung des zweiten Dreiwegeventils in eine zweite Stellung.
  12. System nach Anspruch 10, wobei die Steuerung weitere Anweisungen für Folgendes beinhaltet: Auswählen des ersten Modus, wenn die Motortemperatur unter einer Schwellenwerttemperatur liegt, Auswählen des zweiten Modus, wenn die Motortemperatur über der Schwellenwerttemperatur und die Motorlast unter einer Schwellenwertlast liegen, wobei der Schwellenwert auf der Dreiwegekatalysatoranspringtemperatur basiert, und Auswählen des dritten Modus, wenn die Motorlast über der Schwellenwertlast liegt.
  13. System nach Anspruch 10, wobei das Kühlfluid Wasser ist und wobei das Einstellen das Verringern der Menge von Kühlfluid, das eingespritzt wird, wenn sich der Fahrerbedarf erhöht, und das Erhöhen der Menge beinhaltet, wenn sich der Aufladungsfehler erhöht, wobei der Aufladungsfehler eine Differenz zwischen einer tatsächlichen Aufladung und einer gewünschten Aufladung beinhaltet.
  14. System nach Anspruch 10, wobei jeder vom ersten Modus, dem zweiten Modus und dritten Modus das Strömen von Abgas durch die erste Verzweigung in die erste Richtung, das Strömen von Abgas durch die zweite Verzweigung in die zweite Richtung und das Strömen von Abgas durch die dritte Verzweigung in die erste Richtung beinhaltet, wobei die erste Richtung der zweiten Richtung entgegengesetzt ist.
  15. System nach Anspruch 10, wobei die Steuerung weitere Anweisungen für Folgendes beinhaltet: Übergehen vom ersten Modus auf den zweiten Modus als Reaktion auf das Anschalten des Dreiwegekatalysators, Übergehen vom zweiten Modus auf den dritten Modus als Reaktion auf eine Erhöhung des Bedarfsdrehmoments und Übergehen von dritten Modus auf den ersten Modus als Reaktion auf eine Motorabschaltanforderung.
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