DE102017125509A1 - Verfahren und System zur Abgasrückführung und Wärmerückgewinnung - Google Patents

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Gregory Patrick McConville
Chad Allan Baker
Timothy Noah Blatchley
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Abstract

Es werden Verfahren und Systeme für Abgaswärmerückgewinnung und AGR-Kühlung über einen einzelnen Wärmetauscher bereitgestellt. In einem Beispiel kann ein Verfahren Auswählen eines spezifischen Betriebsmodus eines Motorabgassystems umfassen, wobei der Wärmetauscher auf Motorbetriebsbedingungen und einem geschätzten Kraftstoffeffizienzfaktor basiert. Der Kraftstoffeffizienzfaktor kann Kraftstoffeffizienzvorteile aus AGR und Abgaswärmerückgewinnung berücksichtigen.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zur Abgaswärmegewinnung und Abgasrückführungs- (AGR-)Kühlung über einen einzelnen Wärmetauscher.
  • Allgemeiner Stand der Technik/Kurzdarstellung
  • Motoren können mit einem Abgaswärmerückgewinnungssystem konfiguriert sein, um Wärme aus Abgas zurückzugewinnen, das in einem inneren Verbrennungsmotor erzeugt wurde. Die Wärme, die an einem Abgaswärmetauscher zurückgewonnen wird, kann für Funktionen wie etwa Heizen der Zylinderköpfe und Erwärmen der Fahrgastkabine verwendet werden, wodurch die Motor- und Kraftstoffeffizienz verbessert wird. Gekühltes Abgas kann zu dem Ansaugkrümmer rückgeführt werden und dazu verwendet werden, Kraftstoffverbrauch und NOx-Emissionen im Abgas zu reduzieren. Ferner kann AGR verwendet werden, um zur Verringerung von Drosselverlusten bei geringen Lasten beizutragen und die Klopftoleranz zu verbessern. Ein AGR-Kühler kann mit einem AGR-Abgabesystem gekoppelt sein, um die Temperatur von rückgeführtem Abgas herunterzusetzen, bevor es an den Ansaugkrümmer abgegeben wird.
  • Es werden verschiedene Ansätze für die Abgaswärmerückgewinnung und die AGR-Kühlung bereitgestellt. In einem Beispiel, wie in US 20140196454 dargestellt, offenbart Ulrey et al. ein Motorsystem mit einem AGR-Kühler nach dem Katalysator, der opportunistisch verwendet werden kann, um Abgaswärme zum Heizen des Motors zurückzugewinnen. Während Kaltstartbedingungen kann ein Abgasdrosselventil geschlossen sein, um Abgas durch den AGR-Kühler zu leiten, wobei Wärme aus dem Abgas auf ein Kühlmittel übertragen werden kann, das durch den AGR-Kühler zirkuliert. Das Kühlmittel (erwärmt mit der zurückgewonnenen Abgaswärme) kann dann durch den Motor zirkulieren, um die Motortemperatur zu erhöhen. Während dieser Kaltstartbedingungen kann das AGR-Ventil in einer geschlossenen Position gehalten werden, und nach dem Strömen durch den AGR-Kühler kann das Abgas über einen Bypasskanal zu dem Hauptabgaskanal zurückkehren.
  • Die Erfinder haben hierin jedoch mögliche Nachteile bei dem zuvor genannten Ansatz erkannt. Als ein Beispiel ist es in dem von Ulrey et al. gezeigten Beispiel nicht möglich, unerwünschten Abgasstrom durch den AGR-Abgabekanal und den Bypasskanal zu beschränken, selbst wenn die Abgasdrossel in einer vollständig geöffneten Position ist. Bei Motortemperatur und Motorlastbedingungen über dem Schwellenwert kann, da es nicht möglich sein kann, den Wärmetauscher vollständig zu umgehen, unerwünschter Strom von heißem Abgas durch das Kühlsystem die Funktion des Kühlsystems nachteilig beeinflussen. Es kann auch möglich sein, gleichzeitig Abgaswärmerückgewinnung und gekühlte AGR-Abgabe zu steuern, um Kraftstoffeffizienz zu verbessern. Ferner kann sich in dem vorstehend erwähnten Wärmetauschersystem während Verwendung des Wärmetauschers zur AGR-Kühlung Kondensat in dem Wärmetauscher ansammeln und kann über den AGR-Kanal in den Ansaugkrümmer gelangen, was die Stabilität der Motorverbrennung nachteilig beeinflusst. Kondensat, das in dem Wärmetauscher über längere Zeiträume von Motorabschaltung in dem Wärmetauscher verbleibt, kann gefrieren und kann auch Schäden an den Komponenten des AGR-Systems verursachen.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben einen Ansatz festgestellt, durch den die vorstehend beschriebenen Probleme mindestens teilweise angegangen werden können. Ein beispielhaftes Motorverfahren umfasst: Betreiben eines Motorabgassystems in einem ersten Modus, wobei Abgas über einen Wärmetauscher zu einem Endrohr strömt, und Betreiben des Systems in einem zweiten Modus, wobei ein erster Teil von Abgas zur einem Ansaugkrümmer rückgeführt wird und ein zweiter Teil des Abgases über den Wärmetauscher zu dem Endrohr strömt. Auf diese Weise können AGR-Kühlung und Abgaswärmerückgewinnung gleichzeitig über einen gemeinsamen Wärmetauscher bereitgestellt werden.
  • In einem Beispiel kann ein Motorsystem mit einem Wärmetauscher konfiguriert sein, der stromabwärts von einem katalytischen Umwandler in einem Abgas-Bypass positioniert ist, der parallel zu einem Hauptabgaskanal angeordnet ist. Ein Umleitventil kann dazu verwendet werden, es zu ermöglichen, Abgas in den Bypasskanal und durch den Wärmetauscher umzuleiten. Ein AGR-Abgabekanal kann stromabwärts zu dem Wärmetauscher mit dem Bypasskanal gekoppelt sein, und eine AGR-Ventil kann mit dem Abgabekanal gekoppelt sein, um Abgasstrom in den Ansaugkrümmer zu steuern. Einstellungen an der Position des Umleitventils und des AGR-Ventils können für Abgaswärmerückgewinnung und AGR-Abgabe koordiniert sein. Zum Beispiel kann während Motorkaltstartbedingungen Abgas von dem Abgaskrümmer über den Wärmetauscher zu dem Endrohr geleitet werden. Während des Stroms kann Abgaswärme auf ein Kühlmittel, das um den Wärmetauscher zirkuliert, übertragen werden und das heiße Kühlmittel kann dann für Motor- und Kabinenheizung verwendet werden. Nach dem Anspringen des Katalysators, wenn gekühltes AGR gefordert ist, kann das Abgas über den AGR-Kanal zu dem Ansaugkrümmer geleitet werden, nachdem es durch den Wärmetauscher, der als ein AGR-Kühler arbeitet, strömt. Basierend auf dem Motorheizbedarf relativ zu dem AGR-Bedarf kann eine Position des Umleitventils und des AGR-Ventils eingestellt werden, um einen ersten Teil von Abgas über den Wärmetauscher und den AGR-Abgabekanal zu dem Ansaugkrümmer zu strömen, während gleichzeitig ein zweiter (verbleibender) Teil des Abgases über den Wärmetauscher zu dem Endrohr strömt. Die Steuerung kann auch das Verhältnis des ersten Teils relativ zu dem zweiten Teil basierend auf einem Vergleich von Kraftstoffeffizienzen in jedem Modus einstellen. Ferner kann ein Niveau von Kondensatbildung an dem Wärmetauscher geschätzt werden, und wenn das Niveau von Kondensat höher als ein Schwellenwertniveau ist, kann das gesamte Volumen von Abgas über den Wärmetauscher zu dem Endrohr geleitet werden, um das angesammelte Kondensat in die Atmosphäre zu entleeren. Das Kondensat kann auch als Reaktion auf ein Abschaltereignis des Motors an das Endrohr entleert werden.
  • Auf diese Weise werden durch Bereitstellen der Funktionen eines AGR-Kühlers und eines Abgaswärmetauschers über einen einzelnen Wärmetauscher Vorteile bei Kosten und Reduzierung von Komponenten erreicht, ohne die Funktion und Fähigkeit von beiden Systemen zu beschränken. Der technische Effekt des Koppelns des Wärmetauschers in einem Abgasbypasskanal, der mit einem AGR-Kanal verbunden ist, besteht darin, dass Wärmerückgewinnung und AGR-Strom gleichzeitig bereitgestellt werden können, was die Vorteile bei Kraftstoffeffizienz erhöht. Durch gleichzeitiges Bereitstellen von AGR und Rückgewinnung von Abgaswärme zum Heizen des Motors und/oder der Fahrgastkabine kann Kraftstoffeffizienz verbessert werden. Der technische Effekt von opportunistischem Entleeren von Kondensat, das sich in dem Wärmetauscher angesammelt hat, in den an ein Abgasendrohr besteht darin, dass Eindringen von Wasser in dem Motor reduziert werden kann, was die Verbrennungsstabilität verbessert. Durch Entleeren des Wärmetauschers vor einem Herunterfahren des Motors kann auch Gefrieren des Wassers in dem Wärmetauscher während kalter Zeiträume reduziert werden, wodurch die Möglichkeit von Beschädigung von AGR-Komponenten reduziert wird.
  • Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung näher beschrieben sind. Es ist nicht beabsichtigt, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Umfang einzig in den Patentansprüchen im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil der vorliegenden Offenbarung angeführte Nachteile beseitigen.
  • Figurenliste
    • 1A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Motorsystems, das ein Motorabgassystem mit einem Wärmetauscher beinhaltet, das in einem ersten Modus betrieben wird.
    • 1B zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Motorsystems, das ein Motorabgassystem mit einem Wärmetauscher beinhaltet, das in einem zweiten Modus betrieben wird.
    • 1C dargestellt zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Motorsystems, das ein Motorabgassystem mit einem Wärmetauscher beinhaltet, das in einem dritten Modus betrieben wird.
    • 1D dargestellt zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Motorsystems, das ein Motorabgassystem mit einem Wärmetauscher beinhaltet, das in einem vierten Modus betrieben wird.
    • 2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Kühlmittelsystems für ein Fahrzeug.
    • 3 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren veranschaulicht, das umgesetzt werden kann, um Abgasstrom durch das Motorabgassystem aus 1A-1D einzustellen.
    • 4 zeigt ein Ablaufdiagramm, das eine Fortsetzung des beispielhaften Verfahrens aus 3 veranschaulicht, das umgesetzt werden kann, um Abgasstrom durch das Motorabgassystem aus 1A-1D weiter einzustellen.
    • 5 zeigt eine Tabelle, die verschiedene Betriebsmodi des Motorabgassystems aus 1A-1D veranschaulicht.
    • 6 zeigt einen beispielhaften Betrieb des Motorabgassystems aus 1A-1D.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und verfahren für einen einzelnen Wärmetauscher für verbesserte Abgaswärmerückgewinnung und Abgasrückführungs- (AGR- )Kühlung. Verschiedene Betriebsmodi eines beispielhaften Motorsystems umfassend ein Motorabgassystem mit einem Wärmetauscher sind in 1A-1D dargestellt. Eine beispielhafte Ausführungsform eines Fahrzeugkühlmittelsystems, das mit dem Motorsystem aus 1A-1D gekoppelt ist, ist in 2 dargestellt. Eine Motorsteuerung kann ausgelegt sein, um eine Steuerungsroutine, wie zum Beispiel die Beispielroutinen aus den 3 und 4 durchzuführen, um die Positionen von einem oder mehreren Abgassystemventilen zu variieren, um Abgasstrom durch den Wärmetauscher in den Systemen aus 1A-1D einzustellen. Die verschiedenen Betriebsmodi des Motorabgassystems sind in 5 tabellarisch dargestellt. Eine beispielhafte Ausführungsform der Systeme aus 1A-1D ist in 6 dargestellt.
  • 1A zeigt schematisch Aspekte eines beispielhaften Motorsystems 100, das einen Motor 10 beinhaltet. In der dargestellten Ausführungsform ist der Motor 10 ein aufgeladener Motor, der an einen Turbolader 13 gekoppelt ist, der einen Verdichter 114 beinhaltet, der durch eine Turbine 116 angetrieben wird. Konkret wird Frischluft entlang eines Ansaugkanals 42 über einen Luftreiniger 112 in den Motor 10 eingespeist und strömt zu dem Verdichter 114. Der Verdichter kann ein beliebiger geeigneter Ansaugluftverdichter, wie etwa ein von einem Elektromotor angetriebener oder von einer Antriebswelle angetriebener Kompressorverdichter, sein. In dem Motorsystem 10 ist der Verdichter ein Turboladerverdichter, der mechanisch über eine Welle 19 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) 21 an das Drosselventil 20 gekoppelt. Das Drosselventil 20 ist an den Motoransaugkrümmer 22 gekoppelt. Aus dem Verdichter strömt die verdichtete Luftfüllung durch den Ladeluftkühler 21 und das Drosselventil zu dem Ansaugkrümmer. In der in 1A gezeigten Ausführungsform wird der Druck der Luftfüllung innerhalb des Ansaugkrümmers durch den Krümmerluftdruck-(MAP-)Sensor 124 erfasst.
  • Ein oder mehrere Sensoren können an einen 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 usw. einschließen. In anderen Beispielen können eine oder mehrere der Verdichtereinlassbedingungen (wie etwa Feuchtigkeit, Temperatur, Druck usw.) auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen abgeleitet werden. Zusätzlich können die Sensoren, wenn Abgasrückführung (AGR) ermöglicht ist, eine Temperatur, einen Druck, eine Feuchtigkeit und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luftfüllungsgemisches, einschließlich Frischluft, rückgeführter verdichteter Luft und Restabgase, die an dem Verdichtereinlass aufgenommen wurden, schätzen.
  • Ein Wastegate-Aktor 92 kann zum Öffnen betätigt werden, um mindestens einen Teil des Abgasdrucks von stromaufwärts von der Turbine über das Wastegate 91 zu einer Stelle stromabwärts von der Turbine abzulassen. Indem der Abgasdruck stromaufwärts von der Turbine reduziert wird, kann die Turbinendrehzahl reduziert werden, was wiederum dazu beiträgt, dass das Verdichterpumpen reduziert wird.
  • Der Ansaugkrümmer 22 ist durch eine Reihe von Einlassventilen (nicht gezeigt) an eine Reihe von Brennkammern 30 gekoppelt. Die Brennkammern sind ferner über eine Reihe von Auslassventilen (nicht gezeigt) an den Abgaskrümmer 36 gekoppelt. In der dargestellten Ausführungsform ist ein einzelner Abgaskrümmer 36 gezeigt. In anderen Ausführungsformen kann der Abgaskrümmer jedoch eine Vielzahl von Abgaskrümmerabschnitten beinhalten. Konfigurationen, die eine Vielzahl von Abgaskrümmerabschnitten aufweisen, können ermöglichen, dass Abwasser aus unterschiedlichen Brennkammern an unterschiedliche Stellen in dem Motorsystem geleitet wird.
  • In einer Ausführungsform kann jedes der Auslass- und Einlassventile elektronisch betätigt oder gesteuert werden. In einer anderen Ausführungsform kann jedes der Auslass- und Einlassventile über Nocken betätigt oder gesteuert werden. Egal ob elektronisch betätigt oder über Nocken betätigt, kann die zeitliche Abstimmung des Öffnens und Schließens der Auslass- und Einlassventile wie für die gewünschte Verbrennungs- und Emissionssteuerleistung erforderlich eingestellt werden.
  • Den Brennkammern 30 können über die Einspritzung 66 ein oder mehrere Kraftstoffe wie etwa Benzin, Alkohol-Kraftstoff-Gemische, 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 eingeleitet werden.
  • Wie in 1A gezeigt, kann Abgas aus einem oder mehreren Abgaskrümmerabschnitten zu der Turbine 116 geleitet werden, um die Turbine anzutreiben. Die kombinierte Strömung aus der Turbine und dem Wastegate strömt dann durch die Emissionssteuervorrichtungen 170 und 173. In einem Beispiel kann die erste Emissionssteuervorrichtung 170 ein Anspringkatalysator sein und die zweite Emissionssteuervorrichtung 173 kann ein Unterbodenkatalysator sein. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 170 und 173 können dazu ausgelegt sein, den Abgasstrom katalytisch zu behandeln und dadurch eine Menge von einer oder mehreren Substanzen in dem Abgasstrom zu reduzieren. Zum Beispiel können die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 170 und 173 dazu konfiguriert sein, NOx aus dem Abgasstrom zu speichern, wenn der Abgasstrom mager ist, und die gespeicherten NOx zu reduzieren, wenn der Abgasstrom fett ist. In weiteren Beispielen können die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 170 und 173 dazu konfiguriert sein, NOx zu disproportionieren oder NOx mithilfe eines Reduktionsmittels selektiv zu reduzieren. In noch weiteren Beispielen können die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 170 und 173 dazu konfiguriert sein, Kohlenwasserstoff- und/oder Kohlenstoffmonoxidrückstände im Abgasstrom zu oxidieren. Unterschiedliche Katalysatoren zur Abgasnachbehandlung mit solcher Funktionalität können optional in Washcoats in den Abgasnachbehandlungsstufen entweder separat oder gemeinsam angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen können die Abgasnachbehandlungsstufen einen regenerierbaren Rußfilter einschließen, der dazu konfiguriert ist, Rußpartikel im Abgasstrom einzufangen und zu oxidieren.
  • Das behandelte Abgas aus den Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 170 und 173 kann ganz oder teilweise über den Hauptabgaskanal 102 in die Atmosphäre abgegeben werden, nachdem es durch einen Schalldämpfer 172 hindurchgegangen ist. Ein Ende eines Bypasskanals 174 des Motorabgassystems 150 kann stromabwärts von der zweiten Emissionssteuervorrichtung 173 an einer ersten Verbindungsstelle 106 an den Hauptabgaskanal 102 gekoppelt sein. Der Bypasskanal 174 kann sich von stromabwärts von der zweiten Emissionssteuervorrichtung 173 zu stromaufwärts von dem Schalldämpfer 172 erstrecken, das andere Ende des Bypasskanals 174 kann an einer zweiten Verbindungsstelle 107 an den Hauptabgaskanal 102 gekoppelt sein. Der Bypasskanal 174 kann parallel zu dem Hauptabgaskanal 102 angeordnet sein. Ein Wärmetauscher 176 kann an den Bypasskanal 174 gekoppelt sein, um das Abgas, das den Bypasskanal 174 passiert, zu kühlen. In einem Beispiel ist der Wärmetausches 176 ein Wasser-Gas-Tauscher. Ein Motorkühlmittelsystem 155 kann zur Abgaswärmerückgewinnung und AGR-Kühlung an den Abgaswärmetauscher 176 gekoppelt sein. Motorkühlmittel kann über eine Kühlmitteleinlassleitung 160 in den Wärmetauscher 176 eindringen, und nach dem Zirkulieren durch den Wärmetauscher 176 kann das Kühlmittel zu dem Motor zurückströmen oder über eine Kühlmittelauslassleitung 162 zu dem Heizkern geleitet werden. Der Abgasrückführungs-(AGR-)Abgabekanal 180 kann an der Verbindungsstelle 108 stromabwärts von dem Wärmetauscher 176 an den Abgasbypasskanal 174 gekoppelt sein, um dem Motoransaugkrümmer stromaufwärts von dem Verdichter 114 Niederdruck-AGR (ND-AGR) bereitzustellen. In weiteren Ausführungsformen kann das Motorsystem einen Hochdruck-AGR-Strömungsweg beinhalten, wobei Abgas von stromaufwärts von der Turbine 116 angesaugt und stromabwärts von dem Verdichter 114 zu dem Motoransaugkrümmer rückgeführt wird. Ein oder mehrere Sensoren können an den AGR-Kanal 180 gekoppelt sein, um Einzelheiten hinsichtlich der Zusammensetzung und der Bedingungen der AGR bereitzustellen. Zum Beispiel kann ein Temperatursensor bereitgestellt sein, um eine Temperatur der AGR zu bestimmen, kann ein Drucksensor bereitgestellt sein, um einen Druck der AGR zu bestimmen, kann ein Feuchtigkeitssensor bereitgestellt sein, um eine Feuchtigkeit oder einen Wassergehalt der AGR zu bestimmen, und kann ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor bereitgestellt sein, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis der AGR zu schätzen. Alternativ können AGR-Bedingungen durch den einen oder die mehreren Temperatur-, Druck-, Feuchtigkeits- und Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren 55-57 abgeleitet werden, die an den Verdichtereinlass gekoppelt sind. In einem Beispiel ist der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 57 eine Einlass-Lambdasonde. Von stromabwärts der zweiten Emissionssteuervorrichtung 173 kann Abgas über einen oder mehrere des Hauptabgaskanals 102 und des Bypasskanals 174 zu dem Schalldämpfer 172 strömen.
  • Ein zwischen der ersten Verbindungsstelle 106 und der zweiten Verbindungsstelle 107 an den Hauptabgaskanal 102 gekoppeltes Umleitventil 175 kann verwendet werden, um den Teil von Abgas, der durch den Bypasskanal 174 strömt, zu regulieren. Ein AGR-Ventil 52 kann an der Verbindungsstelle des AGR-Kanals 180 und des Ansaugkanals 42 an den AGR-Kanal 180 gekoppelt sein. 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 oder ein Auf-/Zu-Ventil konfiguriert sein. In Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen wie etwa der Motortemperatur kann ein Teil des Abgases durch den Bypasskanal 174 und danach zu dem Endrohr 35 geleitet werden, während ein verbleibender Teil von dem Bypasskanal über den AGR-Kanal 180 und das Abgasrückführungs-(AGR-)Ventil 52 zu dem Einlass des Verdichters 114 geleitet wird. Die Öffnung des Umleitventils 175 und des AGR-Ventils 52 kann reguliert und koordiniert werden, um die Strömung des Abgases durch den Bypasskanal 174 und den Wärmetauscher 176 zu steuern, sodass Abgasrückgewinnung und AGR-Strom gleichzeitig bei Bedarf bereitgestellt werden können.
  • Da Abgaswärme an dem Wärmetauscher zurückgewonnen wird, kann Kondensat beginnen, sich ich dem Wärmetauscher anzusammeln, was beim Eindringen in die Brennkammer des Motors zu instabiler Verbrennung führen kann. In einem Beispiel kann das Niveau von Kondensat, das sich in dem Wärmetauscher angesammelt hat, geschätzt werden, wie etwa basierend auf der Ausgabe eines Feuchtigkeitssensors, der an den Wärmetauscher gekoppelt ist. In einem anderen Beispiel kann das Kondensatniveau basierend auf Eingaben von Abgastemperatur- und -drucksensoren, 128 und 129, geschätzt werden oder basierend auf Motorbetriebsbedingungen modelliert werden. Um Aufnahme von Kondensat zu reduzieren, kann der AGR-Abgabekanal 180 so gestaltet sein, dass AGR an einer Stelle abgegeben wird, die relativ zu dem Bypasskanal 174 erhöht ist, sodass größere Tröpfchen von Kondensat nicht in den Ansaugkrümmer eindringen, aber aufgrund von Schwerkraft auf den Bypasskanal 174 begrenzt sind. So wie hier verwendet, umfasst der AGR-Kanal an einer erhöhten Stelle, dass sich der AGR-Abgabekanal an einer Position (oder auf einer Ebene) im Motorraum des Fahrzeugs befindet, der in Bezug auf eine Bodenebene (z. B. Oberfläche der Straße, auf der das Fahrzeug fährt) höher ist als im Vergleich zu der Position (oder Ebene) des Bypasskanals. Die Wassertröpfchen können auch zu einem Speicherbereich umgeleitet werden, wo sie gespeichert werden, bevor sie opportunistisch zu dem Endrohr entleert werden. In einem Beispiel kann der AGR-Abgabekanal 180 durch eine Hochvolumenkammer mit einer Wanne laufen. Wenn das Abgas durch die Kammer strömt, kann sich die Strömungsgeschwindigkeit verringern und Wassertröpfchen können sich in der Wanne sammeln. In einem anderen Beispiel kann eine Zentrifuge oder eine Biegung im AGR-Abgabekanal 180 dazu genutzt werden, die Wassertröpfchen dazu zu zwingen, aufgrund einer relativ höheren Trägheit der Wassertröpfchen relativ zu dem Abgasstrom auf die Oberfläche des Abgabekanals 180 zu fallen. Die Biegung im AGR-Abgabekanal 180 oder die Zentrifuge können das Wasser zu einer Wanne, die mit Trockenmittel (wie etwa Kieselgel) beschichtet ist, oder einer hydrophilen Oberflächenbeschichtung, um sicherzustellen, dass die Kondensattröpfchen an der Oberfläche einer Wasserentfernungsvorrichtung haften bleiben, befördern.
  • Der Speicherbereich, die Wanne und/oder der Wärmetauscher, der das Kondensat enthält, kann opportunistisch entleert werden, wenn die Menge an angesammeltem Kondensat über die Schwellenmenge steigt. In einem Beispiel kann eine Motorsteuerung während Bedingungen, wenn der Motor sich ohne Kraftstoff dreht (wie etwa während eines DFSO-Ereignisses oder während eines Herunterfahrens des Motors), das AGR-Ventil vollständig öffnen, um das Kondensat in den Motoransaugkrümmer zu leiten, und das Kondensat kann beim Eintreten in den warmen Motor verdampfen. Entleeren unter Verwendung dieser Technik kann durchgeführt werden, sobald es bestätigt ist, dass die Motortemperatur ausreichend hoch ist (z. B. höher als ein Schwellenwert), und die Möglichkeit einer Motorfehlzündung gering ist. Diese Entleerungstechnik kann auch bei Bedingungen, wenn höhere Motorleistung gewünscht ist, oder wenn der Motor mit Kraftstoff betrieben wird, nicht verwendet werden. Der gasförmige Wasserdampf kann zusammen mit dem Abgasstrom aus dem Motor entfernt werden. In einem anderen Beispiel kann die Steuerung als Reaktion auf eine Kondensatansammlung in dem Wärmetauscher, die höher als ein Schwellenwert ist, das Umleitventil in eine Position umschalten, die das gesamte Abgas in den Bypasskanal leitet, und das AGR-Ventil schließen, sodass im Wesentlichen das gesamte heiße Abgas über den Wärmetauscher zu dem Endrohr strömt. Das angesammelte Kondensat kann durch das heiße Abgas aus dem Wärmetauscher in die Atmosphäre gespült werden. Beim Empfangen einer Herunterfahranfrage für den Motor kann die Steuerung auch heißes Abgas über den Wärmetauscher zu dem Endrohr leiten, um das Kondensat durch das Endrohr zu entfernen. Auf diese Weise kann während längerer Auszeiten des Motors Gefrieren von Kondensat an dem Wärmetauscher reduziert werden.
  • 1A zeigt den Betrieb des Motorsystems in einem ersten Betriebsmodus. Der erste Betriebsmodus stellt eine erste Einstellung des Umleitventils 175 und des AGR-Ventils 52 dar, die Abgasstromsteuerung ermöglicht. In dem ersten Betriebsmodus kann sich das Umleitventil 175 in einer ersten (vollständig geöffneten) Position befinden, und das AGR-Ventil 52 kann sich in einer geschlossenen Position befinden. In dem ersten Betriebsmodus kann aufgrund der ersten Position des Umleitventils 175 das gesamte Abgasvolumen, das aus der zweiten Emissionssteuervorrichtung 173 ausströmt, an der Verbindungsstelle 106 in den Bypasskanal eintreten. Das Abgas kann dann durch den Wärmetauscher 176 strömen und dann an der zweiten Verbindungsstelle 107 zu dem Hauptabgaskanal zurückströmen. Aufgrund der geschlossenen Position des AGR-Ventils 52 kann das Abgas nicht in den AGR-Kanal 180 strömen, und das gesamte Abgasvolumen kann erneut in den Hauptabgaskanal 102 eintreten. Nach dem erneuten Eintreten in den Hauptabgaskanal 102 kann Abgas durch einen Schalldämpfer 172 strömen, bevor es an die Atmosphäre abgegeben wird. Wenn das Abgas durch den Wärmetauscher 176 strömt, kann Wärme vom heißen Abgas zu einem Kühlmittel, das durch den Wärmetauscher 176 zirkuliert, übertragen werden. Bei der Übertragung von Wärme vom Abgas zum Kühlmittel kann das aufgewärmte Kühlmittel zurück zum Motor (wie etwa, wenn ein Heizen des Motors erforderlich ist) und/oder durch einen Heizkern zirkulieren, um eine Fahrgastkabine des Fahrzeugs zu heizen (wie etwa, wenn ein Heizen der Kabine gefordert wird).
  • Das Motorsystem kann im ersten Betriebsmodus (wie vorstehend beschrieben) unter Kaltstartbedingungen betrieben werden. Während dieser Zeit kann AGR für den Motorbetrieb nicht gewünscht sein und die Motorwärme aus dem Abgas kann für das Heizen von Fahrzeugkomponenten verwendet werden. Kondensat aus dem Abgas kann sich an dem Wärmetauscher ansammeln, wenn jedoch Abgas in Richtung des Endrohrs strömt, kann das angesammelte Kondensat mit dem Abgas in die Atmosphäre entleert werden. Indem der Abgasstrom so eingestellt wird, dass heißes Abgas durch den Wärmetauscher 176 läuft, kann Wärme aus dem Abgas durch das Kühlmittel, das durch den Wärmetauscher 176 zirkuliert, zurückgewonnen werden. Die aus dem Abgas entnommene Wärme kann zum Erwärmen des Motors und zum Bereitstellen von Wärme für die Fahrgastkabine verwendet werden. Auf diese Weise kann durch Verwendung von Abgaswärme für die Kabinenheizung die Leistung der Kabinenheizung während Kaltstartbedingungen verbessert werden.
  • 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 Turbine 116 angeordneten Abgassauerstoffsensor 126, MAP-Sensor 124, Abgastemperatursensor 128, Abgasdrucksensor 129, Wärmetauscherfeuchtigkeitssensor, Kompressoreinlasstemperatursensor 55, Kompressoreinlassdrucksensor 56, Kompressoreinlassfeuchtigkeitssensor 57 und Motorkühlmitteltemperatursensor einschließen. Andere Sensoren wie etwa zusätzliche Druck- , Temperatur-, Luft-Kraftstoff-Verhältnis- und Zusammensetzungssensoren können an verschiedene Stellen in dem Motorsystem 100 gekoppelt sein. Zu den Aktoren 81 können zum Beispiel die Drossel 20, das AGR-Ventil 52, das Umleitventil 175, das Wastegate 92 und die Kraftstoffeinspritzung 66 gehören. Das Steuersystem 14 kann eine Steuerung 12 beinhalten. Die Steuerung 12 kann Eingangsdaten von den verschiedenen Sensoren empfangen, die Eingangsdaten verarbeiten und verschiedene Aktoren als Reaktion auf die verarbeiteten Eingangsdaten auf Grundlage einer darin programmierten Anweisung oder eines darin programmierten Codes gemäß einer oder mehrerer Routinen auslösen. Zum Beispiel kann die Steuerung 12 basierend auf von Motorbetriebsbedingungen und AGR-Anforderungen ein Signal senden, um die Position des Umleitventils 175 und die Position des AGR-Ventils 52 einzustellen, um das Verhältnis von Abgas, das zu dem Ansaugkrümmer geleitet wird, relativ zu Abgas, das über den Wärmetauscher 176 zu dem Endrohr geleitet wird, zu variieren. Das Öffnen des AGR-Ventils 52 kann auch basierend auf den Motorbetriebsbedingungen eingestellt werden, um eine gewünschte Menge von AGR aus dem Bypasskanal in den Motoransaugkrümmer zu ziehen. Beispielhafte Steuerungsroutinen für Abgasstromregelung sind in Bezug auf 3 und 4 beschrieben.
  • 1B zeigt eine schematische Ansicht 120 des Betriebs des Motorsystems 100 in einem zweiten Betriebsmodus. Zuvor in 1A vorgestellte Komponenten sind ähnlich nummeriert und werden nicht erneut vorgestellt.
  • Der zweite Betriebsmodus stellt eine zweite Einstellung des Umleitventils 175 und des AGR-Ventils 52 dar, die Abgasstromsteuerung ermöglicht. In dem zweiten Betriebsmodus kann sich das Umleitventil 175 in einer ersten Position befinden, und das AGR-Ventil 52 kann sich in einer geöffneten Position befinden. In dem zweiten Betriebsmodus kann aufgrund der ersten Position (vollständig offen) des Umleitventils 175 das gesamte Abgasvolumen, das aus der zweiten Emissionssteuervorrichtung 173 ausströmt, an der Verbindungsstelle 106 in den Bypasskanal eintreten. Das gesamte Volumen von Abgas kann das durch den Wärmetauscher 176 strömen. Beim Verlassen des Wärmetauschers 176 kann ein erster Teil des Abgases an der Verbindungsstelle 108 in den AGR-Abgabekanal 180 eintreten, um über das AGR-Ventil 52 an den Motoransaugkanal 42 abgegeben zu werden, und ein zweiter Teil des Abgases kann über die zweite Verbindungsstelle 107 zu dem Hauptabgaskanal zurückkehren. Da der Öffnungsgrad des AGR-Ventils erhöht ist, kann der erste Teil des Abgases, das in den AGR-Abgabekanal eintritt, relativ zu dem zweiten Teil des Abgases, der über das Umleitventil zu dem Hauptabgaskanal zurückkehrt, zunehmen. Nach dem erneuten Eintreten in den Hauptabgaskanal 102 kann der zweite Teil des Abgases durch den Schalldämpfer 172 strömen, bevor es an die Atmosphäre abgegeben wird. Wenn das Abgas durch den Wärmetauscher 176 strömt, kann Wärme vom heißen Abgas zu einem Kühlmittel, das durch den Wärmetauscher 176 zirkuliert, übertragen werden. Bei der Übertragung von Wärme vom Abgas zum Kühlmittel kann das aufgewärmte Kühlmittel zurück zum Motor (wie etwa, wenn ein Heizen des Motors erforderlich ist) und/oder durch einen Heizkern zirkulieren, um eine Fahrgastkabine des Fahrzeugs zu heizen (wie etwa, wenn ein Heizen der Kabine gefordert wird). Die AGR, die an den Ansaugkanal 42 abgegeben wird, kann zumindest teilweise an dem Wärmetauscher gekühlt sein.
  • Das Motorsystem kann in dem zweiten Betriebsmodus (wie vorstehend beschrieben) betrieben werden, nachdem die Abgasnachbehandlungskatalysatoren 170 und 173 ihre Anspringtemperaturen erreicht haben. Durch Bereitstellen von AGR können Kraftstoffeffizienz und Emissionsqualität verbessert werden. Die aus dem Abgas am Wärmetauscher entnommene Wärme kann für weiteres Erwärmen des Motors und zum Bereitstellen von Wärme für eine Fahrgastkabine verwendet werden, wodurch parasitische Verwendung von Motorleistung (zum Betreiben von Hilfssystemen wie etwa Heizungen) reduziert wird und Kraftstoffeffizienz verbessert wird.
  • In diesem zweiten Betriebsmodus können AGR-Abgabe und Abgaswärmerückgewinnung gleichzeitig durchgeführt werden (AGR und Abgaswärmerückgewinnung überlappen sich). Ein Kraftstoffeffizienzfaktor kann basierend auf einem Vergleich des geschätzten Kraftstoffeffizienzvorteils nur durch Bereitstellen von AGR (ohne Abgaswärmerückgewinnung) gegenüber dem Kraftstoffeffizienzvorteil bei Bereitstellung von AGR mit gleichzeitiger Abgaswärmerückgewinnung berechnet werden. Somit, wenn ein Teil von AGR stromabwärts vom Wärmetauscher abgezogen wird und ein verbleibender Teil zu dem Hauptabgaskanal rückgeführt wird, kann eine Temperatur des Abgases, das zu dem Motoreinlass rückgeführt wird, höher (da das gesamte Volumen von Abgas an dem Wärmetauscher gekühlt wird) als die Temperatur des Abgases sein, das zu dem Motoreinlass rückgeführt wird, wenn nur AGR abgezogen ist (und kein Abgas zu dem Hauptabgaskanal rückgeführt wird). Die AGR bei niedrigerer Temperatur (bereitgestellt, wenn nur ein Bruchteil von Abgas über den Wärmetauscher 176 geleitet wird) kann eine höhere Effizient bereitstellen, aufgrund eines geringeren Volumens von Abgasstrom über den Wärmetauscher kann Abgaswärmerückgewinnung jedoch geringer sein. Die Position des Umleitventils 175 kann in eine vollständig geöffnete (erste) Position, um das gesamte Volumen von Abgas sowohl für AGR (teilweise gekühlt), als auch Abgaswärmerückgewinnung (zweiter Betriebsmodus) durch den Wärmetauscher 176 zu strömen, oder in eine vollständig geschlossene (zweite) Position, um einen Teil des Abgases nur für AGR (vollständig gekühlt) mit geringerer Abgaswärmerückgewinnung durch den Wärmetauscher 176 zu strömen (in Bezug auf den dritten Betriebsmodus zu besprechen), betätigt werden. Kraftstoffeffizienzvorteile für jedes Szenario können auf jedem von einer Menge von rückgeführtem Abgas, einer Temperatur des rückgeführten Abgases und einer Menge von Abgaswärme, die für Motorheizung (und Fahrgastkabinenheizung) verwendet wird, basieren. Die Kraftstoffeffizienzvorteile können mit jedem von einer Zunahme der Menge von rückgeführtem Abgas, einer Verringerung der Temperatur des rückgeführten Abgases und einer Zunahme der Menge von Abgaswärme, die für Motorheizung und Fahrgastkabinenheizung verwendet wird, zunehmen. In einem Beispiel kann das Verhältnis des ersten Teils des Abgases (als AGR abgegeben) zu dem zweiten Teil des Abgases (zu dem Endrohr geleitet) basierend auf der Menge von geforderter AGR (basierend auf einem gewünschten Verdünnungsniveau) bestimmt werden. In einem Beispiel kann der erste Teil des Abgases, das zu dem Ansaugkrümmer rückgeführt wird, erhöht sein und dementsprechend kann der zweite Teil des Abgases, das zu dem Endrohr geleitet wird, verringert sein, da die Menge an geforderter AGR zunimmt. Basierend auf dem bestimmten Verhältnis kann eine Öffnung des AGR-Ventils 52 eingestellt werden, wobei die Öffnung zunimmt, wenn der erste Teil zunimmt, und die Öffnung sich verringert, wenn der zweite Teil zunimmt.
  • 1C zeigt eine schematische Ansicht 140 des Betriebs des Motorsystems 100 in einem dritten Betriebsmodus. Zuvor in 1A vorgestellte Komponenten sind ähnlich nummeriert und werden nicht erneut vorgestellt.
  • Der dritte Betriebsmodus stellt eine dritte Einstellung des Umleitventils 175 und des AGR-Ventils 52 dar, die Abgasstromsteuerung ermöglicht. In dem dritten Betriebsmodus kann sich das Umleitventil 175 in einer zweiten (vollständig geschlossenen) Position befinden, und das AGR-Ventil 52 kann sich in einer geöffneten Position befinden. In dem dritten Betriebsmodus kann aufgrund der geöffneten Position des AGR-Ventils 52 und der zweiten Position des Umleitventils 175 ein erster Teil des Abgases, das aus der zweiten Emissionssteuervorrichtung 173 austritt, an der ersten Verbindungsstelle 106 in den Bypasskanal eintreten, jedoch nicht über die zweite Verbindungsstelle 107 zu dem Hauptabgaskanal zurückkehren. Ein zweiter (verbleibender) Teil des Abgases kann nicht in den Bypasskanal eintreten, sondern kann über den Schalldämpfer 172 direkt zu dem Endrohr strömen. Der erste Teil des Abgases kann nach dem Kühlen an dem Wärmetauscher 176 bei der Verbindungsstelle 108 in den AGR-Abgabekanal 180 eintreten. Die AGR kann über den AGR-Abgabekanal 180 und das AGR-Ventil 52 an den Motoransaugkrümmer abgegeben werden. Da nur ein Bruchteil des Abgasstroms in diesem Modus durch den Wärmetauscher strömt, wird das Abgas in einem größeren Maße abgekühlt. Daher kann die Temperatur von AGR, die in dem dritten Betriebsmodus abgegeben wird, niedriger als die Temperatur von AGR sein, die während des zweiten Betriebsmodus abgegeben wird. Wärme, die durch das Kühlmittel aus dem ersten Teil des Abgases, das durch den Wärmetauscher strömt, zurückgewonnen wird, kann zur Motorheizung und/oder Fahrzeugkabinenheizung basierend auf Motorheizungs- und Kabinenheizungsbedarf verwendet werden.
  • Das Motorsystem kann in dem dritten Betriebsmodus (wie vorstehend beschrieben) als Reaktion auf einen bedarf für AGR und keinen Bedarf für Motor- oder Kabinenheizung betrieben werden. Durch Bereitstellen von kühlerer AGR als Reaktion auf einen Verdünnungsbedarf können Kraftstoffeffizienz und Emissionsqualität verbessert werden.
  • Das Motorsystem kann in dem dritten Betriebsmodus betrieben werden, wenn ein Bedarf für Abgaswärmerückgewinnung besteht, wenn ein erster Kraftstoffeffizienzfaktor, der basierend auf einem Kraftstoffeffizienzvorteil durch gleichzeitiges Bereitstellen von teilweise gekühlter AGR und Abgaswärmerückgewinnung geschätzt ist, kleiner als ein zweiter Kraftstoffeffizienzfaktor ist, der basierend auf dem Kraftstoffeffizienzvorteil geschätzt ist, der durch Bereitstellen von gekühlter AGR ohne zusätzliche Abgaswärmerückgewinnung (neben Wärme, die durch Kühlen der AGR zurückgewonnen wird) erreicht wird. Wenn es abgeleitet wird, dass der zweite Kraftstoffeffizienzfaktor höher als der erste Effizienzfaktor ist, kann das Motorsystem in dem dritten Modus betrieben werden, um gekühlte AGR bereitzustellen, während der Bedarf an Motor- und Kabinenheizung niedriger ist und im Wesentlichen unter Verwendung der Wärme, die von der AGR-Kühlung zurückgewonnen wird, erfüllt werden kann. Das Verhältnis des ersten Teils des Abgases (bereitgestellt als AGR) zu dem zweiten Teil des Abgases (ohne Kühlung direkt an das Endrohr geleitet) kann basierend auf der gewünschten AGR-Menge bestimmt werden, die ferner auf Motorbetriebsbedingungen wie etwa Motorlast, Motordrehzahl, Motortemperatur etc. basiert. In einem Beispiel kann die Steuerung die AGR-Menge über eine Bestimmung, die Parameter wie Motorlast, Motordrehzahl, Motortemperatur etc. direkt berücksichtigt, bestimmen. In einem anderen Beispiel kann die Steuerung das AGR-Niveau basierend auf einer Berechnung unter Verwendung einer Lookup-Tabelle bestimmen, wobei die Eingabe eines oder mehrere von Motorlast, Motordrehzahl, Motortemperatur etc. ist und der Ausgang die AGR-Menge ist.
  • Basierend auf dem bestimmten Verhältnis kann die Öffnung des AGR-Ventils 52 geregelt werden, um zuzulassen, dass die gewünschte Abgasmenge in den Bypasskanal 174 und den AGR-Abgabekanal 180 eintritt.
  • 1D zeigt eine schematische Ansicht 160 des Betriebs des Motorsystems 100 in einem vierten Betriebsmodus. Zuvor in 1A vorgestellte Komponenten sind ähnlich nummeriert und werden nicht erneut vorgestellt.
  • Der vierte Betriebsmodus stellt eine vierte Einstellung des Umleitventils 175 und des AGR-Ventils 52 dar, die Abgasstromsteuerung ermöglicht. In dem vierten Betriebsmodus kann sich das Umleitventil 175 in einer zweiten Position befinden, und das AGR-Ventil 52 kann sich in der geschlossenen Position befinden. In dem vierten Betriebsmodus kann aufgrund der zweiten (vollständig geschlossenen) Position des Umleitventils 175 und der geschlossenen Position des AGR-Ventils das gesamte Abgasvolumen, das aus der zweiten Emissionssteuervorrichtung 173 austritt, nicht in den Bypasskanal 174 eintreten und kann über den Schalldämpfer 172 direkt zu dem Endrohr 35 strömen. In diesem Betriebsmodus liegt kein Abgasstrom durch den Wärmetauscher 176 und keine Abgaswärmerückgewinnung vor.
  • Das Motorsystem kann während Motorlastbedingungen über einem Schwellenwert und nachdem das Aufwärmen des Motors und der Fahrgastkabine erreicht ist in dem vierten Betriebsmodus (wie vorstehend beschrieben) betrieben werden. Während dieser Motorlastbedingungen über einem Schwellenwert kann ein höherer Motorleistungsausgang gewünscht sein und AGR kann für den Motorbetrieb nicht gefordert sein. Da das Erwärmen des Motors und der Fahrgastkabine erreicht wurde, kann eine weitere Abgaswärmerückgewinnung auch nicht mehr gewünscht sein.
  • Auf diese Weise kann eine Motorsteuerung zwischen dem ersten, zweiten, dritten und vierten Betriebsmodus des Motorabgassystems basierend auf jedem von Motortemperatur, Motorlast und einem Kraftstoffeffizienzfaktor wählen. Zum Beispiel kann der erste Modus während einer Motortemperatur unter einem Schwellenwert (wie etwa während einer Kaltstartbedingung) gewählt werden. Nach dem Erreichen des Anspringens des Katalysators und während Motorbetrieb mit einer Motorlast unter einem Schwellenwert kann ein erster Kraftstoffeffizienzfaktor basierend auf Kraftstoffeffizienzvorteilen, die durch Betreiben des Motorabgassystems in dem zweiten Modus erreicht werden, geschätzt werden, und ein zweiter Kraftstoffeffizienzfaktor kann basierend auf Kraftstoffeffizienzvorteilen, die durch Betreiben des Motorabgassystems in dem dritten Modus erreicht werden, geschätzt werden. Der erste Kraftstoffeffizienzfaktor kann mit dem zweiten Kraftstoffeffizienzfaktor verglichen werden, und der höhere der beiden Kraftstoffeffizienzfaktoren kann gewählt werden. Der vierte Modus kann nach dem Anspringen des Katalysators als Reaktion auf den Motorbetrieb mit einer Motorlast über einem Schwellenwert gewählt werden.
  • Die vier Beispielbetriebsmodi des Motorabgassystems aus 1A-1D werden in 5 tabellarisch dargestellt. Zeile 502 aus Tabelle 500 zeigt Einstellungen entsprechend dem Betrieb des Motorabgassystems in dem ersten Modus wie in 1A beschrieben, Zeile 504 zeigt Einstellungen entsprechend dem Betrieb des Motorabgassystems in dem zweiten Modus wie in 1B beschrieben, Zeile 506 zeigt Einstellungen entsprechend dem Betrieb des Motorabgassystems in dem dritten Modus wie in 1C beschrieben und Zeile 508 zeigt Einstellungen entsprechend dem Betrieb des Motorabgassystems in dem vierten Modus wie in 1D beschrieben.
  • 2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform 200 eines Kühlmittelsystems 5 bei einem Kraftfahrzeug 6. Das Kühlmittelsystem 5 zirkuliert Motorkühlmittel durch einen inneren Verbrennungsmotor 10 und verteilt zurückgewonnene Wärme von einem Abgaswärmetauscher 54 über eine Kühlmittelleitung 84 zu einem inneren Verbrennungsmotor 10. Das Kühlmittelsystem 5 zirkuliert Motorkühlmittel von dem Verbrennungsmotor 10 über eine Kühlmittelleitung 89 zu einem Heizkern 90 und auch über eine Kühlmittelleitung 82 zu einem Radiator 80 und/oder einer Radiatorbypassleitung 87. Kühlmittelstrom, der den Radiator 80 über die Kühlmittelleitung 82 verlässt, und Kühlmittelstrom, der den Radiator über die Kühlmittelleitung 87 umgeht, können an einem Thermostatventil 38, das die Stromteilung zwischen Radiator 80 und Radiatorbypassleitung 87 steuert, zusammenfließen. In einem Beispiel kann das Kühlmittelsystem 5 das Kühlmittelsystem 155 sein und der Abgaswärmetauscher 54 kann der Wärmetauscher 176 in 1A-1D sein.
  • Insbesondere zeigt 2 das Kühlmittelsystem 5 gekoppelt an den Motor 10 und das Zirkulieren des Motorkühlmittels aus dem Motor 10, durch den Abgaswärmetauscher 54, und zu dem Radiator 80 und/oder der Radiatorbypassleitung 87 über eine motorbetriebene (oder elektrische) Wasserpumpe 86, und zurück zum Motor 10. Eine erste Kühlmittelleitung 84 kann den Motor an den Wärmetauscher 54 koppeln. Kühlmittel aus dem Wärmetauscher 54 kann zu dem Motor 10 über den ersten Kühlmittelkreis 84 zirkulieren. Die Wasserpumpe 86 kann an den Motor über Frontend-Nebenaggregatantrieb (FEAD) 37 gekoppelt sein und proportional zur Motordrehzahl über Riemen, Kette etc. gedreht werden. Insbesondere zirkuliert die Wasserpumpe 86 Kühlmittel durch Kanäle in dem Motorblock, Kopf etc., um Motorwärme zu absorbieren, die dann über den Radiator 80 gemäß Regelung durch das Thermostatventil 38 an die Umgebungsluft übertragen wird. In einem Beispiel, in dem die Pumpe 86 eine Kreiselpumpe ist, kann der erzeugte Druck (und resultierende Durchfluss) proportional zu der Kurbelwellendrehzahl sein, die direkt proportional zu der Motordrehzahl sein kann. Die Temperatur des Kühlmittels kann durch ein Thermostatventil 38 reguliert werden, das geschlossen gehalten werden kann, bis das Kühlmittel eine Schwellentemperatur erreicht, wodurch die Wärmeübertragung vom Radiator 80 in die Umgebungsluft im geschlossenen Zustand reduziert wird.
  • Nach dem Strömen durch den Motor 10 kann das Kühlmittel den Motor über eine Kühlmittelleitung 89 verlassen und das erwärmte Motorkühlmittel kann dann zum Heizkern 90 strömen. Nach dem Zirkulieren durch den Heizkern 90 kehrt das Kühlmittel über die Kühlmittelleitung 89 zu dem Motor zurück. Kühlmittel, das den Motor über die Kühlmittelleitung 82 verlässt, kann durch den Radiator 80 oder durch die Radiatorbypassleitung 87 strömen, so wie über das Thermostatventil 38 geregelt, wobei der Strom bei Bedingungen, wenn die Motortemperatur (Kühlmitteltemperatur) unter einer Schwellentemperatur liegt, durch die Radiatorbypassleitung 87 geleitet wird.
  • Ein Lüfter 93 kann an den Radiator 80 gekoppelt sein, um den Luftstrom durch den Radiator 80 wie erforderlich zu erhöhen, um Kühlmitteltemperaturen unter einem gewünschten Schwellenwert zu halten. In einigen Beispielen kann die Lüfterdrehzahl direkt durch die Motorsteuerung gesteuert werden. Alternativ kann der Lüfter 93 an den Motor gekoppelt und durch diesen direkt angetrieben sein.
  • Der Abgaswärmetauscher 54 kann dazu verwendet werden, während Kaltstartbedingungen und wenn Motor- und/oder Kabinenheizung gewünscht sein kann, Wärme aus Abgas zu entnehmen. In einem Beispiel kann ein Motorkühlmittel durch den Wärmetauscher 54 zirkulieren, Wärme aus Abgas kann auf das Motorkühlmittel übertragen werden und dann kann das erwärmte Kühlmittel (erwärmt mit der entnommenen Abgaswärme) über den ersten Kühlmittelkreis 84 durch den Motor 10 geleitet werden. Kühlmittel kann dann über die Kühlmittelleitung 89 durch den Heizkern 90 zirkulieren. Wärme aus dem Motorkühlmittel kann auf den Motor 10 und/oder den Heizkern 90 übertragen werden und der Motor 10 (einschließlich Zylinderwänden und Kolben) und die Fahrgastkabine 4 können unter Verwendung der aus dem Motorkühlmittel abgezogenen Wärme erwärmt werden. Nach dem Strömen durch den Heizkern kehrt das Kühlmittel über die Kühlmittelleitung 89 zu dem Motor 10 zurück. Kühlmittel, das den Motor über die Kühlmittelleitung 82 verlässt, kann durch den Radiator 80 und/oder die Radiatorbypassleitung 87 strömen. Nach dem Strömen durch den Radiator 80 kehrt das Kühlmittel über das Thermostatventil 38 zu dem Motor 10 zurück, während das Kühlmittel, das den Radiator über die Radiatorbypassleitung 87 umgeht, ebenfalls über das Thermostatventil 38 zu dem Motor 10 zurückkehrt.
  • Das System 50 zur Abgasrückführung (AGR) kann einen gewünschten Teil des Abgases aus dem Abgaskrümmer 48 über den Abgaswärmetauscher 54 und den AGR-Kanal 59 zu dem Ansaugkrümmer 44 leiten. Während der AGR-Abgabe kann der Abgaswärmetauscher 54 als ein AGR-Kühler verwendet werden und die an den Ansaugkrümmer abgegebene AGR kann an dem Abgaswärmetauscher 54 gekühlt werden. Nach dem Kühlen des AGR kann das Kühlmittel zu dem Motor 10 und dann zu dem Heizkern 90, der Radiatorbypassleitung 87 und/oder dem Radiator 80 geleitet werden. Während Bedingungen, bei denen Motorheizung und/oder Fahrgastkabinenheizung gewünscht ist, kann die Abgaswärme dazu verwendet werden, Motortemperatur und Temperatur der Fahrgastkabine 4 über Wärme, die über den Wärmetauscher 54 wie vorstehend beschrieben auf das Kühlmittel übertragen wird, zu erhöhen. Die an dem Ansaugkrümmer 44 bereitgestellte Menge der AGR kann durch die Steuerung 12 über ein AGR-Ventil 51 variiert werden. Ferner kann ein AGR-Sensor (nicht gezeigt) im Inneren des AGR-Kanals 59 angeordnet sein und eine Angabe von einem oder mehreren von Druck, Temperatur und Konzentration des Abgases bereitstellen.
  • Auf diese Weise stellen die Systeme aus den 1A-1D und 2 ein Motorsystem bereit, das Folgendes umfasst: einen Motoransaugkrümmer, ein Motorabgassystem mit einem Abgaskanal und einem Bypasskanal, der Abgaskanal umfassend einen Abgasfeuchtigkeitssensor, einen Abgastemperatursensor, einen Abgasdrucksensor, einen Abgaskatalysator und einen Schalldämpfer, der Bypasskanal gekoppelt an den Abgaskanal von stromabwärts von dem Katalysator zu stromaufwärts von dem Schalldämpfer, der Bypasskanal umfassend einen Wärmetauscher, ein Kühlmittelsystem, das fluidisch an den Wärmetauscher gekoppelt ist, einen Motorblock und einen Heizkern, das Kühlmittelsystem umfassend einen Motorkühlmitteltemperatursensor, ein Umleitventil, das an den Abgaskanal gekoppelt ist und den Abgasstrom über den Bypasskanal regelt, einen AGR-Kanal mit einem AGR-Ventil zum Rückführen von Abgas aus dem Bypasskanal, stromabwärts von dem Wärmetauscher, zu dem Ansaugkrümmer, und eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die auf nichtflüchtigem Speicher für Folgendes gespeichert sind: Schätzen von Motortemperatur über den Motorkühlmitteltemperatursensor, und als Reaktion auf eine Motortemperatur unter einem Schwellenwert, Schließen des AGR-Ventils und Umschalten des Umleitventils in eine erste Position, um das Motorabgassystem in einem ersten Modus zu betreiben, sodass ein Abgasstrom von stromabwärts von dem Katalysator über den Bypasskanal und den Wärmetauscher zu dem Schalldämpfer ermöglicht wird, wobei Wärme aus dem Abgas, das durch den Wärmetauscher strömt, auf das Kühlmittelsystem übertragen wird und basierend auf einem Motorheizbedarf und einem Fahrgastkabinenheizbedarf die Wärme über den Heizkern auf den Motor und/oder die Fahrgastkabine übertragen wird. Nachdem die Motortemperatur höher als die Motorschwellentemperatur ist, kann ein erster Kraftstoffeffizienzfaktor entsprechend dem Betreiben des Motorabgassystems in einem zweiten Modus geschätzt werden, ein zweiter Kraftstoffeffizienzfaktor kann entsprechend dem Betreiben des Motorabgassystems in einem dritten Modus geschätzt werden und der erste Kraftstoffeffizienzfaktor kann mit dem zweiten Kraftstoffeffizienzfaktor verglichen werden. Als Reaktion darauf, dass der erste Kraftstoffeffizienzfaktor höher als der zweite Kraftstoffeffizienzfaktor ist, kann das AGR-Ventil aus der geschlossenen Position in die geöffnete Position übergehen, während das Umleitventil in der ersten Position bleibt, um es einem ersten Teil des Abgases zu ermöglichen, zu dem Ansaugkrümmer zu strömen, und einem zweiten Teil des Abgases zu ermöglichen, über den Wärmetauscher zu dem Schalldämpfer zu strömen, und als Reaktion darauf, dass der zweite Kraftstoffeffizienzfaktor höher als der erste Kraftstoffeffizienzfaktor ist, kann das AGR-Ventil aus der geschlossenen Position in die geöffnete Position übergehen und das Umleitventil kann aus der ersten Position in die zweite Position übergehen, um es einem dritten Teil des Abgases zu ermöglichen, über den Wärmetauscher zu dem Ansaugkrümmer zu strömen, und einem vierten Teil zu ermöglichen, zu dem Schalldämpfer zu strömen.
  • 3 veranschaulicht ein erstes beispielhaftes Verfahren 300, das umgesetzt werden kann, um Abgasstrom durch das Motorabgassystem aus 1A-1D einzustellen. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 300 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 etwa den vorstehend unter Bezugnahme auf 1A-1D beschriebenen Sensoren. Die Steuerung kann Motoraktoren des Motorsystems einsetzen, um den Motorbetrieb gemäß den nachfolgend beschriebenen Verfahren anzupassen.
  • Bei 302 beinhaltet die Routine Schätzen und/oder Messen von Motorbetriebsbedingungen. Beurteilte Bedingungen können zum Beispiel Motortemperatur, Motorlast, Motordrehzahl, Drosselposition, Abgasdruck, Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnis etc. beinhalten.
  • Bei 304 beinhaltet die Routine das Bestätigen einer Motorkaltstartbedingung. Eine Motorkaltstartbedingung kann bestätigt werden, wenn der Motor nach einem längeren Zeitraum der Inaktivität des Motors gestartet wird, wenn die Motortemperatur niedriger ist als ein Schwellenwert (wie etwa unterhalb einer Temperatur für das Abgas-Katalysatoranspringen) und während Umgebungstemperaturen unterhalb eines Schwellenwerts liegen. Während Kaltstartbedingungen kann beschleunigtes Motorheizen gewünscht sein, um Kaltstartemissionen zu reduzieren. Zusätzlich kann Fahrgastkabinenheizen durch einen Fahrzeugführer gewünscht sein. Ferner kann während eines Motorkaltstarts Abgasrückführung (AGR) nicht gewünscht sein.
  • Wenn Motorkaltstartbedingungen bestätigt sind, geht die Routine zu 306 über, um das Motorabgassystem in dem ersten Betriebsmodus zu betreiben. Das Betreiben in dem ersten Modus, wie in Bezug auf 1A beschrieben, beinhaltet bei 307 Betätigen des AGR-Ventils (wie etwa AGR-Ventil 52 in 1A) in eine geschlossene Position und bei 308 Umschalten des Umleitventils (wie etwa Umleitventil 175 in 1A), das an eine Verbindungsstelle des Bypasskanals (wie etwa Bypasskanal 174 in 1A) und den Hauptabgaskanal gekoppelt ist, in eine erste Position (hier auch bezeichnet als vollständig geöffnete Umleitventilposition), die den Abgasstrom in den Bypasskanal umleitet.
  • Aufgrund der ersten Position des Umleitventils kann, bei 309, das gesamte Volumen von Abgas, das den Katalysator verlässt, aus dem Hauptabgaskanal in den Bypasskanal eintreten und durch einen Wärmetauscher (wie etwa Wärmetauscher 176 in 1A), der in dem Bypasskanal untergebracht ist, strömen. Aufgrund der geschlossenen Position des AGR-Ventils kann Abgasstrom von dem Abgaskanal zu dem Motoransaugkrümmer über den AGR-Kanal deaktiviert sein. Daher kann das Abgas nach dem Durchlaufen des Wärmetauschers über das Umleitventil zu dem Hauptabgaskanal stromaufwärts von einem Schalldämpfer zurückkehren.
  • Bei 312 kann Abgaswärme während Abgasstrom durch den Wärmetauscher an dem Wärmetauscher zurückgewonnen werden. Insbesondere kann Wärme aus dem Abgas auf ein Kühlmittel übertragen werden, das durch den Wärmetauscher zirkuliert. Durch Übertragen der Wärme aus dem Abgas auf das Kühlmittel an einer Stelle stromabwärts von dem Abgaskatalysator kann ein Großteil der Abgaswärme dazu verwendet werden, den Abgaskatalysator zu erwärmen (und dadurch anzuschalten), während die nach dem Heizen des Abgaskatalysators verbleibende Abgaswärme vorteilhafterweise dazu verwendet werden kann, das Heizen des Motors zu beschleunigen. Insbesondere kann die verbleibende Abgaswärme dazu verwendet werden, das Kühlmittel, das durch den Wärmetauscher zirkuliert, zu erwärmen, und das erwärmte Kühlmittel kann dann durch den Motor und/oder durch einen Heizkern zirkulieren, sodass die Wärme zum Heizen von anderen Komponenten des Fahrzeugsystems genutzt werden kann. Wenn zum Beispiel Kabinenheizung durch den Fahrzeugführer gefordert wird, weil die Fahrzeugkabinentemperatur unter einer gewünschten Temperatur bei dem Kaltstart ist, kann erwärmtes Kühlmittel durch den Heizkern zirkulieren und Kabinenheizung kann bereitgestellt werden. Demnach kann auf Grundlage von Kabinenwärmebedarf, wie von einem Fahrzeugführer gefordert (z. B. auf Grundlage einer Kabinentemperatureinstellung), Wärme von dem Heizkern auf die Kabine übertragen werden. Zum Beispiel kann Luft über den Heizkern in die Kabine gesaugt werden, wodurch eine Erwärmung der Kabine ermöglicht werden. Das erwärmte Kühlmittel kann außerdem zu einem Motorblock und einem Zylinderkopf zirkulieren, um die Motortemperaturen anzuheben, wodurch die Motorleistung bei kalten Bedingungen verbessert wird.
  • Wenn ermittelt wird, dass Kaltstartbedingungen nicht vorliegen, schließt die Routine bei 314 das Ermitteln ein, ob AGR für den Motorbetrieb gefordert ist. AGR kann gewünscht sein, nachdem der/die Abgaskatalysator(en) dessen/deren entsprechende(n) Anspringtemperatur(en) erreicht hat/haben und optimal funktionieren. Es kann gefordert werden, dass die AGR eine gewünschte Motorverdünnung erzielt, wodurch die Kraftstoffeffizienz und Emissionsqualität verbessert werden. Eine geforderte AGR-Menge kann auf Motorbetriebsbedingungen beruhen, zu denen Motorlast, Motordrehzahl, Motortemperatur etc. gehören. Zum Beispiel kann sich die Steuerung auf eine Lookup-Tabelle beziehen, die die Motordrehzahl und -last als Eingabe aufweist und als Ausgabe ein Signal aufweist, das einem Öffnungsgrad entspricht, der auf das AGR-Ventil anzuwenden ist, wobei der Öffnungsgrad eine Verdünnungsmenge bereitstellt, die der eingegebenen Motordrehzahl/-last entspricht. In noch weiteren Beispielen kann sich die Steuerung auf ein Modell stützen, das die Änderung der Motorlast mit einer Änderung der Verdünnungsanforderung des Motors korreliert und ferner die Änderung der Verdünnungsanforderung des Motors mit einer Änderung der AGR-Anforderung korreliert.
  • Wenn zum Beispiel die Motorlast von einer Niedriglast zu einer Mittellast zunimmt, kann die AGR-Anforderung zunehmen, und wenn die Motorlast dann von einer Mittellast zu einer Hochlast zunimmt, kann die AGR-Anforderung abnehmen.
  • Wenn ermittelt wird, dass AGR für den Motorbetrieb gefordert ist (wie etwa bei niedrigen bis mittleren Lastregionen) kann bei 316 der Motorheizbedarf bestimmt werden und der Motorverdünnungsbedarf kann abgerufen werden. Wie vorstehend besprochen, bezieht sich der Motorverdünnungsbedarf auf eine AGR-Menge, die in dem Motor gefordert wird. Der Motorheizbedarf kann sich auf eine Menge von Motorheizung beziehen, die erforderlich ist, um Zylinderwände und Kolben auf einer Temperatur zu halten, bei der Kraftstoffverdampfung verbessert ist und Rußemissionen reduziert sind. Motorheizbedarf kann ferner Kabinenheizbedarf, so wie durch einen Fahrzeugführer gefordert, beinhalten. Somit wird die Motorheizung durch erwärmtes Kühlmittel bereitgestellt, das durch den Motorblock und den Heizkern zirkuliert.
  • Ein Betriebsmodus des Abgassystems kann basierend auf einem Vergleich von Kraftstoffeffizienzvorteilen aus Abgaswärmerückgewinnung und AGR-Nutzung ausgewählt werden. Während eines Bedarfs für AGR kann das Motorabgassystem entweder in dem zweiten Modus oder dem dritten Modus betrieben werden. Sowohl während des zweiten, als auch während des dritten Modus wird eine Öffnung des AGR-Ventils basierend auf dem AGR-Bedarf eingestellt, um einen ersten Teil des Abgases zu dem Motoreinlass rückzuführen, wobei während des zweiten Modus ein zweiter, verbleibender Teil des Abgases über den Wärmetauscher zu dem Endrohr strömt, und wobei während des dritten Modus der zweite Teil des Abgases unter Umgehung des Wärmetauschers direkt zu dem Endrohr strömt.
  • Wie hier ausgearbeitet, kann das Abgassystem, wenn AGR zusätzlich zu Motorheizung gefordert wird, in einem Modus betrieben werden, in dem der Wärmetauscher sowohl als ein Wärmetauscher für Abgaswärmerückführung, als auch als ein AGR-Kühler funktioniert. Darin kann, um Kraftstoffeffizienz zu verbessern, Abgaswärme zum Heizen von Fahrzeugkomponenten abgerufen werden, während gleichzeitig teilweise gekühltes Abgas für Motorbetrieb rückgeführt wird, während das Abgassystem in einem kombinierten Abgaswärmerückgewinnungs- und AGR-Modus (zweiter Modus) arbeitet. Während des kombinierten Abgaswärmerückgewinnungs- und AGR-Modus kann das Abgas aufgrund des großen Volumens von Abgas, das durch den Wärmetauscher strömt, vor der Bereitstellung an den Motoransaugkrümmer nicht vollständig gekühlt werden, was zu einer teilweise gekühlten AGR führt. Während Bedingungen, bei denen AGR gefordert ist, selbst wenn Motorheizung nicht explizit gefordert ist (wie etwa wenn der Motor ausreichend warm ist), kann die Steuerung die Effizienz des Bereitstellens der AGR als eine kühlere AGR ohne gleichzeitige Abgaswärmerückgewinnung oder als eine teilweise gekühlte AGR mit gleichzeitiger Abgaswärmerückgewinnung vergleichen. Als ein Beispiel kann eine teilweise gekühlte AGR während Bedingungen geeignet sein, bei denen Ladungsheizen gewünscht ist (für Verbrennung), um Motorleistung und Emissionsniveau zu verbessern, wie etwa, wenn der Motor ein höheres Verhältnis von Saugrohreinspritzung von Kraftstoff zu Direkteinspritzung von Kraftstoff verwendet. Als ein weiteres Beispiel kann eine teilweise gekühlte AGR während einer Umgebungsfeuchtigkeitsbedingung über einem Schwellenwert geeignet sein, sodass Kondensatbildung an dem Wärmetauscher reduziert werden kann. Alternativ, wenn die Kraftstoffeffizienz beim Bereitstellen der gekühlten AGR höher ist, kann die AGR durch Betreiben des Abgassystems in einem Nur-AGR-Modus (dritter Modus), wobei gekühlte AGR an den Ansaugkrümmer abgegeben wird, bereitgestellt werden. Während des Betreibens in dem dritten Modus kann Abgaswärme, die durch das Kühlmittel während AGR-Kühlung zurückgewonnen wird, auch für Motor- und/oder Kabinenheizung verwendet werden. In einem Beispiel beinhaltet der Betrieb in dem zweiten Modus Betreiben mit einer höheren Menge von Saugrohreinspritzung relativ zu Direkteinspritzung, und der Betrieb in dem dritten Modus beinhaltet Betreiben mit einer geringeren Menge von Saugrohreinspritzung relativ zu Direkteinspritzung. Die Temperatur der AGR, die zu einem Motoreinlass während des zweiten Modus rückgeführt wird, ist höher als die Temperatur der AGR, die zu dem Motoreinlass während des dritten Modus rückgeführt wird. Somit kann der zweite Modus ausgewählt werden, wenn der AGR-Bedarf bei einer niedrigeren Motortemperatur empfangen wird, und der dritte Modus kann ausgewählt werden, wenn der AGR-Bedarf bei einer höheren Motortemperatur empfangen wird. Während des zweiten Modus kann ein Kühlmittel durch den Wärmetauscher zirkulieren und Wärme von jedem von dem ersten Teil und dem zweiten Teil des Abgases kann auf das Kühlmittel übertragen werden und Wärme von dem Kühlmittel kann an einen Motorblock basierend auf dem Motorheizbedarf übertragen werden; und während des dritten Modus kann das Kühlmittel durch den Wärmetauscher zirkulieren und Wärme nur von dem ersten Teil des Abgases kann auf das Kühlmittel übertragen werden und Wärme von dem Kühlmittel kann auch an den Motorblock übertragen werden.
  • Ein erster Kraftstoffeffizienzfaktor kann basierend auf einem Kraftstoffeffizienzvorteil vom Bereitstellen von kühlerer AGR mit geringerer Abgaswärmerückgewinnung geschätzt werden. Ein zweiter Kraftstoffeffizienzfaktor kann basierend auf einem Kraftstoffeffizienzvorteil vom Bereitstellen von teilweise gekühlter AGR und einer höheren Abgaswärmerückgewinnung (zur Verwendung für Motorheizung, Fahrgastkabinenheizung etc.) geschätzt werden. Da in dem zweiten Modus eine höhere Menge von Abgas durch den Wärmetauscher strömt, ist die Abgaswärmerückgewinnung höher im Vergleich zu dem dritten Modus, bei dem eine kleinere Menge von Abgas (AGR) durch den Wärmetauscher strömt. Die Steuerung kann die Kraftstoffeffizienzfaktoren über eine Bestimmung bestimmen, die direkt den Kraftstoffeffizienzvorteil berücksichtigt, der von jedem von AGR und Abgaswärmerückgewinnung erreicht wird. Die Steuerung kann alternativ die Kraftstoffeffizienzfaktoren basierend auf einer Berechnung unter Verwendung einer Lookup-Tabelle bestimmen, wobei die Eingabe die Kraftstoffeffizienzvorteile sind, die von jedem von AGR und Abgaswärmerückgewinnung erreicht werden, und die Ausgabe der Kraftstoffeffizienzfaktor ist.
  • Der erste und der zweite Kraftstoffeffizienzfaktor können verglichen werden und der Betriebsmodus mit dem höheren Effizienzfaktor kann ausgewählt werden. Als ein Beispiel kann die Steuerung eine logische Bestimmung (z. B. hinsichtlich der Bestimmung des Betriebsmodus) basierend auf Logikregeln vornehmen, die eine Funktion des Kraftstoffeffizienzfaktors sind. In einem Beispiel kann die Steuerung selbst bei Bedarf für Abgaswärmerückgewinnung, wenn es bestimmt ist, dass ein höherer Kraftstoffeffizienzvorteil durch Bereitstellen von kühlerer AGR mit geringerer Abgaswärmerückgewinnung erreicht werden kann, das Abgassystem in dem AGR-Modus betreiben, während die zurückgewonnene Wärme zusammen mit einer innewohnenden Motorwärme und einer oder mehreren ergänzenden Heizern für Motor- und/oder Fahrgastkabinenheizung verwendet wird.
  • Bei 318 beinhaltet die Routine das Bestimmen, ob kombinierte AGR und Abgaswärmerückgewinnung basierend auf Motorbetriebsbedingungen und Kraftstoffeffizienzvorteilen gewünscht ist. Kombinierte Wärmerückgewinnung und AGR können ausgewählt werden, wenn der zweite Kraftstoffeffizienzfaktor höher als der erste Kraftstoffeffizienzfaktor ist. Alternativ können kombinierte Wärmerückgewinnung und AGR ausgewählt werden, wenn ein AGR-Bedarf und ein gleichzeitiger Motorheiz- oder Kabinenheizbedarf bestehen.
  • Wenn bestimmt wird, dass sowohl AGR-Abgabe, als auch Abgaswärmerückgewinnung gewünscht ist, bewegt sich die Routine zu 320, um das Abgassystem im zweiten Betriebsmodus zu betreiben. Das Betreiben in dem zweiten Modus, so wie in Bezug auf 1B beschrieben, beinhaltet bei 321 Betätigen des AGR-Ventils in eine geöffnete Position und bei 322 Betätigen des Umleitventils in eine erste Position, wobei gleichzeitiger Abgasstrom zu dem Ansaugkrümmer (als AGR) und zu dem Endrohr über den Wärmetauscher ermöglicht ist. Ein Öffnungsgrad des AGR-Ventils wird basierend auf der gewünschten AGR-Menge eingestellt, wobei die Öffnung des AGR-Ventils zunimmt, wenn der gewünschte AGR-Menge zunimmt.
  • Aufgrund der ersten Position des Umleitventils kann, bei 324, das gesamte Volumen von Abgas aus dem Hauptabgaskanal in den Bypasskanal eintreten und durch einen Wärmetauscher strömen. Beim Verlassen des Wärmetauschers kann aufgrund der Öffnung des AGR-Ventils ein erster Teil des Abgases in den AGR-Abgabekanal eintreten, um über das AGR-Ventil an den Motoransaugkanal abgegeben zu werden, und ein zweiter Teil des Abgases kann über das Umleitventil zu dem Hauptabgaskanal zurückkehren. Nach dem erneuten Eintreten in den Hauptabgaskanal kann der zweite Teil des Abgases durch einen Schalldämpfer strömen und in die Atmosphäre austreten. Da das gesamte Volumen des Abgases durch den Wärmetauscher strömt, kann die AGR, die an den Ansaugkanal (als der erste Teil) abgegeben wird, teilweise gekühlt werden. Während des Betriebs in dem zweiten Modus kann ein Verhältnis des ersten Teils zu dem zweiten Teil auf der gewünschten AGR-Menge basieren. In einem Beispiel kann der erste Teil erhöht sein, da die gewünschte AGR-Menge zunimmt, und der zweite Teil kann entsprechend verringert sein.
  • Bei 326 kann Wärme aus dem heißen Abgas auf ein Kühlmittel übertragen werden, das durch den Wärmetauscher zirkuliert. Das erwärmte Kühlmittel kann zurück zu dem Motor für weiteres Erwärmen des Motors zirkulieren und/oder die abgerufene Wärme kann an den Heizkern zum Heizen einer Fahrgastkabine des Fahrzeugs basierend auf Kabinenheizbedarf übertragen werden.
  • Wenn es bestimmt wird (bei 318), dass kombinierte AGR und Abgaswärmerückgewinnung nicht gewünscht ist, kann abgeleitet werden, dass Abgabe von gekühlter AGR ohne Abgaswärmerückgewinnung für Motorbetriebe gewünscht sein kann und die Routine kann mit Schritt 328 fortfahren. In einem Beispiel kann Abgabe von gekühlter AGR ohne Abgaswärmerückgewinnung gewünscht sein, wenn der erste Kraftstoffeffizienzfaktor (wie in 316 geschätzt) höher als der zweite Kraftstoffeffizienzfaktor ist. In einem anderen Beispiel kann Abgabe von gekühlter AGR ohne Abgaswärmerückgewinnung während Bedingungen, wenn AGR erforderlich ist und Motorheizbedarf bereits erfüllt wird, gewünscht sein. Bei 328 kann das Abgassystem in dem dritten Betriebsmodus betrieben werden. Das Betreiben in dem dritten Modus, so wie in Bezug auf 1C beschrieben, beinhaltet bei 329 Betätigen des AGR-Ventils in eine geöffnete Position und bei 330 Betätigen des Umleitventils in eine zweite Position, um es einer gewünschten Menge von Abgasstrom zu ermöglichen, von dem Hauptabgaskanal über den Wärmetauscher zu dem Ansaugkanal zu strömen. Ein Öffnungsgrad des AGR-Ventils kann basierend auf der gewünschten AGR-Menge eingestellt werden.
  • Aufgrund der zweiten Position des Umleitventils kann, bei 330, ein erster Teil des Abgases aus dem Hauptabgaskanal in den Bypasskanal eintreten und durch den Wärmetauscher strömen, kann aber nicht über das Umleitventil zu dem Hauptabgaskanal zurückkehren. Beim Verlassen des Wärmetauschers kann aufgrund der Öffnung des AGR-Ventils der erste Teil des Abgases in den AGR-Abgabekanal eintreten, um über das AGR-Ventil an den Motoransaugkanal abgegeben zu werden. Ein zweiter (verbleibender) Teil des Abgases kann nicht in den Bypasskanal eintreten, sondern kann über den Hauptabgaskanal direkt zu dem Endrohr strömen. Die AGR, die an den Ansaugkanal abgegeben wird, kann an dem Wärmetauscher gekühlt sein. Da nur ein Bruchteil des Abgasstroms in diesem Modus durch den Wärmetauscher strömt, wird das Abgas in einem größeren Maße abgekühlt, was zu einem kühleren AGR führt. Die Wärme, die aus der AGR, die durch den Wärmetauscher strömt, zurückgewonnen wird, kann zur Motorheizung und/oder Kabinenheizung basierend auf Motorheizungs- und Kabinenheizungsbedarf verwendet werden. Das Verhältnis des ersten Teils des Abgases (als AGR abgegeben) zu dem zweiten Teil des Abgases (ohne Kühlung direkt zu dem Endrohr geführt) kann auf Grundlage des AGR-Bedarfs bestimmt werden. Basierend auf dem bestimmten Verhältnis kann die Öffnung des AGR-Ventils geregelt werden, um zuzulassen, dass die gewünschte Abgasmenge in den Bypasskanal und daran in den AGR-Abgabekanal eintritt.
  • Wenn es bestimmt wird (bei 314), dass AGR für den Motorbetrieb nicht gewünscht ist, kann das Abgassystem in einem von einem vierten Modus und einem ersten Modus betrieben werden. Bei 332 kann der Betriebsmodus basierend auf Motorbetriebsbedingungen, einschließlich jedem von einer Motorlast und einem Kondensatniveau in dem Wärmetauscher, ausgewählt werden. Wenn Abgas durch den Wärmetauscher strömt, kann Wasser aus dem heißen Abgas an dem Wärmetauscher kondensieren und das Kondensat kann opportunistisch entleert werden, sodass Wasser nicht in den Motor aufgenommen wird, was zu Verbrennungsinstabilität führt. In einem Beispiel, wenn das Kondensatniveau über einem Schwellenniveau ist, wird der erste Modus ausgewählt, um schnelles Entleeren von Kondensat in das Endrohr zu ermöglichen. Andernfalls, wenn die Motorlast höher als eine Schwellenmotorlast ist, wird ein vierter Modus ausgewählt, selbst wenn das Kondensatniveau unter einem Schwellenwert ist. Details der Auswahl des Betriebsmodus des Abgassystems sind weiter in 4 besprochen.
  • 4 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren 400, das umgesetzt werden kann, um Abgasstrom durch das Motorabgassystem aus 1A-1D weiter einzustellen. Das Verfahren 400 ist eine Fortsetzung von Verfahren 300 aus 3 und kann bei Schritt 332 aus 3 ausgeführt werden.
  • Bei 402 kann Motorlast basierend auf dem Fahrerbedarf geschätzt werden. Der Fahrerbedarf kann auf Grundlage einer Eingabe vom Pedalpositionssensor bestimmt werden. Ein einem Beispiel kann die Steuerung die Motorlast durch eine Bestimmung schätzen, bei der ein bestimmter Fahrerbedarf direkt berücksichtigt wird, wie etwa Zunehmen der Motorlast bei zunehmendem Fahrerbedarf. Die Steuerung kann die Motorlast alternativ basierend auf einer Berechnung unter Verwendung einer Lookup-Tabelle schätzen, wobei die Eingabe die Pedalposition und die Ausgabe die Motorlast ist. Bei 404 beinhaltet die Routine das Bestimmen, ob die aktuelle Motorlast über einer Schwellenwertlast liegt. Die Schwellenmotorlast kann der Last entsprechen, über der eine höhere Motorleistung gewünscht ist und Abgasrückführung (AGR) nicht erforderlich sein kann. Bei höheren Motorlasten kann der Motorverdünnungsbedarf niedriger sein. Während dieser Bedingungen kann AGR-Abgabe zu Verbrennungsinstabilität und verringerter Motorleistung führen.
  • Wenn ermittelt wird, dass der Motorlast höher als die Schwellenlast ist, kann das Abgassystem bei 406 in einem vierten dritten Betriebsmodus betrieben werden. Das Betreiben in dem vierten Modus, so wie in Bezug auf 1D beschrieben, beinhaltet bei 407 Betätigen des AGR-Ventils in eine vollständig geschlossene Position und bei 408 Betätigen des Umleitventils in die zweite Position, wo direkter Abgasstrom über den Hauptabgaskanal ermöglicht wird.
  • Aufgrund der zweiten Position des Umleitventils und der geschlossenen Position des AGR-Ventils kann das Abgas, das durch den Abgaskanal strömt, nicht in den Bypasskanal eintreten und kann über den Schalldämpfer direkt zu dem Endrohr strömen. In diesem Betriebsmodus liegt kein Abgasstrom durch den Wärmetauscher vor, und es kann keine Abgaswärme zurückgewonnen werden. AGR wird auch nicht abgegeben, während das Abgassystem in diesem vierten Modus betrieben wird.
  • Wenn bestimmt wird, dass die Motorlast unter der Schwellenmotorlast ist, kann bei 412 das Niveau des Kondensats, das sich in dem Wärmetauscher angesammelt hat, geschätzt werden. Das Kondensatniveau in einer bestimmten Kondensatsammelregion in dem AGR-Abgabekanal kann auch geschätzt werden. In einem Beispiel kann das Kondensatniveau durch die Steuerung basierend auf Eingaben von Abgassystemsensoren, darunter Feuchtigkeits-, Temperatur- und Drucksensoren, wie etwa durch Verwenden eines Modells oder Algorithmus, der die Sensoreingaben als Eingabeparameter verwendet, direkt geschätzt werden. In einem anderen Beispiel kann das Kondensatniveau unter Verwendung einer Lookup-Tabelle bestimmt werden, wobei Feuchtigkeit des Abgassystems, Abgastemperatur und Abgasdruck als Eingabe verwendet werden können und das Kondensatniveau die Ausgabe sein kann. Somit kann das Kondensatniveau am Wärmetauscher bei einer Zunahme der Umgebungsfeuchtigkeit, einer Verringerung der Abgastemperatur und einer Verringerung des Abgasdrucks an dem Wärmetauscher zunehmen. In noch einem anderen Beispiel kann eine Schätzung der Rate von Kondensatbildung basierend auf der Abgasstromrate und der Kühlmitteltemperatur an dem Wärmetauscher bestimmt werden und ein Kondensatniveau kann aus der Rate der Kondensatbildung berechnet werden. Das Kondensatniveau kann bei einer Zunahme der Rate von Kondensatbildung, die wiederum durch eine Zunahme der Abgasstromrate und eine Verringerung der Kühlmitteltemperatur verursacht wird, zunehmen.
  • Bei 414 beinhaltet die Routine das Bestimmen, ob das Kondensatniveau höher als ein Schwellenkondensatniveau ist. Das Schwellenkondensatniveau kann einem Niveau entsprechen, über dem Wasser in die Brennkammer eindringen kann und Fehlzündungen und Verbrennungsinstabilität verursacht. Wenn es bestimmt wird, dass das Kondensatniveau in dem Wärmetauscher höher als der Schwellenwert ist, kann bei 414 das Abgassystem in dem ersten Modus betrieben werden, wobei das Umleitventil in der ersten Position ist, bei der Abgasstrom durch den Wärmetauscher ermöglicht wird, und das AGR-Ventil geschlossen ist. Aufgrund der Position der Ventile kann das gesamte Volumen von heißem Abgas in den Bypasskanal eintreten und durch einen Wärmetauscher strömen. Wenn Abgas durch den Wärmetauscher strömt, kann das heiße Abgas das angesammelte Kondensat über das Endrohr in die Atmosphäre entleeren. Das Abgassystem kann in diesem Modus betrieben werden, bis das Kondensatniveau in dem Wärmetauscher unter den Schwellenwert sinkt.
  • Alternativ kann das Kondensat opportunistisch entleert werden, wenn der Motor ohne Kraftstoff betrieben wird, wie etwa während eines Ereignisses mit Kraftstoffabschaltung des Motors beim Abbremsen oder einem elektrischen Betriebsmodus, wenn das Fahrzeug ein Hybridfahrzeug ist. Darin kann die Steuerung das AGR-Ventil vollständig öffnen, um das Kondensat in den Motoransaugkrümmer zu leiten, und das Kondensat kann bei Eintreten in den warmen Motor verdampfen. Dieses Verfahren des Entleerens in den Motoransaugkrümmer kann bei der Bestätigung, dass der Motor warm ist und die Motorlast unter der Schwellenwertlast liegt, durchgeführt werden. Die Schätzung des Kondensatniveaus an dem Wärmetauscher, gefolgt von dem Entleerungsprozess (wie erforderlich) kann während der Dauer des Motorbetriebs durchgeführt werden, um die Möglichkeit zu reduzieren, dass Kondensat während des Motorbetriebs mit Kraftstoff in den Motoransaugkrümmer eintritt.
  • Wenn bei 414 bestimmt wird, dass das Kondensatniveau des Wärmetauschers unter dem Schwellenwertniveau ist, kann die Routine mit Schritt 406 fortfahren, um das Abgassystem in dem vierten Modus zu betreiben. In dem vierten Modus kann Abgas nicht in den Bypasskanal eintreten und kann direkt zu dem Endrohr strömen.
  • Auf diese Weise kann während eines Motorkaltstarts ein Motorabgassystem in einem ersten Modus durch Schließen eines Abgasrückführungs- (AGR-) Ventils und Betätigen eines Umleitventils in eine erste Position betrieben werden, um Abgasstrom über einen Wärmetauscher in einem Bypasskanal zu einem Endrohr zu ermöglichen; Wärme aus dem Abgas kann auf ein Kühlmittel übertragen werden, das durch den Wärmetauscher zirkuliert; und das Kühlmittel kann durch den Motor und einen Heizkern zirkulieren, um eines oder mehrere von Motortemperatur und Fahrzeugkabinentemperatur zu erhöhen; und nach dem Anspringen des Katalysators, kann einer von einem zweiten Betriebsmodus mit geöffnetem AGR-Ventil und dem Umleitventil in der ersten Position und einem dritten Betriebsmodus mit geöffnetem AGR-Ventil und dem Umleitventil in einer zweiten Position ausgewählt werden, wobei das Auswählen auf dem AGR-Bedarf relativ zu dem Motor- und Kabinenheizbedarf basiert.
  • 6 zeigt eine Beispielbetriebssequenz 600, die den Betrieb des Motorabgassystems aus 1A-1D veranschaulicht. Der Abgasstrom durch den Bypasskanal kann basierend auf Motorbetriebsbedingungen und Abgasrückführungs- (AGR-) Bedarf relativ zum Heizbedarf bestimmt werden. Die horizontale (x-Achse) kennzeichnet die Zeit und die vertikalen Markierungen t1-t6 kennzeichnen wichtige Zeitpunkte beim Betrieb des Motorabgassystems.
  • Der erste Verlauf, Linie 602, zeigt Variation der Motorlast im Laufe der Zeit. Die gestrichelte Linie 603 bezeichnet eine Schwellenmotorlast. Der zweite Verlauf, Linie 604, zeigt Änderungen der Motortemperatur, wie sie über einen Motorkühlmitteltemperatursensor im Laufe der Zeit geschätzt ist. Der dritte Verlauf, Linie 606, zeigt Fahrgastkabinentemperatur, wie sie über einen Temperatursensor, der an die Fahrgastkabine gekoppelt ist, geschätzt ist. Der vierte Verlauf, Linie 608, zeigt AGR, abgegeben an den Motor für eine gewünschte Leistung bei der Verbrennung und Emissionsregelung. Die gestrichelte Linie 609 zeigt ein gewünschtes AGR-Niveau, wie es basierend auf Faktoren umfassend Motorlast, Motordrehzahl, Motortemperatur, Wärmetauscherkondensatniveau etc. geschätzt ist. Der fünfte Verlauf, Linie 610, zeigt ein Niveau von Kondensat, das sich in dem Wärmetauscher des Abgassystems angesammelt hat. Die gestrichelte Linie 611 zeigt ein Schwellenwertniveau von Kondensat. über dem Entleeren des Kondensats erforderlich ist, um Stabilität der Motorverbrennung aufrechtzuerhalten. Der sechste Verlauf, Linie 612, zeigt eine Position des AGR-Ventils. Der siebente Verlauf, Linie 614, zeigt eine Position eines Umleitventils, das an eine Verbindungsstelle des Hauptabgaskanals und des Bypasskanals, stromabwärts von einem Wärmetauscher, gekoppelt ist.
  • Vor dem Zeitpunkt t1 ist der Motor inaktiv und das Fahrzeug wird nicht unter Verwendung von Motordrehmoment angetrieben. Zum Zeitpunkt t1 startet der Motor als Reaktion auf eine Fahrzeugführeranfrage aus dem Ruhezustand nach einem Zeitraum von Inaktivität. Beim Motorstart kann die Motortemperatur niedriger als die Schwellenwerttemperatur 605 sein. Die Motorkaltstartbedingungen werden basierend auf der Motortemperatur unter einem Schwellenwert abgeleitet. Aufgrund der Motortemperatur unter einem Schwellenwert beim Kaltstart kann Heizen von Motorkomponenten wie etwa dem Zylinderkopf, Zylinderwänden, Kolben etc. gewünscht sein, um Kaltstartemissionen zu reduzieren. Wenn das Fahrzeug startet, kann auch Fahrgastkabinenheizung durch den Fahrzeugführer gefordert sein. Während der Motorkaltstartbedingungen kann eine AGR für den Motorbetrieb nicht gewünscht sein, demnach kann das AGR-Ventil in der geschlossenen Position gehalten werden Abgas kann nicht von dem Abgaskanal zu dem Motoransaugkrümmer strömen.
  • Als Reaktion auf die Motorkaltstartbedingung, während der Motor angelassen und mit Kraftstoff versorgt wird und die Zylinderverbrennung startet, kann das Umleitventil in eine erste Position (mehr geöffnete Position) geschaltet sein, um es zu ermöglichen, dass Abgas aus dem Hauptabgaskanal in den Bypasskanal umgeleitet wird. Abgas kann dann durch den Wärmetauscher, der an den Bypasskanal gekoppelt ist, strömen, bevor es stromaufwärts vom Schalldämpfer zu dem Hauptkanal rückgeführt wird. Nach dem Strömen durch den Wärmetauscher kann das Abgas nicht in den AGR-Abgabekanal eintreten, kann aber zu dem Hauptabgaskanal zurückkehren, um über einen Schalldämpfer und ein Endrohr in die Atmosphäre abgegeben zu werden. Wenn das Abgas durch den Wärmetauscher strömt, kann Wärme von dem Abgas an das Kühlmittel, das durch den Wärmetauscher zirkuliert, übertragen werden, was zum Erwärmen des Kühlmittels führt.
  • Als Reaktion auf den Motor-/Kabinenheizbedarf kann zwischen t1 und t2 die aus dem Abgas am Wärmetauscher zurückgewonnene Wärme dazu genutzt werden, den Heizbedarf zu erfüllen. Kühlmittel, das bei Zirkulation durch den Wärmetauscher erwärmt, kann weiter durch den Motorblock und um Zylinderwände und Kolben zirkulieren, um Motorheizung zu beschleunigen. Erwärmtes Kühlmittel kann auch durch den Fahrzeugheizkern zirkulieren, um die Kabine zu heizen.
  • Aufgrund der Abgaswärmerückgewinnung an dem Wärmetauscher und der Zirkulation des erwärmten Kühlmittels um den Motorblock kann zwischen t1 und t2 die Motortemperatur steigen. Innewohnende Wärmeerzeugung an dem Motor kann auch verursachen, dass die Motortemperatur zunimmt, während die zurückgewonnene Abgaswärme das Erwärmen des Motors beschleunigen kann. Bei t2 kann die Motortemperatur auf über die Schwellenwerttemperatur 605 zunehmen und weiteres Motorheizen kann nicht erforderlich sein. Kabinenheizen kann jedoch immer noch erforderlich sein. Aufgrund eine Änderung der Motorlast von Bedingungen mit niedriger Last zu Bedingungen mit mittlerer Last kann AGR erforderlich sein. Während dieser Zeit kann eine teilweise gekühlte AGR kraftstoffeffizienter sein. Eine teilweise gekühlte AGR kann während Bedingungen, wenn ein Luft-KraftstoffGemisch mit einer höheren Temperatur gewünscht ist (für Verbrennung), gefordert sein, um Motorleistung und Emissionsniveau zu verbessern. Als ein Beispiel kann eine teilweise gekühlte AGR während Verwendung von Saugrohreinspritzung gefordert sein. Es kann auch eine teilweise gekühlte AGR während einer Umgebungsfeuchtigkeitsbedingung über einem Schwellenwert gefordert sein, sodass Kondensatbildung an dem Wärmetauscher reduziert werden kann. Daher kann, um eine teilweise gekühlte AGR bereitzustellen und gleichzeitig Wärme aus dem Abgas für Kabinenheizung zu entnehmen, das AGR-Ventil geöffnet sein, während das Umleitventil in der ersten Position verbleibt.
  • Zwischen dem Zeitpunkt t2 und t3 kann aufgrund der Position der Ventile ein erster Teil des teilweise gekühlten Abgases zu dem Ansaugkrümmer als AGR strömen, und ein zweiter, verbleibender Teil des Abgases kann über den Wärmetauscher zu dem Endrohr strömen. Hier ist der erste Teil kleiner als der zweite Teil. Während dieser zeit kann der Wärmetauscher als ein AGR-Kühler verwendet werden und die an den Motor abgegebene AGR kann teilweise gekühlt sein. Wärme aus dem Abgas kann auf ein Kühlmittel übertragen werden, das durch den Wärmetauscher zirkuliert, und die aus dem Abgas entnommene Wärme kann weiter für Erwärmen des Motors und Erwärmen der Fahrgastkabine verwendet werden. Das Verhältnis des ersten Teils des Abgases, der zu dem Ansaugkrümmer geleitet wird, zu dem zweiten Teil des Abgases, der zurück zu dem Abgaskrümmer geleitet wird, basiert auf der Menge der geforderten Verdünnung. Die Öffnung des AGR-Ventils ist auch basierend auf der geforderten AGR-Menge eingestellt.
  • Bei Zeitpunkt t3 kann als Reaktion auf eine Verringerung der Motorlast (wie etwa aufgrund eines Loslassens des Pedals des Fahrzeugführers) eine höhere AGR-Menge gefordert sein. Als Reaktion auf das Zunehmen der geforderten AGR-Menge kann die Öffnung des AGR-Ventils zunehmen, um Strom einer höheren Menge von Abgas von dem Abgaskrümmer über den Wärmetauscher und den AGR-Abgabekanal an den Ansaugkrümmer zu ermöglichen. Dementsprechend kann die Menge an Abgas, die nach dem Durchströmen des Wärmetauschers zu dem Hauptabgaskanal zurückkehrt, reduziert sein.
  • Wenn Abgas zwischen t2 und t4 durch den Wärmetauscher strömt, kann Wasser aus dem Abgas am Wärmetauscher kondensieren und das Niveau des angesammelten Kondensats kann schrittweise zunehmen.
  • Bei Zeitpunkt t4 kann die Motorlast weiter abnehmen und eine höhere Menge von kaltem AGR kann für optimale Leistung und Emissionsqualität gewünscht sein. Zu diesem Zeitpunkt kann auch weiteres Heizen der Kabine nicht gefordert sein. Daher kann Abgaswärmerückgewinnung nicht länger gefordert sein. Die Steuerung kann berechnen, dass Strömen des gesamten Volumens des Abgases durch den Wärmetauscher weniger effizient ist als Strömen von nur einem Teil des Abgases durch den Wärmetauscher, sodass das Abgas in einem größeren Maße abgekühlt werden kann. Daher kann zwischen Zeitpunkt t4 und t5 anstatt des Strömens des gesamten Volumens des Abgases durch den Bypasskanal das Umleitventil in eine zweite Position (mehr geschlossene Position) geschaltet sein, um eine gewünschte Menge des Abgases über den Wärmetauscher zu dem Ansaugkrümmer zu strömen. Aufgrund der zweiten Position des Umleitventils kann Abgas, das in den Bypasskanal eintritt, nicht zu dem Hauptabgaskanal zurückkehren und kann über den AGR-Abgabekanal und das AGR-Ventil zu dem Ansaugkrümmer strömen. Die Öffnung des AGR-Ventils kann vergrößert sein, um Strom der höheren menge von kalter AGR zu dem Ansaugkrümmer zu ermöglichen. Das verbleibende Abgas kann geleitet werden, um direkt über das Endrohr ohne Eintreten in den Bypasskanal an die Atmosphäre abgegeben zu werden. Das Verhältnis des ersten Teils des Abgases, der in den Bypasskanal eintritt, um als AGR abgegeben zu werden, zu dem zweiten Teil des Abgases, der direkt zu dem Endrohr strömt, kann basierend auf der gewünschten AGR-Menge eingestellt sein, wobei der erste Teil bei einer Zunahme der gewünschten AGR-Menge zunimmt.
  • Bei Zeitpunkt t5 kann die Motorlast aufgrund dessen, dass ein höherer Motorleistungsausgang gefordert ist (wie etwa während einer Pedalbetätigung des Fahrzeugführers), auf über die Schwellenwertlast zunehmen. Bei der zugenommenen Motorlast kann AGR nicht länger gewünscht sein. Zu diesem Zeitpunkt liegt jede von der Motortemperatur und der Kabinentemperatur über dem jeweiligen Schwellenwert und Abgaswärmerückgewinnung kann nicht länger gefordert sein. Daher, um das Abgas direkt durch den Abgaskanal zu leiten, kann das Umleitventil in die zweite Position geschaltet sein und das AGR-Ventil kann geschlossen sein. Bei Zeitpunkt t5 kann auch das Kondensatniveau auf über das Schwellenwertniveau zunehmen und Entleeren des Kondensats, das sich am Wärmetauscher angesammelt hat, kann gewünscht sein. In Anbetracht der bevorstehenden Herunterfahranfrage für den Motor kann die Steuerung das Entleeren des Kondensats verzögern, dass es sich opportunistisch mit dem Herunterfahren des Motors überlappt. Zwischen dem Zeitpunkt t5 und t6 kann das Abgas nicht in den Bypasskanal oder den AGR-Abgabekanal eintreten und kann stattdessen über das Endrohr direkt an die Atmosphäre abgegeben werden.
  • Bei Zeitpunkt t6 kann eine Herunterfahranfrage für den Motor von dem Fahrzeugführer empfangen werden. Zu diesem Zeitpunkt kann das Kondensat, dass sich in den Wärmetauscher angesammelt hat, opportunistisch entleert werden. Um das Kondensat nach dem Abschalten der Kraftstoffzufuhr für den Motor und während sich der Motor in den Ruhezustand dreht zu entfernen, kann die Steuerung das Umleitventil in die erste Position betätigen, während das AGR-Ventil in der geschlossenen Position bleibt. Aufgrund der ersten Position des Umleitventils kann während des Herunterfahrens des Motors die gesamte Menge des heißen Abgases von dem Abgaskrümmer über den Wärmetauscher zu dem Endrohr geleitet werden, wobei das angesammelte Kondensat durch das heiße Abgas über das Endrohr in die Atmosphäre entleert werden kann. In einem Beispiel kann das Kondensat beim Kontaktieren des heißen Abgases verdampfen und der Wasserdampf kann durch den Abgasstrom entfernt werden. Durch Entfernen des angesammelten Kondensats, bevor das Herunterfahren des Motors abgeschlossen ist, kann die Möglichkeit des Gefrierens des Kondensats in dem Wärmetauscher (was zu Schäden an Komponenten des Wärmetauschers führen kann) reduziert werden. Zwischen Zeitpunkt t6 und t7 kann der Motor heruntergefahren bleiben.
  • Bei Zeitpunkt t7 wird eine Motorneustartanforderung empfangen, woraufhin der Motor aus einem Ruhezustand startet. Hier wird der Motor nach einer kürzeren Dauer seit einem letzten Herunterfahren neu gestartet, daher wird ein Motorwarmstart mit Motortemperatur über der Schwellenwerttemperatur 605 abgeleitet. Zu diesem Zeitpunkt kann Kabinenheizung durch den Fahrzeugführer gefordert sein. Daher kann das Abgas über den Wärmetauscher geleitet sein, wobei die Abgaswärme durch ein Kühlmittel entnommen werden kann, das dann durch den Heizkern zirkulieren kann, um Wärme an die Fahrgastkabine bereitzustellen. Um das Abgas durch den Wärmetauscher zu zirkulieren, kann das Umleitventil in eine erste Position betätigt sein. Während der Warmstartbedingung kann AGR für den Motorbetrieb nicht gewünscht sein und das AGR-Ventil kann in der geschlossenen Position gehalten sein. Nach Zeitpunkt t7 kann aufgrund der Position der Ventile das gesamte Volumen des Abgases in den Bypasskanal eintreten und durch den Wärmetauscher strömen und dann zu dem Hauptabgaskanal rückgeführt werden, von wo das Abgas über das Endrohr in die Atmosphäre freigesetzt werden kann. Die aus dem Abgas zurückgewonnene Wärme kann direkt zum Bereitstellen von Wärme an die Fahrgastkabine verwendet werden, wodurch der Bedarf zum Verringern der Motortemperatur (Wärme) für Kabinenheizzwecke reduziert wird. Auf diese Weise kann der Motorbetrieb allein für die Zwecke des Bereitstellens von Motorwärme reduziert werden, was somit die Gesamtnutzung von jedem verfügbaren ergänzenden Heizer reduzieren kann.
  • Auf diese Weise kann ein einzelner Wärmetauscher, der an einen Abgasbypasskanal gekoppelt ist, effektiv zum Kühlen der AGR und zum Entnehmen von Wärme aus dem Abgas für die Zwecke von Motor- und Kabinenheizung verwendet werden. Durch Verwenden eines einzelnen Wärmetauschersystems werden Kosten- und Komponentenreduzierungsvorteile erreicht, ohne die Funktionalität oder Fähigkeit von jedem der Systeme zu beschränken. Durch gleichzeitiges Bereitstellen von AGR und Rückgewinnung von Abgaswärme zur Verwendung beim Bereitstellen von Wärme für den Motor und/oder die Fahrgastkabine können Kraftstoffeffizienzvorteile maximiert werden, während die Emissionsqualität verbessert wird. Durch Nutzen von Abgaswärme zum Beschleunigen des Heizens von Zylinderwänden und Kolben während Kaltstartbedingungen können Kaltstartemissionen reduziert werden. Der technische Effekt des periodischen Entfernens von Kondensat, das sich in dem Wärmetauscher angesammelt hat, in die Atmosphäre besteht darin, dass unerwünschte Aufnahme von Wasser in die Zylinder, was Fehlzündungsereignisse verursachen kann, reduziert werden kann. Durch opportunistisches Entleeren des Kondensats in den Motoransaugkrümmer kann das Kondensat auch verdampfen, ohne die Stabilität der Verbrennung zu beeinträchtigen. Insgesamt können, indem die Menge der Abwärme verbessert wird, die aus Abgas unter Verwendung von weniger Komponenten zurückgewonnen werden kann, während gleichzeitig AGR bereitgestellt wird, die Kraftstoffeffizienz und die Leistung des Motors verbessert werden.
  • Ein beispielhaftes Motorverfahren umfasst: Betreiben eines Abgassystems in einem ersten Modus, wobei Abgas über einen Wärmetauscher zu einem Endrohr strömt, und Betreiben des Systems in einem zweiten Modus, wobei ein erster Teil von Abgas zur einem Ansaugkrümmer rückgeführt wird und ein zweiter Teil des Abgases über den Wärmetauscher zu dem Endrohr strömt. In einem beliebigen oder allen vorstehenden Beispielen umfasst Betreiben in jedem von dem ersten Modus und dem zweiten Modus zusätzlich oder optional Strömen eines Motorkühlmittels durch den Wärmetauscher, Übertragen von Wärme vom Abgas zu dem Motorkühlmittel, dann Strömen des Motorkühlmittels durch einen oder mehrere von dem Motor, einen Heizkern und einen Radiator, dann Übertragen der Wärme von dem Motorkühlmittel zu einem oder mehreren von dem Motor, dem Heizkern und dem Radiator umfasst, wobei das Verfahren ferner Heizen des Motors durch Abziehen von Wärme aus dem Motorkühlmittel basierend auf einem Motorheizbedarf und Heizen einer Fahrgastkabine durch Abziehen von Wärme aus dem Heizkern basierend auf einem Kabinenheizbedarf umfasst. Ein beliebiges oder alle vorstehenden Beispiele umfassen ferner zusätzlich oder optional Betreiben des Motorabgassystems in einem dritten Modus, wobei ein dritter Teil des Abgases über den Wärmetauscher zu dem Ansaugkrümmer rückgeführt wird, und ein vierter Teil des Abgases gleichzeitig direkt zu einem Endrohr strömt; und Betreiben des Motorabgassystems in einem vierten Modus, wobei Abgas unter Umgehung des Wärmetauschers direkt zu dem Endrohr strömt. Ein beliebiges oder alle vorstehenden Beispiele umfassen ferner zusätzlich oder optional Auswählen zwischen dem ersten, zweiten, dritten und vierten Modus basierend auf jedem von Motortemperatur, Motorlast und einem Kraftstoffeffizienzfaktor, wobei der ersten Modus als Reaktion auf einem unter einem Schwellenwert liegende Motortemperatur ausgewählt wird, der vierte Modus als Reaktion auf jede von einer über einem Schwellenwert liegenden Motortemperatur und einer über einem Schwellenwert liegenden Motorlast ausgewählt wird, und wobei einer von dem zweiten und dem dritten Modus als Reaktion auf jede von einer über einem Schwellenwert liegenden Motortemperatur und einer unter einem Schwellenwert liegenden Motorlast ausgewählt wird. Ein beliebiges oder alle vorstehenden Beispiele umfassen ferner zusätzlich oder optional das Auswählen, ferner umfassend Auswählen zwischen dem zweiten und dritten Modus durch Schätzen eines ersten Kraftstoffeffizienzfaktors basierend auf einem Kraftstoffeffizienzvorteil, der durch Betreiben des Motorabgassystems in dem zweiten Modus erreicht wird, Schätzen eines zweiten Kraftstoffeffizienzfaktors basierend auf dem Kraftstoffeffizienzvorteil, der durch Betreiben des Motorabgassystems in dem dritten Modus erreicht wird, Vergleichen des ersten Kraftstoffeffizienzfaktors mit dem zweiten Kraftstoffeffizienzfaktors und Auswählen von einem von dem zweiten und dem dritten Modus mit einem höheren von dem ersten und dem zweiten Kraftstoffeffizienzfaktor umfasst. In einem beliebigen oder allen vorstehenden Beispielen wird, zusätzlich oder optional, der Kraftstoffeffizienzvorteil bei jedem von dem zweiten Modus und dem dritten Modus basierend auf dem dritten Teil des Abgases, das zu dem Ansaugkrümmer rückgeführt wird, einer Temperatur des rückgeführten Abgases und einer Änderung der Kühlmitteltemperatur berechnet, wobei der Kraftstoffeffizienzvorteil mit jedem von einer Zunahme des dritten Teils des rückgeführten Abgases, einer Verringerung der Temperatur des rückgeführten Abgases und einer Zunahme der Änderung der Kühlmitteltemperatur zunimmt. In einem beliebigen oder allen vorstehenden Beispielen ist der Wärmetauscher zusätzlich oder optional an einen Bypasskanal stromabwärts zu einem oder mehreren Abgaskatalysatoren gekoppelt und der dritte Teil wird über einen Abgasrückführungs- (AGR-) Kanal, der an den Abgasbypass stromabwärts zu dem Wärmetauscher gekoppelt ist, zu dem Ansaugkrümmer rückgeführt. In einem beliebigen oder allen vorstehenden Beispielen, zusätzlich oder optional, ist während des ersten Modus ein Umleitventil, das an eine Verbindungsstelle des Bypasskanals und einen Hauptabgaskanal stromabwärts zu dem Wärmetauscher gekoppelt ist, in einer ersten, vollständig geöffneten Position und ein AGR-Ventil ist geschlossen, wobei während des zweiten Modus das Umleitventil in der ersten Position ist und das AGR-Ventil geöffnet ist, wobei während des dritten Modus das Umleitventil in einer zweiten, vollständig geschlossenen Position ist und das AGR-Ventil geöffnet ist, wobei während des vierten Modus das Umleitventil in der zweiten Position ist und das AGR-Ventil geschlossen ist, und wobei in jedem von dem zweiten und dem dritten Modus das Öffnen des AGR-Ventils basierend auf der Menge von gefordertem AGR eingestellt ist, wobei die Öffnung zunimmt, wenn die Menge an gefordertem AGR zunimmt. In einem beliebigen oder allen vorstehenden Beispielen, zusätzlich oder optional, ermöglicht es die erste, vollständig geöffnete Position des Umleitventils, dass Abgas über den Bypasskanal zu dem Endrohr geleitet wird, und die zweite, vollständig geschlossene Position des Umleitventils sperrt Abgasstrom über den Bypasskanal zu dem Endrohr. In einem beliebigen oder allen vorstehenden Beispielen basiert, zusätzlich oder optional, während des zweiten Modus ein Verhältnis von dem ersten Teil zu dem zweiten Teil auf dem AGR-Bedarf, wobei der erste Teil zunimmt, wenn der AGR-Bedarf zunimmt. Ein beliebiges oder alle vorstehenden Beispiele, ferner umfassend, zusätzlich oder optional, Schätzen eines Niveaus von Kondensat, das sich an dem Wärmetauscher angesammelt hat, und als Reaktion auf ein über einem Schwellenwert liegendes Kondensatniveau, Betreiben des Motorabgassystems in dem ersten Modus.
  • Ein anderes Beispielverfahren für einen Motor, der in einem Fahrzeug gekoppelt ist, umfasst: während eines Motorkaltstarts, Betreiben eines Motorabgassystems in einem ersten Modus durch Schließen eines Abgasrückführungs- (AGR-) Ventils und Betätigen eines Umleitventils in eine erste Position, um Abgasstrom über einen Wärmetauscher in einem Bypasskanal zu einem Endrohr zu ermöglichen; Übertragen der Wärme vom Abgas an ein Kühlmittel, das durch den Wärmetauscher zirkuliert; und Zirkulieren des Kühlmittels durch den Motor und einen Heizkern, um eines oder mehrere von Motortemperatur und Fahrzeugkabinentemperatur zu erhöhen; und nach dem Anspringen des Katalysators, Auswählen von einem von einem zweiten Betriebsmodus mit geöffnetem AGR-Ventil und dem Umleitventil in der ersten Position und einem dritten Betriebsmodus mit geöffnetem AGR-Ventil und dem Umleitventil in einer zweiten Position, wobei das Auswählen auf dem AGR-Bedarf relativ zu dem Motor- und Kabinenheizbedarf basiert. In jedem vorstehenden Beispiel umfasst das Auswählen zusätzlich oder optional Auswählen des zweiten Modus, wenn der AGR-Bedarf bei einer niedrigeren Motortemperatur empfangen wird, und Auswählen des dritten Modus, wenn der AGR-Bedarf bei einer höheren Motortemperatur empfangen wird. In einem beliebigen oder allen vorstehenden Beispielen, zusätzlich oder optional, ist eine Temperatur der AGR, die zu einem Motoreinlass während des zweiten Modus rückgeführt wird, höher als die Temperatur der AGR, die zu dem Motoreinlass während des dritten Modus rückgeführt wird. In einem beliebigen oder allen vorstehenden Beispielen wird, zusätzlich oder optional, sowohl während des zweiten, als auch während des dritten Modus eine Öffnung des AGR-Ventils basierend auf dem AGR-Bedarf eingestellt, um einen ersten Teil des Abgases zu dem Motoreinlass rückzuführen, wobei während des zweiten Modus ein zweiter, verbleibender Teil des Abgases über den Wärmetauscher zu dem Endrohr strömt, und wobei während des dritten Modus der zweite Teil des Abgases unter Umgehung des Wärmetauschers direkt zu dem Endrohr strömt. Ein beliebiges oder alle vorstehenden Beispiele, ferner umfassend, zusätzlich oder optional, während des zweiten Modus, Zirkulieren eines Kühlmittels am Wärmetauscher, und Übertragen von Wärme von jedem von dem ersten Teil und dem zweiten Teil des Abgases an das Kühlmittel, und Übertragen von Wärme von dem Kühlmittel auf den Motorblock basierend auf dem Motorheizbedarf; und während des dritten Modus, Zirkulieren des Kühlmittels an dem Wärmetauscher und Übertragen von Wärme nur von dem ersten Teil des Abgases auf das Kühlmittel, und Übertragen von Wärme von dem Kühlmittel an den Motorblock. In einem beliebigen oder allen vorstehenden Beispielen, zusätzlich oder optional, basiert das Auswählen ferner auf einem Kraftstoffeffizienzvergleich, wobei der zweite Modus als Reaktion darauf ausgewählt ist, dass eine erste Kraftstoffeffizienz beim Rückführen des ersten Teils des Abgases zu dem Motoreinlass und Leiten des zweiten Teils des Abgases zu dem Endrohr, während Wärme an dem Wärmetauscher von jedem von dem ersten und dem zweiten Teil des Abgases auf das Kühlmittel übertragen wird, höher ist als eine zweite Kraftstoffeffizienz beim Rückführen des ersten Teils des Abgases zu dem Motoreinlass und Leiten des zweiten Teils des Abgases direkt zu dem Endrohr, während Wärme an dem Wärmetauscher aus dem ersten Teil auf das Kühlmittel übertragen wird; der dritte Modus als Reaktion darauf ausgewählt wird, dass die zweite Kraftstoffeffizienz höher als die erste Kraftstoffeffizienz ist. In einem beliebigen oder allen vorstehenden Beispielen, zusätzlich oder optional, umfasst der Betrieb in dem zweiten Modus Betreiben mit einer höheren Menge von Saugrohreinspritzung relativ zu Direkteinspritzung, und der Betrieb in dem dritten Modus beinhaltet Betreiben mit einer geringeren Menge von Saugrohreinspritzung relativ zu Direkteinspritzung.
  • In noch einem anderen Beispiel umfasst ein Motorsystem, das an ein Fahrzeug gekoppelt ist, Folgendes: einen Motoransaugkrümmer; ein Motorabgassystem mit einem Abgaskanal und einem Bypasskanal, wobei der Abgaskanal einen Abgasfeuchtigkeitssensor, einen Abgastemperatursensor, einen Abgasdrucksensor, einen Abgaskatalysator und einen Schalldämpfer beinhaltet, wobei der Bypasskanal von stromabwärts von dem Abgaskatalysator zu stromaufwärts von dem Schalldämpfer an den Abgaskanal gekoppelt ist, wobei der Bypasskanal einen Wärmetauscher beinhaltet; ein Kühlmittelsystem, das fluidisch an den Wärmetauscher, einen Motorblock und einen Heizkern gekoppelt ist, wobei das Kühlmittelsystem einen Motorkühlmitteltemperatursensor beinhaltet; ein Umleitventil, das an den Abgaskanal gekoppelt ist, das den Abgasstrom über den Bypasskanal regelt; einen AGR-Kanal mit einem AGR-Ventil zum Rückführen von Abgas aus dem Bypasskanal stromabwärts von dem Wärmetauscher zu dem Ansaugkrümmer; und eine Steuerung mit in einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen zum: Schätzen der Motortemperatur über einen Motorkühlmitteltemperatursensor; und als Reaktion auf eine Temperatur unter einem Schwellenwert, Schließen des AGR-Ventils und Umschalten des Umleitventils in eine erste Position, um das Motorabgassystem in einem ersten Modus zu betreiben, der Abgasstrom von stromabwärts von dem Katalysator zu dem Schalldämpfer über den Bypasskanal und den Wärmetauscher ermöglicht, Übertragen von Wärme aus Abgas, das durch den Wärmetauscher zu dem Kühlsystem strömt, und, basierend auf einem Motorheizbedarf und einem Fahrgastkabinenheizbedarf, Übertragen der Wärme zu dem Motor und/oder einer Fahrgastkabine über den Heizkern; nachdem die Motortemperatur höher als die Motorschwellentemperatur ist, Schätzen eines ersten Kraftstoffeffizienzfaktors entsprechend dem Betreiben des Motorabgassystems in einem zweiten Modus, Schätzen eines zweiten Kraftstoffeffizienzfaktors entsprechend dem Betreiben des Motorabgassystems in einem dritten Modus; Vergleichen des ersten Kraftstoffeffizienzfaktors mit dem zweiten Kraftstoffeffizienzfaktor; als Reaktion darauf, dass der erste Kraftstoffeffizienzfaktor höher als der zweite Kraftstoffeffizienzfaktor ist, Übergehen des AGR-Ventils aus der geschlossenen Position in die geöffnete Position, während das Umleitventil in der ersten Position bleibt, um es einem ersten Teil des Abgases zu ermöglichen, zu dem Ansaugkrümmer zu strömen, und einem zweiten Teil des Abgases zu ermöglichen, über den Wärmetauscher zu dem Schalldämpfer zu strömen, und als Reaktion darauf, dass der zweite Kraftstoffeffizienzfaktor höher als der erste Kraftstoffeffizienzfaktor ist, Übergehen des AGR-Ventils aus der geschlossenen Position in die geöffnete Position und des Umleitventils aus der ersten Position in die zweite Position, um es einem dritten Teil des Abgases zu ermöglichen, über den Wärmetauscher zu dem Ansaugkrümmer zu strömen, und einem vierten Teil zu ermöglichen, zu dem Schalldämpfer zu strömen. In einem beliebigen oder allen vorstehenden Beispielen, zusätzlich oder optional, basiert der erste Kraftstoffeffizienzfaktor auf einem Kraftstoffeffizienzvorteil, der durch Bereitstellen eines teilweise gekühlten ersten Teils von Abgas als AGR und durch Motorheizen und/oder Kabinenheizen unter Nutzung von Wärme, die aus jedem von dem ersten Teil und dem zweiten Teil des Abgases zurückgewonnen wird, erreicht wird, und der zweite Kraftstoffeffizienzfaktor basiert auf einem Kraftstoffeffizienzvorteil, der durch Bereitstellen eines vollständig gekühlten dritten Teils von Abgas als AGR und durch Motorheizen und/oder Kabinenheizen unter Nutzung von Wärme, die aus dem dritten Teil zurückgewonnen wird, erreicht wird. In einem beliebigen oder allen vorstehenden Beispielen, zusätzlich oder optional, umfasst die Steuerung ferner Anweisungen für Folgendes: Schätzen eines Niveaus von Kondensat, das sich an dem Wärmetauscher angesammelt hat, über Eingaben von einem oder mehreren von dem Abgasfeuchtigkeitssensor, dem Abgastemperatursensor und dem Abgasdrucksensor, und als Reaktion auf ein Kondensatniveau über einem Schwellenwert und/oder als Reaktion auf eine Herunterfahranfrage für den Motor, Schließen des AGR-Ventils und Schalten des Umleitventils in die erste Position, um heißes Abgas über den Wärmetauscher zu dem Schalldämpfer zu leiten.
  • Es ist zu beachten, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit unterschiedlichen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sein und durch das Steuersystem einschließlich der Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Stellgliedern und sonstiger Motorhardware ausgeführt werden. Die hier beschriebenen konkreten Abläufe können eine oder mehrere aus einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. Somit können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwingend erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele zu erzielen, sondern wird vielmehr zur einfacheren Darstellung und Beschreibung bereitgestellt. Eine(r) oder mehrere der dargestellten Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen können je nach konkret eingesetzter Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in einem nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die unterschiedlichen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet, ausgeführt werden.
  • Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Abläufe beispielhafter Natur sind und diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinn aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die vorstehende Technik auf V6-, I4-, I6-, V12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motortypen, sowie verschiedene Hybridelektrofahrzeugtypen, einschließlich herkömmlicher Hybridfahrzeuge und Plug-in-Hybridfahrzeuge, angewendet 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 Ansprüche legen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen dar, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente beinhalten und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Weitere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Einreichung neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Ansprüche werden unabhängig davon, ob sie im Vergleich zu den ursprünglichen Ansprüchen einen weiteren, engeren, gleichen oder unterschiedlichen Umfang aufweisen, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung inbegriffen 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 20140196454 [0003]

Claims (14)

  1. Motorverfahren, umfassend: Betreiben eines Motorabgassystems in einem ersten Modus, wobei Abgas über einen Wärmetauscher zu einem Endrohr strömt, und Betreiben des Abgassystems in einem zweiten Modus, wobei ein erster Teil von Abgas zu einem Ansaugkrümmer rückgeführt wird und ein zweiter Teil des Abgases über den Wärmetauscher zu dem Endrohr strömt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Betreiben in jedem von dem ersten Modus und dem zweiten Modus Strömen eines Motorkühlmittels durch den Wärmetauscher, Übertragen von Wärme aus Abgas zu dem Motorkühlmittel, dann Strömen des Motorkühlmittels durch einen oder mehrere von dem Motor, einen Heizkern und einen Radiator, dann Übertragen der Wärme von dem Motorkühlmittel zu einem oder mehreren von dem Motor, dem Heizkern und dem Radiator umfasst, wobei das Verfahren ferner Heizen des Motors durch Abziehen von Wärme aus dem Motorkühlmittel basierend auf einem Motorheizbedarf und Heizen einer Fahrgastkabine durch Abziehen von Wärme aus dem Heizkern basierend auf einem Kabinenheizbedarf umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Betreiben des Motorabgassystems in einem dritten Modus, wobei ein dritter Teil des Abgases über den Wärmetauscher zu dem Ansaugkrümmer rückgeführt wird, und ein vierter Teil des Abgases gleichzeitig direkt zu einem Endrohr strömt; und Betreiben des Motorabgassystems in einem vierten Modus, wobei Abgas unter Umgehung des Wärmetauschers direkt zu dem Endrohr strömt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend Auswählen zwischen dem ersten, zweiten, dritten und vierten Modus basierend auf jedem von Motortemperatur, Motorlast und einem Kraftstoffeffizienzfaktor, wobei der ersten Modus als Reaktion auf eine unter einem Schwellenwert liegende Motortemperatur ausgewählt wird, der vierte Modus als Reaktion auf jede von einer über einem Schwellenwert liegenden Motortemperatur und einer über einem Schwellenwert liegenden Motorlast ausgewählt wird, und wobei einer von dem zweiten und dem dritten Modus als Reaktion auf jede von einer über einem Schwellenwert liegenden Motortemperatur und einer unter einem Schwellenwert liegenden Motorlast ausgewählt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Auswählen ferner Auswählen zwischen dem zweiten und dritten Modus durch Schätzen eines ersten Kraftstoffeffizienzfaktors basierend auf einem Kraftstoffeffizienzvorteil, der durch Betreiben des Motorabgassystems in dem zweiten Modus erreicht wird, Schätzen eines zweiten Kraftstoffeffizienzfaktors basierend auf dem Kraftstoffeffizienzvorteil, der durch Betreiben des Motorabgassystems in dem dritten Modus erreicht wird, Vergleichen des ersten Kraftstoffeffizienzfaktors mit dem zweiten Kraftstoffeffizienzfaktors und Auswählen von einem von dem zweiten und dem dritten Modus mit einem höheren von dem ersten und dem zweiten Kraftstoffeffizienzfaktor umfasst.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Kraftstoffeffizienzvorteil bei jedem von dem zweiten Modus und dem dritten Modus basierend auf dem dritten Teil des Abgases, das zu dem Ansaugkrümmer rückgeführt wird, einer Temperatur des rückgeführten Abgases und einer Änderung der Kühlmitteltemperatur berechnet wird, wobei der Kraftstoffeffizienzvorteil mit jedem von einer Zunahme des dritten Teils des rückgeführten Abgases, einer Verringerung der Temperatur des rückgeführten Abgases und einer Zunahme der Änderung der Kühlmitteltemperatur zunimmt.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Wärmetauscher an einen Bypasskanal stromabwärts von einem oder mehreren Abgaskatalysatoren gekoppelt ist und der dritte Teil über einen Abgasrückführungs- (AGR-) Kanal, der an den Abgasbypass stromabwärts von dem Wärmetauscher gekoppelt ist, zu dem Ansaugkrümmer rückgeführt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei während des ersten Modus ein Umleitventil, das an eine Verbindungsstelle des Bypasskanals und einen Hauptabgaskanal stromabwärts von dem Wärmetauscher gekoppelt ist, in einer ersten, vollständig geöffneten Position ist und ein AGR-Ventil geschlossen ist, wobei während des zweiten Modus das Umleitventil in der ersten Position ist und das AGR-Ventil geöffnet ist, wobei während des dritten Modus das Umleitventil in einer zweiten, vollständig geschlossenen Position ist und das AGR-Ventil geöffnet ist, wobei während des vierten Modus das Umleitventil in der zweiten Position ist und das AGR-Ventil geschlossen ist, und wobei in jedem von dem zweiten und dem dritten Modus das Öffnen des AGR-Ventils basierend auf der Menge von gefordertem AGR eingestellt ist, wobei die Öffnung zunimmt, wenn die Menge an gefordertem AGR zunimmt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei es die erste, vollständig geöffnete Position des Umleitventils ermöglicht, dass Abgas über den Bypasskanal zu dem Endrohr geleitet wird, und die zweite, vollständig geschlossene Position des Umleitventils Abgasstrom über den Bypasskanal zu dem Endrohr sperrt.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei während des zweiten Modus ein Verhältnis von dem ersten Teil zu dem zweiten Teil auf dem AGR-Bedarf basiert, wobei der erste Teil zunimmt, wenn der AGR-Bedarf zunimmt.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Schätzen eines Niveaus von Kondensat, das sich an dem Wärmetauscher angesammelt hat, und als Reaktion auf ein über einem Schwellenwert liegendes Kondensatniveau, Betreiben des Motorabgassystems in dem ersten Modus.
  12. Motorsystem, gekoppelt an ein Fahrzeug, umfassend: einen Motoransaugkrümmer; ein Motorabgassystem mit einem Abgaskanal und einem Bypasskanal, wobei der Abgaskanal einen Abgasfeuchtigkeitssensor, einen Abgastemperatursensor, einen Abgasdrucksensor, einen Abgaskatalysator und einen Schalldämpfer beinhaltet, wobei der Bypasskanal von stromabwärts von dem Abgaskatalysator zu stromaufwärts von dem Schalldämpfer an den Abgaskanal gekoppelt ist, wobei der Bypasskanal einen Wärmetauscher beinhaltet; ein Kühlmittelsystem, das fluidisch an den Wärmetauscher, einen Motorblock und einen Heizkern gekoppelt ist, wobei das Kühlmittelsystem einen Motorkühlmitteltemperatursensor beinhaltet; ein Umleitventil, das an den Abgaskanal gekoppelt ist, das den Abgasstrom über den Bypasskanal regelt; einen AGR-Kanal mit einem AGR-Ventil zum Rückführen von Abgas aus dem Bypasskanal stromabwärts von dem Wärmetauscher zu dem Ansaugkrümmer; und eine Steuerung mit auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen zu Folgendem: Schätzen von Motortemperatur über den Motorkühlmitteltemperatursensor; und als Reaktion auf eine Temperatur unter einem Schwellenwert, Schließen des AGR-Ventils und Umschalten des Umleitventils in eine erste Position, um das Motorabgassystem in einem ersten Modus zu betreiben, der Abgasstrom von stromabwärts von dem Katalysator zu dem Schalldämpfer über den Bypasskanal und den Wärmetauscher ermöglicht, Übertragen von Wärme aus Abgas, das durch den Wärmetauscher zu dem Kühlsystem strömt, und, basierend auf einem Motorheizbedarf und einem Fahrgastkabinenheizbedarf, Übertragen der Wärme zu dem Motor und/oder einer Fahrgastkabine über den Heizkern; nachdem die Motortemperatur höher als die Motorschwellentemperatur ist, Schätzen eines ersten Kraftstoffeffizienzfaktors entsprechend dem Betreiben des Motorabgassystems in einem zweiten Modus, Schätzen eines zweiten Kraftstoffeffizienzfaktors entsprechend dem Betreiben des Motorabgassystems in einem dritten Modus; Vergleichen des ersten Kraftstoffeffizienzfaktors mit dem zweiten Kraftstoffeffizienzfaktor; als Reaktion darauf, dass der erste Kraftstoffeffizienzfaktor höher als der zweite Kraftstoffeffizienzfaktor ist, Übergehen des AGR-Ventils aus der geschlossenen Position in die geöffnete Position, während das Umleitventil in der ersten Position gehalten wird, um es einem ersten Teil von Abgas zu ermöglichen, zu dem Ansaugkrümmer zu strömen, und es einem zweiten Teil von Abgas zu ermöglichen, über den Wärmetauscher zu dem Schalldämpfer zu strömen, und als Reaktion darauf, dass der zweite Kraftstoffeffizienzfaktor höher als der erste Kraftstoffeffizienzfaktor ist, Übergehen des AGR-Ventils aus der geschlossenen Position in die geöffnete Position und des Umleitventils aus der ersten Position in die zweite Position, um es einem dritten Teil von Abgas zu ermöglichen, über den Wärmetauscher zu dem Ansaugkrümmer zu strömen, und es einem vierten Teil von Abgas zu ermöglichen, zu dem Schalldämpfer zu strömen.
  13. System nach Anspruch 12, wobei der erste Kraftstoffeffizienzfaktor auf einem Kraftstoffeffizienzvorteil basiert, der durch Bereitstellen eines teilweise gekühlten ersten Teils von Abgas als AGR und durch Motorheizen und/oder Kabinenheizen unter Nutzung von Wärme, die aus jedem von dem ersten Teil und dem zweiten Teil des Abgases zurückgewonnen wird, erreicht wird, und der zweite Kraftstoffeffizienzfaktor auf einem Kraftstoffeffizienzvorteil basiert, der durch Bereitstellen eines vollständig gekühlten dritten Teils von Abgas als AGR und durch Motorheizen und/oder Kabinenheizen unter Nutzung von Wärme, die aus dem dritten Teil zurückgewonnen wird, erreicht wird.
  14. System nach Anspruch 12, wobei die Steuerung ferner Anweisungen beinhaltet für: Schätzen eines Niveaus von Kondensat, das sich an dem Wärmetauscher angesammelt hat, über Eingaben von einem oder mehreren von dem Abgasfeuchtigkeitssensor, dem Abgastemperatursensor und dem Abgasdrucksensor, und als Reaktion auf ein Kondensatniveau über einem Schwellenwert und/oder als Reaktion auf eine Herunterfahranfrage für den Motor, Schließen des AGR-Ventils und Schalten des Umleitventils in die erste Position, um heißes Abgas über den Wärmetauscher zu dem Schalldämpfer zu leiten.
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