DE102017128274A1 - Verfahren und system zur abgasrückführung und -wärmerückgewinnung - Google Patents

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Daniel Joseph Styles
Karen Evelyn Bevan
William Samuel Schwartz
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Abstract

Verfahren und Systeme sind bereitgestellt für einen einzelnen Wärmetauscher, der an einem Hauptabgaskanal stromaufwärts von einem oder mehreren Katalysatoren oder zwischen zwei Katalysatoren zur Abgaswärmerückgewinnung und Abgasrückführungs-(AGR-)Kühlung gekoppelt ist. In einem Beispiel in der Konfiguration des Wärmetauschers vor dem Katalysator kann ein Abschnitt von Abgas während Abgaswärmerückgewinnung über den Wärmetauscher geleitet werden, während der verbleibende Abschnitt von Abgas direkt zum Abgaskatalysator geleitet werden kann, und Kraftstoffzufuhr kann auf einer pro-Zylinder-Basis eingestellt werden, um ein angestrebtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis an den Abgaskatalysatoren beizubehalten.

Description

  • GEBIET
  • Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme für einen einzelnen Wärmetauscher für Abgaswärmerückgewinnung und Abgasrückführungs-(AGR-)Kühlung.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK/KURZDARSTELLUNG
  • Abgasnachbehandlungsvorrichtungen, wie etwa ein Abgaskatalysator, der an einen Auslass eines Verbrennungsmotors gekoppelt ist, reduzieren Verbrennungsnebenprodukte, wie etwa Kohlenstoffmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Oxide von Stickstoff. Für optimale Leistungseffizienz muss die Temperatur des Katalysators bei einer Temperatur beibehalten werden, die höher ist als die Anspringtemperatur des Katalysators. Zu diesem Ziel können Motoren mit einem Abgaswärmerückgewinnungssystem konfiguriert sein, um Wärme aus Abgas zurückzugewinnen. Die Abgaswärme kann zum Wärmen des Abgaskatalysators bei kalten Motorbedingungen verwendet werden, sowie zum Erwärmen von Motorkühlmittel, das Wärme an Motorkomponenten und eine Fahrzeugkabine überträgt, und somit die Motoreffizienz verbessert. Motoren können ferner mit Abgasrückführungsfähigkeiten konfiguriert sein, wobei Abgas zum Ansaugkrümmer rückgeführt wird, um Abgas-NOx-Emissionen zu reduzieren und Kraftstoffeffizienz zu verbessern. Ein Abgasrückführungs-(AGR-)Kühler kann an das AGR-System gekoppelt sein, um die Temperatur von dem zurückgeführten Abgas herunterzusetzen, bevor es an den Ansaugkrümmer abgegeben wird.
  • Zahlreiche Ansätze sind zum Koordinieren der Zufuhr von Wärme an die Abgaskatalysatoren, Abgaswärmerückgewinnung und AGR-Kühlung bereitgestellt. In einem Beispiel, wie in US 8,240,294 Surnilla et al. gezeigt, wird ein Motorsystem mit einem Hochdruck-AGR-(HD-AGR-) System, das Abgas vom Abgaskrümmer stromaufwärts von einer Abgasturbine und einem Abgaskatalysator an den Ansaugkrümmer stromabwärts von einem Ansaugkompressor zuführt, offenbart. Ein HD-AGR-Kühler kann zum Kühlen des Abgases, bevor es an den Motoransaugkrümmer abgegeben wird, an das HD-AGR-System gekoppelt sein. Bei KaltstartBedingungen kann ein Abschnitt des Abgases über den HD-AGR-Kühler rückgeführt werden und ein Motorkühlmittel kann durch den Kühler zirkuliert werden, um die Abgaswärme und das warme Motorkühlmittel rückzugewinnen. Die rückgewonnene Wärme vom Motorkühlmittel kann zum Wärmen von Motorsystemkomponenten verwendet werden. Um die Menge der Wärmerückgewinnung zu erhöhen, kann die Menge von HD-AGR, die an den Ansaugkrümmer rückgeführt wird, erhöht werden. Entsprechend können Motorbetriebsparameter eingestellt werden, um Verbrennungsstabilität bei der Erhöhung in Höhe von HD-AGR beizubehalten.
  • Allerdings haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung mögliche Nachteile im Zusammenhang mit dem vorstehend genannten Ansatz erkannt. Als ein Beispiel kann es durch Auffangen von Motorwärme stromaufwärts vom Katalysator zu einer Erhöhung von Motorkaltstartemissionen kommen, da der HD-AGR-Kühler als Wärmesenker wirkt. Insbesondere kann die Motorabgaswärme während des Motorkaltstarts am HD-AGR-Kühler entfernt werden, was die Menge an Abgaswärme verringert, die an einem stromabwärtigen Abgaskatalysator aufgenommen wird. Daher kann dies das Anspringen des Katalysators verzögern. Da Abgas außerdem über einen Kühler vor dem Katalysator geleitet wird, kann es beim Erreichen des Abgaskatalysators einer angestrebten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung zu unerwünschten Änderungen kommen. In alternativen Motorkonfigurationen kann Abgaswärme stromabwärts vom Abgaskatalysator rückgewonnen werden, so dass die Abgaswärme als erstes zum Katalysatorheizen verwendet werden kann. Jedoch kann der Katalysator bei solch einem Ansatz als Wärmesenker funktionieren und die vom Abgas stromabwärts vom Katalysator rückgewonnene Wärme kann eventuell zum Wärmen von Motorkühlmittel nicht ausreichend sein. Durch die verlängerten Kühlmittelleitungen kann es zu einem Verlust der rückgewonnenen Wärme kommen. Ferner kann der reduzierte Gegendruck im Abgassystem den AGR-Strom zum Ansaugkrümmer stromabwärts vom Katalysator nachteilig beeinträchtigen, falls AGR durch Rückführen von Abgas von stromabwärts vom Katalysator bereitgestellt ist. Obwohl zwei getrennte Wärmetauscher verwendet werden können, einer für Abgaswärmerückgewinnung stromabwärts vom Katalysator und einer für AGR-Kühlung stromaufwärts vom Katalysator, führt die Anwesenheit von mehreren Wärmetauschern zu zusätzlichen Kosten und Komplexität.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben einen Ansatz festgestellt, durch den die vorstehend beschriebenen Probleme mindestens teilweise angegangen werden können. Ein beispielhaftes Motorverfahren umfasst: Strömen eines ersten Abschnitts von Abgas in einen stromaufwärtigen Abgaskatalysator über einen Wärmetauscher in einem Umgehungskanal, Strömen eines zweiten, verbleibenden Abschnitts von Abgas in den stromaufwärtigen Abgaskatalysator über einen Hauptabgaskanal, der parallel zum Umgehungskanal angeordnet ist, und Einstellen der Kraftstoffzufuhr auf einer pro-Zylinder-Basis als eine Funktion des ersten Abschnitts relativ zum zweiten Abschnitt, um ein angestrebtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis an einem stromaufwärtigen Katalysator bereitzustellen. Auf diese Weise kann der Wärmetauscher durch Positionieren eines kombinierten Abgaswärmetauschers und AGR-Kühlers in einer Abgasumgehung stromaufwärts vom Katalysator während des Katalysatorheizens umgangen werden und nach dem Anspringen des Katalysators kann der Wärmetauscher zur Abgaswärmerückgewinnung und/oder AGR-Kühlung verwendet werden.
  • In einem Beispiel kann ein Motorsystem mit einem einzelnen Wärmetauscher konfiguriert sein, der stromaufwärts von einem oder mehreren Abgaskatalysatoren in einem Abgasumgehungskanal positioniert ist, der parallel zu einem Hauptabgaskanal angeordnet ist. Ein Umleitventil, das an eine Verbindungsstelle des Umgehungskanals und des Hauptabgaskanals gekoppelt ist, kann verwendet werden, um das Umleiten von Abgas in den Umgehungskanal und durch den Wärmetauscher oder das Umleiten durch den Hauptkanal zum Endrohr zu ermöglichen. Ein AGR-Kanal kann stromabwärts vom Wärmetauscher an den Umgehungskanal gekoppelt sein, und ein AGR-Ventil kann an den AGR-Kanal gekoppelt sein, um Abgasstrom in den Ansaugkrümmer zu steuern. Die Position des Umleitventils und des AGR-Ventils können auf Grundlage von einer oder mehreren Katalysatorheizanforderungen, Abgaswärmerückgewinnungsanforderungen und AGR-Anforderungen eingestellt werden. Zum Beispiel kann eine Position des Umleitventils bei Kaltstartbedingungen derart eingestellt werden, dass Abgas direkt zu den Abgaskatalysatoren geleitet wird, und den Wärmetauscher umgeht. Nachdem das Anspringen (Aktivieren) des Katalysators erreicht wurde, kann die Position des Umleitventils auf Grundlage von Motorheizungsforderungen relativ zu den Katalysatorheizforderungen derart eingestellt werden, dass ein erster Abschnitt des Abgases über den Wärmetauscher, der in der Abgasumgehung eingeschlossen ist, zu dem/n Katalysator(en)geleitet werden kann, wobei ein zweiter (verbleibender) Abschnitt von Abgas direkt zu dem/den Katalysator(en) geleitet werden kann, und den Wärmetauscher umgeht. Beim Abgasstrom durch den Wärmetauscher kann Abgaswärme auf ein Motorkühlmittel übertragen werden, das durch den Wärmetauscher zirkuliert, und das heiße Kühlmittel kann dann für Funktionen, wie etwa Motorheizen und Kabinenheizen, verwendet werden. Da der Teil des Abgases, der in den Katalysator eintritt, über eine längere Strecke strömt, kann es zu unbeabsichtigten Änderungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgasgemisches, das den Katalysator erreicht, kommen. Insbesondere kann eine gewünschte Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung am Katalysator erforderlich sein, um die Katalysatorfunktionsfähigkeit beizubehalten. Um die angeforderte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung bereitzustellen, können Verbrennungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisse auf einer Zylinder-zu-Zylinder-Basis auf Grundlage von Eingaben von Lambdasonden eingestellt werden, die an den Hauptabgaskanal stromaufwärts und stromabwärts des Wärmetauschers gekoppelt sind. Dies ermöglicht es zum Beispiel, dass ein fetteres Gemisch, das im ersten Abschnitt von Abgas bereitgestellt ist, das über den Wärmetauscher zum Katalysator strömt, mit einem magereren Gemisch vermischt wird, das im zweiten Abschnitt des Abgases bereitgestellt ist, das mit Umgehen des Wärmetauschers zum Katalysator strömt, wodurch die gewünschte Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnis-Strömung unmittelbar stromaufwärts des Katalysators erzeugt wird. Wenn gekühlte ARG angefordert ist, kann Abgas über den Wärmetauscher und das AGR-Ventil zum Ansaugkrümmer geleitet werden, wobei der Wärmetauscher nun als ein AGR-Kühler betrieben wird. In alternativen Beispielen kann Abgas von einem Ort zwischen dem Abgaskatalysator in den gemeinsamen Wärmetauscher angesaugt werden. Abgasstrom durch den Wärmetauscher kann reguliert werden, um die Temperatur der Katalysatoren über deren jeweiligen Aktivierungstemperaturen beizubehalten, während Abgaswärme aufgefangen wird und/oder AGR bereitgestellt wird.
  • Auf diese Weise werden durch Bereitstellen der Funktionen eines AGR-Kühlers und eines Abgaswärmetauschers über einen einzelnen Wärmetauscher Vorteile bei Reduzierung von Kosten und Komponenten erreicht, ohne die Funktion und Fähigkeit von beiden Systemen zu beschränken. Durch Positionieren des Wärmetauschers an einem Ort vor dem Katalysator oder einem Ort im Katalysator können die Kühlmittelkanallängen kürzer sein, um entsprechende Reduzierungen in AGR-Beförderungsverzögerungen und Kühlmittelwärmeverluste zu ermöglichen. Der technische Effekt des Leitens des Abgases durch die Katalysatoren unter Umgehung des Wärmetauschers während Kaltstartbedingungen ist, dass Katalysatoranspringen unbeeinträchtigt ist und Kaltstartemissionsqualität beibehalten werden kann. Durch Umleiten des Abgases durch den Wärmetauscher, der sich vor dem Katalysator und nach dem Katalysatoranspringen befindet, wird die Abgaswärmerückgewinnung erhöht, wodurch das Erwärmen des Motors und Beheizen der Kabine ermöglicht wird. Für Hybridfahrzeuge können Abgaswärmerückgewinnung und beschleunigte Motorheizung dem Motor ermöglichen, innerhalb eines kürzeren Zeitraums ausgeschaltet zu werden. Der technische Effekt des Einstellens des Zylinder-zu-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf Grundlage von Eingaben von Lambdasonden, die stromaufwärts und stromabwärts des Wärmetauschers an den Abgaskanal gekoppelt sind, ist, dass Phasenverschiebung vom Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnis sogar während der Wärmerückgewinnung an den Katalysatoren bereitgestellt werden kann, wodurch die Katalysatorfunktionalität verbessert wird. Insgesamt können Emissionsqualität, Motorkraftstoffeffizienz und -leistung durch Beschleunigen von Katalysatoranspringen, Rückgewinnung von Abgaswärme und Bereitstellen einer gekühlten AGR unter Verwendung von weniger Komponenten verbessert werden.
  • Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die in der detaillierten Beschreibung weitergehend beschrieben sind. Es ist nicht beabsichtigt, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Umfang einzig in den Patentansprüchen im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Darüber hinaus ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung angeführte Nachteile beheben.
  • Figurenliste
    • 1A zeigt eine beispielhafte erste Ausführungsform eines Motorsystems, das ein Wärmetauschsystem mit einem Wärmetauscher vor dem Katalysator beinhaltet, das in einem ersten Modus betrieben wird.
    • 1B zeigt eine beispielhafte erste Ausführungsform eines Motorsystems, das ein Wärmetauschsystem mit einem Wärmetauscher vor dem Katalysator beinhaltet, das in einem zweiten Modus betrieben wird.
    • 1C zeigt eine beispielhafte erste Ausführungsform eines Motorsystems, das ein Wärmetauschsystem mit einem Wärmetauscher vor dem Katalysator beinhaltet, das in einem dritten Modus betrieben wird.
    • 2A zeigt eine beispielhafte zweite Ausführungsform eines Motorsystems, das ein Wärmetauschsystem mit einem Wärmetauscher im Katalysator beinhaltet, das in einem ersten Modus betrieben wird.
    • 2B zeigt eine beispielhafte zweite Ausführungsform eines Motorsystems, das ein Wärmetauschsystem mit einem Wärmetauscher im Katalysator beinhaltet, das in einem zweiten Modus betrieben wird.
    • 2C zeigt eine beispielhafte zweite Ausführungsform eines Motorsystems, das ein Wärmetauschsystem mit einem Wärmetauscher im Katalysator beinhaltet, das in einem dritten Modus betrieben wird.
    • 3 zeigt ein beispielhaftes Kühlmittelsystem, das an den Wärmetauscher in den 1A-1C und 2A-2C gekoppelt ist.
    • 4 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein erstes beispielhaftes Verfahren veranschaulicht, das umgesetzt werden kann, um einen Abgasstrom durch das Wärmetauschsystem aus den 1A-1C einzustellen.
    • 5 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein zweites beispielhaftes Verfahren veranschaulicht, das umgesetzt werden kann, um einen Abgasstrom durch das Wärmetauschsystem aus den 2A-2C einzustellen.
    • 6 zeigt eine Tabelle, die die unterschiedlichen Betriebsmodi des Wärmetauschsystems aus den 1A-1C und 2A-2C veranschaulicht.
    • 7 zeigt einen beispielhaften Betrieb des Wärmetauschsystems aus den 1A-1C und 2A-2C.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren für einen einzelnen Wärmetauscher vor oder im Katalysator für verbesserte Abgaswärmerückgewinnung und Abgasrückführungs-(AGR-)Kühlung. Unterschiedliche Betriebsmodi eines ersten beispielhaften Motorsystems, das ein Motorabgassystem mit einem Wärmetauscher vor dem Katalysator umfasst, sind in den 1A-1C gezeigt. Unterschiedliche Betriebsmodi eines zweiten beispielhaften Motorsystems, das ein Motorabgassystem mit einem Wärmetauscher im Katalysator umfasst, sind in den 2A-2C gezeigt. Ein beispielhaftes Kühlmittelsystemsystem, das an den Wärmetauscher aus den 1A-1C und 2A-2C gekoppelt ist, wird in 3 gezeigt. Eine Motorsteuerung kann konfiguriert sein, um eine Steuerungsroutine, wie zum Beispiel die Beispielroutinen aus den 4 und 5 durchzuführen, um die Positionen von einem oder mehreren Ventilen des Abgassystems zu variieren, um Abgasstrom durch den Wärmetauscher in den Systemen aus den jeweiligen 1A-1C und 2A-2C einzustellen. Die unterschiedlichen Betriebsmodi des beispielhaften Motorsystems aus den 1A-1C und 2A-2C sind in 6 tabellarisch dargestellt. Ein beispielhafter Betrieb der Systeme aus den 1A-1C und 2A-2C ist in 7 gezeigt.
  • 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 1A gezeigt, ist der Verdichter 114 durch den Ladeluftkühler (charge-air cooler - CAC) 118 an das Drosselventil 20 gekoppelt. Das Drosselventil 20 ist an den Motoransaugkrümmer 22 gekoppelt. Aus dem Verdichter strömt die verdichtete Luftfüllung durch den Ladeluftkühler 118 und das Drosselventil zu dem Ansaugkrümmer. In der in 1A gezeigten Ausführungsform wird der Druck der Luftfüllung innerhalb des Ansaugkrümmers durch den Sensor für den Krümmerluftdruck (Manifold Air Pressure - MAP) 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. beinhalten. 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, zurückgeführter 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 90 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 Abgaskrümmerteilabschnitten beinhalten. Konfigurationen, die eine Vielzahl von Abgaskrümmerteilabschnitten aufweisen, können ermöglichen, dass Abwasser aus unterschiedlichen Brennkammern an unterschiedliche Stellen im 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 usw. 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, wird Abgas aus dem einen oder den mehreren Abgaskrümmerteilabschnitten zu der Turbine 116 geleitet, um die Turbine anzutreiben. Der verbundene Strom aus der Turbine und dem Wastegate kann dann durch die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 170 und 171 strömen. In einem Beispiel können die ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 170 ein Anspringkatalysator sein und die zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 171 können ein Unterbodenkatalysator sein. Im Allgemeinen sind die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 170 und 171 dazu konfiguriert, 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 171 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 171 dazu konfiguriert sein, NOx zu disproportionieren oder NOx mithilfe eines Reduktionsmittels selektiv zu reduzieren. In noch weiteren Beispielen können die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 170 und 171 dazu konfiguriert sein, Kohlenwasserstoff- und/oder Kohlenstoffmonoxidrückstände im Abgasstrom zu oxidieren. Unterschiedliche Katalysatoren zur Abgasnachbehandlung mit solcher Funktionalität können in Washcoats oder andernorts in den Abgasnachbehandlungsstufen entweder separat oder gemeinsam angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen können die Abgasnachbehandlungsstufen einen regenerierbaren Rußfilter beinhalten, der dazu konfiguriert ist, Rußpartikel im Abgasstrom zu speichern und zu oxidieren. Das behandelte Abgas aus den Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 170 und 171 kann ganz oder teilweise über den Hauptabgaskanal 102 in die Atmosphäre freigegeben werden, nachdem es einen Schalldämpfer 172 passiert hat.
  • Ein Abgaswärmerückgewinnungssystem 150 kann an den Hauptabgaskanal stromaufwärts von den Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 170 und 171 gekoppelt sein. Ein Umgehungskanal 174 des Wärmetauschsystems 150 kann stromabwärts von der Turbine 116 an der Verbindungsstelle 106 an den Hauptabgaskanal 102 gekoppelt sein. Der Umgehungskanal 174 kann sich von stromabwärts von der Turbine 116 zu stromaufwärts von der ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 170 erstrecken. Der Umgehungskanal 174 kann parallel zum Hauptabgaskanal 102 angeordnet sein. Ein Wärmetauscher 176 kann an den Umgehungskanal 174 gekoppelt sein, um das Abgas, das den Umgehungskanal 174 passiert, zu kühlen. In einem Beispiel ist der Wärmetauscher 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 vom Wärmetauscher 176 an den Abgasumgehungskanal 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 vom 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 Lambdasonde. Von stromabwärts der Turbine 116 kann Abgas über einen oder mehrere des Hauptabgaskanals 102 und des Umgehungskanals 174 zu den Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 170 und 171 strömen.
  • Ein stromabwärts vom Wärmetauscher 176 an die Verbindungsstelle des Hauptabgaskanals 102 und des Umgehungskanals 174 gekoppeltes Umleitventil 175 kann verwendet werden, um die Strömung von Abgas durch den Umgehungskanal 174 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 als ein Auf-/Zu-Ventil konfiguriert sein. In Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen wie etwa der Motortemperatur kann ein Abschnitt des Abgases durch den Umgehungskanal 174 und danach über die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 170 und 171 zu dem Endrohr 35 oder über den AGR-Kanal 180 und das Abgasrückführungs-(AGR-)Ventil 52 zu dem Einlass des Verdichters 114 geleitet werden. Das Öffnen des Umleitventils 175 und des AGR-Ventils 52 kann reguliert werden, um die Strömung des Abgases durch den Umgehungskanal 174 und den Wärmetauscher 176 zu steuern.
  • Eine Vielzahl von Sensoren, einschließlich einem Abgastemperatursensor 127 und einem Abgasdrucksensor 129 können an den Hauptabgaskanal gekoppelt sein. Eine erste Abgaslambdasonde 161 kann stromaufwärts vom Umgehungskanal 174 an den Hauptabgaskanal 102 gekoppelt sein und eine zweite Abgaslambdasonde 163 kann stromabwärts vom Umgehungskanal 174 an den Hauptabgaskanal 102 gekoppelt sein (stromaufwärts von der ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 170). Die Sonde 161 kann eine Schätzung eines ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von Abgas, das in den Wärmetauscher 196 eintritt, bereitstellen und die Sonde 163 kann eine Schätzung eines zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von Abgas, das aus dem Umgehungskanal 174 austritt (nach Durchströmen des Wärmetauschers 176), bereitstellen. Die Lambdasonden können lineare Lambdasonden oder UEGO-Sonden (universal oder wide-range exhaust gas oxygen - Breitband- oder Weitbereichslambdasonden), Zweizustands-Lambdasonden oder EGO-, HEGO- (beheizte EGO-), NOx-, HC- oder CO-Sonden sein.
  • Das Motorsystem 100 kann ferner das Steuersystem 14 beinhalten. Es ist gezeigt, dass das Steuersystem 14 Informationen von einer Vielzahl von Sensoren 16 (für die hier verschiedene Beispiele beschrieben sind) empfängt und Steuersignale an eine Vielzahl von Aktoren 18 (für die hier verschiedene Beispiele beschrieben sind) sendet. Beispielsweise können die Sensoren 16 die stromaufwärts von der Turbine 116 angeordnete Abgaslambdasonde 126, den Pedalpositionssensor, den MAP-Sensor 124, den Abgastemperatursensor 127, den Abgasdrucksensor 129, die Lambdasonden 161 und 163, den Verdichtereinlasstemperatursensor 55, den Verdichtereinlassdrucksensor 56 und den Verdichtereinlassfeuchtigkeitssensor 57 beinhalten. Weitere Sensoren wie etwa zusätzliche Druck-, Temperatur-, Luft-Kraftstoff-Verhältnis- und Zusammensetzungssensoren können an verschiedene Stellen im Motorsystem 100 gekoppelt sein. Zu den Betätigungselementen 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 Betätigungselemente 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 die Position des Umleitventils 175 und die Position des AGR-Ventils 52 auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen und AGR-Anforderungen regulieren, um Abgas direkt oder über den Wärmetauscher 176 zu den Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 170 und 171 zu strömen. Das Öffnen des AGR-Ventils 52 kann auch auf Grundlage der Motorbetriebsbedingungen eingestellt werden, um eine gewünschte Menge von AGR aus dem Umgehungskanal über den Wärmetauscher 176 in den Motoransaugkrümmer anzusaugen. Eine beispielhafte Steuerungsroutine für Abgasstromregulierung ist im Hinblick auf 4 beschrieben.
  • 1A zeigt den Betrieb des Wärmeaustauschsystems 150 in einem ersten Betriebsmodus. Demnach stellt der erste Betriebsmodus eine erste Einstellung des Umleitventils 175 und des AGR-Ventils 52 dar, die Abgasstromsteuerung ermöglicht. Im ersten Betriebsmodus kann sich das Umleitventil 175 in einer ersten (vollständig geschlossenen) Position befinden, und das AGR-Ventil 52 kann sich in einer geschlossenen Position befinden. Im ersten Betriebsmodus kann Abgas, das aus der Turbine 116 und dem Wastegate 90 austritt, aufgrund der ersten Position des Umleitventils 175 nicht in den Umgehungskanal 174 eintreten, sondern kann stromabwärts über den Hauptabgaskanal 102 zu den Abgasnachbehandlungsvorrichtungen strömen. Nach Durchströmen der ersten und zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 170 und 171 und des Schalldämpfers 172 kann das Abgas über das Endrohr 35 in die Atmosphäre freigegeben werden.
  • Das Wärmetauschsystem kann im ersten Betriebsmodus (wie vorstehend beschrieben) unter Kaltstartbedingungen betrieben werden. Bei derartigen Bedingungen können eventuell die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 170 und 171 nicht optimal funktionell sein, da die Temperaturen der Vorrichtungen deren jeweilige Anspringtemperatur eventuell nicht erreicht haben. Daher kann das Wärmetauschsystem im ersten Betriebsmodus mindestens reagierend darauf, dass die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 170 (stromaufwärtiger Abgaskatalysator) unter deren Aktivierungstemperatur liegt, betrieben werden. AGR kann zudem während Kaltstartbedingungen nicht angefordert werden. Durch Einstellen des Abgasstroms, um warmes Abgas direkt durch die Abgasnachbereitungsvorrichtungen 170 und 171 zu leiten (und den Wärmetauscher zu umgehen), kann Abgaswärme an die Katalysatoren übertragen werden, wodurch deren Aktivierung beschleunigt wird. Daher kann warmes Abgas effizient zum Erhöhen der Temperatur der Abgasnachbehandlungsvorrichtungen (Katalysatoren) 170 und 171 verwendet werden. Durch Beschleunigen des Erzielens von Katalysatoranspringen unter Verwendung von Abgaswärme kann der Bedarf an Spätzündung reduziert werden, wodurch die Kraftstoffeffizienz des Motors erhöht wird. Durch schnelleres Erzielen der Anspringtemperatur der Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 170 und 171 kann die Emissionsqualität verbessert werden.
  • In einem Beispiel kann das Motorsystem 100 in einem Hybridantriebsstrang gekoppelt sein. Durch Einstellen des Abgasstroms durch das Wärmetauschsystem kann schnelles Aufwärmen des Motorkühlmittels während Kaltstartbetrieb eines Hybridantriebsstrangs erreicht werden. Indem das Kühlmittel schnell auf Betriebstemperatur gebracht wird, kann das Herunterfahren des Verbrennungsmotors 100 schneller ermöglicht werden.
  • 1B zeigt eine schematische Ansicht 120 des Betriebs des Wärmetauschsystems 150 in einem zweiten Betriebsmodus. Zuvor in 1A vorgestellte Komponenten sind ähnlich nummeriert und werden nicht erneut vorgestellt.
  • Demnach stellt der zweite Betriebsmodus eine zweite Einstellung des Umleitventils 175 und des AGR-Ventils 52 dar, die Abgasstromsteuerung ermöglicht. Im zweiten Betriebsmodus kann sich das Umleitventil 175 in einer zweiten (teilweise geöffneten) Position befinden, und das AGR-Ventil 52 kann sich in der geschlossenen Position befinden. Im zweiten Betriebsmodus kann ein erster Abschnitt des Abgases (das aus der Turbine und dem Wastegate austritt) aufgrund der zweiten Position des Umleitventils 175 in den Umgehungskanal 174 an der Verbindungsstelle 106 eintreten und durch den Wärmetauscher 176 strömen. Nach dem Passieren durch den Wärmtauscher 176 kann der erste Abschnitt des Abgases über das Umleitventil 175 zum Hauptabgaskanal 102 zurückströmen. Das Abgas kann dann durch die erste Abgasnachbehandlungsvorrichtung 170, die zweite Abgasnachbehandlungsvorrichtung 171 und den Schalldämpfer 172 strömen, bevor es über das Endrohr 35 in die Atmosphäre freigegeben wird. Gleichzeitig kann ein zweiter (verbleibender) Abschnitt von Abgas direkt zum Katalysator geleitet werden, ohne in den Umgehungskanal 174 einzutreten. Der erste und der zweite Abschnitt von Abgas können sich am Hauptabgaskanal 102 verbinden, bevor sie in die erste Abgasnachbehandlungsvorrichtung 170 eintreten.
  • Das Wärmetauschsystem kann im zweiten Modus (wie vorstehend beschrieben) reagierend darauf betrieben werden, dass der erste Abgasnachbehandlungsvorrichtungs- 170 Abgaskatalysator eine erste Aktivierungstemperatur übersteigt und dass die zweite Abgasnachbehandlungsvorrichtung 171 eine zweite Aktivierungstemperatur übersteigt. Alternativ kann das Wärmetauschsystem versetzt werden, so dass es im zweiten Modus betrieben wird, nachdem mindestens die erste Abgasnachbehandlungsvorrichtung 170 ihre Anspringtemperatur erzielt hat. Durch Strömen eines Teils des Abgases durch den Wärmetauscher kann Wärme vom Abgas unter Verwendung eines Motorkühlmittels rückgewonnen werden. Die aus dem Abgas entnommene Wärme kann für weiteres Erwärmen des Motors und zum Bereitstellen von Wärme für eine Fahrzeugkabine verwendet werden, wodurch die parasitische Verwendung von Motorleistung (zum Betreiben von Hilfssystemen wie etwa Heizungen) reduziert wird und die Kraftstoffeffizienz verbessert wird. Das Verhältnis des ersten Abschnitts von Abgas (am Wärmetauscher 176 gekühlt) zum zweiten Abschnitt von Abgas (direkt zur ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 170 geleitet, ohne Kühlung) kann auf Grundlage von Wärmeforderungen der Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 170 und 171 bestimmt werden. Um optimale Leistung der Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 170 und 171 beizubehalten, kann Wärme vom zweiten Abschnitt des Abgases verwendet werden, um die Temperaturen der Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 170 und 171 über deren jeweiligen Anspringtemperaturen beizubehalten. Durch Regulieren des ersten Abschnitts von Abgas, das durch den Wärmetauscher 176 strömt, wird rückgewonnene Wärme aus dem Abgas eingestellt und die Temperatur des Abgases, das in die erste Abgasnachbehandlungsvorrichtung 170 eintritt, wird für optimale Katalysatorleistung beibehalten. In einem Beispiel kann der erste Abschnitt erhöht werden, während sich die Temperatur von mindestens der ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 170 über ihre (erste) Aktivierungstemperatur erhöht. In einem weiteren Beispiel kann der zweite Abschnitt erhöht werden, während sich die Temperatur von mindestens der ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 170 unter die (erste) Aktivierungstemperatur verringert. Auf Grundlage des geschätzten Verhältnisses kann der Grad der Öffnung des Umleitventils 175 einstellbar sein, um es dem ersten Abschnitt von Abgas zu ermöglichen, durch den Umgehungskanal 174 zu strömen.
  • Um optimale Leistung der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 170 beizubehalten, ist eine Störung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Phasenverschiebung) des Abgases, das die Vorrichtung erreicht, erwünscht. Da ein Abschnitt des Abgases (erster Abschnitt), das in die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 170 eintritt, über eine längere Strecke strömt, kann es zu unbeabsichtigten Änderungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgasgemisches, das die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 170 erreicht, kommen. Um eine Phasenstörung zu erreichen, kann Kraftstoff, der an jede Bank des Motors (mit mindestens zwei Bänken) abgegeben wird, einstellbar sein, um es den zwei Bänken zu ermöglichen, relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störungsphasenverschiebung voneinander aufzuweisen. Abgas von den zwei Bänken kann verbunden werden, um ein nahstöchiometrisches Gemisch vor dem Eintritt in die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 170 und 171 zu erreichen. Da sowohl fette als auch magere Abgasspezies gleichzeitig vorhanden sein können, würde ein hochreaktives Gemisch kontinuierlich in die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 170 und 171 eintreten, und somit die reaktive Funktionalität der Vorrichtungen 170 und 171 verbessern.
  • Der erste Abschnitt des Abgases, das in die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 170 und 171 eintritt, strömt über den Wärmetauscher 176 durch eine längere Strecke im Vergleich zum zweiten Abschnitt des Abgases, das direkt zu den Vorrichtungen 170 und 171 strömt. Als Folge kann sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs des ersten Abschnitts und des zweiten Abschnitts von einem gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnis an einem Ort unmittelbar stromaufwärts des ersten Katalysators unterscheiden. Als ein Beispiel kann eine fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung am Katalysator angefordert sein, unmittelbar gefolgt von einer mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung. Entsprechend können die Zylinder fett und dann unmittelbar danach mager betrieben werden. Jedoch kann der fette zweite Abschnitt von Abgas aufgrund der durch den ersten Abschnitt relativ zum zweiten Abschnitt entstandenen Verzögerung zum Zeitpunkt, an dem der fette erste Abschnitt von Abgas den ersten Katalysator erreicht, bereits den ersten Katalysator durchströmt haben. Ferner kann der magere zweite Abschnitt von Abgas den ersten Katalysator zur gleichen Zeit wie der fette erste Abschnitt von Abgas erreichen, was zu einer Abgasmischung führt, die magerer ist, als beabsichtigt war.
  • Um die angeforderte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung beizubehalten, können Zylinderverbrennungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisse auf einer individuellen Zylinderbasis eingestellt werden, so dass sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Abgasmischung, die die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 170 und 171 erreicht, sogar nachdem sie durch die zwei verschiedenen Strömungswege geleitet wurde, im angestrebten Luft-Kraftstoff-Verhältnis befindet. Die Zylinder-zu-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Einstellungen können auf Grundlage einer Korrelation zwischen Eingängen der ersten Lambdasonde 161, die an den Hauptabgaskanal 102 stromaufwärts des Umgehungskanals 174 gekoppelt ist (die eine Schätzung in Echtzeit des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases vor dem Eintreten in den Umgehungskanal angibt), und der zweiten Lambdasonde 163, die an den Hauptabgaskanal 102 stromabwärts des Umgehungskanals 174 gekoppelt ist (die eine Schätzung in Echtzeit des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des ersten Abschnitts von Abgas gemischt mit dem zweiten Abschnitt von Abgas angibt), durchgeführt werden. Die Zylinder-zu-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Einstellungen können das Betreiben einer ersten Gruppe von Zylindern, die fetter sind als Stöchiometrie, während des Betreibens einer zweiten Gruppe von Zylindern, die magerer sind als Stöchiometrie, beinhalten, wobei ein Grad der Fettheit der ersten Gruppe von Zylindern und ein Grad der Magerkeit der zweiten Gruppe von Zylindern auf der angestrebten Amplitude und Häufigkeit der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung basiert. In einem Beispiel kann der Motor ein V-Motor sein, wobei die erste Gruppe von Zylindern eine erste Bank umfasst und wobei die zweite Gruppe von Zylindern eine zweite Bank umfasst. In einem weiteren Beispiel kann der Verbrennungsmotor ein Reihenmotor mit zwei Gruppen von Zylindern sein. Als solches kann die erste Gruppe von Zylindern im Vergleich zu der zweiten Gruppe von Zylindern eine unterschiedliche Anzahl von Zylindern aufweisen und der Grad der Fettheit oder Magerkeit kann auf Grundlage der Anzahl von Zylindern in jeder Gruppe eingestellt werden. Der Abgaskrümmer kann ein geteilter Abgaskrümmer sein, mit einem ersten Satz von Rohren, die die erste Gruppe von Zylindern an einen ersten Abgaskrümmer koppeln, wobei ein zweiter (anderer) Satz von Rohren die zweite Gruppe von Zylindern an einen zweiten Abgaskrümmer koppeln. Die Zündfolge der zwei Gruppen von Zylindern kann unterschiedlich sein, wobei sich Abgas von einem Satz von Zylindern mit Abgas von der zweiten Gruppe von Zylindern stromaufwärts vom Umgehungskanal 174 verbindet. Die Zündfolge der zwei Gruppen von Zylindern kann einstellbar sein, um es Abgas aus der ersten Gruppe von Zylindern (über den ersten Abgaskrümmer) zu ermöglichen, über den Umgehungskanal 174 geleitet zu werden und Abgas von der zweiten Gruppe von Zylindern (über den zweiten Abgaskrümmer) zu ermöglichen, direkt zur Abgasnachbehandlungsvorrichtung 170 geleitet zu werden. Eine angestrebte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung kann durch Einstellen des Zeitpunkts der Abgasimpulse von der ersten Gruppe im Verhältnis zur zweiten Gruppe beibehalten werden. Des Weiteren kann die gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung durch Einstellen der Menge von Kraftstoffeinspritzung in die festgelegten Zylinder in den unterschiedlichen Gruppen von Zylindern beibehalten werden.
  • 1C zeigt eine schematische Ansicht 140 des Betriebs des Wärmeaustauschsystems 150 in einem dritten Betriebsmodus. Zuvor in 1A vorgestellte Komponenten sind ähnlich nummeriert und werden nicht erneut vorgestellt.
  • Demnach stellt der dritte Betriebsmodus eine dritte Einstellung des Umleitventils 175 und des AGR-Ventils 52 dar, die Abgasstromsteuerung ermöglicht. Im dritten Betriebsmodus kann sich das Umleitventil 175 in der ersten Position befinden, und das AGR-Ventil 52 kann sich in einer geöffneten Position befinden. In dem dritten Betriebsmodus kann aufgrund des Öffnens des AGR-Ventils 52 ein erster Abschnitt des Abgases, das aus der Turbine 116 und dem Wastegate 90 austritt, an der ersten Verbindungsstelle 106 in den Umgehungskanal eintreten, jedoch nicht über das Umleitventil 175 zu dem Hauptabgaskanal zurückkehren. Ein zweiter (verbleibender) Abschnitt des Abgases kann nicht in den Umgehungskanal eintreten, sondern kann über die Abgasnach und das AGR-Ventil 52 an den Motoransaugkrümmer abgegeben werden. In diesem Modus wird der Wärmetauscher 176 als ein AGR-Kühler betrieben. behandlungsvorrichtungen 170 und 171 und den Schalldämpfer 172 direkt zum Endrohr strömen. Der erste Abschnitt des Abgases kann nach dem Kühlen am Wärmetauscher 176 bei der Verbindungsstelle 108 in den AGR-Abgabekanal 180 eintreten. Die AGR kann über den AGR-Abgabekanal 180
  • Das Motorsystem kann im dritten Betriebsmodus (wie vorstehend beschrieben) nach Aktivieren der Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 170 und 171 und nach Aufwärmen des Motors und der Fahrzeugkabine (wenn Abgaswärme nicht länger zum Erwärmen von Fahrzeugkomponenten gewünscht ist) und wenn die AGR für Motorbetrieb angefordert ist, betrieben werden. Durch Bereitstellen von kühlerer AGR können Kraftstoffeffizienz und Emissionsqualität verbessert werden. Das Verhältnis des ersten Abschnitts von Abgas (bereitgestellt als AGR) zum zweiten Abschnitt von Abgas (ohne Kühlung direkt an das Endrohr geleitet) kann auf Grundlage des gewünschten AGR-Niveaus bestimmt werden, das ferner auf Motorbetriebsbedingungen wie etwa Motorlast, Motordrehzahl, Motortemperatur usw. basiert. Die Steuerung kann das gewünschte AGR-Niveau über eine Bestimmung, die Parameter wie bestimmte Motordrehzahl, Motorlast, Motortemperatur usw. direkt berücksichtigt, bestimmen, wie etwa Erhöhen des AGR-Niveaus, wenn sich die Motorlast im niedrigen bis mittleren Lastenbereich befindet, und dann Verringern der AGR-Menge, wenn sich die Motorlast in den mittleren bis höheren Bereich erhöht. Die Steuerung kann alternativ durch Bezug auf eine Lookup-Tabelle, die im Steuerungsspeicher gespeichert ist, das gewünschte AGR-Niveau bestimmen, wobei der Eingang in die Lookup-Tabelle Motordrehzahl und Motorlast ist, und wobei der Ausgang eine AGR-Menge oder ein AGR-Verhältnis des ersten Abschnitts von Abgas zum zweiten Abschnitt von Abgas ist. Auf Grundlage des bestimmten Verhältnisses kann das Öffnen des AGR-Ventils 52 reguliert werden, um zuzulassen, dass die gewünschte Abgasmenge in den Umgehungskanal 174 und den AGR-Abgabekanal 180 eintritt.
  • In einem Beispiel kann das Motorsystem im dritten Betriebsmodus betrieben werden, sogar wenn es eine Forderung nach Abgaswärmerückgewinnung gibt. Während die AGR am Wärmetauscher gekühlt wird, kann die Wärme vom Abgas zum Kühlmittel, das durch den Wärmetauscher zirkuliert, übertragen werden, und die rückgewonnene Wärme kann zum Bereitstellen von Wärme an die Fahrzeugkomponenten, wie etwa Fahrzeugkabine, Zylinderkopf, usw. verwendet werden.
  • Auf eine alternative Ausführungsform aus 1A, die in 2A gezeigt ist, wird nachstehend unter Bezugnahme auf das Beispielmotorsystem 200 eingegangen. Alle Komponenten des Motorsystems 200 können identisch zu denen des Motorsystems 100 sein, mit Ausnahme des Wärmetauschsystems 250. Zuvor in 1A vorgestellte Komponenten sind ähnlich nummeriert und werden nicht erneut vorgestellt. Ähnlich zur Ausführungsform aus 1A kann das Motorsystem 200 aus 2A ferner ein Steuersystem 14 zum Steuern des Motorbetriebs beinhalten. Auf die verschiedenen Betriebsmodi des Wärmetauschsystems 250 wird in Bezug auf die FIG. 2A-2C näher eingegangen.
  • Wie aus 2A ersichtlich wird, beinhaltet das Motorsystem 200 ein Wärmetauschsystem 250 mit einer ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 270, die an einen Hauptabgaskanal 102 gekoppelt ist, und eine zweite Abgasnachbehandlungsvorrichtung 271, die stromabwärts von der ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 270 an den Hauptabgaskanal 102 gekoppelt ist. Ein Umgehungskanal 274 kann an der Verbindungsstelle 206 stromabwärts von der ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 270 an den Hauptabgaskanal 102 gekoppelt sein. Der Umgehungskanal 274 kann sich von der ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 270 zu stromaufwärts von der zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 271 erstrecken. Der Umgehungskanal 274 kann parallel zum Hauptabgaskanal 102 angeordnet sein. Ein Wärmetauscher 276 kann an den Umgehungskanal 274 gekoppelt sein, um das Abgas, das den Umgehungskanal 274 passiert, zu kühlen. In einem Beispiel ist der Wärmetauscher 276 ein Wasser-Gas-Tauscher. Ein Motorkühlmittelsystem 155 kann zur Abgaswärmerückgewinnung und AGR-Kühlung an den Abgaswärmetauscher 276 gekoppelt sein. Motorkühlmittel kann über eine Kühlmitteleinlassleitung 160 in den Wärmetauscher 276 eindringen, und nach dem Zirkulieren durch den Wärmetauscher 276 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 208 stromabwärts vom Wärmetauscher 276 an den Abgasumgehungskanal 274 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 vom Verdichter 114 zu dem Motoransaugkrümmer rückgeführt wird. In noch einer weiteren Ausführungsform kann der Motor ein Saugmotor sein, ohne Turbolader, und die AGR kann aus dem Abgaskanal (in der gezeigten Position) angesaugt werden und dem Ansaugkrümmer zugeführt werden. Ein oder mehrere Sensoren können an den AGR-Kanal 180 gekoppelt sein, um Einzelheiten hinsichtlich der Zusammensetzung und der Bedingungen der AGR bereitzustellen. 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. Von stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 270 kann Abgas über einen oder mehrere des Hauptabgaskanals 102 und des Umgehungskanals 274 zu der zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 271 strömen.
  • Ein stromabwärts vom Wärmetauscher 276 an die Verbindungsstelle des Hauptabgaskanals 102 und des Umgehungskanals 274 gekoppeltes Umleitventil 275 kann verwendet werden, um die Strömung von Abgas durch den Umgehungskanal 274 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. In Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen wie etwa der Motortemperatur kann ein Abschnitt des Abgases durch den Umgehungskanal 274 und danach über die zweite Abgasnachbehandlungsvorrichtung 271 zu dem Endrohr 35 oder über den AGR-Kanal 180 und das Abgasrückführungs-(AGR-)Ventil 52 zu dem Einlass des Verdichters 114 geleitet werden. Das Öffnen des Umleitventils 275 und des AGR-Ventils 52 kann reguliert werden, um die Strömung des Abgases durch den Umgehungskanal 274 und den Wärmetauscher 276 zu steuern.
  • Auf diese Weise können die Systeme aus den 1A-1C ein Motorsystem bereitstellen, das Folgendes umfasst: einen Motoransaugkrümmer, ein Motorabgassystem mit einem Abgaskanal und einem Wärmetauschsystem, wobei der Abgaskanal einen Abgasfeuchtigkeitssensor beinhaltet, einen Abgastemperatursensor, einen Abgasdrucksensor, einen oder mehrere Abgaskatalysatoren und einen Schalldämpfer, wobei der Umgehungskanal an den Abgaskanal von stromaufwärts von dem einen oder den mehreren Katalysatoren zu stromaufwärts vom Schalldämpfer gekoppelt ist, wobei das Wärmetauschsystem einen Umgehungskanal beinhaltet, der einen Wärmetauscher einschließt, ein Kühlmittelsystem, das fluidisch an den Wärmetauscher gekoppelt ist, einen Motorblock und einen Heizkern, wobei das Kühlsystem einen Motorkühlmitteltemperatursensor beinhaltet, ein Umleitventil, das einen Ausgang des Umgehungskanals an den Abgaskanal koppelt, einen Abgasrückführungs-(AGR-)Kanal mit einem AGR-Ventil zum Rückführen von Abgas aus dem Umgehungskanal, stromabwärts vom Wärmetauscher zum Ansaugkrümmer, eine erste Lambdasonde, die an den Abgaskanal stromaufwärts vom Wärmetauscher gekoppelt ist, und eine zweite Lambdasonde, die an den Abgaskanal stromabwärts vom Wärmetauscher gekoppelt ist. Das Motorsystem beinhaltet ferner eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, zum: Schätzen der Motortemperatür über den Motorkühlmitteltemperatursensor und der Katalysatortemperatur über den Abgastemperatursensor, und als Reaktion auf eine Katalysatortemperatur, die unter dem Schwellenwert liegt, Schließen jedes des AGR-Ventils und des Umleitventils, um Abgas direkt zu dem einen oder den mehreren Katalysatoren zu strömen, und als Reaktion auf eine Katalysatortemperatur, die über dem Schwellenwert liegt, und eine Motortemperatur, die unter dem Schwellenwert liegt, Öffnen des Umleitventils, um eine ersten Menge von Abgas aus dem Abgaskrümmer zu dem einen oder den mehreren Katalysatoren über den Wärmetauscher zu strömen, während eine zweite, verbleibende Menge direkt zu dem einen oder den mehreren Katalysatoren strömt und den Wärmetauscher umgeht.
  • 2A zeigt den Betrieb des Wärmeaustauschsystems 250 in einem ersten Betriebsmodus. Der erste Betriebsmodus stellt eine erste Einstellung des Umleitventils 275 und des AGR-Ventils 52 dar, die Abgasstromsteuerung ermöglicht. Im ersten Betriebsmodus kann sich das Umleitventil 275 in einer ersten (vollständig geschlossenen) Position befinden, und das AGR-Ventil 52 kann sich in einer geschlossenen Position befinden. Im ersten Betriebsmodus kann Abgas, das aus der ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 270 austritt, aufgrund der ersten Position des Umleitventils 275 nicht in den Umgehungskanal 274 eintreten, sondern kann stromabwärts über den Hauptabgaskanal 102 zu der zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 271 strömen. Nach Durchströmen der zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 271 und des Schalldämpfers 172 kann das Abgas über das Endrohr 35 in die Atmosphäre freigegeben werden.
  • Das Wärmetauschsystem 250 kann im ersten Betriebsmodus (wie vorstehend beschrieben) unter Kaltstartbedingungen betrieben werden. Bei derartigen Bedingungen können eventuell die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 270 und 271 nicht optimal funktionell sein, da die Temperaturen der Vorrichtungen deren jeweilige Anspring- (Aktivierungs-) Temperatur eventuell nicht erreicht haben. AGR kann zudem während Kaltstartbedingungen nicht angefordert werden. Durch Einstellen des Abgasstroms, um warmes Abgas während des Kaltstarts direkt durch die beiden Abgasnachbereitungsvorrichtungen 270 und 271 zu leiten, kann Abgaswärme an die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 270 und 271 übertragen werden, wodurch deren Aktivierung beschleunigt wird. Daher kann warmes Abgas effizient zum Erhöhen der Temperatur der Abgasnachbehandlungsvorrichtungen (Katalysatoren) 270 und 271 verwendet werden. Durch Beschleunigen des Erzielens von Katalysatoranspringen unter Verwendung von Abgaswärme kann der Bedarf an Spätzündung reduziert werden, wodurch die Kraftstoffeffizienz des Motors erhöht wird. Durch schnelleres Erzielen der Anspringtemperatur der Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 270 und 271 kann die Emissionsqualität verbessert werden.
  • Das Wärmetauschsystem 250 kann ebenfalls während Bedingungen einer Motortemperatur, die über dem Schwellenwert liegt, und einer Motorlast, die über dem Schwellenwert liegt, im ersten Betriebsmodus betrieben werden. Während solchen Bedingungen von Motorlast, die über dem Schwellenwert liegt, kann ein größeres Volumen an Abgas zum Behandeln durch die beiden Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 270 und 271 vorhanden sein. Für optimale Leistung der Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 270 und 271 kann eine angestrebte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung an den Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 270 und 271 beibehalten werden. Um die angestrebte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung von Abgas, die jede der Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 270 und 271 erreicht, beizubehalten, kann Abgas direkt von der ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 270 zur zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 271 geleitet werden. Statt Abgas direkt zu leiten, falls ein erster Abschnitt des Abgases von der ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 270 über den Umgehungskanal zu der zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 271 geleitet wird, während ein zweiter, verbleibender Abschnitt direkt von der ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 270 zu der zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 271 geleitet wird, können die beiden Abschnitte des Abgases, die in die zweite Abgasnachbehandlungsvorrichtung 271 eintreten, durch zwei verschiedene Strecken strömen. Der Streckenunterschied zwischen den beiden Abschnitten kann in unerwünschten Änderungen der angestrebten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung von Abgas, das die zweite Abgasnachbehandlungsvorrichtung 271 erreicht, führen, was den Betrieb der zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 271 bei größeren Volumen von Abgasstrom, wie etwa bei Hochlastbedingungen, beeinträchtigen kann. Daher kann das Wärmetauschsystem bei solchen Lastbedingungen, die über einem Schwellenwert liegen, im ersten Betriebsmodus betrieben werden, so dass jede der Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 270 und 271 optimal funktionell sein kann.
  • 2B zeigt eine schematische Ansicht 220 des Betriebs des Wärmetauschsystems 250 in einem zweiten Betriebsmodus. Zuvor in 2A vorgestellte Komponenten sind ähnlich nummeriert und werden nicht erneut vorgestellt.
  • Der zweite Betriebsmodus stellt eine zweite Einstellung des Umleitventils 275 und des AGR-Ventils 52 dar, die Abgasstromsteuerung ermöglicht. Im zweiten Betriebsmodus kann sich das Umleitventil 275 in einer zweiten (teilweise geöffneten) Position befinden, und das AGR-Ventil 52 kann sich in der geschlossenen Position befinden. Im zweiten Betriebsmodus kann ein erster Abschnitt des Abgases (das aus den ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 270 austritt) aufgrund der zweiten Position des Umleitventils 275 an der Verbindungsstelle 206 in den Umgehungskanal 274 eintreten und durch den Wärmetauscher 276 strömen. Nach dem Passieren durch den Wärmtauscher 276 kann der erste Abschnitt des Abgases über das Umleitventil 275 zum Hauptabgaskanal 102 zurückströmen. Das Abgas kann dann durch die zweite Abgasnachbehandlungsvorrichtung 271 und den Schalldämpfer 172 strömen, bevor es über das Endrohr 35 in die Atmosphäre freigegeben wird. Gleichzeitig kann ein zweiter (verbleibender) Abschnitt des Abgases von der ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 270 direkt zur zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 271 geleitet werden, ohne in den Umgehungskanal 274 einzutreten. Der erste und der zweite Abschnitt von Abgas können sich am Hauptabgaskanal 102 verbinden, bevor sie in die zweite Abgasnachbehandlungsvorrichtung 270 eintreten.
  • Das Wärmetauschsystem 250 kann im zweiten Betriebsmodus (wie vorstehend beschrieben) betrieben werden, nachdem die zweite Abgasnachbehandlungsvorrichtung 271 ihre Anspringtemperatur erreicht hat und aktiviert ist. Der Abgassystembetrieb kann aus dem ersten Modus in den zweiten Modus reagierend auf Aktivierung der zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 271 versetzt werden, sogar wenn die erste Abgasnachbehandlungsvorrichtung 270 ihre Anspringtemperatur nicht erreicht hat, da das Abgas im zweiten Modus weiter durch die erste Abgasnachbehandlungsvorrichtung 270 strömt, bevor sie in den Umgehungskanal 274 eintritt. Durch Strömen eines Teils des Abgases durch den Wärmetauscher 276 kann Wärme vom Abgas unter Verwendung eines Motorkühlmittels rückgewonnen werden. Die aus dem Abgas entnommene Wärme kann für weiteres Erwärmen des Motors und zum Bereitstellen von Wärme für eine Fahrzeugkabine verwendet werden, wodurch die parasitische Verwendung von Motorleistung (zum Betreiben von Hilfssystemen wie etwa Heizungen) reduziert wird und die Kraftstoffeffizienz verbessert wird. Das Verhältnis des ersten Abschnitts von Abgas (am Wärmetauscher 276 gekühlt) zum zweiten Abschnitt von Abgas (direkt zur zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 271 geleitet, ohne Kühlung) kann auf Grundlage der Temperatur der zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 271 bestimmt werden. Um optimale Leistung der Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 270 und 271 beizubehalten, kann die Temperatur der Vorrichtungen über deren jeweiligen Anspring- (Aktivierungs-) Temperaturen beibehalten werden. Wärme aus dem zweiten Abschnitt des Abgases kann verwendet werden, um die Temperatur der zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 271 über deren Anspringtemperatur beizubehalten. In einem Beispiel kann der erste Abschnitt erhöht werden, wenn sich die Temperatur der zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 271 über eine Schwellenwerttemperatur erhöht, wobei die Schwellenwerttemperatur der Anspringtemperatur der zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 271 entsprechen kann. In einem weiteren Beispiel kann der zweite Abschnitt erhöht werden, während sich die Temperatur von den zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 272 unter die Anspringtemperatur verringert. Auf Grundlage des geschätzten Verhältnisses kann der Grad der Öffnung des Umleitventils 275 einstellbar sein, um es dem ersten Abschnitt von Abgas zu ermöglichen, durch das Umleitventil 274 zu strömen, während der verbleibende zweite Abschnitt von Abgas direkt durch den Hauptabgaskanal 102 zur zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 271 strömt.
  • Das Wärmetauschsystem 250 kann alternativ im zweiten Modus bei Bedingungen, bei denen die Motorlast niedriger ist als eine Schwellenwertmotorlast, betrieben werden, und die gesamte Menge von Abgas kann effizient von der ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 270 behandelt werden. Während des Betriebs in diesem Modus kann es einen Unterschied zwischen dem angestrebten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das die zweite Abgasnachbehandlungsvorrichtung 271 erreicht, geben, da Abgas die zweite Abgasnachbehandlungsvorrichtung 271 über zwei verschiedene Strömungswege erreicht, was deren Leistung beeinträchtigen kann. Jedoch kann der Unterschied in Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung die Leistungseffizienz der zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtung oder die gesamte Abgasemissionsqualität nicht wesentlich beeinträchtigen, da das Abgas im Wesentlichen von der ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 270 behandelt wird, bevor es die zweite Abgasnachbehandlungsvorrichtung 271 erreicht.
  • 2C zeigt eine schematische Ansicht 240 des Betriebs des Wärmeaustauschsystems 250 in einem dritten Betriebsmodus. Zuvor in 2A vorgestellte Komponenten sind ähnlich nummeriert und werden nicht erneut vorgestellt.
  • Der dritte Betriebsmodus stellt eine dritte Einstellung des Umleitventils 275 und des AGR-Ventils 52 dar, die Abgasstromsteuerung ermöglicht. Im dritten Betriebsmodus kann sich das Umleitventil 275 in der ersten (vollständig geschlossenen) Position befinden, und das AGR-Ventil 52 kann sich in einer geöffneten Position befinden. Im dritten Betriebsmodus kann aufgrund des Öffnens des AGR-Ventils 52 ein erster Abschnitt von Abgas, das aus der ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 270 austritt, an der ersten Verbindungsstelle 206 in den Umgehungskanal eintreten, jedoch nicht über das Umleitventil 275 zu dem Hauptabgaskanal zurückkehren. Ein zweiter (verbleibender) Abschnitt von Abgas kann nicht in den Umgehungskanal eintreten, sondern kann direkt zur zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 271 strömen. Der erste Abschnitt des Abgases kann nach dem Kühlen am Wärmetauscher 276 bei der Verbindungsstelle 108 in den AGR-Abgabekanal 180 eintreten. Die gekühlte AGR kann über den AGR-Abgabekanal 180 und das AGR-Ventil 52 an den Motoransaugkrümmer abgegeben werden. In diesem Modus wird der Wärmetauscher 276 als ein AGR-Kühler betrieben.
  • Das Motorsystem kann im dritten Betriebsmodus (wie vorstehend beschrieben) betrieben werden, wenn die AGR dazu aufgefordert ist, eine gewünschte Motorverdünnung zu erzielen. Während dieser AGR-Anforderung kann die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 270 zudem ihre Anspringtemperatur erreicht haben und Aufwärmen des Motors und der Fahrzeugkabine kann nicht länger gewünscht sein. Durch Bereitstellen von AGR können Kraftstoffeffizienz und Emissionsqualität verbessert werden. Das Verhältnis des ersten Abschnitts von Abgas (abgegeben als AGR) zu dem zweiten Abschnitt von Abgas (ohne Kühlung direkt an das Endrohr geleitet) kann auf Grundlage der gewünschten AGR-Menge bestimmt werden, die ferner auf Motorbetriebsbedingungen wie etwa Motorlast, Motordrehzahl, Motortemperatur usw. basiert. In einem Beispiel kann die Steuerung die AGR-Menge über eine Bestimmung, die Parameter wie Motorlast, Motordrehzahl, Motortemperatur usw. direkt berücksichtigt, bestimmen. In einem weiteren Beispiel kann die Steuerung das AGR-Niveau auf Grundlage einer Berechnung unter Verwendung einer Lookup-Tabelle bestimmen, wobei die Eingabe eines oder mehrere von Motorlast, Motordrehzahl, Motortemperatur usw. ist und der Ausgang die AGR-Menge ist. Auf Grundlage des bestimmten Verhältnisses kann das Öffnen des AGR-Ventils 52 reguliert werden, um zuzulassen, dass die gewünschte Abgasmenge in den Umgehungskanal 274 und dann in den AGR-Abgabekanal 180 eintritt. In einem Beispiel kann das Öffnen des AGR-Ventils erhöht sein, wenn sich der erste Abschnitt (angeforderte Menge von AGR) erhöht und der zweite Abschnitt entsprechend verringert.
  • In einem Beispiel kann das Motorsystem im dritten Betriebsmodus betrieben werden, wenn es eine Forderung nach Abgaswärmerückgewinnung zusätzlich zur AGR-Forderung gibt. Während die AGR am Wärmetauscher abgekühlt wird, kann die Wärme aus dem Abgas auf ein Kühlmittel übertragen werden, das durch den Wärmetauscher zirkuliert, und die rückgewonnene Wärme kann zum Bereitstellen von Wärme an Fahrzeugkomponenten, wie etwa Fahrzeugkabine, Motorblock, Zylinderkopf, usw. verwendet werden. Zudem kann während Forderungen nach sowohl AGR als auch Abgaswärmerückgewinnung das Umleitventil 275 geöffnet werden, um das gesamte Volumen von Abgas über den Wärmetauscher 276 zu strömen. Nach dem Strömen durch den Wärmetauscher 275 kann ein erster Abschnitt von Abgas in den AGR-Abgabekanal eintreten, wobei ein zweiter (verbleibender) Abschnitt von Abgas zum Hauptabgaskanal 102 zurückströmen kann und dann über das Endrohr 35 in die Atmosphäre freigegeben werden kann. Das Verhältnis des ersten Abschnitts zum zweiten Abschnitt kann auf Grundlage der AGR-Forderung eingestellt werden. Der erste Abschnitt kann erhöht werden und der zweite Abschnitt kann entsprechend verringert werden, wenn sich die AGR-Forderung erhöht, wobei der erste Abschnitt verringert werden kann und der zweite Abschnitt entsprechend erhöht werden kann, wenn sich die AGR-Forderung verringert. Das Öffnen des AGR-Ventils 52 kann auf Grundlage des ersten Abschnitts eingestellt werden, wobei das Öffnen des Ventils 52 bei einer Erhöhung im ersten Abschnitt erhöht wird und das Öffnen des Ventils 52 mit einer Verringerung im ersten Abschnitt verringert wird.
  • Die drei Beispielbetriebsmodi der Wärmetauschsysteme aus den 1A-1C und 2A-2C werden wie vorstehend erläutert in 6 tabellarisch dargestellt. Zeile 602 der Tabelle 600 zeigt Einstellungen, die dem Betrieb von beiden Ausführungsformen (Wärmetauschsystem vor dem Katalysator und Wärmetauschsystem im Katalysator) des Wärmetauschsystems entsprechen, das wie in den 1A und 2A beschrieben im ersten Modus betrieben wird, Zeile 604 zeigt Einstellungen, die dem Betrieb beider Ausführungsformen des Wärmetauschsystems entsprechen, die wie in den 1B und 2B beschrieben im zweiten Modus betrieben werden, und Zeile 606 zeigt Einstellungen, die dem Betrieb beider Ausführungsformen des Wärmetauschsystems entsprechen, das wie in den 1C und 2C beschrieben im dritten Modus betrieben wird.
  • 3 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform 300 eines Kühlmittelsystems 5 in einem Kraftfahrzeug 6. Das Kühlmittelsystem 5 zirkuliert Motorkühlmittel durch einen Verbrennungsmotor 10 und verteilt zurückgewonnene Wärme von einem Abgaswärmetauscher 54 über eine Kühlmittelleitung 84 zu einem Verbrennungsmotor 10. In einem Beispiel kann das Kühlmittelsystem 5 das Kühlmittelsystem 155 sein und der Abgaswärmetauscher 54 kann der Wärmetauscher 176 in den 1A-1C und der Wärmetauscher 276 in den 2A-2C sein.
  • 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 Radiatorumgehungsleitung 87. Kühlmittelstrom, der über die Kühlmittelleitung 82 aus dem Radiator 80 austritt, und Kühlmittelstrom, der den Radiator über die Kühlmittelleitung 87 umgeht, können an einem Thermostatventil 38, das die Stromteilung zwischen Radiator 80 und Radiatorumgehungsleitung 87 steuert, zusammenfließen. In einem Beispiel kann das Kühlmittelsystem 5 das Kühlmittelsystem 155 sein und der Abgaswärmetauscher 54 kann der Wärmetauscher 176 in den 1A-1C sein.
  • Insbesondere zeigt 3 das Kühlmittelsystem 5 gekoppelt an den Motor 10 und das Zirkulieren des Motorkühlmittels aus dem Motor 10 durch den Abgaswärmetauscher 54 und über eine motorbetriebene (oder elektrische) Wasserpumpe 86 zu dem Radiator 80 und/oder der Radiatorumgehungsleitung 87 und zurück zum Motor 10. Eine erste Kühlmittelleitung 84 kann den Motor an den Wärmetauscher 54 koppeln. Kühlmittel aus dem Wärmetauscher 54 kann über den ersten Kühlmittelkreis 84 zum Motor 10 zirkulieren. Die Wasserpumpe 86 kann an den Motor über Frontend-Nebenaggregatantrieb (front end accessory drive - FEAD) 37 gekoppelt sein und proportional zur Motordrehzahl über Riemen, Kette usw. gedreht werden. Insbesondere zirkuliert die Wasserpumpe 86 Kühlmittel durch Kanäle in dem Motorblock, Kopf usw., um Motorwärme zu absorbieren, die dann über den Radiator 80 gemäß Regulierung 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 zur 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 über eine Kühlmittelleitung 89 aus dem Motor austreten und das erwärmte Motorkühlmittel kann dann zum Heizkern 90 strömen. Nach dem Zirkulieren durch den Heizkern 90 kehrt das Kühlmittel über die Kühlmittelleitung 89 zum Motor zurück. Kühlmittel, das über die Kühlmittelleitung 82 aus dem Motor austritt, kann durch den Radiator 80 oder durch die Radiatorumgehungsleitung 87 strömen, wie über das Thermostatventil 38 reguliert, wobei der Strom bei Bedingungen, bei denen die Motortemperatur (Kühlmitteltemperatur) unter einer Schwellentemperatur liegt, durch die Radiatorumgehungsleitung 87 geführt 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 angesaugten Wärme erwärmt werden. Nach dem Strömen durch den Heizkern kehrt das Kühlmittel über die Kühlmittelleitung 89 zum Motor 10 zurück. Kühlmittel, das über die Kühlmittelleitung 82 aus dem Motor austritt, kann durch den Radiator 80 und/oder die Radiatorumgehungsleitung 87 strömen. Nach dem Strömen durch den Radiator 80 kehrt das Kühlmittel über das Thermostatventil 38 zum Motor 10 zurück, während das Kühlmittel, das den Radiator über die Radiatorumgehungsleitung 87 umgeht, ebenfalls über das Thermostatventil 38 zu dem Motor 10 zurückkehrt.
  • Das System 50 zur Abgasrückführung (AGR) kann einen gewünschten Abschnitt 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 am Abgaswärmetauscher 54 gekühlt werden. Nach dem Kühlen des AGR kann das Kühlmittel zum Motor 10 und dann zum Heizkern 90, der Radiatorumgehungsleitung 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.
  • 4 veranschaulicht ein erstes beispielhaftes Verfahren 400, das umgesetzt werden kann, um Abgasstrom durch die Umgehungsbaugruppe, wie in den 1A-1C gezeigt in der ersten Ausführungsform des Abgaswärmetauschsystems einzustellen. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 400 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 die 1A-1C beschriebenen Sensoren. Die Steuerung kann Motorbetätigungselemente des Motorsystems einsetzen, um den Motorbetrieb gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren einzustellen.
  • Bei 402 beinhaltet die Routine Schätzen und/oder Messen von Motorbetriebsbedingungen. Bewertete Bedingungen können zum Beispiel Motortemperatur, Motorlast, Fahrerdrehmomentbedarf, Motordrehzahl, Drosselposition, Abgasdruck, Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, Umgebungsbedingungen einschließlich Umgebungstemperatur, - druck und -feuchtigkeit, MAP, MAF, Aufladung usw. beinhalten.
  • Bei 404 beinhaltet die Routine das Bestimmen, ob der Fahrzeugmotor unter Kaltstartbedingungen betrieben wird. Eine Kaltstartbedingung kann bestätigt werden, wenn der Motor nach einem längeren Zeitraum von Motorinaktivität gestartet wird, wenn die Motortemperatur niedriger ist als ein Schwellenwert (wie etwa unterhalb einer Anspringtemperatur des Abgaskatalysators) und während Umgebungstemperaturen unterhalb eines Schwellenwerts liegen. Bei Kaltstartbedingungen kann beschleunigtes Wärmen der Abgaskatalysatoren für verbesserte Emissionsqualität gewünscht sein, während Abgasrückführung (AGR) für optimalen Motorbetrieb nicht gewünscht sein kann.
  • Wenn Motorkaltstartbedingungen bestätigt sind, geht die Routine zu 406 über, um das Abgasumgehungssystem im ersten Betriebsmodus zu betreiben. Das Betreiben im ersten Modus, wie in Bezug auf 1A beschrieben, beinhaltet bei 407 Betätigen des AGR-Ventils (wie etwa AGR-Ventil 52 in 1A) in eine geschlossene Position und bei 408 Umschalten des Umleitventils (wie etwa Umleitventil 175 in 1A), das an eine Verbindungsstelle des Umgehungskanals (wie etwa Umgehungskanal 174 in 1A) und den Hauptabgaskanal gekoppelt ist, in eine erste, vollständig geschlossene Position.
  • Aufgrund der vollständig geschlossenen Position des Umleitventils, kann das gesamte Volumen von Abgas, das aus der Abgasturbine und dem Wastegate austritt, bei 409 nicht in den Umgehungskanal eintreten, sondern kann stromabwärts durch den Hauptabgaskanal zu den Abgaskatalysatoren (wie etwa Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 170 und 171 in 1A) strömen. Die Wärme aus dem Abgas kann verwendet werden, um die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen zu wärmen und somit das Erzielen der Anspring-(Aktivierungs-) Temperatur von jedem Katalysator zu beschleunigen. Durch Beschleunigen des Erzielens der Katalysatoranspringtemperatur unter Verwendung von Abgaswärme kann der Bedarf an Spätzündung reduziert werden, wodurch die Kraftstoffeffizienz des Motors erhöht wird, während die Emissionsqualität verbessert wird.
  • Bei 410 beinhaltet die Routine das Bestimmen, ob der/die Abgassystemkatalysator(en) deren jeweilige Anspringtemperaturen erzielt haben. Sobald die Katalysatoren deren Anspringtemperatur erreicht haben, können die Katalysatoren optimal betrieben werden und verbesserte Emissionsqualität bereitstellen. Zudem kann die Routine direkt zu Schritt 410 weitergehen, falls (bei 404) bestimmt wird, dass der Motor nicht unter Kaltstartbedingungen betrieben wird, wie etwa während einer Warmstartbedingung.
  • Falls bestätigt wird, dass die Abgaskatalysatoren deren Anspringtemperatur noch nicht erreicht haben, kann die Routine zu Schritt 406 übergehen, wobei der Wärmetauscher im ersten Modus betrieben wird und Abgas direkt zu den Katalysatoren geleitet wird, bis mindestens der stromaufwärtige Abgaskatalysator seine Anspringtemperatur erzielt hat. Alternativ kann das Wärmetauschsystem weiterhin im ersten Modus betrieben werden, bis jeder der Abgaskatalysatoren dessen jeweilige Anspringtemperatur erzielt hat.
  • Falls bestätigt wird, dass mindestens der stromaufwärtige Katalysator dessen Anspringtemperatur erzielt hat, oder dass beide Abgaskatalysatoren ihre jeweilige Anspringtemperatur erreicht haben, kann das Abgassystem bei 412 im zweiten Modus betrieben werden. Betrieb im zweiten Modus beinhaltet, wie mit Bezug auf 1B beschrieben, bei 413 das Beibehalten des AGR-Ventils in der geschlossenen Position, und bei 414 das Betätigen des Umleitventils in eine zweite (teilweise geöffnete) Position. In der zweiten Position kann ein Grad der Öffnung des Umleitventils auf Grundlage einer Temperatur von mindestens dem stromaufwärtigen Katalysator relativ zur Anspringtemperatur des stromaufwärtigen Katalysators variiert werden, um die Menge von Abgas, die in den Umgehungskanal eintritt, einzustellen.
  • Aufgrund der zweiten Position des Umleitventils kann, bei 416, ein erster Abschnitt des Abgases, das aus der Turbine und dem Wastegate austritt, in den Umgehungskanal eintreten, durch den Wärmetauscher strömen, und dann zum Hauptabgaskanal, stromaufwärts von beiden Abgaskatalysatoren zurückströmen. Ein zweiter Abschnitt des Abgases kann nicht in den Umgehungskanal eintreten und kann direkt zu den Abgaskatalysatoren strömen. Wärme vom zweiten Abschnitt des Abgases kann verwendet werden, um die Betriebstemperatur von mindestens dem stromaufwärtigen Katalysator bei oder über seiner Anspringtemperatur zu halten. In einem Beispiel kann ein Verhältnis des ersten Abschnitts (über den Wärmetauscher geleitet) zum zweiten Abschnitt (den Wärmetauscher umgehend geleitet) auf einer Temperatur von mindestens dem stromaufwärtigen Katalysator relativ zur Anspringtemperatur (Aktivierungstemperatur) des stromaufwärtigen Katalysators basiert sein. Der erste Abschnitt kann verringert werden und der zweite Abschnitt kann entsprechend erhöht werden, wenn sich die Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators unter die Anspringtemperatur verringert. Gleichermaßen kann der erste Abschnitt zur erhöhten Abgaswärmerückgewinnung erhöht werden und der zweite Abschnitt kann entsprechend verringert werden, wenn sich die Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators über die Anspringtemperatur erhöht. Das Öffnen des Umleitventils kann eingestellt werden, um den ersten Abschnitt bereitzustellen, wobei das Öffnen erhöht wird, wenn sich der erste Abschnitt erhöht, und das Öffnen verringert wird, wenn sich der erste Abschnitt verringert. Als ein Beispiel kann das Umleitventil vollständig geschlossen werden, um das gesamte Volumen von Abgas durch den stromaufwärtigen und stromabwärtigen Katalysator ohne jeglichen Abgasstrom durch den Wärmetauscher (keine Abgaswärmerückgewinnung) zu strömen, wenn sich die Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators wesentlich unter dessen Anspringtemperatur (wie etwa unter eine Schwellenwerttemperatur) verringert. In einem weiteren Beispiel kann das Verhältnis des ersten Abschnitts zum zweiten Abschnitt auf jeder der Temperatur des stromaufwärtigen Abgaskatalysators relativ zur Anspringtemperatur des stromaufwärtigen Katalysators und der Temperatur des stromabwärtigen Abgaskatalysators relativ zur Anspringtemperatur des stromabwärtigen Katalysators basiert sein. Der erste Abschnitt kann verringert werden und der zweite Abschnitt kann entsprechend erhöht werden, wenn sich die Temperatur von einem des stromaufwärtigen Katalysators und des stromabwärtigen Katalysators unter deren jeweilige Anspringtemperatur verringert.
  • Bei 418 kann Wärme aus dem ersten Abschnitt von Abgas, das den Wärmetauscher durchströmt, auf ein Kühlmittel übertragen werden, das durch den Wärmetauscher zirkuliert. Das Kühlmittel, das über die Wärmeübertragung am Wärmetauscher erwärmt wurde, kann zum Motor und einem Heizkern zirkuliert werden, sodass es zum Wärmen anderer Komponenten des Fahrzeugs genutzt werden kann, wie etwa eines Zylinderkopfs, eines Motorblocks und eines Fahrzeugkabinenraums. Als ein Beispiel kann die Fahrzeugkabinentemperatur niedriger sein als eine angeforderte Temperatur und Beheizen der Kabine kann erforderlich sein. Demnach kann auf Grundlage eines Kabinenwärmebedarfs, wie von einem Fahrzeugführer angefordert (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 angesaugt werden, wodurch eine Erwärmung der Kabine ermöglicht wird. Das erwärmte Kühlmittel kann außerdem zu einem Motorblock und einem Zylinderkopf zirkuliert werden, um die Motortemperaturen anzuheben. Auf diese Weise kann Wärme von jedem des ersten Abschnitts und des zweiten Abschnitts des Abgases verwendet werden, um wie gewünscht Wärme an die Fahrzeugkomponenten bereitzustellen.
  • Bei 420 kann ein Zylinder-zu-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt werden, um eine gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung im Abgasstrom, der die Katalysatoren erreicht (Einlass des stromaufwärtigen Katalysators) beizubehalten. Mit anderen Worten können Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störungen, die durch Einstellen des Zylinder-zu-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gebildet sind, verwendet werden, um ein angestrebtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis an den Katalysatoren bereitzustellen. Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung kann optimalen Betrieb von mindestens dem stromaufwärtigen Katalysator erleichtern. Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störungen (Schwankungen zwischen Magerkeit und Fettheit) im Abgas, das in den stromaufwärtigen Katalysator eintritt, werden von einer Phasenverschiebung zwischen Abgas, das aus den beiden Gruppen von Zylindern austritt, verursacht. Eine gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung kann durch Einstellen der Kraftstoffzufuhr einer ersten Gruppe von Zylindern relativ zur Kraftstoffzufuhr einer zweiten Gruppe von Zylindern erreicht werden. Abgas von den zwei Gruppen von Zylindern kann verbunden werden, um ein nahstöchiometrisches Gemisch vor dem Eintritt in den stromaufwärtigen Abgaskatalysator zu erreichen. Aufgrund der gewünschten Phasenstörung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses kann ein reaktives Gemisch mit sowohl mageren als auch fetten Abgasspezies die Katalysatoren gleichzeitig erreichen und dadurch die Reaktionsfähigkeit der Katalysatoren verbessern. Kraftstoffzufuhr kann auf einer pro-Zylinder-Basis als eine Funktion des ersten Abschnitts von Abgas (über Wärmetauscher zu Katalysatoren geleitet) relativ zum zweiten Abschnitt (Wärmetauscher umgehend zu den Katalysatoren geleitet) eingestellt werden, um ein angestrebtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis am stromaufwärtigen Katalysator bereitzustellen. Der erste Abschnitt des Abgases, das in die Katalysatoren eintritt, strömt durch eine längere Strecke über den Wärmetauscher im Vergleich zum zweiten Abschnitt des Abgases, der direkt durch die Katalysatoren strömt, wodurch es ungewollte Änderungen der gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung von Abgas, das die Katalysatoren erreicht, geben kann. In einem Beispiel beinhaltet Einstellen der Kraftstoffzufuhr als eine Funktion des ersten Abschnitts relativ zum zweiten Abschnitt das Einstellen der Kraftstoffzufuhr auf Grundlage einer Transportverzögerung des ersten Abschnitts des Abgases durch den Umgehungskanal, relativ zur Transportverzögerung des zweiten Abschnitts des Abgases durch den Hauptabgaskanal. Kraftstoffzufuhr auf einer pro-Zylinder-Basis kann eingestellt werden auf Grundlage von Eingang von jeder einer ersten Lambdasonde, die stromaufwärts des Wärmetauschers (stromaufwärts des Umgehungskanal) im Hauptabgaskanal positioniert ist (und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgas vor dem Eintreten in den Umgehungskanal angibt) und einer zweiten Lambdasonde, die stromabwärts des Wärmetauschers (stromabwärts des Umgehungsventils und stromaufwärts des Abgaskatalysators) im Hauptabgaskanal positioniert ist (und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des ersten Abschnitts von Abgas gemischt mit dem zweiten Abschnitt von Abgas angibt). In einem Beispiel, in dem der Motor eine erste Gruppe von Zylindern beinhaltet, die Abgas in ein erstes Rohr abgeben, und eine zweite Gruppe von Zylindern, die Abgas in ein zweites, unterschiedliches Rohr abgeben, wobei der erste Abschnitt von Abgas Abgas beinhalten kann, das zu einem ersten Zeitpunkt aus einer ersten Gruppe von Zylindern aufgenommen wurde, und der Abschnitt von Abgas Abgas beinhalten kann, das zu einem zweiten Zeitpunkt aus einer zweiten, unterschiedlichen Gruppe von Zylindern aufgenommen wurde. Darin kann die erste Gruppe von Zylindern derart mit Kraftstoff beliefert werden, dass sie fetter ist als die Stöchiometrie, und die zweite Gruppe von Zylindern kann derart mit Kraftstoff beliefert sein, dass sie magerer ist als die Stöchiometrie, wobei ein Grad der Fettheit der ersten Gruppe von Zylindern derart ausgewählt ist, dass er höher ist als der Grad der Magerkeit der zweiten Gruppe von Zylindern, wenn die angestrebte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung am stromaufwärtigen Katalysator eine fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung beinhaltet (das heißt, fetter als Stöchiometrie). Folglich kann das Gemisch des ersten Abschnitts und des zweiten Abschnitts, das den stromaufwärtigen Katalysator erreicht, dem angestrebten fetten LKV genau oder in etwa entsprechen. Gleichermaßen kann die erste Gruppe von Zylindern derart mit Kraftstoff beliefert werden, dass sie magerer ist als die Stöchiometrie, und die zweite Gruppe von Zylindern kann derart mit Kraftstoff beliefert sein, dass sie fetter ist als die Stöchiometrie, wobei ein Grad der Magerkeit der ersten Gruppe von Zylindern derart ausgewählt ist, dass er höher ist als der Grad der Fettheit der zweiten Gruppe von Zylindern, wenn die angestrebte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung am stromaufwärtigen Katalysator eine magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung beinhaltet. Folglich kann das Gemisch des ersten Abschnitts und des zweiten Abschnitts, das den stromaufwärtigen Katalysator erreicht, dem angestrebten mageren LKV genau oder in etwa entsprechen. Ein Multiplizierer kann zum Regulieren von Kraftstoffzufuhr über jeden Injektor verwendet werden, so dass die Menge von über jeden Injektor eingespritztem Kraftstoff eingestellt werden kann, um die angestrebte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung beizubehalten.
  • Somit umfasst die Routine bei 422 das Bestimmen, ob weitere Abgaswärmerückgewinnung gewünscht ist. In einem Beispiel kann die Motortemperatur eine optimale Betriebstemperatur erreicht haben und es kann keine weitere Motorheizung gewünscht sein. Zudem kann Abgaswärmerückgewinnung nicht länger angefordert sein, wenn die Fahrzeugkabinentemperatur die angeforderte Temperatur erreicht.
  • Falls bestimmt wird, dass weitere Abgaswärmerückgewinnung gewünscht ist, kann das Wärmetauschsystem bei 424 weiter im zweiten Modus betrieben werden, und Wärme kann weiterhin von mindestens einem Abschnitt des Abgases rückgewonnen werden, bis die Kühlmitteltemperatur auf die Schwellenwerttemperatur steigt. Falls bestätigt wird, dass eine Abgaswärmerückgewinnung nicht länger gewünscht ist, kann die Routine zu Schritt 426 weitergehen.
  • Bei 426 beinhaltet die Routine das Bestimmen, ob AGR gewünscht ist. Die AGR-Forderung kann auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen, einschließlich Motordrehzahl und Motorlast geschätzt werden. Die Steuerung kann die AGR-Forderung durch eine Bestimmung, die bestimmte Motordrehzahl, Motorlast, Motortemperatur usw. berücksichtigt, bestimmen, wie etwa Erhöhen der AGR-Menge, wenn sich die Motorlast im niedrigen bis mittleren Lastenbereich erhöht, und dann Verringern der AGR-Menge, wenn sich die Motorlast im mittleren Lastenbereich erhöht. Die Steuerung kann alternativ die AGR-Anforderung durch Bezug auf eine Lookup-Tabelle, die im Steuerungsspeicher gespeichert ist, bestimmen, wobei die Lookup-Tabelle Eingang aufweist, der Motordrehzahl und Motorlast ist, und wobei der Ausgang eine AGR-Menge oder eine AGR-Ventilposition (oder Grad der Öffnung) ist, die der AGR-Menge entspricht.
  • Falls bestimmt wird, dass AGR auf Grundlage von gegenwärtigen Motorbetriebsbedingungen nicht gewünscht ist, kann das Abgassystem bei 428 im ersten Modus betrieben werden, indem das Umleitventil in die erste Position betätigt wird, während das AGR-Ventil geschlossen beibehalten wird. Im ersten Modus kann Abgas nicht in den Umgehungskanal eintreten und kann direkt über die Katalysatoren zu dem Endrohr strömen. Zudem kann das Abgassystem zum Betreiben im ersten Modus versetzt werden während Motorlastbedingungen, die höher sind als ein Schwellenwert. Falls das Abgassystem während höheren Lastbedingungen im zweiten Modus betrieben wird, kann Motorleistung aufgrund von erhöhtem Abgasgegendruck negativ beeinträchtigt werden, was zu einer Erhöhung von Pumparbeit führt, was reduzierten Bremsausgang verursacht. Ferner kann es zu Kühlmittelüberhitzung und Kühlmittelsystemabbau kommen, wenn Wärmerückgewinnung während höheren Lastbedingungen weitergeführt wird.
  • Falls bestätigt wird, dass AGR für Motorbetrieb gewünscht ist, kann das Abgassystem als Reaktion auf die Anforderung nach AGR bei 430 im dritten Modus betrieben werden. Betreiben im dritten Modus beinhaltet wie mit Bezug auf 1C beschrieben, bei 431, das Betätigen des AGR-Ventils in eine offene Position, und bei 432 das Schalten des Umleitventils in die erste, vollständig geschlossene Position. Ein Grad der Öffnung des AGR-Ventils kann auf Grundlage der AGR-Forderung eingestellt werden.
  • Bei 434 kann eine erste Menge von Abgas auf Grundlage der AGR-Forderung (wie in Schritt 416 geschätzt) über den Wärmetauscher und den AGR-Abgabekanal zum Ansaugkrümmer rückgeführt werden, wobei die gewünschte Menge von AGR am Wärmetauscher gekühlt wird, wobei eine zweite (verbleibende) Menge von Abgas direkt über den Hauptabgaskanal zu den Katalysatoren geleitet werden kann, ohne am Wärmetauscher gekühlt zu werden. In diesem Modus kann der Wärmetauscher als ein AGR-Kühler betrieben werden. In einem Beispiel kann ein Verhältnis des ersten Abschnitts von Abgas (als AGR abgegeben) zum zweiten Abschnitt von Abgas (direkt zum Endrohr strömend) auf Grundlage von jeder der AGR-Forderungen und der Temperatur von mindestens dem stromaufwärtigen Katalysator relativ zu seiner Anspringtemperatur bestimmt werden, wobei der erste Abschnitt verringert werden kann und der zweite Abschnitt entsprechend erhöht werden kann, wenn sich eine Temperatur von mindestens dem stromaufwärtigen Katalysator unter seine Anspringtemperatur verringert. Der erste Abschnitt kann erhöht werden und der zweite Abschnitt kann entsprechend verringert werden, wenn sich die Temperatur von mindestens dem stromaufwärtigen Katalysator (auf über seine Anspringtemperatur) erhöht und sich die AGR-Forderung erhöht. In einem weiteren Beispiel kann das Verhältnis des ersten Abschnitts von Abgas zum zweiten Abschnitt von Abgas lediglich auf Grundlage von AGR-Forderung bestimmt werden, der erste Abschnitt kann erhöht werden und der zweite Abschnitt kann entsprechend mit einer Erhöhung von AGR-Forderung verringert werden. Der erste Abschnitt kann verringert werden und der zweite Abschnitt kann entsprechend erhöht werden, wenn sich die AGR-Forderung verringert. Das Öffnen des Umleitventils kann auf Grundlage des ersten Abschnitts relativ zum zweiten Abschnitt reguliert werden, wobei das Öffnen erhöht wird, wenn sich der erste Abschnitt erhöht, und das Öffnen verringert wird, wenn sich der erste Abschnitt verringert.
  • Auf diese Weise kann ein einzelner Wärmetauscher vor dem Katalysator zur Abgaswärmerückgewinnung und AGR-Kühlung verwendet werden, während die Temperatur von einem oder mehreren Abgaskatalysatoren über deren Aktivierungstemperaturen beibehalten wird.
  • 5 veranschaulicht ein erstes beispielhaftes Verfahren 500, das umgesetzt werden kann, um Abgasstrom durch die Umgehungsbaugruppe, wie in den 2A-2C gezeigt, in der zweiten Ausführungsform des Abgaswärmetauschsystems einzustellen.
  • Bei 502 beinhaltet die Routine Schätzen und/oder Messen von Motorbetriebsbedingungen. Bewertete Bedingungen können zum Beispiel Motortemperatur, Motorlast, Fahrerdrehmomentbedarf, Motordrehzahl, Drosselposition, Abgasdruck, Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, Umgebungsbedingungen einschließlich Umgebungstemperatur, - druck und -feuchtigkeit, MAP, MAF, Aufladung usw. beinhalten.
  • Bei 504 beinhaltet die Routine das Bestimmen, ob der Fahrzeugmotor unter Kaltstartbedingungen betrieben wird. Eine Kaltstartbedingung kann bestätigt werden, wenn der Motor nach einem längeren Zeitraum von Motorinaktivität gestartet wird, wenn die Motortemperatur niedriger ist als ein Schwellenwert (wie etwa unterhalb einer Anspringtemperatur des Abgaskatalysators) und während Umgebungstemperaturen unterhalb eines Schwellenwerts liegen. Bei Kaltstartbedingungen kann beschleunigtes Wärmen der Abgaskatalysatoren für verbesserte Emissionsqualität gewünscht sein, während Abgasrückführung (AGR) für optimalen Motorbetrieb nicht gewünscht sein kann.
  • Wenn Motorkaltstartbedingungen bestätigt sind, geht die Routine zu 506 über, um das Wärmetauschsystem im ersten Betriebsmodus zu betreiben. Das Betreiben im ersten Modus, wie in Bezug auf 2A beschrieben, beinhaltet bei 507 Betätigen des AGR-Ventils (wie etwa AGR-Ventil 52 in 2A) in eine geschlossene Position und bei 508 Umschalten des Umleitventils (wie etwa Umleitventil 275 in 2A), das an eine Verbindungsstelle des Umgehungskanals (wie etwa Umgehungskanal 274 in 1A) und den Hauptabgaskanal gekoppelt ist, in eine erste (vollständig geschlossene) Position.
  • Aufgrund der vollständig geschlossenen Position des Umleitventils, kann das gesamte Volumen von Abgas, das aus der ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung (wie etwa erste Abgasnachbehandlungsvorrichtung 270 in 2A) austritt, bei 509 nicht in den Umgehungskanal eintreten, sondern kann stromabwärts durch den Hauptabgaskanal zur zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtung (wie etwa zweite Abgasnachbehandlungsvorrichtung 271 in 2A) strömen. Die Wärme aus dem Abgas kann verwendet werden, um die Temperaturen von beiden Abgasnachbehandlungsvorrichtungen (Katalysatoren) zu erhöhen und somit das Erzielen der Katalysatoranspringtemperatur zu beschleunigen. Durch Beschleunigen des Erzielens der Katalysatoranspringtemperatur unter Verwendung von Abgaswärme kann der Bedarf an Spätzündung reduziert werden, wodurch die Kraftstoffeffizienz des Motors erhöht wird, während die Emissionsqualität verbessert wird.
  • Bei 510 beinhaltet die Routine das Bestimmen, ob die zweite Abgasnachbehandlungsvorrichtung ihre Anspringtemperatur erzielt hat. Sobald jede der ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung und der zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtung deren jeweilige Anspringtemperaturen erzielen, können die Katalysatoren optimal betrieben werden und verbesserte Emissionsqualität bereitstellen. Abgas kann während Betriebs des Wärmetauschsystems in jedem des ersten, zweiten und dritten Modus zuerst durch die erste Abgasnachbehandlungsvorrichtung (bevor es durch den Wärmetauscher strömt) strömen. Daher kann Modusauswahl in der Ausführungsform des Wärmetauschsystems im Katalysator nicht direkt mit der Temperatur der ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung zusammenhängen. Zudem kann die Routine direkt zu Schritt 510 übergehen, falls (bei 504) bestimmt wird, dass der Motor nicht unter Kaltstartbedingungen betrieben wird, wie etwa während einer Warmstartbedingung.
  • Falls bestätigt wird, dass der zweite Abgaskatalysator seine Anspringtemperatur noch nicht erreicht hat, kann die Routine zu Schritt 506 übergehen, um das Abgassystem im ersten Modus zu betreiben, um Abgas direkt durch die beiden Abgaskatalysatoren zu leiten bis der zweite Abgaskatalysator dessen Anspringtemperaturen erzielt hat und vollständig betriebsfähig ist. Falls bestätigt wird, dass der zweite Abgaskatalysator dessen Anspringtemperaturen erzielt hat, kann das Abgassystem bei 512 im zweiten Modus betrieben werden. Das Betreiben im zweiten Modus beinhaltet wie mit Bezug auf 2B beschrieben, bei 513, das Beibehalten des AGR-Ventils in der geschlossenen und bei 514 das Schalten des Umleitventils in eine zweite (teilweise geöffnete) Position. In der zweiten Position kann das Öffnen des Umleitventils variiert werden, um die Menge von Abgas, das in den Umgehungskanal eintritt, einzustellen.
  • Aufgrund der zweiten Position des Umleitventils kann, bei 516, ein erster Abschnitt des Abgases, das aus der ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung austritt, in den Umgehungskanal eintreten, durch den Wärmetauscher strömen, und dann zum Hauptabgaskanal stromaufwärts von der zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtung zurückströmen. Ein zweiter Abschnitt des Abgases kann nicht in den Umgehungskanal eintreten und kann direkt von stromabwärts von der Abgasnachbehandlungsvorrichtung zur zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtung strömen und den Wärmetauscher umgehen. Wärme vom zweiten Abschnitt des Abgases kann verwendet werden, um die Betriebstemperatur der zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtung über deren Anspringtemperatur beizubehalten. Ein Verhältnis des ersten Abschnitts (über den Wärmetauscher geleitet) zum zweiten Abschnitt (den Wärmetauscher umgehend geleitet) kann auf einer Temperatur des zweiten Abgaskatalysators relativ zur Aktivierungstemperatur des zweiten Abgaskatalysators basiert sein. Der erste Abschnitt kann verringert werden und der zweite Abschnitt kann entsprechend erhöht werden, wenn sich die Temperatur des zweiten Abgaskatalysators unter die Aktivierungstemperatur verringert. Gleichermaßen kann der erste Abschnitt zur erhöhten Abgaswärmerückgewinnung erhöht werden und der zweite Abschnitt kann entsprechend verringert werden, wenn sich die Temperatur des zweiten Abgaskatalysators über die Aktivierungstemperatur erhöht. Das Öffnen des Umleitventils kann auf Grundlage des ersten Abschnitts eingestellt werden, wobei das Öffnen erhöht wird, wenn sich der erste Abschnitt erhöht, und das Öffnen verringert wird, wenn sich der erste Abschnitt verringert. Als ein Beispiel kann das Umleitventil vollständig geschlossen werden, um das gesamte Volumen von Abgas vom ersten Abgaskatalysator zum zweiten Abgaskatalysator ohne jeglichen Abgasstrom durch den Wärmetauscher (keine Abgaswärmerückgewinnung) zu strömen, falls sich die Temperatur des zweiten Abgaskatalysators wesentlich unter dessen Anspringtemperatur (wie etwa unter eine Schwellenwerttemperatur) verringert.
  • Bei 518 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. Abgaswärme kann 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 angefordert wird, weil die Fahrzeugkabinentemperatur unter einer gewünschten Temperatur liegt, kann erwärmtes Kühlmittel durch den Heizkern zirkuliert und Kabinenheizung kann bereitgestellt werden. Demnach kann auf Grundlage von Kabinenwärmeforderungen, wie von einem Fahrzeugführer angefordert (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 angesaugt werden, wodurch eine Erwärmung der Kabine ermöglicht wird. Das erwärmte Kühlmittel kann außerdem zu einem Motorblock und einem Zylinderkopf zirkuliert werden, um die Motortemperaturen anzuheben, wodurch die Motorleistung bei kalten Bedingungen verbessert wird.
  • Somit umfasst die Routine bei 520 das Bestimmen, ob weitere Abgaswärmerückgewinnung gewünscht ist. In einem Beispiel kann die Motortemperatur eine optimale Betriebstemperatur erreicht haben und es kann keine weitere Motorheizung gewünscht sein. Zudem kann Abgaswärmerückgewinnung nicht länger angefordert sein, wenn die Fahrzeugkabinentemperatur die angeforderte Temperatur erreicht.
  • Falls bestimmt wird, dass weitere Abgaswärmerückgewinnung gewünscht ist, kann das Wärmetauschsystem bei 522 weiter im zweiten Modus betrieben werden, und Wärme kann weiterhin vom ersten Abschnitt des Abgases rückgewonnen werden, bis die Kühlmitteltemperatur auf die Schwellenwerttemperatur erhöht wird. Wenn bestimmt wird, dass keine weitere Abgaswärmerückgewinnung gewünscht ist, kann die Routine zu Schritt 524 weitergehen.
  • Bei 524 beinhaltet die Routine das Bestimmen, ob AGR für den Motorbetrieb angefordert ist. AGR kann gewünscht sein, nachdem der/die Abgaskatalysator(en) dessen/deren entsprechende(n) Anspringtemperatur(en) erreicht hat/haben und optimal funktionieren. Es kann angefordert werden, dass die AGR eine gewünschte Motorverdünnung erzielt, wodurch die Kraftstoffeffizienz und Emissionsqualität verbessert werden. Eine angeforderte AGR-Menge kann auf Motorbetriebsbedingungen basieren, einschließlich Motorlast, Motordrehzahl, Motortemperatur usw. Zum Beispiel kann sich die Steuerung auf eine Lookup-Tabelle beziehen, die die Motordrehzahl und -last als Eingabe und als Ausgabe ein Signal aufweist, das einem Grad der Öffnung entspricht, der auf das AGR-Ventil anzuwenden ist, wobei der Grad der Öffnung 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 sich die Motorlast dann von einer Mittellast zu einer Hochlast erhöht, kann sich die AGR-Anforderung verringern.
  • Falls bestimmt wird, dass AGR nicht auf Grundlage der gegenwärtigen Motorbetriebsbedingungen angefordert ist, beinhaltet die Routine bei 532 das Bestimmen, ob die Motorlast höher ist als eine Schwellenwertmotorlast. Die Schwellenwertmotorlast kann einer Motorlast entsprechen, während derer ein höheres Volumen an Abgas erzeugt werden kann und das gesamte Volumen nicht optimal von einem Katalysator behandelt werden kann. Zudem kann eine höhere Temperatur beim zweiten Katalysator beibehalten werden, um die Funktionalität des zweiten Katalysators zu verbessern, und um die höhere Temperatur beim zweiten Katalysator beizubehalten, kann das gesamte Volumen von Abgas direkt zum zweiten Katalysator geleitet werden (ohne Wärmerückgewinnung). Ferner kann eine angestrebte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung bei beiden Katalysatoren beibehalten werden, um die Funktionalität beider Katalysatoren beizubehalten.
  • Falls bestimmt wird, dass die Motorlast niedriger ist als die Schwellenwertlast, kann die Routine zu Schritt 522 weitergehen und das Abgassystem kann weiterhin im zweiten Modus betrieben werden, wobei ein erster Abschnitt von Abgas über den Wärmetauscher zum zweiten Katalysator geleitet wird und ein zweiter Abschnitt von Abgas direkt zum zweiten Katalysator geleitet wird und den Wärmetauscher umgeht.
  • Falls bestimmt wird, dass der Motor mit einer höheren Last als die Schwellenwertlast betrieben wird, kann das Abgassystem bei 534 im ersten Modus betrieben werden. Das Umleitventil kann in die erste Position betätigt werden und das AGR-Ventil kann geschlossen werden, um direkten Abgasstrom von der ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung (erster Katalysator) zur zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtung (zweiter Katalysator) zu ermöglichen und den Wärmetauscher zu umgehen. Durch Strömen des Abgases direkt in den zweiten Katalysator kann eine höhere Temperatur am zweiten Katalysator für optimalen Betrieb bei höheren Lastenbedingungen beibehalten werden. Durch direktes Leiten von Abgas durch beide Katalysatoren kann eine angestrebte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung von Abgas, das jeden der Katalysatoren erreicht, beibehalten werden, wodurch Katalysatorfunktionalität beibehalten wird. Statt direktem Leiten von Abgasen können die beiden Abschnitte von Abgas, das in den zweiten Katalysator eintritt, über verschiedene Strecken strömen, falls ein erster Abschnitt des Abgases vom ersten Katalysator über den Umgehungskanal zum zweiten Katalysator geleitet wird, während ein zweiter, verbleibender Abschnitt direkt vom ersten Katalysator zum zweiten Katalysator geleitet wird. Der Streckenunterschied zwischen den beiden Abschnitten kann in unerwünschten Änderungen der angestrebten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung von Abgas, das den zweiten Katalysator erreicht, führen, was den Betrieb des zweiten Abgaskatalysators bei größeren Volumen von Abgasstrom, wie etwa bei Hochlastbedingungen, beeinträchtigen kann. Falls das Abgassystem während höheren Lastbedingungen im zweiten Modus betrieben wird, kann Motorleistung zudem aufgrund von erhöhtem Abgasgegendruck negativ beeinträchtigt sein, was zu einer Erhöhung von Pumparbeit führt, was reduzierten Bremsausgang verursacht. Ferner kann es zu Kühlmittelüberhitzung und Kühlmittelsystemabbau kommen, wenn Wärmerückgewinnung während höheren Lastbedingungen weitergeführt wird.
  • Daher kann Emissionsqualität durch Strömen von Abgas direkt vom ersten Katalysator zum zweiten Katalysator bei Motorbedingungen mit höherer Last verbessert werden.
  • Falls bei 524 bestimmt wird, dass AGR für Motorbetrieb angefordert ist, kann das Abgassystem bei 526 im dritten Modus betrieben werden. Betreiben im dritten Modus beinhaltet wie mit Bezug auf 2C beschrieben, bei 527, das Betätigen des AGR-Ventils in eine offene Position, und bei 528 das Schalten des Umleitventils in die erste (geschlossene) Position. Das Öffnen des AGR-Ventils kann auf Grundlage der angeforderten AGR-Menge reguliert werden. Aufgrund des Öffnens des AGR-Ventils (auf Grundlage der angeforderten Menge von AGR) kann ein erster Teil von Abgas, das aus dem ersten Katalysator austritt, in den Umgehungskanal eintreten und durch den Wärmetauscher strömen, bevor er in den AGR-Abgabekanal eintritt. In diesem Modus kann der Wärmetauscher als ein AGR-Kühler betrieben werden. Die AGR kann dann über den AGR-Abgabekanal an den Motoransaugkrümmer abgegeben werden. Ein zweiter Abschnitt von Abgas kann nicht in den Umgehungskanal eintreten und kann direkt über den zweiten Katalysator durch den Hauptabgaskanal zum Endrohr strömen und den Wärmetauscher umgehen. Das Verhältnis des ersten Abschnitts des Abgases (als AGR abgegeben) zum zweiten Abschnitt des Abgases (direkt zum Endrohr strömend) kann auf Grundlage der Menge von AGR, die für optimalen Motorbetrieb angefordert ist, bestimmt werden. Der erste Abschnitt kann erhöht werden und der zweite Abschnitt kann entsprechend verringert werden, mit einer Erhöhung um die Menge von angeforderter AGR. Gleichermaßen kann der zweite Abschnitt erhöht werden und der erste Abschnitt kann entsprechend verringert werden, mit einer Verringerung um die Menge von angeforderter AGR. Das Öffnen des AGR-Ventils kann auf Grundlage des Verhältnisses des ersten Abschnitts zum zweiten Abschnitt reguliert werden.
  • Auf diese Weise kann ein Umleitventil, das an eine Abgasumgehung gekoppelt ist, bei Motorkaltstartbedingungen in eine vollständig geschlossene Position betätigt werden und ein AGR-Ventil kann geschlossen werden, um Abgasstrom von stromabwärts eines ersten Abgaskatalysators über einen Hauptabgaskanal zu stromaufwärts eines zweiten Abgaskatalysators zu ermöglichen. Nach Aktivierung mindestens des zweiten Abgaskatalysators kann das Umleitventil in eine teilweise offene Position betätigt werden und das AGR-Ventil kann geschlossen werden, um einem ersten Abschnitt von Abgas das Strömen von stromabwärts vom ersten Abgaskatalysator über einen Wärmetauscher, der in einem Umgehungskanal parallel zum Hauptabgaskanal eingeschlossen ist, zu stromaufwärts vom zweiten Abgaskatalysator zu ermöglichen, und um einem zweiten, verbleibenden Abschnitt von Abgas das Strömen von stromabwärts vom ersten Abgaskatalysator über den Hauptabgaskanal zu stromaufwärts vom zweiten Katalysator zu ermöglichen, wobei sich der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt von Abgas stromaufwärts vom zweiten Abgaskatalysator verbinden und dann durch den zweiten Abgaskatalysator strömen. Während des Strömens des Abgases über den Wärmetauscher kann Abgaswärme an ein Kühlmittel, das durch den Wärmetauscher zirkuliert, übertragen werden, und dann kann Wärme vom Kühlmittel auf Grundlage von Wärmeforderung an einen Motorblock übertragen werden.
  • 7 zeigt eine Beispielbetriebssequenz 700, die den Betrieb des Wärmetauschsystems aus den 1A-1C bei verschiedenen Motorbetriebsbedingungen veranschaulicht. Der Abgasstrom durch den Umgehungskanal kann auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen und entsprechenden Abgasrückführungs-(AGR-)Forderungen reguliert werden. Die horizontale (x-Achse) kennzeichnet die Zeit, und die vertikalen Markierungen t1-t6 stellen signifikante Zeitpunkte beim Betrieb des Wärmetauschsystems dar.
  • Der erste Verlauf, Linie 702, zeigt Variationen in Motorlast, wenn der Fahrer Änderungen fordert, wobei die Fahrerforderung über einen Pedalstellungssensor im Laufe der Zeit geschätzt wird. Der zweite Verlauf, Linie 704, zeigt Änderungen der Motortemperatur, wie sie über einen Motorkühlmitteltemperatursensor im Laufe der Zeit geschätzt werden. Der dritte Verlauf, Linie 706, zeigt die Fahrzeugkabinentemperatur, die anhand eines Kabinentemperatursensors geschätzt wird. Der vierte Verlauf, Linie 708 zeigt den Motor-AGR-Strom, der der AGR-Forderung entspricht, wie von der gepunkteten Linie 709 gezeigt. Der fünfte Verlauf, Linie 710, zeigt einen Kraftstoffzufuhrplan (Menge von eingespritztem Kraftstoff in lb m) einer ersten Gruppe von Motorzylindern, und der sechste Verlauf, Linie 712, zeigt einen Kraftstoffzufuhrplan (Menge von eingespritztem Kraftstoff in lb m) einer zweiten Gruppe von Motorzylindern. Der siebente Verlauf, Linie 714, zeigt ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgas, das in einen ersten Katalysator stromaufwärts des Umgehungskanals eintritt.
  • Der achte Verlauf, Linie 716, zeigt eine Position eines Umleitventils, das an eine Verbindungsstelle des Hauptabgaskanals und des Umgehungskanals, stromabwärts von einem Wärmetauscher, gekoppelt ist.
  • Vor dem Zeitpunkt t1 wird der Motor abgeschaltet und das Fahrzeug wird nicht unter Verwendung von Motordrehmoment angetrieben. Zum Zeitpunkt t1 startet der Motor als Reaktion auf eine Fahrzeugführerdrehmomentforderung aus dem Ruhezustand nach einem Zeitraum von Inaktivität. Zum Zeitpunkt des Motorstarts kann die Motortemperatur niedriger als die Schwellenwerttemperatur 705 sein. Die Motorkaltstartbedingungen werden auf Grundlage der Motortemperatur unter einem Schwellenwert abgeleitet. Aufgrund der Motortemperatur unter dem Schwellenwert beim Kaltstart, kann die Temperatur der Abgaskatalysatoren niedriger sein als deren Anspringtemperaturen und Katalysatorheizen kann gewünscht sein, um Erzielen der jeweiligen Anspringtemperaturen zu beschleunigen. Während Kaltstartbedingungen kann eine AGR für den Motorbetrieb nicht gewünscht sein, demnach kann das AGR-Ventil (das den AGR-Strom zum Ansaugkrümmer reguliert) in der geschlossenen Position gehalten werden und Abgas kann nicht von dem Abgaskanal zu dem Motoransaugkrümmer strömen. Während dieser Zeit kann das Umleitventil derart geschlossen sein, dass Abgas nicht in den Umgehungskanal eintreten kann, und direkt durch den ersten und zweiten Abgaskatalysator strömen kann, wobei Wärme vom Abgas verwendet werden kann, um die Temperatur beider Katalysatoren zu erhöhen, wodurch das Erzielen derer jeweiligen Anspringtemperaturen beschleunigt wird. Nach dem Strömen durch die Katalysatoren kann das Abgas durch das Endrohr in die Atmosphäre freigegeben werden. Zwischen Zeitpunkt t1 und t2 kann die angestrebte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung, die den Katalysator erreicht, ohne jegliche Einstellungen des Kraftstoffzufuhrplans der ersten und zweiten Gruppe von Zylindern beibehalten werden, da Abgas direkt zum ersten Katalysator strömt. Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störungen können mit der Motorlast variieren, wobei sich die Häufigkeit der Störungen mit einer Erhöhung der Motorlast erhöht. Während dieser Zeit kann die Motorlast unter einer Schwellenwertlast liegen.
  • Bei einem Zeitpunkt t2 kann auf Grundlage von Eingaben von Abgastemperatursensoren abgeleitet werden, dass die Katalysatoren deren jeweilige Anspringtemperaturen erzielt haben. Es kann ebenfalls vom Motorkühlmitteltemperatursensor abgeleitet werden, dass sich die Motortemperatur über die Schwellenwerthaltetemperatur erhöht hat. Jedoch kann zu diesem Zeitpunkt bestimmt werden, dass Kabinenheizung angefordert wurde. Um Wärme vom Abgas rückzugewinnen und die Wärme für Kabinenheizung zu verwenden, kann die Steuerung ein Signal an ein Betätigungselement senden, das an das Umleitventil gekoppelt ist, um während Strömens eines zweiten (verbleibenden) Abschnitts des Abgases direkt in den Katalysator (den Wärmetauscher umgehend) einen ersten Abschnitt von Abgas, das aus der Turbine austritt, in den Umgehungskanal und durch den Wärmetauscher zu strömen. Der Grad der Öffnung des Umleitventils kann auf Grundlage der Temperatur von mindestens dem ersten Katalysator relativ zur Anspringtemperatur des ersten Katalysators eingestellt werden, um die Menge von Abgas, die in den Umgehungskanal eintritt, einzustellen. Als solches kann das Öffnen des Umleitventils verringert werden (um den ersten Abschnitt zu verringern), mit einer Verringerung der Temperatur des ersten Katalysators relativ zu dessen Anspringtemperatur. Durch Verringern des ersten Abschnitts kann eine größere Menge von warmem Abgas durch den ersten Katalysator geleitet werden, was zu einer Erhöhung der Katalysatortemperatur auf über dessen Anspringtemperatur führt. Wärme aus dem Abgas kann auf ein Kühlmittel übertragen werden, das durch den Wärmetauscher zirkuliert, und das erwärmte Kühlmittel kann dann durch einen Heizkern rezirkuliert werden. Wärme vom Kühlmittel kann an den Heizkern übertragen werden und ferner für Fahrzeugkabinenaufwärmen verwendet werden. Das Kühlmittel mit der Abgaswärme kann ebenfalls durch den Motor zirkuliert werden, um die Motortemperatur beizubehalten. Zwischen Zeitpunkt t2 und t3 strömt der erste Abschnitt des Abgases, das in die Katalysatoren eintritt, durch eine längere Strecke über den Wärmetauscher im Vergleich zum zweiten Abschnitt des Abgases, das direkt zu den Katalysatoren strömt, weswegen ein Multiplizierer zum Regulieren der Menge an eingespritztem Kraftstoff an jeder der ersten und zweiten Gruppe von Zylindern verwendet wird, um gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störungen beizubehalten. Die Menge von in die erste Gruppe von Zylindern eingespritztem Kraftstoff kann niedriger sein als in die zweite Gruppe von Zylindern eingespritzter Kraftstoff. Durch Einstellen des Kraftstoffzufuhrplans kann erkannt werden, dass die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störungen, die den Katalysator erreichen, beibehalten werden. Eine angestrebte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung kann durch Einstellen der Kraftstoffzufuhr der ersten Gruppe von Zylindern relativ zur Kraftstoffzufuhr der zweiten Gruppe von Zylindern erreicht werden. Die Steuerung kann ein Signal an einen ersten Satz von Kraftstoffinjektoren senden, die an die erste Gruppe von Zylindern gekoppelt sind, und an einen zweiten Satz von Kraftstoffinjektoren, die an die zweite Gruppe von Zylindern gekoppelt sind, um den Kraftstoffzufuhrplan (wie etwa Kraftstoffzufuhrimpulsbreite) einzustellen. Durch Beibehalten der angestrebten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung beim ersten Katalysator, kann Katalysatorfunktionalität beibehalten werden. Der Kraftstoffzufuhrplan der ersten Gruppe von Zylindern und der zweiten Gruppe von Zylindern kann auf Grundlage von Eingang von jeder einer ersten Lambdasonde, die stromaufwärts vom Wärmetauscher positioniert ist (und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgas vor dem Eintreten in den Umgehungskanal angibt) und einer zweiten Lambdasonde, die stromabwärts vom Wärmetauscher positioniert ist (und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des ersten Abschnitts von Abgas gemischt mit dem zweiten Abschnitt von Abgas angibt).
  • In einer alternativen Ausführungsform der Abgassystemausführungsformen, in denen der Wärmetauscher an einem Ort im Katalysator positioniert ist, zwischen dem ersten und dem zweiten Katalysator, zwischen Zeitpunkt t2 und t3, kann der erste Abschnitt von Abgas, das aus dem ersten Katalysator austritt, durch den Wärmetauscher, der an den Umgehungskanal gekoppelt ist, strömen und dann zum Hauptabgaskanal stromaufwärts vom zweiten Katalysator zurückströmen, während der zweite Abschnitt von Abgas vom ersten Katalysator direkt zum zweiten Katalysator strömt. Nach Zurückströmen zum Hauptabgaskanal können sich der erste und der zweite Abschnitt verbinden und über einen oder mehrere Abgaskatalysatoren zum Endrohr strömen. Für die Ausführungsform im Katalysator kann Kraftstoffzufuhr nicht auf einer pro-Zylinder-Basis eingestellt werden, um die angestrebte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung am zweiten Katalysator beizubehalten, da Abgas bei Motorlastbedingungen die unter dem Schwellenwert liegen primär vom ersten Katalysator behandelt wird, da die angestrebte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung im Abgas den ersten Katalysator erreicht.
  • Beim Zeitpunkt t3 kann sich die Kabinentemperatur auf über die gewünschte Temperatur erhöhen und es kann abgeleitet werden, dass weiteres Beheizen der Kabine nicht gewünscht ist. Zudem kann die Motortemperatur weiter höher als die Schwellenwerttemperatur sein. Daher kann Rückgewinnung von Abgaswärme am Wärmetauscher nicht länger gewünscht sein. Aufgrund eine Änderung der Motorlast von Bedingungen mit niedriger Last zu Bedingungen mit mittlerer Last kann AGR erforderlich sein. Die Steuerung kann das gewünschte AGR-Niveau (wie von der gepunkteten Linie 709 gezeigt) durch eine Bestimmung, die Motorbetriebsbedingungen wie Motordrehzahl, Motorlast, Motortemperatur usw. berücksichtigt, bestimmen, wie etwa Erhöhen der AGR-Menge, wenn sich die Motorlast in niedrigen bis mittleren Lastenbereich erhöht, und dann Verringern des AGR-Menge, wenn sich die Motorlast im mittleren Lastenbereich erhöht. Die Steuerung kann alternativ die AGR-Anforderung durch Bezug auf eine Lookup-Tabelle, die im Steuerungsspeicher gespeichert ist, bestimmen, wobei die Lookup-Tabelle Eingang aufweist, der Motordrehzahl und Motorlast ist, und wobei der Ausgang eine AGR-Menge oder eine AGR-Ventilposition (oder Grad der Öffnung) ist, die der AGR-Menge entspricht. Um dem Ansaugkrümmer die gewünschte Menge von AGR aus dem Abgaskanal zuzuführen kann das AGR-Ventil geöffnet werden, während das Umleitventil in eine geschlossene Position geschaltet wird. Zwischen Zeitpunkt t3 und t4 kann ein Abschnitt von Abgas in den Umgehungskanal eintreten und dann über den Wärmetauscher strömen bevor er über das AGR-Ventil und den AGR-Abgabekanal in den Ansaugkrümmer eintritt. Das Öffnen des AGR-Ventils kann auf Grundlage der angeforderten AGR-Menge, die für optimalen Motorbetrieb gewünscht ist, eingestellt werden. Während des Strömens durch den Wärmetauscher kann das AGR gekühlt werden. Der verbleibende Abschnitt von Abgas (der nicht in den Umgehungskanal eintritt) kann direkt über den/die Katalysator(en) zum Endrohr strömen. Während dieser Zeit kann die angestrebte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung, die den Katalysator erreicht, ohne jegliche Einstellungen des Kraftstoffzufuhrplans der ersten und zweiten Gruppe von Zylindern beibehalten werden, da Abgas durch den Hauptabgaskanal direkt zum ersten Katalysator strömt.
  • Zum Zeitpunkt t4 kann sich die Motorlast auf über die Schwellenlast 703 erhöhen und eine höhere Motorkraft kann für den Motorbetrieb gewünscht sein kann. Aufgrund der Erhöhung in angefordertem Motorkraftausgang, kann AGR nicht länger für Motoroperationen gewünscht sein und das AGR-Ventil kann in die geschlossene Position betätigt werden. Zu diesem Zeitpunkt liegt jede von der Motortemperatur und der Kabinentemperatur über dem jeweiligen Schwellenwert und Abgaswärmerückgewinnung kann nicht länger angefordert sein. Um eine angestrebte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung ohne jegliche Einstellungen der Kraftstoffzufuhrpläne der ersten und zweiten Gruppe von Zylindern an jedem der Abgaskatalysatoren beizubehalten, kann das Umleitventil zwischen t4 und t5 in der geschlossenen Position beibehalten werden, um es dem ganzen Volumen von Abgas zu ermöglichen, direkt durch jeden der Abgaskatalysatoren geleitet zu werden und den Wärmetauscher zu umgehen. Durch Strömen des gesamten Volumens von Abgas direkt durch die Katalysatoren, kann die gewünschte chemische Zusammensetzung des Abgases, das jeden der Katalysatoren erreicht, beibehalten werden, wodurch die Katalysatorfunktionalität erhöht wird. Zwischen dem Zeitpunkt t4 und t5 kann das Abgas nicht in den Umgehungskanal oder den AGR-Abgabekanal eintreten und kann über die Katalysatoren und das Endrohr direkt an die Atmosphäre freigegeben werden. Das höhere Volumen von Abgas, das während höheren Motorlastbedingungen erzeugt wird, kann von beiden Katalysatoren behandelt werden, bevor sie zum Endrohr geleitet werden. Während dieser Zeit kann es aufgrund der erhöhten Motorlast zu einer Erhöhung in den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störungen kommen.
  • Zum Zeitpunkt t5 kann eine Herunterfahranforderung für den Motor von dem Fahrzeugführer empfangen werden und zwischen Zeitpunkt t5 und t6 kann der Motor nicht mehr betrieben werden und Kraftstoffeinspritzung kann unterbrochen sein. Bei Zeitpunkt t6 wird eine Motorneustartanforderung empfangen, woraufhin der Motor aus einem Ruhezustand startet. Hier wird der Motor nach einer kürzeren Dauer seit dem letzten Herunterfahren neu gestartet, daher wird ein Motorwarmstart mit Motortemperatur über der Schwellenwerttemperatur 705 abgeleitet. Zu diesem Zeitpunkt kann Kabinenheizung durch den Fahrzeugführer angefordert sein. Daher kann das Umleitventil teilweise geöffnet sein, um einen Abschnitt über den Wärmetauscher zu leiten, wobei die Abgaswärme durch ein Kühlmittel entnommen werden kann, das dann durch den Heizkern zirkulieren kann, um Wärme an die Fahrzeugkabine bereitzustellen. Der verbleibende Bruchteil von Abgas kann direkt durch die Katalysatoren strömen und Wärme bereitstellen, um die Temperatur der Katalysatoren über deren jeweiligen Anspringtemperaturen beizubehalten. Das Öffnen des Umleitventils kann auf Grundlage der Menge von Abgas, das zum Beibehalten der Katalysatortemperatur auf einem gewünschten Niveau gewünscht ist, eingestellt werden. Als solches kann der Grad der Öffnung des Umleitventils nach Zeitpunkt t6 unterschiedlich zum Grad der Öffnung des Umleitventils zwischen Zeitpunkt t2 und t3 sein. Während dieser Zeit kann zudem der Kraftstoffzufuhrplan der ersten Gruppe von Zylindern und der zweiten Gruppe von Zylindern eingestellt werden, um die angestrebte Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung am stromaufwärtigen Katalysator beizubehalten. Die Steuerung kann ein Signal an die Kraftstoffinjektoren senden, um die Menge von eingespritztem Kraftstoff an die erste Gruppe von Zylindern relativ zur Menge von eingespritztem Kraftstoff an die zweite Gruppe von Zylindern zu verringern. Während der Warmstartbedingung kann AGR für den Motorbetrieb nicht gewünscht sein und das AGR-Ventil kann in der geschlossenen Position beibehalten sein.
  • Ein beispielhaftes Motorverfahren umfasst: Strömen eines ersten Abschnitts von Abgas über einen Wärmetauscher in einem Umgehungskanal in einen stromaufwärtigen Abgaskatalysator, Strömen eines zweiten, verbleibenden Abschnitts von Abgas über einen Hauptabgaskanal, der parallel zum Umgehungskanal angeordnet ist, in den stromaufwärtigen Abgaskatalysator, und Einstellen der Kraftstoffzufuhr auf einer pro-Zylinder-Basis als eine Funktion des ersten Abschnitts relativ zum zweiten Abschnitt, um ein angestrebtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis an einem stromaufwärtigen Katalysator bereitzustellen. Sämtliche vorstehenden Beispiele umfassen ferner, zusätzlich oder optional das Verbinden des ersten Abschnitts und des zweiten Abschnitts von Abgas am stromaufwärtigen Katalysator und Strömen des verbundenen Abgases durch den stromaufwärtigen Abgaskatalysator und dann durch einen stromabwärtigen Abgaskatalysator. In sämtlichen vorstehenden Beispielen ist das Strömen zusätzlich oder optional in Reaktion auf das Übersteigen einer ersten Aktivierungstemperatur des stromaufwärtigen Abgaskatalysators und auf das Übersteigen einer zweiten Aktivierungstemperatur des stromabwärtigen Katalysators, wobei die zweite Aktivierungstemperatur niedriger ist als die erste Aktivierungstemperatur und wobei der erste Abschnitt ausgewählt ist, um den stromaufwärtigen Abgaskatalysator bei oder über der ersten Aktivierungstemperatur und den stromabwärtigen Abgaskatalysator bei oder über der zweiten Aktivierungstemperatur zu halten. Sämtliche vorstehenden Beispiele umfassen ferner zusätzlich oder optional, reagierend auf mindestens darauf, dass sich der stromaufwärtige Abgaskatalysator unter der ersten Aktivierungstemperatur befindet, das Strömen eines gesamten Volumens von Abgas zu dem stromaufwärtigen Abgaskatalysator während des Umgehens des Wärmetauschers. In sämtlichen vorstehenden Beispielen wird der erste Abschnitt zusätzlich oder optional verringert und der zweite Abschnitt wird entsprechend erhöht, wenn sich eine Temperatur von mindestens dem stromaufwärtigen Katalysator verringert. In sämtlichen vorstehenden Beispielen beinhaltet das Strömen des ersten Abschnitts und zweiten Abschnitts zusätzlich oder optional das Betätigen eines Umleitventils, das an einer Verbindungsstelle des Hauptabgaskanals und einem Auslass des Umgehungskanals gekoppelt ist, in eine geöffnete Position, um Abgasstrom aus der Abgasumgehung zum Hauptkanal zu ermöglichen, wobei ein Grad der Öffnung des Umleitventils erhöht wird, wenn sich der erste Abschnitt relativ zum zweiten Abschnitt erhöht. In sämtlichen vorstehenden Beispielen ist das Einstellen der Kraftstoffzufuhr auf einer pro-Zylinder-Basis zusätzlich oder optional auf Eingang von jeder einer ersten Lambdasonde, die stromaufwärts vom Wärmetauscher im Hauptabgaskanal positioniert ist, und einer zweiten Lambdasonde, die stromabwärts vom Wärmetauscher im Hauptabgaskanal positioniert ist, basiert. In sämtlichen vorstehenden Beispielen beinhaltet das Einstellen der Kraftstoffzufuhr als eine Funktion des ersten Abschnitts relativ zum zweiten Abschnitt zusätzlich oder optional das Einstellen auf Grundlage einer Transportverzögerung des ersten Abschnitts des Abgases durch den Umgehungskanal relativ zur Transportverzögerung des zweiten Abschnitts des Abgases durch den Hauptabgaskanal und wobei das angestrebte Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis am stromaufwärtigen Katalysator eine angestrebte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung am stromaufwärtigen Katalysator beinhaltet. In sämtlichen vorstehenden Beispielen beinhaltet der erste Abschnitt von Abgas zusätzlich oder optional Abgas, das an einem ersten Zeitpunkt von einer erste Gruppe von Zylindern aufgenommen wurde, und wobei der zweite Abschnitt von Abgas Abgas beinhaltet, das an einem zweiten Zeitpunkt von einer zweiten, unterschiedlichen Gruppe von Zylindern aufgenommen wurde, und wobei ein Grad von Fettheit der ersten Gruppe höher ist als ein Grad von Magerkeit der zweiten Gruppe von Zylindern, wenn die angestrebte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung am stromaufwärtigen Katalysator eine fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung beinhaltet, die die erste Gruppe von Zylindern derart mit Kraftstoff beliefert, dass sie fetter als die Stöchiometrie ist und die zweite Gruppe von Zylindern derart mit Kraftstoff beliefert, dass sie magerer ist als die Stöchiometrie. In sämtlichen vorstehenden Beispielen ist der Motor zusätzlich oder optional in einem Fahrzeug, das eine Kabine aufweist, gekoppelt und das Verfahren umfasst ferner das Übertragen von Wärme von dem ersten Abschnitt von Abgas auf ein Kühlmittel, das durch den Wärmetauscher strömt; und Strömen von beheiztem Kühlmittel durch einen Motorblock und einen Heizkern, um den Motor auf Grundlage von Motorheizungsforderungen zu beheizen und die Kabine auf Grundlage von einer Kabinenheizungsforderung zu beheizen. Sämtliche vorstehenden Beispielen umfassen ferner zusätzlich oder optional das Einstellen eines Betätigens einer Position des Umleitventils in eine völlig geschlossene Position während Forderung nach Abgasrückführung (AGR), um Abgasstrom von der Abgasumgehung zum Hauptabgaskanal zu blockieren, und Öffnen eines AGR-Ventils, das an einen AGR-Abgabekanal gekoppelt ist, der an die Abgasumgehung des Wärmetauschers gekoppelt ist, um einen dritten Abschnitt von Abgas über einen AGR-Abgabekanal, der stromabwärts vom Wärmetauscher an den Abgasumgehungskanal gekoppelt ist, zum Motoransaugkrümmer zu strömen, und einen vierten Abschnitt des Abgases direkt zu dem stromaufwärtigen Katalysator zu strömen. In sämtlichen vorstehenden Beispielen kann zusätzlich oder optional ein Verhältnis des dritten Abschnitts zum vierten Abschnitt auf Grundlage von jeder der AGR-Forderung und der Temperatur von mindestens einem stromaufwärtigen Katalysator eingestellt werden, wobei der dritte Abschnitt verringert wird und der vierte Abschnitt entsprechend erhöht wird, wenn sich eine Temperatur des mindestens einen stromaufwärtigen Katalysators verringert, wobei ein Öffnen des AGR-Ventils auf Grundlage des dritten Abschnitts eingestellt wird.
  • Ein weiteres Beispielverfahren umfasst: Betätigen eines Umleitventils während Motorkaltstartbedingungen, das an einen Umgehungskanal gekoppelt ist, in eine vollständig geschlossene Position und Schließen eines AGR-Ventils, um Abgasstrom von stromabwärts von einem ersten Abgaskatalysator über einen Hauptabgaskanal zu stromaufwärts von einem zweiten Abgaskatalysator zu ermöglichen, nach Aktivierung von mindestens dem zweiten Abgaskatalysator, Betätigen des Umleitventils in eine teilweise geöffnete Position und Schließen des AGR-Ventils, um einem ersten Abschnitt von Abgas zu ermöglichen, von stromabwärts vom ersten Abgaskatalysatorüber einen Wärmetauscher, der im Umgehungskanal eingeschlossen ist, zu stromaufwärts vom zweiten Abgaskatalysator zu strömen, und einem zweiten, verbleibenden Abschnitt von Abgas zu ermöglichen, von stromabwärts vom ersten Abgaskatalysator über den Hauptabgaskanal zu stromaufwärts vom zweiten Abgaskatalysator zu strömen, wobei sich der erste Abschnitt und der zweiten Abschnitt von Abgas stromaufwärts vom zweiten Abgaskatalysator verbinden und dann durch den zweiten Abgaskatalysator strömen. In sämtlichen vorstehenden Beispielen basiert ein Verhältnis des ersten Abschnitts zum zweiten Abschnitt zusätzlich oder optional auf einer Temperatur des zweiten Abgaskatalysators relativ zu einer Aktivierungstemperatur des zweiten Abgaskatalysators, und ein Öffnen des Umleitventils wird auf Grundlage des ersten Abschnitts eingestellt, wobei das Öffnen erhöht wird, wenn der erste Abschnitt erhöht wird, und wobei das Strömen von Abgas über den Wärmetauscher das Übertragen von Abgaswärme an ein Kühlmittel, das durch den Wärmetauscher zirkuliert, beinhaltet und danach das Übertragen von Wärme vom Kühlmittel an einen Motorblock auf Grundlage von Motorheizforderung. In sämtlichen vorstehenden Beispielen wird der erste Abschnitt zusätzlich oder optional verringert und der zweite Abschnitt wird entsprechend erhöht, wenn sich die Temperatur des zweiten Abgaskatalysators unter die Aktivierungstemperatur verringert. Sämtliche vorstehenden Beispiele umfassen ferner zusätzlich oder optional als Reaktion auf eine Forderung nach Abgasrückführung, Betätigen des Umleitventils in die vollständig geschlossene Position und Öffnen des AGR-Ventils, um einem dritten Abschnitt von Abgas zu ermöglichen, von stromabwärts vom ersten Abgaskatalysator über den Wärmetauscher zu einem Motoreinlass zu strömen, und einem vierten, verbleibenden Abschnitt von Abgas zu ermöglichen, von stromabwärts vom ersten Abgaskatalysator über den Hauptabgaskanal zu stromaufwärts vom zweiten Abgaskatalysator zu strömen, wobei der dritte Abschnitt in Bezug auf den vierten Abschnitt auf AGR-Forderung basiert, wobei der dritte Abschnitt erhöht wird, wenn sich die AGR-Forderung erhöht. Sämtliche vorstehenden Beispiele umfassen ferner zusätzlich oder optional, als Reaktion auf jede einer Motorlast, die höher ist als ein Schwellenwert, und einer Motortemperatur, die höher ist als ein Schwellenwert, Betätigen des Umleitventils in die vollständig geschlossene Position und Schließen des AGR-Ventils, um Abgasstrom von stromabwärts vom ersten Abgaskatalysator über den Hauptabgaskanal zu stromaufwärts vom zweiten Abgaskatalysator zu strömen und den Wärmetauscher zu umgehen.
  • In noch einem anderen Beispiel umfasst ein Motorsystem Folgendes: einen Motoransaugkrümmer, ein Motorabgassystem mit einem Abgaskanal und einem Wärmetauschsystem, wobei der Abgaskanal einen Abgasfeuchtigkeitssensor beinhaltet, einen Abgastemperatursensor, einen oder mehrere Abgaskatalysatoren, und einen Schalldämpfer, wobei der Umgehungskanal an den Abgaskanal von stromaufwärts von dem einen oder den mehreren Katalysatoren zu stromaufwärts vom Schalldämpfer gekoppelt ist, wobei das Wärmetauschsystem einen Umgehungskanal beinhaltet, der einen Wärmetauscher einschließt, ein Kühlmittelsystem, das fluidisch an den Wärmetauscher gekoppelt ist, einen Motorblock, und einen Heizkern, wobei das Kühlsystem einen Motorkühlmitteltemperatursensor beinhaltet, ein Umleitventil, das einen Ausgang des Umgehungskanals an den Abgaskanal koppelt, einen Abgasrückführungs-(AGR-)Kanal mit einem AGR-Ventil zum Rückführen von Abgas aus dem Umgehungskanal, stromabwärts vom Wärmetauscher zum Ansaugkrümmer, eine erste Lambdasonde, die an den Abgaskanal stromaufwärts vom Wärmetauscher gekoppelt ist, und eine zweite Lambdasonde, die an den Abgaskanal stromabwärts vom Wärmetauscher gekoppelt ist. Das Motorsystem umfasst ferner eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind zum: Schätzen der Motortemperatur über den Motorkühlmitteltemperatursensor und der Katalysatortemperatur über den Abgastemperatursensor, und als Reaktion auf eine Katalysatortemperatur, die unter dem Schwellenwert liegt, Schließen jedes des AGR-Ventils und des Umleitventils, um Abgas direkt zu dem einen oder den mehreren Katalysatoren zu strömen, und als Reaktion auf eine Katalysatortemperatur, die über dem Schwellenwert liegt, und mindestens eine einer Motortemperatur, die unter dem Schwellenwert liegt, und einer Fahrzeugkabinentemperatur, die niedriger ist als gewünscht, teilweise Öffnen des Umleitventils, um eine erste Menge von Abgas aus dem Abgaskrümmer zu dem einen oder den mehreren Katalysatoren über den Wärmetauscher zu strömen, während eine zweite, verbleibende Menge direkt zu dem einen oder den mehreren Katalysatoren strömt und den Wärmetauscher umgeht. In sämtlichen vorstehenden Beispielen enthält die Steuerung zusätzlich oder optional weitere Anweisungen zum: Schätzen eines ersten Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf Grundlage von Eingang aus der ersten Lambdasonde, Schätzen eines zweiten Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf Grundlage von Eingang aus der zweiten Lambdasonde, und Einstellen eines Zylinder-zu-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf Grundlage von jedem des ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, um eine angestrebte Amplitude und Häufigkeit der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung im Abgas, das den einen oder mehrere Katalysatoren erreicht, beizubehalten, wobei das Einstellen das Betreiben einer ersten Gruppe von Zylindern, die fetter sind als Stöchiometrie, während Betreibens einer zweiten Gruppe von Zylindern, die magerer sind als Stöchiometrie, beinhaltet, wobei ein Grad der Fettheit der ersten Gruppe von Zylindern und ein Grad der Magerkeit der zweiten Gruppe von Zylindern auf der angestrebten Amplitude und Häufigkeit der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung basiert. In sämtlichen vorstehenden Beispielen beinhaltet die Steuerung, zusätzlich oder optional, ferner Anweisungen für: als Reaktion auf eine Anfrage nach AGR, Öffnen des AGR-Ventils und Schließen des Umleitventils, um eine angeforderte Menge von Abgas über den Wärmetauscher an den Ansaugkrümmer rückzuführen, wobei die angeforderte Menge von AGR am Wärmetauscher gekühlt wird, während eine verbleibende Menge von Abgas direkt zu dem einen oder den mehreren Katalysatoren geleitet wird, ohne am Wärmetauscher gekühlt zu werden.
  • Auf diese Weise kann AGR-Kühlung und Abgaswärmerückgewinnung effizient unter Verwendung eines einzelnen Wärmetauschers ausgeführt werden, der an einen Abgasumgehungskanal stromaufwärts der Abgaskatalysatoren oder auf halber Strecke zwischen zwei Abgaskatalysatoren gekoppelt ist. Durch Leiten des Abgases durch den Katalysator unter Umgehung des Wärmetauschers während Kaltstartbedingungen kann Katalysatoranspringen beschleunigt werden und Kaltstartemissionsqualität verbessert werden. Durch Leiten eines Teils des Abgases durch den Wärmetauscher nach Katalysatoranspringen wird Abgaswärmerückgewinnung erhöht, während die Temperaturen des Katalysators über deren entsprechenden Anspringtemperaturen unter Verwendung von Wärme aus den verbleibenden Teilen des Abgases beibehalten werden. In Wärmetauscherkonfigurationen vor dem Katalysator ist der technische Effekt des Einstellens des Zylinder-zu-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses während Ausgangsstrom durch den Wärmetauscher derart, dass eine angestrebte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung des Abgases, das in den stromaufwärtigen Katalysator eintritt, beibehalten werden kann, wodurch die Katalysatorfunktionalität verbessert wird. In Wärmetauscherkonfigurationen im Katalysator kann die angestrebte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung durch Strömen von Abgas direkt durch beide Katalysatoren während höheren Motorlastbedingungen an beiden der Katalysatoren beibehalten werden. Durch Rückgewinnung von Abgaswärme und Bereitstellen von gekühlter AGR unter Verwendung eines gemeinsamen Wärmetauschers werden Komponenten- und Kostenreduzierungen erreicht. Insgesamt können Emissionsqualität, Motorkraftstoffeffizienz und Motorleistung verbessert werden.
  • Es ist zu beachten, dass die hier beinhalteten beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Verbrennungsmotor- und/oder Fahrzeugsystemauslegungen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert und durch das Steuersystem einschließlich der Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Betätigungselementen 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 zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, sondern wird vielmehr zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine(r) oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen können je nach konkret eingesetzter Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Verbrennungsmotorsteuersystem programmiert wird, wobei die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Verbrennungsmotorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet, ausgeführt werden.
  • Es versteht sich, dass die hier offenbarten Auslegungen und Routinen beispielhafter Natur sind und diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinn aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die vorstehende Technik auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Verbrennungsmotorarten angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Auslegungen und weitere hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
  • Die folgenden Patentansprüche legen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen dar, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Patentansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Patentansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente einschließen und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Patentansprüche oder durch Einreichung neuer Patentansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Patentansprüche werden unabhängig davon, ob sie einen weiteren, engeren, gleichen oder unterschiedlichen Umfang im Vergleich zu den ursprünglichen Patentansprüchen aufweisen, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 8240294 [0003]

Claims (15)

  1. Motorverfahren, das Folgendes umfasst: Strömen eines ersten Abschnitts von Abgas über einen Wärmetauscher in einem Umgehungskanal in einen stromaufwärtigen Abgaskatalysator; Strömen eines zweiten, verbleibenden Abschnitts von Abgas über einen Hauptabgaskanal, der parallel zum Umgehungskanal angeordnet ist, in den stromaufwärtigen Abgaskatalysator; und Einstellen der Kraftstoffzufuhr auf einer pro-Zylinder-Basis als eine Funktion des ersten Abschnitts relativ zum zweiten Abschnitt, um ein angestrebtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis am stromaufwärtigen Katalysator bereitzustellen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner Verbinden des ersten Abschnitts und des zweiten Abschnitts von Abgas am stromaufwärtigen Katalysator umfasst, und Strömen des verbundenen Abgases durch den stromaufwärtigen Abgaskatalysator und dann durch einen stromabwärtigen Abgaskatalysator.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Strömen auf das Übersteigen einer ersten Aktivierungstemperatur des stromaufwärtigen Abgaskatalysators und auf das Übersteigen einer zweiten Aktivierungstemperatur des stromabwärtigen Katalysators reagierend ist, und wobei der erste Abschnitt ausgewählt ist, um den stromaufwärtigen Abgaskatalysator bei oder über der ersten Aktivierungstemperatur und den stromabwärtigen Abgaskatalysator bei oder über der zweiten Aktivierungstemperatur zu halten.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner reagierend mindestens darauf, dass sich der stromaufwärtige Abgaskatalysator unter der ersten Aktivierungstemperatur befindet, das Strömen eines gesamten Volumens von Abgas zu dem stromaufwärtigen Abgaskatalysator während Umgehen des Wärmetauschers umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der erste Abschnitt verringert und der zweite Abschnitt entsprechend erhöht ist, wenn sich eine Temperatur von mindestens dem stromaufwärtigen Katalysator verringert.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Strömen des ersten Abschnitts und zweiten Abschnitts das Betätigen eines Umleitventils, das an einer Verbindungsstelle des Hauptabgaskanals und einem Auslass des Umgehungskanals gekoppelt ist, in eine geöffnete Position beinhaltet, um Abgasstrom aus der Abgasumgehung zum Hauptkanal zu ermöglichen, wobei ein Grad der Öffnung des Umleitventils erhöht wird, wenn sich der erste Abschnitt relativ zum zweiten Abschnitt erhöht.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einstellen der Kraftstoffzufuhr auf pro-Zylinder-Basis auf Eingang von jeder einer ersten Lambdasonde, die stromaufwärts des Wärmetauschers im Hauptabgaskanal positioniert ist, und einer zweiten Lambdasonde, die stromabwärts des Wärmetauschers im Hauptabgaskanal positioniert ist, basiert.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Einstellen der Kraftstoffzufuhr als eine Funktion des ersten Abschnitts relativ zum zweiten Abschnitt das Einstellen auf Grundlage einer Transportverzögerung des ersten Abschnitts des Abgases durch den Umgehungskanal relativ zur Transportverzögerung des zweiten Abschnitts des Abgases durch den Hauptabgaskanal beinhaltet und wobei das angestrebte Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis am stromaufwärtigen Katalysator eine angestrebte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung am stromaufwärtigen Katalysator beinhaltet.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der erste Abschnitt von Abgas Abgas beinhaltet, das an einem ersten Zeitpunkt von einer ersten Gruppe von Zylindern aufgenommen wurde, und wobei der zweite Abschnitt von Abgas Abgas beinhaltet, das an einem zweiten Zeitpunkt von einer zweiten, unterschiedlichen Gruppe von Zylindern aufgenommen wurde, und wobei ein Grad von Fettheit der ersten Gruppe höher ist als ein Grad von Magerkeit der zweiten Gruppe von Zylindern, wenn die angestrebte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung am stromaufwärtigen Katalysator eine fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung beinhaltet, die die erste Gruppe von Zylindern derart mit Kraftstoff beliefert, dass sie fetter als die Stöchiometrie ist, und die zweite Gruppe von Zylindern derart mit Kraftstoff beliefert, dass sie magerer ist als die Stöchiometrie.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Motor in einem Fahrzeug, das eine Kabine aufweist, gekoppelt ist, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: Übertragen von Wärme vom ersten Abschnitt des Abgases an ein Kühlmittel, das durch den Wärmetauscher zirkuliert; und Strömen von beheiztem Kühlmittel durch einen Motorblock und einen Heizkern, um den Motor auf Grundlage von Motorheizungsforderungen zu beheizen und die Kabine auf Grundlage von einer Kabinenheizungsforderung zu beheizen.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, das ferner das Betätigen des Umleitventils in eine völlig geschlossene Position während Forderung nach Abgasrückführung (AGR) umfasst, um Abgasstrom von der Abgasumgehung zum Hauptabgaskanal zu blockieren, und Öffnen eines AGR-Ventils, um einen dritten Abschnitt von Abgas über einen AGR-Abgabekanal, der stromabwärts des Wärmetauschers an den Abgasumgehungskanal gekoppelt ist, zum Motoransaugkrümmer zu strömen, und einen vierten Abschnitt des Abgases direkt zu dem stromaufwärtigen Katalysator zu strömen.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei ein Verhältnis des dritten Abschnitts zum vierten Abschnitt auf Grundlage von jeder der AGR-Forderung und der Temperatur von mindestens einem stromaufwärtigen Katalysator eingestellt wird, wobei der dritte Abschnitt verringert wird und der vierte Abschnitt entsprechend erhöht wird, wenn sich eine Temperatur von mindestens dem stromaufwärtigen Katalysator verringert, wobei ein Öffnen des AGR-Ventils auf Grundlage des dritten Abschnitts eingestellt ist.
  13. Motorsystem, das Folgendes umfasst: einen Motoransaugkrümmer; ein Motorabgassystem mit einem Abgaskanal und einem Wärmtauschsystem, wobei der Abgaskanal einen Abgasfeuchtigkeitssensor, einen Abgastemperatursensor, einen Abgasdrucksensor, einen oder mehrere Abgaskatalysatoren und einen Schalldämpfer beinhaltet, wobei der Umgehungskanal von stromabwärts von dem einem oder den mehreren Abgaskatalysatoren zu stromaufwärts vom Schalldämpfer an den Abgaskanal gekoppelt ist, wobei das Wärmetauschsystem einen Umgehungskanal beinhaltet, der einen Wärmetauscher einschließt; ein Kühlmittelsystem, das fluidisch an den Wärmetauscher, einen Motorblock und einen Heizkern gekoppelt ist, wobei das Kühlmittelsystem einen Motorkühlmitteltemperatursensor beinhaltet; ein Umleitventil, das einen Auslass des Umgehungskanals an den Abgaskanal koppelt; einen Abgasrückführungs-(AGR-)Kanal mit einem AGR-Ventil zum Rückführen von Abgas aus dem Umgehungskanal stromabwärts von dem Wärmetauscher zu dem Ansaugkrümmer; eine erste Lambdasonde, die an den Abgaskanal stromaufwärts vom Wärmetauscher gekoppelt ist und eine zweite Lambdasonde, die an den Abgaskanal stromabwärts vom Wärmetauscher gekoppelt ist; und eine Steuerung mit in einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen für Folgendes: Schätzen von Motortemperatur über den Motorkühlmitteltemperatursensor und der Katalysatortemperatur über den Abgastemperatursensor, und als Reaktion auf eine Katalysatortemperatur, die unter dem Schwellenwert liegt, Schließen jedes des AGR-Ventils und des Umleitventils, um Abgas direkt zu dem einen oder den mehreren Katalysatoren zu strömen; und als Reaktion auf eine Katalysatortemperatur, die über dem Schwellenwert liegt, und eine Motortemperatur, die unter dem Schwellenwert liegt, Öffnen des Umleitventils, um eine erste Menge von Abgas vom Abgaskrümmer über den Wärmetauscher an den einen oder die mehreren Katalysatoren zu strömen, während des Strömens einer zweiten, verbleibenden Menge direkt zu dem einen oder den mehreren Katalysatoren, und Umgehen des Wärmetauschers.
  14. System nach Anspruch 13, wobei die Steuerung weitere Anweisungen für Folgendes beinhaltet: Schätzen eines ersten Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf Grundlage von Eingang von der ersten Lambdasonde, Schätzen eines zweiten Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf Grundlage von Eingang von der zweiten Lambdasonde, und Einstellen eines Zylinder-zu-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf Grundlage von jedem des ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, um eine angestrebte Amplitude und Häufigkeit der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung im Abgas, das den einen oder die mehreren Katalysatoren erreicht, beizubehalten, wobei das Einstellen das Betreiben einer ersten Gruppe von Zylindern, die fetter sind als die Stöchiometrie, während des Betreibens einer zweiten Gruppe von Zylindern, die magerer sind als die Stöchiometrie, beinhaltet, wobei ein Grad der Fettheit der ersten Gruppe von Zylindern und ein Grad der Magerkeit der zweiten Gruppe von Zylindern auf der angestrebten Amplitude und Häufigkeit der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Störung basiert.
  15. System nach Anspruch 13, wobei die Steuerung weitere Anweisungen zu Folgendem beinhaltet: als Reaktion auf eine Anfrage nach AGR, Öffnen des AGR-Ventils und Schließen des Umleitventils, um eine angeforderte Menge von Abgas über den Wärmetauscher an den Ansaugkrümmer rückzuführen, wobei die angeforderte Menge von AGR am Wärmetauscher gekühlt wird, während eine verbleibende Menge von Abgas direkt zu dem einen oder den mehreren Katalysatoren geleitet wird, ohne am Wärmetauscher gekühlt zu werden.
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