DE102018100586A1 - Verfahren und system für einen abgaswärmetauscher - Google Patents

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Abstract

Es werden Verfahren und Systeme für die Abgaswärmerückgewinnung und Abgasrückführungs(AGR)-kühlung mithilfe eines einzelnen geteilten Wärmetauschers bereitgestellt. Abgaswärme von jedem eines ersten Teils des Abgases, das als AGR zum Ansaugkrümmer geleitet wird, und eines zweiten Teils des Abgases, das zur Abgaswärmerückgewinnung über einen Umgehungskanal abgelenkt wird, kann zu einem Kühlmittel übertragen werden, das durch den Wärmetauscher strömt. Die Richtung des Kühlmittelstroms über den Wärmetauscher kann auf Grundlage der Kühlmitteltemperatur angepasst werden.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zur Abgaswärmegewinnung und Abgasrückführungs(AGR)-Kühlung über einen geteilten Wärmetauscher.
  • Allgemeiner Stand der Technik/Kurzdarstellung
  • Motoren können mit einem Abgaswärmerückgewinnungssystem konfiguriert sein, um Wärme aus Abgas zurückzugewinnen, das in einem inneren Verbrennungsmotor erzeugt wurde. Die Wärme, die an einem Abgaswärmetauscher zurückgewonnen wird, kann für Funktionen wie etwa Heizen des Zylinderkopfs und Erwärmen der Fahrzeugkabine verwendet werden, wodurch die Motor- und Kraftstoffeffizienz verbessert wird. Abgaswärme kann zum Beschleunigen des Katalysatorstarts und zum Beibehalten der Katalysatortemperatur innerhalb eines gewünschtes Bereiches für eine optimale Katalysatorleistung verwendet werden. Gekühltes Abgas kann von stromaufwärts des Abgaskatalysators zu dem Ansaugkrümmer rezirkuliert werden und dazu verwendet werden, Kraftstoffverbrauch und NOx-Emissionen im Abgas zu reduzieren. Ein AGR-Kühler kann an ein AGR-Abgabesystem gekoppelt sein, um die Temperatur von rückgeführtem Abgas herunterzusetzen, bevor es an den Ansaugkrümmer abgegeben wird.
  • Es werden verschiedene Ansätze für die Abgaswärmerückgewinnung und die AGR-Kühlung bereitgestellt. In einem Beispiel, wie in US 20140196454 dargestellt, offenbart Ulrey et al. ein Motorsystem mit einem AGR-Kühler nach dem Katalysator, der opportunistisch verwendet werden kann, um Abgaswärme zurückzugewinnen. Während Kaltstartbedingungen kann ein Abgasdrosselventil geschlossen sein, um Abgas durch den AGR-Kühler zu leiten, wobei Wärme aus dem Abgas auf ein Kühlmittel übertragen werden kann, das durch den AGR-Kühler zirkuliert. Das erwärmte Kühlmittel kann dann durch den Motor zirkulieren, um die Motortemperatur zu erhöhen. Während dieser Kaltstartbedingungen kann das AGR-Ventil in einer geschlossenen Position gehalten werden, und nach dem Strömen durch den AGR-Kühler kann das Abgas durch einen Umgehungskanal zu dem Hauptabgaskanal zurückkehren.
  • Allerdings haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung mögliche Nachteile im Zusammenhang mit dem vorstehend genannten Ansatz erkannt. Als ein Beispiel kann es möglich sein, Abgaswärme zurückzugewinnen und gleichzeitig AGR bereitzustellen. In dem von Ulrey et al. gezeigten System kann Abgas, das von einer einzelnen Stelle stromabwärts des Abgaskatalysators bezogen wird, während einer beliebigen Motorbetriebsbedingung zur Abgaswärmerückgewinnung verwendet werden oder als AGR geliefert werden. Außerdem kann Abgas nicht von stromaufwärts des Katalysators zur Rezirkulation zum Ansaugkrümmer bezogen werden. Außerdem wird aufgrund der Konfiguration des Kühlmittelstroms, unabhängig von den Kühlungsbedarfen, während des AGR-Kühlens und der Abgaswärmerückgewinnung das gleiche Maß an Kühlung bereitgestellt. Die Konfiguration des Kühlmittelstroms kann außerdem zum Überhitzen des Kühlmittels, das durch den Wärmetauscher strömt, führen, was eine Verschlechterung des Kühlmittelsystems verursacht.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben einen Ansatz festgestellt, durch den die vorstehend beschriebenen Probleme zumindest teilweise angegangen werden können. Ein beispielhaftes Verfahren umfasst Übertragen von Wärme von einem ersten Teil des Abgases, das durch einen Abgasrückführungs(AGR)-Kanal strömt, zu Kühlmittel in einem ersten Zweig eines Wärmetauschers und Übertragen von Wärme von einem zweiten Teil des Abgases, das durch eine Abgasumgehung strömt, zu Kühlmittel in einem zweiten Zweig des Wärmetauschers wobei eine Richtung des Kühlmittelstroms durch den ersten und den zweiten Zweig auf Grundlage der Kühlmitteltemperatur ausgewählt wird. Auf diese Weise können zwei Teile des Abgases, die von verschiedenen Stellen im Hauptabgaskanal bezogen werden, gleichzeitig über einen einzelnen geteilten Wärmetauscher gekühlt werden, während die Richtung des Kühlmittelstroms durch den Wärmetauscher auf Grundlage der Kühlmitteltemperatur dynamisch angepasst wird.
  • In einem Beispiel kann ein aufgeladenes Motorsystem mit einem einzelnen Wärmetauscher konfiguriert sein, das zur gleichzeitigen AGR-Kühlung und Abgaswärmerückgewinnung konfiguriert ist. Ein erster Abgasumgehungskanal kann einen Hauptabgaskanal von stromaufwärts einer Abgasturbine an einen AGR-Zufuhrkanal koppeln, wobei der AGR-Zufuhrkanal Abgas zu einem Ansaugkanal rezirkuliert. Ein erster Zweig des Wärmetauschers kann an den AGR-Zufuhrkanal gekoppelt sein, während ein zweiter Zweig des Wärmetauschers an einen zweiten Abgasumgehungskanal stromabwärts des ersten Umgehungskanals und stromabwärts von einem oder mehreren Abgaskatalysatoren gekoppelt ist. Während Kaltstartbedingungen können Auspuffrohremissionen durch Beschränken (und Zurückhalten) des Abgases innerhalb des Abgaskrümmers und des ersten Umgehungskanals für eine Schwellendauer gesenkt werden, um die Abgaswärmeübertragung zu erhöhen. Nachdem die Schwellendauer verstrichen ist, kann Abgas über den ersten Umgehungskanal, der die Turbine umgeht, zum Katalysator geleitet werden. Nach dem Strömen durch den Katalysator kann Abgas aus dem Hauptabgaskanal (von stromabwärts des Abgaskatalysators) über den zweiten Abgasumgehungskanal zum Auspuffrohr geleitet werden, um die Abgaswärmerückgewinnung am Wärmetauscher zu ermöglichen. Ein Umleitventil, das an den Hauptabgaskanal gekoppelt ist, kann angepasst werden, um den Teil des Abgases, das durch den zweiten Umgehungskanal geleitet wird, zu regulieren. Abgaswärme kann über ein Kühlmittel, das durch den Wärmetauscher zirkuliert, zurückgewonnen werden. Nach dem Katalysatorstart kann ein erster Teil des Abgases auf Grundlage von Motorlast zum Ansaugkrümmer von stromaufwärts oder stromabwärts der Turbine im Hauptabgaskanal über den ersten Umgehungskanal und den AGR-Zufuhrkanal geleitet werden. Ein zweiter Teil des Abgases kann zur Abgaswärmerückgewinnung über den zweiten Umgehungskanal geleitet werden. Kühlmittel kann gleichzeitig durch jeden des ersten und des zweiten Zweiges des Wärmetauschers geleitet werden, um AGR, das durch den AGR-Kanal strömt, gleichzeitig zu kühlen und Abgaswärme aus dem Abgas, das durch den zweiten Umgehungskanal strömt, zu extrahieren. Erwärmtes Kühlmittel kann dann gegebenenfalls zum Heizen des Motors und der Kabine verwendet werden. Eine Richtung des Kühlmittelstroms durch den Wärmetauscher kann auf Grundlage des Abgaskühlbedarfs und der Kühlmitteltemperatur angepasst werden. Wenn beispielsweise der Abgaskühlbedarf höher ist (wie etwa, wenn die Abgastemperatur höher ist), kann ein höheres Maß an Wärmeübertragung erreicht werden, indem Kühlmittel durch jeden des ersten und des zweiten Zweiges des Wärmetauschers in eine Richtung entgegengesetzt der Richtung des Abgasstroms durch jeden des AGR-Kanals und des zweiten Umgehungskanals strömt. Im Vergleich dazu, wenn der Abgaskühlbedarf geringer ist (wie etwa, wenn die Abgastemperatur geringer ist), kann ein geringeres Maß an Wärmeübertragung erreicht werden, indem Kühlmittel durch jeden des ersten und zweiten Zweiges des Wärmetauschers in die gleiche Richtung wie der Abgasstrom durch jeden des AGR-Kanals und des zweiten Umgehungskanals strömt. In anderen Beispiele kann der Kühlmittelstrom entgegengesetzt der Richtung des Abgasstroms bereitgestellt werden, wenn die Kühlmitteltemperatur geringer ist (wobei das Kühlmittel mehr Abgaswärme aufnehmen kann), und der Kühlmittelstrom kann in die gleiche Richtung wie der Abgasstrom bereitgestellt werden, wenn die Kühlmitteltemperatur höher ist (wobei das Kühlmittel weniger Abgaswärme aufnehmen kann).
  • Auf diese Weise kann ein gewünschter Pegel von Abgaswärmeübertragung durch Anpassen der Richtung des Kühlmittelstroms durch jeden Zweig des Wärmetauschers auf Grundlage von jedem eines AGR-Kühlbedarfs und eines Motorheizbedarfs bereitgestellt werden. Durch das opportunistische Anpassen einer Richtung des Kühlmittelstroms durch den Wärmetauscher auf Grundlage der Kühlmitteltemperatur kann ein Überhitzen des Kühlmittels verhindert werden. Der technische Effekt für das Enthalten des Abgases in einem Abschnitt des Abgaskrümmers während Kaltstartbedingungen besteht darin, dass Kaltstartemissionen reduziert werden können, während die Abgaswärmerückgewinnung in diesem Abschnitt des Abgaskrümmers verbessert wird. Durch das Leiten von heißem Abgas direkt zu den Katalysatoren, wobei die Turbine umgangen wird, kann das Erreichen der Katalysatoranspringtemperaturen beschleunigt werden. Durch das Bereitstellen der Funktionen eines AGR-Kühlers und eines Abgaswärmetauschers über einen einzelnen geteilten Wärmetauscher werden Vorteile hinsichtlich der Reduzierung von Kosten und Komponenten erreicht, ohne die Funktion oder Fähigkeit von beiden Systemen zu beschränken, und während ermöglicht wird, dass AGR sowohl von stromaufwärts als auch von stromabwärts einer Abgasturbine bezogen wird. Durch das Zurückgewinnen von Wärme aus Abgas stromabwärts des Katalysators kann das Erreichen der Anspringtemperatur von Katalysatoren nicht beeinflusst werden und die Temperatur der Katalysatoren kann über ihren Anspringtemperaturen gehalten werden. Insgesamt kann die Kraftstoffeffizienz durch gleichzeitiges Bereitstellen von AGR und Abgaswärmerückgewinnungsfähigkeiten verbessert werden.
  • Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl an Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung näher beschrieben sind. Es ist nicht beabsichtigt, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Umfang einzig in den Patentansprüchen im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Des Weiteren ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung angeführte Nachteile beseitigen.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine erste beispielhafte Ausführungsform eines Motorsystems, das ein Abgassystem mit einem geteilten Wärmetauscher beinhaltet.
    • 2 zeigt eine zweite beispielhafte Ausführungsform eines Motorsystems, das ein Abgassystem mit einem geteilten Wärmetauscher beinhaltet.
    • 3 zeigt eine dritte beispielhafte Ausführungsform eines Motorsystems, das ein Abgassystem mit einem geteilten Wärmetauscher beinhaltet.
    • 4A zeigt die erste beispielhafte Ausführungsform des geteilten Wärmetauschers aus 1, der in einem ersten Modus arbeitet.
    • 4B zeigt die erste beispielhafte Ausführungsform des geteilten Wärmetauschers aus 1, der in einem zweiten Modus arbeitet.
    • 4C zeigt die erste beispielhafte Ausführungsform des geteilten Wärmetauschers aus 1, der in einem dritten Modus arbeitet.
    • 4D zeigt die erste beispielhafte Ausführungsform des geteilten Wärmetauschers aus 1, der in einem vierten Modus arbeitet.
    • 5 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren veranschaulicht, das umgesetzt werden kann, um Abgasstrom durch das Abgassystem aus FIG. 1 während Kaltstartbedingungen anzupassen.
    • 6 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren veranschaulicht, das umgesetzt werden kann, um Abgasstrom durch das Abgassystem aus 1 auf Grundlage von Motorlast anzupassen.
    • 7 zeigt ein beispielhaftes Anpassen des Abgasstroms über ein Abgassystem gemäß der vorliegenden Offenbarung.
    • 8 zeigt beispielhafte Abgassystemventileinstellungen, um den Abgasstrom durch einen geteilten Wärmetauscher anzupassen.
    • 9 zeigt eine Tabelle, die verschiedene Betriebsmodi eines Abgassystems mit einem geteilten Wärmetauscher veranschaulicht.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren für einen geteilten Wärmetauscher, der für eine gleichzeitige Abgaswärmerückgewinnung und Abgasrückführungs(AGR)-kühlung verwendet wird. Beispielhafte Ausführungsformen eines Motorsystems, das ein Abgassystem mit einem geteilten Wärmetauscher umfasst, sind in den 1-3 gezeigt. Verschiedene Betriebsmodi einer beispielhaften Ausführungsform des Wärmetauschers sind in den 4A-4D gezeigt und in 9 tabellarisch dargestellt. Eine Motorsteuerung kann dazu konfiguriert sein, eine Steuerroutine, wie zum Beispiel die beispielhaften Routinen aus den 5 und 6, durchzuführen, um die Positionen von einem oder mehreren Abgassystemventilen zu variieren, um Abgasstrom und Kühlmittelstrom durch das Abgassystem und Kühlmittelsystem aus 1 einzustellen. Ein beispielhafter Betrieb des Abgassystems während verschiedener Motorbetriebsbedingungen ist in den 7 und 8 gezeigt.
  • 1 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 eingebracht und strömt zu dem Verdichter 114. Der Verdichter kann ein beliebiger geeigneter Ansaugluftverdichter wie etwa ein von einer Kraftmaschine 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 expandierende Motorabgase angetrieben wird.
  • Wie in 1 gezeigt, ist der Verdichter 114 durch den Ladeluftkühler (charge-air cooler - CAC) 21 an das Drosselventil 20 gekoppelt. Das Drosselventil 20 ist an den Motoransaugkrümmer 22 gekoppelt. Aus dem Verdichter strömt die verdichtete Luftfüllung durch den Ladeluftkühler 21 und das Drosselventil zu dem Ansaugkrümmer. In der in 1 gezeigten Ausführungsform wird der Druck der Luftfüllung innerhalb des Ansaugkrümmers durch den Krümmerluftdruck(manifold air pressure - MAP)-Sensor 124 erfasst.
  • Ein oder mehrere Sensoren können an einen Einlass des Verdichters 114 gekoppelt sein. Zum Beispiel kann ein Temperatursensor 55 zum Schätzen einer Verdichtereinlasstemperatur an den Einlass gekoppelt sein und ein Drucksensor 56 kann zum Schätzen eines Verdichtereinlassdrucks an den Einlass gekoppelt sein. Als ein anderes Beispiel kann ein Feuchtigkeitssensor 57 zum Schätzen einer Feuchtigkeit einer in den Verdichter eintretenden Luftladung 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 eine Abgasrückführung (AGR) aktiviert ist, eine Temperatur, einen Druck, eine Feuchtigkeit und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luftladungsgemisches, einschließlich Frischluft, zurückgeführter verdichteter Luft und Restabgase, die an dem Verdichtereinlass aufgenommen wurden, schätzen.
  • Ein Wastegate-Aktor 92 kann in eine offene Stellung betätigt werden, um zumindest einen Teil des Abgasdrucks von stromaufwärts der Turbine über das Wastegate 91 zu einer Stelle stromabwärts der Turbine abzulassen. Indem der Abgasdruck stromaufwärts der Turbine reduziert wird, kann die Turbinendrehzahl reduziert werden, was zum Verringern von Verdichterpumpen beiträgt.
  • 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 gezeigten Ausführungsform ist ein einzelner Abgaskrümmer 36 gezeigt. In anderen Ausführungsformen kann der Abgaskrümmer jedoch eine Vielzahl von Abgaskrümmerabschnitten beinhalten. Konfigurationen, die eine Vielzahl von Abgaskrümmerabschnitten aufweisen, können ermöglichen, dass Abwasser aus unterschiedlichen Brennkammern an unterschiedliche Stellen im Motorsystem geleitet wird.
  • In einem Beispiel kann jedes der Auslass- und Einlassventile elektronisch betätigt oder gesteuert werden. In einem anderen Beispiel kann jedes der Auslass- und Einlassventile über Nocken betätigt oder gesteuert werden. Ob elektronisch 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 Einspritzvorrichtung 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 beliebige Kombination daraus zugeführt werden. In den Brennkammern kann die Verbrennung über Fremdzündung und/oder Kompressionszündung eingeleitet werden.
  • Wie in 1 gezeigt, kann Abgas aus einem oder mehreren Abgaskrümmerabschnitten zur Turbine 116 geleitet werden, um die Turbine anzutreiben. Die kombinierte Strömung aus der Turbine und dem Wastegate 91 strömt dann durch die Emissionssteuervorrichtungen 172 und 174. In einem Beispiel kann die erste Emissionssteuervorrichtung 172 ein Vorkatalysator sein und die zweite Emissionssteuervorrichtung 174 kann ein Unterbodenkatalysator sein. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 172 und 174 können dazu ausgelegt sein, den Abgasstrom katalytisch zu behandeln und dadurch eine Menge von einer oder mehreren Substanzen in dem Abgasstrom zu reduzieren. Zum Beispiel können die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 172 und 174 dazu konfiguriert sein, NOx aus dem Abgasstrom zu speichern, wenn der Abgasstrom mager ist, und das gespeicherte NOx zu reduzieren, wenn der Abgasstrom fett ist. In weiteren Beispielen können die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 172 und 174 dazu konfiguriert sein, NOx zu disproportionieren oder NOx mithilfe eines Reduktionsmittels selektiv zu reduzieren. In noch weiteren Beispielen können die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 172 und 174 dazu konfiguriert sein, Kohlenwasserstoff- und/oder Kohlenstoffmonoxidrückstände im Abgasstrom zu oxidieren. Unterschiedliche Abgasnachbehandlungskatalysatoren mit solchen Funktionalitäten können optional, entweder separat oder gemeinsam, in Washcoats in den Abgasnachbehandlungsstufen angeordnet sein. In manchen Ausführungsformen kann ein regenerierbarer Rußfilter in den Abgasnachbehandlungsstufen inbegriffen sein, der dazu ausgelegt ist, Rußpartikel im Abgasstrom einzufangen und zu oxidieren. Das behandelte Abgas aus den Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 172 und 174 kann ganz oder teilweise über den Hauptabgaskanal 102 in die Atmosphäre freigegeben werden, nachdem es einen Schalldämpfer 40 passiert hat.
  • Ein Abgasrückführungs(AGR)-Zufuhrkanal 180 kann an den Abgaskanal 102 stromaufwärts der ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 172 (und stromabwärts der Turbine 116) gekoppelt sein, um dem Motoransaugkrümmer stromaufwärts des Verdichters 114 eine Niederdruck-AGR (ND-AGR) bereitzustellen. Ein erstes Dreiwegeventil 162 kann an die Verbindung des AGR-Zufuhrkanals 180 und den Hauptabgaskanal 102 gekoppelt sein, um den Abgasstrom durch den AGR-Zufuhrkanal zu regulieren. Ein erster Abgasumgehungskanal 184 kann an den Hauptabgaskanal gekoppelt sein, um Abgas von stromaufwärts der Turbine 116 in den AGR-Zufuhrkanal 180 zu leiten. Ein zweites Dreiwegeventil 163 kann an die Verbindung des ersten Umgehungskanals 184 und des AGR-Zufuhrkanals 180 gekoppelt sein, während ein drittes Dreiwegeventil an die Verbindung des Hauptabgaskanals 102 und des ersten Umgehungskanals 184 gekoppelt sein kann. Das erste Dreiwegeventil 162 kann angepasst sein, um Abgas vom ersten Teil 182 des AGR-Zufuhrkanals 180 (zwischen dem ersten Dreiwegeventil 162 und dem zweiten Dreiwegeventil 163) zum Hauptabgaskanal 102 zu strömen oder Abgas vom Hauptabgaskanal 102 zum ersten Teil 182 des AGR-Zufuhrkanals 180 zu strömen. Das zweite Dreiwegeventil 163 kann angepasst sein, um Abgas von stromaufwärts der Turbine 116 zu stromabwärts der Turbine 116 über den ersten Teil 182 des AGR-Zufuhrkanals 180 zu strömen. Das zweite Dreiwegeventil 163 kann außerdem angepasst sein, um Abgas von stromabwärts der Turbine zum Ansaugkrümmer über den zweiten Teil 183 des AGR-Zufuhrkanals 180 (zwischen dem zweiten Dreiwegeventil 163 und dem Ansaugkanal 42) zu strömen. Das dritte Dreiwegeventil 160 kann angepasst sein, um das gesamte Volumen des Abgases aus dem Hauptabgaskanal 102 zum ersten Umgehungskanal 184 zu strömen. Außerdem kann das Dreiwegeventil 160 angepasst sein, um einen Teil des Abgases aus dem Hauptabgaskanal 102 zum ersten Umgehungskanal 184 zu strömen, während der übrige Teil des Abgases zur Turbine 116 strömt.
  • In einer anderen Ausführungsform kann das Motorsystem einen Hochdruck-AGR-Strömungsweg beinhalten, wobei Abgas von stromaufwärts der Turbine 116 angesaugt und zu dem Motoransaugkrümmer, stromabwärts des Verdichters 114, zurückgeführt wird. Eine Vielzahl von Sensoren kann an das Abgassystem 150 gekoppelt sein, zum Beispiel kann ein erster Temperatursensor 128 an den Hauptabgaskanal 102 stromaufwärts der ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 172 gekoppelt sein, und ein zweiter Temperatursensor 124 kann an den ersten Teil 182 des AGR-Zufuhrkanals 180 gekoppelt sein, und ein dritter Temperatursensor 126 kann an den zweiten Teil 183 des AGR-Zufuhrkanals 180 gekoppelt sein. Außerdem können ein oder mehrere Sensoren an den AGR-Kanal 180 gekoppelt sein, um Einzelheiten hinsichtlich der Zusammensetzung und der Bedingungen der AGR bereitzustellen. Zum Beispiel kann ein Drucksensor bereitgestellt sein, um einen Druck der AGR zu bestimmen, kann ein Feuchtigkeitssensor bereitgestellt sein, um eine Feuchtigkeit oder einen Wassergehalt der AGR zu bestimmen, und kann ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor bereitgestellt sein, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis der AGR zu schätzen. Alternativ können AGR-Bedingungen durch den einen oder die mehreren Temperatur-, Druck-, Feuchtigkeits- und Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren 55-57 abgeleitet werden, die an den Verdichtereinlass gekoppelt sind. In einem Beispiel ist der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 57 eine Einlass-Lambdasonde.
  • Ein zweiter Umgehungskanal 140 des Abgassystems 150 kann an den Hauptabgaskanal 102, stromabwärts der zweiten Emissionssteuervorrichtung 173, gekoppelt sein. Der zweite Umgehungskanal 140 kann sich von stromabwärts der zweiten Emissionssteuervorrichtung 173 zu stromaufwärts des Schalldämpfers 40 erstrecken. Ein Umleitventil 176, das an die Verbindung des Hauptabgaskanals 102 und den zweiten Umgehungskanal 140 gekoppelt ist, kann verwendet werden, um einen Teil des Abgases, das durch den Umgehungskanal 174 strömt, zu regulieren. In Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen, wie etwa Motortemperatur, kann das gesamte Volumen oder ein Teil des Abgases durch den zweiten Umgehungskanal 140 und darauf zum Auspuffrohr 35 abgelenkt werden. Das Öffnen des Umleitventils 176 kann reguliert werden, um einen gewünschten ersten Teil des Abgases in den zweiten Umgehungskanal 140 zu lassen, während der zweite (übrige) Teil des Abgases direkt zum Auspuffrohr 35 strömen kann. Das Verhältnis des ersten Teils zum zweiten Teil kann auf Motorheiz- und Fahrzeugkabinenheizbedarfen beruhen. Der erste Teil kann relativ zum zweiten erhöht werden, wobei mindestens einer von Motorheiz- und Kabinenheizbedarf erhöht wird.
  • Ein geteilter (oder verzweigter) Abgaswärmetauscher 135 kann fluidisch an jeden des zweiten Teils 183 des AGR-Zufuhrkanals 180 und des Umgehungskanals 174 gekoppelt sein. Kühlmittel aus einem Motorkühlmittelsystem 142 kann über ein Schaltventil 143 in den Wärmetauscher 135 gelangen. Der Wärmetauscher 135 kann einen gemeinsamen Kühlmitteleinlass 137 umfassen, der sich an einer ersten Verbindung gabelförmig in einen ersten Zweig 136 und einen zweiten Zweig 138 teilt. Die zwei Zweige 136 und 138 können sich an einer zweiten Verbindung stromabwärts der ersten Verbindung wieder vereinen, um einen gemeinsamen Kühlmittelauslass 139 zu bilden. Der erste Zweig 136 kann fluidisch an den zweiten Teil 183 des AGR-Zufuhrkanals 180 gekoppelt sein und der zweite Zweig 138 kann fluidisch an den Arm 141 des zweiten Umgehungskanals 140 gekoppelt sein. Ein Kühlmitteltemperatursensor 190 kann an den Wärmetauscher 135 gekoppelt sein. Kühlmittel kann in jeden des ersten Zweiges 136 und des zweiten Zweiges 138 des Wärmetauschers 135 über den gemeinsamen Kühlmitteleinlass 137 gelangen und gleichzeitig durch jeden des ersten Zweiges 136 und des zweiten Zweiges 138 strömen, bevor es sich an einem gemeinsamen Kühlmittelauslass 139 kombiniert und den Wärmetauscher 135 verlässt. Die Richtung des Kühlmittelstroms über den ersten Zweig kann die gleiche sein wie die Richtung des Kühlmittelstroms über den zweiten Zweig.
  • Wenn Kühlmittel gleichzeitig durch den ersten Zweig 136 und den zweiten Zweig 138 strömt, kann Abgas, das durch den AGR-Kanal 180 und den Umgehungskanal 174 strömt, durch Wärmeübertragung aus dem Abgas zu den Kühlmittelströmen gekühlt werden. Die Richtung des Kühlmittelstroms über den ersten und den zweiten Zweig des Wärmetauschers kann durch Anpassungen zu einer Position des Schaltventils 143 angepasst werden. Kühlmittel kann gleichzeitig durch jeden des ersten Zweiges 136 und des zweiten Zweites 138 in eine Richtung (aus dem Kühlmitteleinlass 137 zum Kühlmittelauslass 139) geleitet werden, während Abgas durch den AGR-Kanal 180 und den zweiten Abgasumgehungskanal 140 in eine zweite Richtung (aus dem Abgaskanal 102 in jeden des AGR-Kanals 180 und des zweiten Umgehungskanals 140) strömt, wenn die Kühlmitteltemperatur eine Schwellentemperatur unterschreitet; und Kühlmittel kann gleichzeitig durch jeden des ersten Zweiges 136 und des zweiten Zweiges 138 in die zweite Richtung geleitet werden, während Abgas durch den AGR-Kanal 180 und die Abgasumgehung 140 in die zweite Richtung strömt, wenn die Kühlmitteltemperatur die Schwellentemperatur überschreitet, wobei die erste Richtung entgegengesetzt zur zweiten Richtung ist. Außerdem kann Kühlmittel während Bedingungen, wenn eine höhere Menge an Abgaskühlung oder Abgaswärmerückgewinnung erforderlich ist, durch den ersten und den zweiten Zweig 136 und 138 in eine Richtung entgegengesetzt der Richtung des Abgasstroms durch den zweiten Teil 183 des AGR-Kanals und den Arm 141 des zweiten Umgehungskanals 140 geleitet werden. Im Vergleich dazu kann Kühlmittel während Bedingungen, wenn eine geringere Menge an Kühlung oder Abgaswärmerückgewinnung erforderlich ist, durch den ersten und den zweiten Zweig 136 und 138 in die gleiche Richtung wie die Richtung des Abgasstroms durch den zweiten Teil 183 des AGR-Kanals und den Arm 141 des zweiten Umgehungskanals 140 geleitet werden. Erhitztes Kühlmittel, das den gemeinsamen Kühlmittelauslass 139 verlässt, kann auf Grundlage von Motorheizbedarf relativ zum Kabinenheizbedarf durch einen oder mehrere eines Motorblocks, eines Heizkerns und eines Kühlers geleitet werden.
  • In einem Beispiel kann eine im Wesentlichen gleiche Menge an Kühlmittel gleichzeitig durch jeden des ersten Zweiges 136 und des zweiten Zweiges 138 bei einer im Wesentlichen gleichen Strömungsrate strömen. In einem alternativen Beispiel können unterschiedliche Mengen an Kühlmittel gleichzeitig durch jeden des ersten Zweiges und des zweiten Zweiges strömen, wie etwa eine erste Menge an und/oder Strömungsrate von Kühlmittel, das durch den ersten Zweig strömt, die sich von einer zweiten Menge an und/oder Strömungsrate von Kühlmittel, das gleichzeitig durch den zweiten Zweig strömt, unterscheidet. Ein Verhältnis der ersten Menge relativ zur zweiten Menge kann auf Grundlage des ersten Teils des Abgases, das durch den AGR-Kanal strömt, (oder den AGR-Kühlbedarf) relativ zum zweiten Teil des Abgases, das durch die Umgehung strömt, (oder dem Motorheizbedarf) angepasst werden. Der asymmetrische Strom des Kühlmittels durch den ersten und zweiten Zweig kann, sofern bereitgestellt, über ein Ventil ermöglicht werden, das stromaufwärts des Kühlmitteleinlasses 137 und stromabwärts des Schaltventils 143 gekoppelt ist.
  • Das Abgassystem 150 kann in einem ersten Modus betrieben werden, wobei das erste Dreiwegeventil 162 in einer zweiten Position ist, das zweite Dreiwegeventil 163 in einer zweiten Position ist und das dritte Dreiwegeventil 160 in einer ersten Position ist, um Abgas innerhalb des Abgaskrümmers 36, des ersten Umgehungskanals 184 und des ersten Teils 182 des AGR-Zufuhrkanals 180 zu enthalten. Während des Betriebs im ersten Modus kann Abgas nicht über das Auspuffrohr in die Atmosphäre freigesetzt werden, wodurch Auspuffrohremissionen reduziert werden. Das Abgassystem 150 kann für eine Schwellendauer nach dem Motorstart während Kaltstartbedingungen, wenn die Temperatur der ersten und der zweiten Nachbehandlungsvorrichtung 172 und 174 ihre Anspringtemperaturen unterschreitet, im ersten Modus betrieben werden. Einzelheiten zum Betrieb des Abgassystems 150 im ersten Modus sind in Bezug auf 4A beschrieben.
  • Das Abgassystem 150 kann in einem zweiten Modus betrieben werden, wobei das erste Dreiwegeventil 162 in einer ersten Position ist, das zweite Dreiwegeventil 163 in der zweiten Position ist und das dritte Dreiwegeventil 160 in der ersten Position ist, um das gesamte Volumen des Abgases von stromaufwärts der Turbine 116 zu stromaufwärts der ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 172 über den ersten Umgehungskanal 184 und den ersten Teil 182 des AGR-Zufuhrkanals 180, der die Turbine 116 umgeht, zu leiten. Die Wärme aus dem Abgas kann das Erreichen der Anspringtemperatur für die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 172 und 174 beschleunigen. Das Umleitventil 176 kann in einer offenen Position sein, um mindestens einen Teil des Abgases zum Auspuffrohr 35 über den zweiten Umgehungskanal 140 zu leiten. Die Wärme aus dem Abgas kann zu Kühlmittel, das durch den Zweig 138 des Wärmetauschers 135 strömt, übertragen werden. Die zurückgewonnene Abgaswärme kann zu Motorheiz- und/oder Fahrzeugkabinenheizzwecken verwendet werden. Das Abgassystem 150 kann während Kaltstartbedingungen im zweiten Modus betrieben werden, nachdem die Schwellendauer für eine Schwellendauer verstrichen ist (während der das Abgassystem 150 im ersten Modus betrieben wird). Einzelheiten zum Betrieb des Abgassystems 150 im zweiten Modus sind in Bezug auf 4B beschrieben.
  • Das Abgassystem 150 kann in einem dritten Modus betrieben werden, wobei das erste Dreiwegeventil 162 in einer dritten Position ist, das zweite Dreiwegeventil 163 in einer ersten Position ist und das dritte Dreiwegeventil 160 in einer zweiten Position ist, um einen ersten Teil des Abgases von stromaufwärts der Turbine 116 zum Ansaugkanal 42 über den ersten Umgehungskanal 184 und den zweiten Teil 183 des AGR-Zufuhrkanals 180 zu leiten. Der zweite (übrige) Teil des Abgases kann direkt zur ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 172 über die Turbine 116 geleitet werden. Das Verhältnis des ersten Teils zum zweiten Teil des Abgases kann auf Grundlage der Menge von gewünschter AGR geschätzt werden, die wiederum auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen, wie etwa Motordrehzahl, Motortemperatur usw., geschätzt werden kann. Das Umleitventil 176 kann in einer offenen Position sein, um einen zweiten Teil des Abgases, das die zweite Abgasnachbehandlungsvorrichtung 174 verlässt, zum Auspuffrohr über den zweiten Umgehungskanal 140 zu leiten, während ein dritter Teil des Abgases von stromaufwärts der zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 174 direkt zum Auspuffrohr geleitet wird, ohne durch den AGR-Kanal 180 oder den zweiten Umgehungskanal 140 zu strömen. Ein Verhältnis des zweiten Teils des Abgases zum dritten Teil des Abgases kann auf einem Motorheizbedarf beruhen, wobei der zweite Teil relativ zum dritten Teil erhöht wird, wenn der Motorheizbedarf zunimmt, und wobei ein Öffnen des Umleitventils auf dem zweiten Teil relativ zum dritten Teil beruhen kann, wobei das Öffnen mit einer Erhöhung des zweiten Teils relativ zum dritten Teil zunimmt. Die Wärme aus dem Abgas kann zu Kühlmittel, das durch jeden des ersten Zweiges 136 und des zweiten Zweiges 138 des Wärmetauschers 135 strömt, übertragen werden. Die zurückgewonnene Abgaswärme kann zu Motorheiz- und/oder Fahrzeugkabinenheizzwecken verwendet werden. Das Abgassystem 150 kann nach der Aktivierung der Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 172 und 174 (nach Erreichen der entsprechenden Anspringtemperaturen) im dritten Modus betrieben werden und wenn die Motorlast eine Schwellenmotorlast unterschreitet. Sobald die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 172 und 174 aktiviert sind, kann ein erster Teil des Abgases als ein Beispiel durch den AGR-Kanal 180 geleitet werden, während ein zweiter Teil des Abgases über den zweiten Abgasumgehungskanal 140 zum Auspuffrohr 35 geleitet werden kann. In dem vorhergehenden Beispiel beinhaltet der erste Teil des Abgases, das durch den AGR-Kanal strömt, zusätzlich oder optional Abgas, das auf Grundlage von Motorlast aus einem Hauptabgaskanal 102 gezogen wird und zu einem Motoreinlass 22 stromaufwärts eines Verdichters 114 geliefert wird, wobei der erste Teil des Abgases von stromaufwärts einer Turbine 116 gezogen wird, wenn die Motorlast einen Schwellenwert unterschreitet, und von stromabwärts der Turbine gezogen wird, wenn die Motorlast den Schwellenwert überschreitet. Einzelheiten zum Betrieb des Abgassystems 150 im dritten Modus sind in Bezug auf 4C beschrieben.
  • Das Abgassystem 150 kann in einem vierten Modus betrieben werden, wobei das erste Dreiwegeventil 162 in der dritten Position ist, das zweite Dreiwegeventil 163 in einer dritten Position ist und das dritte Dreiwegeventil 160 in einer dritten Position ist, um einen ersten Teil des Abgases, das die Turbine 116 verlässt, zum Ansaugkanal 42 über den ersten und zweiten Teil des AGR-Zufuhrkanals 180 zu leiten, während ein zweiter (übriger) Teil des Abgases aus der Turbine 116 zu den Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 172 und 174 geleitet werden kann. Das Verhältnis des ersten Teils zum zweiten Teil des Abgases kann auf Grundlage der Menge von gewünschter AGR geschätzt werden. Auf Grundlage von Fahrgastkabinenheizbedarfen kann das Umleitventil 176 geöffnet werden, um einen Teil des Abgases, das die zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 174 verlässt, über den zweiten Umgehungskanal 140 zum Auspuffrohr zu leiten. Wärme aus dem Abgas kann zu einem Kühlmittel, das durch den Zweig 138 des Wärmetauschers 135 strömt, übertragen werden und die zurückgewonnene Abgaswärme kann zu Fahrzeugkabinenheizzwecken verwendet werden. Das Abgassystem 150 kann im vierten Modus bei höheren als Schwellenmotorlastbedingungen betrieben werden, wenn ein höheres Maß an Verstärkung gewünscht ist. Einzelheiten zum Betrieb des Abgassystems 150 im dritten Modus sind in Bezug auf 4D beschrieben.
  • Das Motorsystem 100 kann ferner das Steuersystem 14 beinhalten. In der Darstellung empfängt das Steuersystem 14 Informationen von einer Vielzahl von Sensoren 16 (wovon hierin unterschiedliche Beispiele beschrieben werden) und sendet Steuersignale an eine Vielzahl von Aktoren 18 (wovon hierin unterschiedliche Beispiele beschrieben werden). Als ein Beispiel können die Sensoren 16 den stromaufwärts der Turbine 116 angeordneten Abgassauerstoffsensor 125, MAP-Sensor 124, Abgassystemtemperatursensoren 128, 124 und 126, Abgasdrucksensor, Verdichtereinlasstemperatursensor 55, Verdichtereinlassdrucksensor 56, Verdichtereinlassfeuchtigkeitssensor 57 und Motorkühlmitteltemperatursensor 190 beinhalten. Andere Sensoren, wie etwa zusätzliche Druck-, Temperatur-, Luft-Kraftstoff-Verhältnis- und Zusammensetzungssensoren, können an verschiedene Stellen im Motorsystem 100 gekoppelt sein. Die Aktoren 81 können zum Beispiel die Drossel 20, das erste Dreiwegeventil 162, das zweite Dreiwegeventil 163, das dritte Dreiwegeventil 160, das Umleitventil 176, das Schaltventil 143, das Wastegate 92 und die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 beinhalten. Das Steuersystem 14 kann eine Steuerung 12 beinhalten. Die Steuerung 12 kann Eingangsdaten von den verschiedenen Sensoren empfangen, die Eingangsdaten verarbeiten und verschiedene Aktoren als Reaktion auf die verarbeiteten Eingangsdaten auf Grundlage einer darin programmierten Anweisung oder eines darin programmierten Codes gemäß einer oder mehrerer Routinen auslösen. In einem Beispiel kann die Steuerung 12 auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen, wie etwa Abgastemperatur, Motordrehzahl und Motorlast ein Signal an jeden des ersten Dreiwegeventils 162, des zweiten Dreiwegeventils 163, des dritten Dreiwegeventils 160 senden, um den Abgasstrom über die Turbine 116, die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 172 und 174 und zum Ansaugkrümmer (als AGR) anzupassen. In einem anderen Beispiel kann die Steuerung 12 auf Grundlage einer Kühlmitteltemperatur ein Signal an das Schaltventil 143 senden, um die Richtung des Kühlmittelstroms durch jeden Zweig des Wärmetauschers 135 anzupassen. In einem weiteren Beispiel kann die Steuerung 12 auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen und Abgaswärmerückgewinnungsbedarfen ein Signal senden, um die Position des Umleitventils 176 anzupassen, um Abgas zur Abgaswärmerückgewinnung über das Kühlmittel, das durch den Wärmetauscher 135 strömt, über den Umgehungskanal 140 zu leiten. Beispielhafte Steuerroutinen zur Abgasstromregelung sind in Bezug auf die 5-6 beschrieben.
  • 4A geht näher auf das in 1 eingeführte Abgassystem ein und zeigt eine beispielhafte Ausführungsform 400 zum Betreiben des Abgassystems aus 1 in einem ersten Betriebsmodus. In einem Beispiel ist das Abgassystem 150 das Abgassystem 150 aus 1 und kann daher gemeinsame Merkmale und/oder Konfigurationen aufweisen wie jene, die bereits in 1 beschrieben wurden. Komponenten, die vorher in 1 beschrieben wurden, sind ähnlich nummeriert und werden nicht erneut vorgestellt.
  • Wie in 4A zu sehen ist, kann ein erster Abgasumgehungskanal 184 an den Hauptabgaskanal stromaufwärts der Turbine 116 gekoppelt sein, um Abgas von stromaufwärts der Turbine 116 zum AGR-Zufuhrkanal 180 zu leiten. Der AGR-Zufuhrkanal 180 kann an den Hauptabgaskanal 102 stromabwärts der Turbine 116 gekoppelt sein. Ein erstes Dreiwegeventil 162 kann an die Verbindung des AGR-Zufuhrkanals 180 und des Hauptabgaskanals 102 gekoppelt sein, um den Abgasstrom aus dem Hauptabgaskanal 102 zum ersten Teil 182 des AGR-Zufuhrkanals 180 und außerdem vom ersten Teil 182 des AGR-Zufuhrkanals 180 zum Hauptabgaskanal 102 zu regulieren. Ein zweites Dreiwegeventil 163 kann an die Verbindung des ersten Umgehungskanals 184 gekoppelt sein und die Position des zweiten Dreiwegeventils kann angepasst werden, um Abgas von stromaufwärts der Turbine 116 zu stromabwärts der Turbine 116 über den ersten Teil 182 des AGR-Zufuhrkanals 180 zu strömen oder um Abgas von stromabwärts der Turbine 116 zum Ansaugkrümmer über den zweiten Teil 183 des AGR-Zufuhrkanals 180 zu strömen. Ein drittes Dreiwegeventil kann an die Verbindung des Hauptabgaskanals 102 und des ersten Umgehungskanals 184 gekoppelt sein, um Abgasstrom aus dem Hauptabgaskanal 102 (von stromaufwärts der Turbine 116) zum ersten Umgehungskanal 184 zu regulieren.
  • Stromabwärts der zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 174 kann ein zweiter Umgehungskanal 140 an den Hauptabgaskanal 102 gekoppelt sein. Der zweite Umgehungskanal 140 kann ein Einlassrohr 440 und ein Auslassrohr 442 umfassen. Das Einlassrohr 440 (hierin auch als Arm 141 bezeichnet) kann an der Verbindung 132 aus dem Hauptabgaskanal kommen und das Auslassrohr 442 kann den Hauptabgaskanal 102 an der Verbindung 133 stromabwärts der Verbindung 132 wieder vereinen. Das Einlassrohr 440 und das Auslassrohr 442 können im Wesentlichen parallel zueinander sein. Ein Umleitventil 176 kann an den Hauptabgaskanal 102 zwischen den Verbindungen 132 und 133 gekoppelt sein, um Abgasstrom durch den Umgehungskanal zu regulieren. Das Öffnen des Umleitventils kann reguliert werden, um einen ersten Teil des Abgases über den Umgehungskanal 140 zum Auspuffrohr zu strömen, während ein zweiter Teil des Abgases direkt zum Auspuffrohr strömt. Das Verhältnis des ersten Teils des Abgases zum zweiten Teil des Abgases kann auf einem Motorheizbedarf beruhen, wobei sich der erste Teil relativ zum zweiten Teil erhöht, wenn sich der Motorheizbedarf erhöht (wie etwa während Kaltstartbedingungen, wenn der Motor kalt ist und die Abgaskatalysatoren unter ihren entsprechenden Anspringtemperaturen liegen), und das Öffnen des Umleitventils kann mit einer Erhöhung des ersten Teils relativ zum zweiten Teil erhöht werden. Ähnlich hierzu kann der erste Teil relativ zum zweiten Teil gesenkt werden, wenn der Motorheizbedarf sinkt (wie etwa, wenn die Motortemperatur eine optimale Temperatur erreicht hat und die Abgaskatalysatoren ihre entsprechenden Anspringtemperaturen erreicht haben, während des Motorleerlaufs usw.), und das Öffnen des Umleitventils kann mit einem Reduzieren des ersten Teils relativ zum zweiten Teil gesenkt werden.
  • Ein Wärmetauscher 135 kann einen gemeinsamen Kühlmitteleinlass 137, einen ersten Zweig 136, einen zweiten Zweig 138 und einen gemeinsamen Kühlmittelauslass 139 umfassen. Der erste Zweig 136 kann fluidisch an den zweiten Teil 183 des AGR-Zufuhrkanals 180 gekoppelt sein und der zweite Zweig 138 kann fluidisch an das Einlassrohr 440 des Umgehungskanals 140 gekoppelt sein.
  • 4A zeigt den Betrieb des Wärmeaustauschsystems 135 in einem ersten Modus. Im ersten Modus kann das dritte Dreiwegeventil 160 zu einer ersten Position betätigt werden, um zu ermöglichen, dass das gesamte Volumen des Abgases in den ersten Umgehungskanal 184 gelangt. Das zweite Dreiwegeventil kann zu einer zweiten Position betätigt werden, um zu ermöglichen, dass Abgas aus dem ersten Umgehungskanal 184 zum zweiten Teil 182 des AGR-Zufuhrkanals strömt. Das erste Dreiwegeventil 162 kann zu einer zweiten Position betätigt werden, um den Abgasstrom aus dem ersten Teil 182 des AGR-Zufuhrkanals zurück zum Hauptabgaskanal 102 zu deaktivieren. Aus diesem Grund kann das heiße Abgas innerhalb des Abgaskrümmers, des ersten Umgehungskanals 184 und des ersten Teils 182 des AGR-Zufuhrkanals eingeschlossen werden und Abgas kann nicht über das Auspuffrohr in die Atmosphäre freigesetzt werden. In diesem Modus, wenn das Abgas nicht durch die Turbine strömt, können Verluste der thermischen Energie des Abgases an der Turbine reduziert werden. Das Umleitventil kann in der geschlossenen Position gehalten werden, da kein Abgasstrom durch den Hauptabgaskanal (stromabwärts der Turbine) vorliegt, der zur Abgaswärmerückgewinnung genutzt werden kann. Da kein Abgasstrom durch den zweiten Teil 183 des AGR-Zufuhrkanals und das Einlassrohr 440 vorliegt, kann eine Wärmeübertragung zu Kühlmittel, das durch jeden des ersten und des zweiten Zweiges des Wärmetauschers 135 strömt, nicht stattfinden. Aus diesem Grund kann Kühlmittel in eine einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung auf Grundlage einer standardmäßigen (oder vorherigen) Position des Schaltventils (wie etwa des Schaltventils 143 in 1) geleitet werden. In der ersten Richtung kann Kühlmittel über den Kühlmitteleinlass 137 in den Wärmetauscher 135 gelangen, gleichzeitig durch jeden der zwei Zweige 136 und 138 strömen und dann den Wärmetauscher über den Kühlmittelauslass 139 verlassen, wohingegen Kühlmittel in der zweiten Richtung über den Kühlmittelauslass 139 in den Wärmetauscher 135 gelangen kann, gleichzeitig durch jeden der zwei Zweige 136 und 138 strömt und dann den Wärmetauscher über den Kühlmitteleinlass 137 verlässt.
  • Das Abgassystem 150 kann im ersten Modus während Kaltstartbedingungen für eine Schwellendauer direkt nach dem Motorstart betrieben werden. Während dieser Zeit kann die Temperatur der ersten und zweiten Nachbehandlungsvorrichtungen 172 und 174 unter ihren entsprechenden Anspringtemperaturen sein. Durch das Reduzieren der Auspuffrohremissionen sofort nach dem Motorkaltstart kann die Emissionsqualität verbessert werden. Durch das Speichern des heißen Abgases im Abgaskrümmer, im ersten Umgehungskanal 184 und im ersten Teil 182 des AGR-Zufuhrkanals für eine Schwellendauer kann thermische Energie aus diesem Abgas anschließend (während des Betriebs des Abgassystems im zweiten Modus) zum Aufwärmen der ersten und zweiten Nachbehandlungsvorrichtung 172 und 174 verwendet werden. In einem Beispiel beträgt die Schwellendauer, wenn der Motor im ersten Modus betrieben wird, direkt nach einem Kaltstart eine Sekunde.
  • 4B zeigt ein Ausführungsbeispiel 420 für das Betreiben des Abgassystems 150 aus 1 in einem zweiten Betriebsmodus. Im zweiten Modus kann das dritte Dreiwegeventil 160 zu einer ersten Position betätigt werden, um zu ermöglichen, dass das gesamte Volumen des Abgases in den ersten Umgehungskanal 184 gelangt. Das zweite Dreiwegeventil kann zur zweiten Position betätigt werden, um zu ermöglichen, dass Abgas aus dem ersten Umgehungskanal 184 zum zweiten Teil 182 des AGR-Zufuhrkanals strömt. Das erste Dreiwegeventil 162 kann zu einer ersten Position betätigt werden, um den Abgasstrom aus dem ersten Teil 182 des AGR-Zufuhrkanals zurück zum Hauptabgaskanal 102 zu aktivieren. Auf diese Weise kann Abgas von stromaufwärts der Turbine 116 zu stromabwärts der Turbine 116 über den ersten Umgehungskanal 184 und den ersten Teil 182 des AGR-Zufuhrkanals, der die Turbine 116 umgeht, geleitet werden. Das heiße Abgas kann über die erste und zweite Nachbehandlungsvorrichtung 172 und 174 geleitet werden, wobei thermische Energie des Abgases verwendet werden kann, um Anspringtemperaturen der Vorrichtungen 172 und 174 zu erreichen. Das Umleitventil 176 kann in einer vollständig offenen Position sein, um Abgas, welches die zweite Nachbehandlungsvorrichtung 174 verlässt, in den zweiten Umgehungskanal 140 umzuleiten. Das Abgas kann an der Verbindung 132 in das Einlassrohr 440 gelangen und bei Verbindung 133 über das Auslassrohr 442 in den Hauptabgaskanal 102 zurückkehren. Das Abgas kann dann über das Auspuffrohr in die Atmosphäre freigesetzt werden.
  • Kühlmittel kann über den Kühlmitteleinlass 137 in den Wärmetauscher 135 gelangen, gleichzeitig durch jeden der zwei Zweige 136 und 138 in eine erste Richtung (aus dem Kühlmitteleinlass 137 zum Kühlmittelauslass 139) strömen und dann den Wärmetauscher über den Kühlmittelauslass 139 verlassen. Da Kühlmittel aus dem Kühlmitteleinlass 137 zum Kühlmittelauslass 139 strömt, kann der Kühlmittelstrom gleichmäßig zwischen den zwei Zweigen 136 und 138 aufgeteilt werden. Während des Betriebs in diesem Modus kann Abgas durch das Einlassrohr 440 des Umgehungskanals 140 in eine zweite Richtung (aus dem Abgaskanal 102 in das Einlassrohr 440) strömen. Wärme aus dem Abgas, das durch das erste Rohr 440 in die zweite Richtung strömt (durch gestrichelte Linien dargestellt), kann zum Kühlmittel übertragen werden, das in die erste Richtung durch den zweiten Zweig 138 des Wärmetauschers strömt (durchgezogene Linien). Aufgrund der entgegengesetzten Strömungsrichtungen zwischen dem Kühlmittel und dem Abgas im Einlassrohr 440 kann ein höheres Maß an Wärmeübertragung aus dem Abgas zum Kühlmittel stattfinden. Das erwärmte Kühlmittel, das den Wärmetauscher über den Kühlmittelauslass 139 verlässt, kann dann zurück zum Motor und/oder durch einen Heizkern zirkuliert werden, um eine Fahrzeugkabine auf Grundlage der Motorheiz- und Kabinenheizbedarfe zu erwärmen. Kühlmittel kann durch den Wärmetauscher in die erste Richtung geleitet werden, wenn die Kühlmitteltemperatur eine Schwellentemperatur unterschreitet, wobei ein höherer als ein Schwellenwertbereich zwischen der Kühlmitteltemperatur und der Schwellentemperatur und ein höheres Maß an Wärmeübertragung aus dem Abgas nicht zum Überhitzen des Kühlmittels führen kann. Somit kann Kühlmittel gleichzeitig durch jeden des ersten Zweiges und des zweiten Zweiges in die erste Richtung geleitet werden, bis die Kühlmitteltemperatur die Schwellentemperatur erreicht, und dann kann Kühlmittel durch jeden des ersten Zweiges und des zweiten Zweiges in die zweite Richtung geleitet werden.
  • Das Abgassystem 150 kann während Kaltstartbedingungen im zweiten Modus betrieben werden, nachdem die Schwellendauer nach dem Motorstart verstrichen ist. Während der Schwellendauer kann das Abgassystem 150 im ersten Modus betrieben werden und dann zum Betrieb im zweiten Modus übergehen, bis die erste und zweite Nachbehandlungsvorrichtung 172 und 174 ihre entsprechenden Anspringtemperaturen erreicht haben. Das heiße Abgas, das im Abgaskrümmer, im ersten Umgehungskanal 184 und im ersten Teil 182 des AGR-Zufuhrkanals während des Betrieb im ersten Modus gespeichert ist, kann beim Übergang zum Betrieb im zweiten Modus zu den Vorrichtungen 172 und 174 geleitet werden. Da das Abgas zu den Vorrichtungen 172 und 174, die die Turbine 116 umgehen, geleitet wird, kann der Verlust von thermischer Energie an der Turbine 116 reduziert werden.
  • 4C zeigt ein Ausführungsbeispiel 450 für das Betreiben des Abgassystems 150 aus 1 in einem dritten Betriebsmodus. Im dritten Modus kann das dritte Dreiwegeventil 160 zu einer zweiten Position betätigt werden, um einem ersten Teil des Abgases zu ermöglichen, in den ersten Umgehungskanal 184 zu gelangen, während ein zweiter (übriger) Teil des Abgases über die Turbine 116 direkt zur ersten Nachbehandlungsvorrichtung 172 strömen kann. Das zweite Dreiwegeventil 163 kann zu einer ersten Position betätigt werden, um zu ermöglichen, dass Abgas aus dem ersten Umgehungskanal 184 zum Ansaugkrümmer über den zweiten Teil 183 des AGR-Zufuhrkanals strömt. Das Verhältnis des ersten Teils des Abgases (als AGR abgegeben) zu dem zweiten Teil des Abgases (direkt zu den Nachbehandlungsvorrichtungen geführt) kann auf Grundlage eines gewünschten AGR-Niveaus bestimmt werden. 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 beruhen, einschließlich Motorlast, Motordrehzahl, Motortemperatur usw. Zum Beispiel kann sich die Steuerung auf eine Lookup-Tabelle beziehen, die die Motordrehzahl und -last als Eingabe aufweist und als Ausgabe ein Signal aufweist, das einem 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 einem anderen Beispiel 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 niedrigen Last zu einer mittleren Last zunimmt, kann die AGR-Anforderung zunehmen, und wenn die Motorlast dann von einer mittleren Last zu einer hohen Last zunimmt, kann die AGR-Anforderung abnehmen. Das Öffnen des dritten Dreiwegeventils 160 kann auf Grundlage des Verhältnisses des ersten Teils zum zweiten Teil angepasst werden, wobei das Öffnen mit einer Erhöhung des ersten Teils relativ zum zweiten Teil zunimmt und das Öffnen mit einer Reduzierung des ersten Teils relativ zum zweiten Teil abnimmt.
  • Aufgrund des ersten Teils des zweiten Dreiwegeventils 163 kann Abgas aus dem ersten Umgehungskanal 184 nicht in den ersten Teil 182 des AGR-Zufuhrkanals gelangen und kann nur in den zweiten Teil 183 des AGR-Zufuhrkanals gelangen. Das erste Dreiwegeventil 162 kann zu einer dritten Position betätigt werden, um Abgasstrom aus dem Hauptabgaskanal 102 zum ersten Teil 182 des AGR-Zufuhrkanals zu deaktivieren. Der zweite Teil des Abgases kann über die erste und zweite Nachbehandlungsvorrichtung 172 und 174 geleitet werden, wobei thermische Energie des Abgases verwendet werden kann, um die Temperaturen der Vorrichtungen 172 und 174 über ihren entsprechenden Anspringtemperaturen zu halten. Das Umleitventil 176 kann in einer teilweise offenen Position sein, um zumindest einen Teil (dritten Teil) des Abgases, das die zweite Nachbehandlungsvorrichtung 174 verlässt, in den zweiten Umgehungskanal 140 umzuleiten, während ein übriger (vierter) Teil des Abgases direkt zum Auspuffrohr strömen kann. Der dritte Teil des Abgases kann an der Verbindung 132 in das Einlassrohr 440 gelangen und bei Verbindung 133 über das Auslassrohr 442 in den Hauptabgaskanal 102 zurückkehren. Der dritte und vierte Teil des Abgases kann dann über das Auspuffrohr in die Atmosphäre freigesetzt werden. Das Verhältnis des dritten Teils zum vierten Teil kann auf Motorheiz- und Fahrzeugkabinenheizbedarfen beruhen. In einem Beispiel kann der dritte Teil erhöht werden, während der vierte Teil entsprechend reduziert werden kann, wenn der Bedarf nach Motorheizen und/oder Fahrzeugkabinenheizen zunimmt. In einem anderen Beispiel kann der dritte Teil reduziert werden, während der vierte Teil entsprechend erhöht werden kann, wenn der Bedarf nach Motorheizen und/oder Fahrzeugkabinenheizen abnimmt. Das Öffnen des Umleitventils 176 kann auf Grundlage des Verhältnisses des dritten Teils zum vierten Teil angepasst werden, wobei das Öffnen zunimmt, wenn der dritte Teil zunimmt, und das Öffnen abnimmt, wenn der dritte Teil abnimmt. In einem Beispiel, wenn die Motortemperatur und die Fahrzeugkabinentemperatur ihren entsprechenden Schwellenwert erreichen, kann eine weitere Abgaswärmerückgewinnung nicht gewünscht sein und demzufolge kann das Umleitventil zu einer geschlossenen Position betätigt werden, um das gesamte Volumen des Abgases, das die zweite Nachbehandlungsvorrichtung 174 verlässt, direkt zum Auspuffrohr zu leiten.
  • Der erste Teil des Abgases, das über den zweiten Teil 183 des AGR-Zufuhrkanals zum Ansaugkrümmer strömt, und der dritte Teil des Abgases, das durch das Einlassrohr 440 strömt, kann durch Kühlmittel, das durch jeden des ersten Zweiges 136 bzw. des zweiten Zweiges 138 des Wärmetauschers 135 strömt, gekühlt werden. Kühlmittel kann über den Kühlmitteleinlass 137 in den Wärmetauscher 135 gelangen, gleichzeitig durch jeden der zwei Zweige 136 und 138 in eine erste Richtung (aus dem Kühlmitteleinlass 137 zum Kühlmittelauslass 139) strömen und dann den Wärmetauscher über den Kühlmittelauslass 139 verlassen. Während des Betriebs in diesem Modus kann Abgas durch jeden des zweiten Teils 183 des AGR-Zufuhrkanals und das Einlassrohr 440 des Umgehungskanals 140 in die zweite Richtung (vom Abgaskanal 102 in den AGR-Zufuhrkanal und das Einlassrohr) strömen. Aufgrund der entgegengesetzten Strömungsrichtungen zwischen dem Kühlmittel (das durch jeden des ersten und zweiten Zweiges des Wärmetauschers strömt) und Abgas (das durch den zweiten Teil des AGR-Zufuhrkanals und das Einlassrohr strömt) kann ein höheres Maß an Wärmeübertragung aus dem Abgas zum Kühlmittel erfolgen. Das erwärmte Kühlmittel, das den Wärmetauscher über den Kühlmittelauslass 139 verlässt, kann dann zurück zum Motor und/oder durch einen Heizkern zirkuliert werden, um eine Fahrzeugkabine auf Grundlage der Motorheiz- und Kabinenheizbedarfe zu erwärmen.
  • Kühlmittel kann durch den Wärmetauscher in die erste Richtung geleitet werden, wenn die Kühlmitteltemperatur eine Schwellentemperatur unterschreitet, wobei ein höherer als ein Schwellenwertbereich zwischen der Kühlmitteltemperatur und der Schwellentemperatur und ein höheres Maß an Wärmeübertragung aus dem Abgas nicht zum Überhitzen des Kühlmittels führen kann. Wenn jedoch der Bereich zwischen der Kühlmitteltemperatur und der Schwellentemperatur auf unterhalb des Schwellenwerts abnimmt, kann eine weitere Wärmeübertragung zum Kühlmittel reduziert werden, um die Möglichkeit des Überhitzens des Kühlmittels zu verringern. Wenn also der Bereich zwischen der Kühlmitteltemperatur und der Schwellentemperatur auf unterhalb des Schwellenwerts abnimmt, kann die Richtung des Kühlmittelstroms über den Wärmetauscher durch Anpassungen eines Schaltventils umgekehrt werden. Kühlmittel kann über den Kühlmittelauslass 139 in den Wärmetauscher 135 gelangen, gleichzeitig durch jeden der zwei Zweige 136 und 138 in eine zweite Richtung (aus dem Kühlmittelauslass 139 zum Kühlmitteleinlass 137) strömen und dann den Wärmetauscher über den Kühlmitteleinlass 137 verlassen. Aufgrund der parallelen Strömungsrichtungen zwischen dem Kühlmittel (das durch jeden des ersten und zweiten Zweiges des Wärmetauschers in der zweiten strömt) und Abgas (das durch den zweiten Teil des AGR-Zufuhrkanals und das Einlassrohr in der zweiten strömt) kann ein geringeres Maß an Wärmeübertragung aus dem Abgas zum Kühlmittel erfolgen. Wenn jedoch die Kühlmitteltemperatur auf über die Schwellentemperatur zunimmt, kann der Abgasstrom über den zweiten Teil 183 des AGR-Kanals und den zweiten Umgehungskanal 140 unterbrochen werden, um die weitere Wärmeübertragung zum Kühlmittel, das durch den Wärmetauscher 135 strömt, zu reduzieren.
  • Das Abgassystem 150 kann im dritten Modus betrieben werden, wenn AGR angefordert wird, um eine gewünschte Motorverdünnung zu erreichen, wie etwa nach der Aktivierung der Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 172 und 174 (nach Erreichen der entsprechenden Anspringtemperaturen), und wenn die Motorlast eine Schwellenmotorlast unterschreitet. Durch das Strömen des Abgases von stromaufwärts der Turbine 116 kann eine wärmere AGR dem Ansaugkrümmer 22 zugeführt werden. Aus diesem Grund kann das Abgassystem 150 im dritten Modus betrieben werden, wenn wärmere AGR für Motorbetriebe angefordert wird.
  • 4D zeigt ein Ausführungsbeispiel 460 für das Betreiben des Abgassystems 150 aus 1 in einem vierten Betriebsmodus. Im vierten Modus kann das dritte Dreiwegeventil 160 zu einer zweiten Position betätigt werden, um den Abgasstrom aus dem Hauptabgaskanal 102 in den ersten Umgehungskanal 184 zu deaktivieren. Aus diesem Grund kann das gesamte Volumen des Abgases durch die Turbine 116 strömen. Das erste Dreiwegeventil 162 kann zu einer dritten Position betätigt werden, um einem ersten Teil des Abgases zu ermöglichen, in den ersten Teil 182 des AGR-Zufuhrkanals 180 zu gelangen, während ein zweiter Teil des Abgases weiterhin stromabwärts über den Hauptabgaskanal (zur ersten Nachbehandlungsvorrichtung 172) strömen kann. Das Verhältnis des ersten Teils des Abgases (als AGR abgegeben) zu dem zweiten Teil des Abgases (direkt zu den Nachbehandlungsvorrichtungen geführt) kann auf Grundlage eines gewünschten AGR-Niveaus bestimmt werden. Wie bereits erörtert, kann die Steuerung das gewünschte AGR-Niveau auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen, wie etwa Motortemperatur, Motorlast und Motordrehzahl, bestimmen. Das Öffnen des Ventils 162 kann auf Grundlage des Verhältnisses des ersten Teils zum zweiten Teil angepasst werden, wobei das Öffnen mit einer Erhöhung des ersten Teils zunimmt und das Öffnen mit einer Reduzierung des ersten Teils abnimmt. Das zweite Dreiwegeventil kann zu einer dritten Position betätigt werden, um zu ermöglichen, dass Abgas aus dem ersten Teil 182 des AGR-Zufuhrkanals zum Ansaugkrümmer über den zweiten Teil 183 des AGR-Zufuhrkanals strömt. Aufgrund der dritten Position des zweiten Dreiwegeventils 163 kann Abgas aus dem AGR-Zufuhrkanal 180 nicht in den ersten Umgehungskanal 184 gelangen. In einem Beispiel, während des Betriebs im viertes Modus, kann AGR nicht für Motorbetriebe angefordert werden, und das Öffnen des ersten Dreiwegeventils 162 kann angepasst werden, um den Abgasstrom aus dem Hauptabgaskanal 102 in den AGR-Zufuhrkanal 180 zu deaktivieren.
  • Wenn Abgaswärmerückgewinnung zu Fahrzeugkabinenheizzwecken angefordert wird, kann das Umleitventil 176 zu einer teilweise offenen Position betätigt werden, um zumindest einen Teil (dritten Teil) des Abgases, das die zweite Nachbehandlungsvorrichtung 174 verlässt, in den zweiten Umgehungskanal 140 umzuleiten, während ein übriger (vierter) Teil des Abgases direkt zum Auspuffrohr strömen kann. Der dritte Teil des Abgases kann an der Verbindung 132 in das Einlassrohr 440 gelangen und bei Verbindung 133 über das Auslassrohr 442 in den Hauptabgaskanal 102 zurückkehren. Der dritte und vierte Teil des Abgases kann dann über das Auspuffrohr in die Atmosphäre freigesetzt werden. Das Verhältnis des dritten Teils zum vierten Teil kann auf Fahrzeugkabinenheizbedarfen beruhen. In einem Beispiel kann der dritte Teil erhöht werden, während der vierte Teil entsprechend reduziert werden kann, wenn der Bedarf nach Fahrzeugkabinenheizen zunimmt. In einem anderen Beispiel kann der dritte Teil reduziert werden, während der vierte Teil entsprechend erhöht werden kann, wenn der Bedarf nach Fahrzeugkabinenheizen abnimmt. Das Öffnen des Umleitventils 176 kann auf Grundlage des Verhältnisses des dritten Teils zum vierten Teil angepasst werden, wobei das Öffnen zunimmt, wenn der dritte Teil zunimmt, und das Öffnen abnimmt, wenn der dritte Teil abnimmt. In einem Beispiel, wenn eine weitere Abgaswärmerückgewinnung nicht gewünscht ist, kann das Umleitventil zu einer geschlossenen Position betätigt werden, um das gesamte Volumen des Abgases, das die zweite Nachbehandlungsvorrichtung 174 verlässt, direkt zum Auspuffrohr zu leiten.
  • Der erste Teil des Abgases, das über den zweiten Teil 183 des AGR-Zufuhrkanals zum Ansaugkrümmer strömt, und der dritte Teil des Abgases, das durch das Einlassrohr 440 strömt, kann durch Kühlmittel, das durch jeden des ersten Zweiges 136 bzw. des zweiten Zweiges 138 des Wärmetauschers 135 strömt, gekühlt werden. Während des Betriebs in diesem Modus kann Abgas durch jeden des zweiten Teils 183 des AGR-Zufuhrkanals und das Einlassrohr 440 des Umgehungskanals 140 in die zweite Richtung (vom Abgaskanal 102 in den AGR-Zufuhrkanal und das Einlassrohr) strömen. Aufgrund der entgegengesetzten Strömungsrichtungen zwischen dem Kühlmittel (das durch jeden des ersten und zweiten Zweiges des Wärmetauschers strömt) und Abgas (das durch den zweiten Teil des AGR-Zufuhrkanals und das Einlassrohr strömt) kann ein höheres Maß an Wärmeübertragung aus dem Abgas zum Kühlmittel erfolgen. Das erwärmte Kühlmittel, das den Wärmetauscher über den Kühlmittelauslass 139 verlässt, kann dann zurück zum Motor und/oder durch einen Heizkern zirkuliert werden, um eine Fahrzeugkabine auf Grundlage der Motorheiz- und Kabinenheizbedarfe zu erwärmen.
  • Kühlmittel kann durch den Wärmetauscher in die erste Richtung geleitet werden, wenn die Kühlmitteltemperatur eine Schwellentemperatur unterschreitet, wobei ein höherer als ein Schwellenwertbereich zwischen der Kühlmitteltemperatur und der Schwellentemperatur und ein höheres Maß an Wärmeübertragung aus dem Abgas nicht zum Überhitzen des Kühlmittels führen kann. Wenn jedoch der Bereich zwischen der Kühlmitteltemperatur und der Schwellentemperatur auf unterhalb des Schwellenwerts abnimmt, um die Wärmeübertragung zum Kühlmittel zu reduzieren, kann die Richtung des Kühlmittelstroms über den Wärmetauscher durch Anpassen des Schaltventils umgekehrt werden.
  • Das Abgassystem 150 kann im vierten Modus betrieben werden, wenn die Motorlast höher ist als die Schwellenmotorlast, was zu einem höheren Bedarf an Ladedruck führt. Durch Leiten des gesamten Volumens des Abgases über die Turbine 116 kann ein gewünschter Ladedruck geliefert werden.
  • Die vier beispielhaften Betriebsmodi des Wärmetauschsystems aus 1 werden wie vorstehend erörtert in 9 tabellarisch dargestellt. Zeile 902 der Tabelle 900 zeigt Auslassventileinstellungen, die dem Betrieb des Abgassystems entsprechen, das im ersten Modus arbeitet, wie in 4A beschrieben, Zeile 904 zeigt Auslassventileinstellungen, die dem Betrieb des Abgassystems entsprechen, das im zweiten Modus arbeitet, wie in 4B beschrieben, Zeile 906 zeigt Auslassventileinstellungen, die dem Betrieb des Abgassystems entsprechen, das im dritten Modus arbeitet, wie in 4C beschrieben, und Zeile 908 zeigt Auslassventileinstellungen, die dem Betrieb des Abgassystems entsprechend, das im ersten Modus arbeitet, wie in 4D beschrieben.
  • Eine alternative Ausführungsform des Motorabgassystems aus 1 ist in 2 gezeigt und wird nachstehend unter Bezugnahme auf das beispielhafte Motorsystem 200 ausgeführt. Alle Komponenten des Motorsystems 200 können identisch zu denen des Motorsystems 100 sein, mit Ausnahme des Wärmetauschers 145. Komponenten, die vorher in 1 vorgestellt wurden, sind ähnlich nummeriert und werden nicht erneut vorgestellt. Ähnlich zur Ausführungsform aus 1, kann das Motorsystem 200 aus 2 ferner ein Steuersystem 14 zum Steuern des Motorbetriebs beinhalten. Das Motorsystem 200 aus 2 kann in jedem der Betriebsmodi des Motorabgassystems aus 1 betrieben werden, wie in Bezug auf die 4A-4D beschrieben.
  • In 2 beinhaltet das Motorsystem 200 einen Wärmetauscher 145, der an jeden des AGR-Zufuhrkanals 180 und des Abgasumgehungskanals 140 gekoppelt ist. Hierin kann der Wärmetauscher 145, anstelle von unterschiedlichen Zweigen, als eine Schleife konfiguriert sein, wobei ein erster Abschnitt 146 der Schleife fluidisch an den ersten Teil 182 des AGR-Zufuhrkanals 180 gekoppelt ist und ein zweiter Abschnitt 148 der Schleife fluidisch an den Arm 141 des zweiten Abgasumgehungskanals 140 gekoppelt ist. Das gesamte Volumen des Kühlmittels, das in den Wärmetauscher 145 gelangt, kann nacheinander durch beide Abschnitte des Wärmetauschers 145 strömen, wobei Wärme aus dem ersten Teil des Abgases, das durch den AGR-Zufuhrkanal strömt, und dem zweiten Teil des Abgases, das durch den Umgehungskanal strömt, nacheinander zum Kühlmittel übertragen werden kann. Durch Anpassen einer Reihenfolge des Kühlmittelstroms durch den gewundenen Wärmetauscher kann eine Reihenfolge des Kühlens des Abgases im AGR-Zufuhrkanal 180 und im zweiten Abgasumgehungskanal 140 variiert werden. Im Wärmetauscher 145 ist eine Richtung des Kühlmittelstroms durch den ersten Abschnitt 146 entgegengesetzt der Richtung des Kühlmittelstroms durch den zweiten Abschnitt 148. Die Reihenfolge des sequentiellen Kühlmittelstroms durch jeden des ersten Abschnitts und des zweiten Abschnitts des Wärmetauschers kann auf Grundlage von jedem eines AGR-Kühlbedarfs und eines Motorheizbedarfs angepasst werden. Der AGR-Kühlbedarf kann auf dem ersten Teil des Abgases beruhen, das als AGR geliefert wird, wobei der AGR-Kühlbedarf mit einer Erhöhung des ersten Teils des Abgases zunimmt. Ähnlich hierzu kann der Motorkühlbedarf auf dem zweiten Teil des Abgases beruhen, das über den Umgehungskanal abgelenkt wird, wobei der Motorkühlbedarf mit einer Erhöhung des zweiten Teils des Abgases zunimmt. Somit kann die Reihenfolge des sequentiellen Kühlmittelstroms durch den ersten und zweiten Abschnitt auf Grundlage des ersten Teils relativ zum zweiten Teil variiert werden. Während einer höheren als einer Schwellenmotorlast kann das Öffnen des ersten Dreiwegeventils 162, das an den Abgaskanal 102 stromabwärts einer Turbine 116 gekoppelt ist, angepasst werden, um Abgas von stromabwärts der Turbine 116 zu einem Motoreinlass 22 zu strömen, und während einer geringeren als einer Schwellenmotorlast kann das Anpassen des Öffnens des ersten Dreiwegeventils 162, das an den Abgaskanal stromaufwärts der Turbine gekoppelt ist, angepasst werden, um Abgas von stromaufwärts der Turbine zum Motoreinlass zu strömen, wobei ein Öffnen des ersten Dreiwegeventils 162 oder des ersten Dreiwegeventils 162 zunimmt, wenn der Motorverdünnungsbedarf zunimmt.
  • In einem Beispiel kann das Kühlmittel aus dem Einlass 247 zum ersten Abschnitt 146 und dann zum zweiten Abschnitt geleitet werden, bevor es die Kühlmittelschleife über den Auslass 249 verlässt. Während dieser ersten Reihenfolge des Kühlmittelstroms wird Kühlmittel über den ersten Abschnitt 146 des Wärmetauschers 145 in eine erste Richtung (von einem ersten Ende des zweiten Abschnitts proximal zum Schaltventil 143 zu einem zweiten Ende des ersten Abschnitts proximal zum Abgaskanal 102) und dann über den zweiten Abschnitt 148 in eine erste Richtung entgegengesetzt der ersten Richtung (von einem zweiten Ende des zweiten Abschnitts proximal zum Abgaskanal 102 zu einem ersten Ende des zweiten Abschnitts proximal zum Schaltventil 143) geleitet, während Abgas durch jeden des ersten Abschnitts 182 des AGR-Kanals 180 und des Arms 141 des Umgehungskanals 140 in die zweite Richtung (aus dem Abgaskanal 102 in den AGR-Kanal 180 und den Umgehungskanal 140) strömt. Das Schaltventil 143 kann zu einer ersten Position betätigt werden, um Kühlmittelstrom in der ersten Reihenfolge zu ermöglichen. Das gesamte Volumen des Kühlmittels (das in entgegengesetzter Richtung zum Abgas strömt, welches durch den AGR-Kanal 180 strömt) kann Wärme zuerst aus Abgas, das durch den AGR-Zufuhrkanal 180 strömt, und dann aus Abgas, das durch den Umgehungskanal 140 strömt, sammeln (wobei Kühlmittel parallel zur Richtung des Abgasstroms durch den Umgehungskanal strömt). Das erwärmte Kühlmittel kann dann zurück zum Motor (wie etwa, wenn ein Motorheizen erforderlich ist) und/oder durch einen Heizkern zum Heizen einer Fahrzeugkabine (wie etwa, wenn Kabinenheizen angefordert wird) zirkuliert werden. Somit kann Kühlmittel in der ersten Reihenfolge geleitet werden, wenn der erste Teil des Abgases größer ist als der zweite Teil des Abgases (wie etwa, wenn der AGR-Kühlbedarf höher ist als der Motorkühlbedarf).
  • In einem anderen Beispiel kann das Schaltventil 143 zu einer zweiten Position betätigt werden, um Kühlmittel durch den Wärmetauscher 145 in einer zweiten Reihenfolge zu strömen, wobei Kühlmittel aus dem Auslass 249 zum zweiten Abschnitt 148 des Wärmetauschers 145 in die erste Richtung und dann über den ersten Abschnitt 146 in die zweite Richtung geleitet wird, bevor es die Kühlmittelschleife über den Einlass 247 verlässt, während Abgas durch jeden des AGR-Kanals 180 und des zweiten Umgehungskanals 140 in die zweite Richtung strömt. Das gesamte Volumen des Kühlmittels (das in entgegengesetzter Richtung zum Abgas strömt, welches durch den Umgehungskanal 140 strömt) kann Wärme zuerst aus Abgas, das durch den Arm 141 des zweiten Umgehungskanals 140 strömt, und dann aus Abgas, das durch den ersten Teil 182 des AGR-Kanals 180 strömt, sammeln (wobei Kühlmittel parallel zur Richtung des Abgasstroms durch den AGR-Kanal strömt). Das erwärmte Kühlmittel kann dann zurück zum Motor und/oder durch einen Heizkern zum Heizen einer Fahrzeugkabine zirkuliert werden. Somit kann Kühlmittel in der zweiten Reihenfolge geleitet werden, wenn der zweite Teil des Abgases größer ist als der erste Teil des Abgases (wie etwa, wenn der AGR-Kühlbedarf geringer ist als der Motorkühlbedarf).
  • Auf diese Weise kann ein erster Teil des Abgases aus einem Abgaskanal 102 in einen AGR-Kanal 180 abgelenkt werden, ein zweiter Teil des Abgases kann aus dem Abgaskanal 102 in eine Abgasumgehung 140 abgelenkt werden, Wärme kann aus dem ersten Teil des Abgases zu Kühlmittel, das durch einen ersten Abschnitt 146 eines verzweigten Wärmetauschers strömt, übertragen werden, Wärme kann aus dem zweiten Teil des Abgases zu Kühlmittel, das durch einen zweiten Abschnitt 148 des Wärmetauschers 145 strömt, übertragen werden und Kühlmittelstrom durch den ersten und zweiten Abschnitt kann auf Grundlage des ersten Teils relativ zum zweiten Teil variiert werden.
  • Eine alternative Ausführungsform von 2 ist in 3 gezeigt und wird nachstehend unter Bezugnahme auf das beispielhafte Motorsystem 300 ausgeführt. Alle Komponenten des Motorsystems 300 können identisch zu denen des Motorsystems 200 sein, mit Ausnahme des Abgassystems 150. Komponenten, die vorher in 2 vorgestellt wurden, sind ähnlich nummeriert und werden nicht erneut vorgestellt. Ähnlich zur Ausführungsform aus 2, kann das Motorsystem 300 aus 3 ferner ein Steuersystem 14 zum Steuern des Motorbetriebs beinhalten. Das Motorsystem 300 aus 3 kann in jedem der Betriebsmodi des Motorabgassystems aus 1 betrieben werden, wie in Bezug auf die 4A-4D beschrieben.
  • Wie in 3 zu sehen ist, kann ein Hauptabgasrückführungs(AGR)-Zufuhrkanal 180 an den Abgaskanal 102 stromaufwärts der ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 172 (stromabwärts der Turbine 116) gekoppelt sein, um dem Motoransaugkrümmer stromaufwärts des Verdichters 114 eine Niederdruck-AGR (ND-AGR) bereitzustellen. Ein erster Umgehungskanal kann an jeden des Hauptabgaskanals stromaufwärts der Turbine 116 und des Haupt-AGR-Kanals 180 gekoppelt sein. Ein erstes Dreiwegeventil 162 kann an den Haupt-AGR-Zufuhrkanal 180 gekoppelt sein, um den Abgasstrom in den Haupt-AGR-Zufuhrkanal 180 aus dem Hauptabgaskanal 102 zu regulieren. Ein zweites Dreiwegeventil 163 kann an die Verbindung des ersten Umgehungskanal 184 und des Haupt-AGR-Zufuhrkanals 180 gekoppelt sein. Ein drittes Dreiwegeventil 160 kann an die Verbindung des ersten Umgehungskanals 184 und des Hauptabgaskanals 102 gekoppelt sein, um den Abgasstrom in den ersten Umgehungskanal 184 aus dem Hauptabgaskanal 102 zu regulieren. Der Teil des Haupt-AGR-Zufuhrkanals zwischen dem ersten Dreiwegeventil 162 und dem zweiten Dreiwegeventil 163 kann als der erste Teil 182 des AGR-Zufuhrkanals bezeichnet werden, während der Teil zwischen dem zweiten Dreiwegeventil 163 und dem Ansaugkrümmer als der zweite Teil 183 des AGR-Zufuhrkanals 180 bezeichnet werden kann. Ein zweiter AGR-Kanal 157 kann an jeden des zweiten Umgehungskanals 140 stromaufwärts der Region des zweiten Umgehungskanals 140, der sich mit dem Wärmetauscher 155 koppelt, und des Haupt-AGR-Zufuhrkanals 180 stromabwärts des ersten Dreiwegeventils 162 und stromaufwärts des zweiten Dreiwegeventils 163 gekoppelt sein. Ein viertes Dreiwegeventil 165 kann den Abgasstrom aus dem Umgehungskanal zum Haupt-AGR-Zufuhrkanal 180 über den zweiten AGR-Kanal 157 regulieren. Auf diese Weise kann AGR, die über den Haupt-AGR-Kanal 180 zum Ansaugkrümmer geliefert wird, außerdem von stromabwärts der zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 174 und stromaufwärts des Umleitventils 176 bezogen werden.
  • Das Motorsystem 200 beinhaltet einen Wärmetauscher 155, der an jeden des zweiten Teils 183 des Haupt-AGR-Zufuhrkanals 180 und eines Arms 141 des Abgasumgehungskanals 140 gekoppelt ist. Der Wärmetauscher 155 kann identisch mit dem Wärmetauscher 145 sein, wie in 2 erörtert. Durch Anpassen der Position des Schaltventils 143 strömt Kühlmittel über den Wärmetauscher in jeder einer ersten Reihenfolge und einer zweiten Reihenfolge, wie in Bezug auf 2 beschrieben. In der ersten Reihenfolge kann Kühlmittel zuerst durch den ersten Abschnitt 156 des Wärmetauschers 155 und dann durch den zweiten Abschnitt 158 strömen, in der zweiten Reihenfolge kann Kühlmittel zuerst durch den zweiten Abschnitt 158 und dann durch den ersten Abschnitt 156 strömen und im dritten Modus kann der Kühlmittelstrom durch den Wärmetauscher 155 unterbrochen sein. Eine Reihenfolge des Kühlmittelstroms durch den ersten und den zweiten Abschnitt kann auf dem kombinierten Abgasstrom über den AGR-Kanal 180 und der Menge des Abgasstroms über den Umgehungskanal beruhen. Die erste Reihenfolge kann ausgewählt werden, wenn der Abgasstrom über den AGR-Kanal 180 höher ist als der Abgasstrom über den Umgehungskanal, und der zweite Modus kann ausgewählt werden, wenn der Abgasstrom über den Umgehungskanal höher ist als der Abgasstrom über den AGR-Kanal 180.
  • Auf diese Weise stellen die Systeme aus den 1, 2, 3 und 4A-4D Folgendes bereit: einen Ansaugkrümmer, ein Motorabgassystem, das einen Abgaskanal und einen Abgaskatalysator beinhaltet, einen Turbolader, der eine Turbine, die an den Abgaskanal gekoppelt ist, und einen Verdichter, der an den Ansaugkrümmer gekoppelt ist, einen AGR-Kanal mit einem ersten Ventil zum Rezirkulieren des Abgases aus dem Abgaskanal stromaufwärts des Abgaskatalysators zum Ansaugkrümmer, eine erste Abgasumgehung, die den Abgaskanal von stromaufwärts der Turbine an den AGR-Kanal koppelt, wobei ein zweites Ventil an eine Verbindung der ersten Abgasumgehung und des AGR-Kanals gekoppelt ist und wobei ein drittes Ventil an eine Verbindung der ersten Abgasumgehung und des Abgaskanals gekoppelt ist, eine zweite Abgasumgehung, die den Abgaskanal von stromabwärts des Katalysators zu stromaufwärts eines Auspuffrohrs über ein Umleitventil koppelt, einen Temperatursensor, der an den Abgaskanal stromaufwärts des Katalysators gekoppelt ist, um eine Abgastemperatur zu schätzen, einen Wärmetauscher mit einem Kühlmitteleinlass, der sich gabelförmig in einen ersten Zweig und einen zweiten Zweig teilt, wobei der erste Zweig und der zweite Zweig sich an einem Kühlmittelauslass wieder vereinen, wobei der erste Zweig fluidisch an einen Arm des AGR-Kanals gekoppelt ist und der zweite Zweig fluidisch an einen Arm der Abgasumgehung gekoppelt ist, ein Kühlmittelsystem mit einem Kühlmitteltemperatursensor und einem Schaltventil, wobei das Kühlmittelsystem fluidisch an jeden des Wärmetauschers, eines Motorblocks und eines Heizkerns gekoppelt ist. Das System kann ferner eine Steuerung mit auf nicht flüchtigem Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen für Folgendes beinhalten: als Reaktion auf eine geringere als eine Schwellenkühlmitteltemperatur, Betätigen des Schaltventils zu einer ersten Position, um Kühlmittel gleichzeitig durch jeden des ersten Zweiges und des zweiten Zweiges des Wärmetauschers in eine erste Richtung zu strömen, und Übertragen von Wärme aus dem Abgas, das durch den Arm des AGR-Kanals in eine zweite Richtung strömt, zu Kühlmittel, das durch den ersten Zweig in die erste Richtung strömt, und aus dem Abgas, das durch den Arm des Umgehungskanals in die zweite Richtung strömt, zu Kühlmittel, das durch den zweiten Zweig des Wärmetauschers in die erste Richtung strömt, wobei die erste Richtung entgegengesetzt zur zweiten Richtung ist.
  • 5 veranschaulicht ein erstes beispielhaftes Verfahren 500, das umgesetzt werden kann, um Abgasstrom durch das Motorabgassystem aus 1-3 anzupassen. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 500 und der übrigen hierin enthaltenen Verfahren können durch eine Steuerung auf Grundlage von Anweisungen, die auf einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, und in Verbindung mit Signalen ausgeführt werden, die von Sensoren des Motorsystems, wie etwa den vorstehend unter Bezugnahme auf die 1-3 beschriebenen Sensoren, empfangen werden. Die Steuerung kann Verbrennungsmotoraktoren des Verbrennungsmotorsystems einsetzen, um den Verbrennungsmotorbetrieb gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren einzustellen.
  • Bei 502 beinhaltet die Routine Schätzen und/oder Messen von Motorbetriebsbedingungen. Zu den bewerteten Bedingungen können beispielsweise gehören: Fahrerbedarf, Motortemperatur, Motorlast, Motordrehzahl, Abgastemperatur, Umgebungsbedingungen, darunter Umgebungstemperatur, -druck und -feuchtigkeit, Krümmerdruck und -temperatur, Ladedruck, Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases usw.
  • Bei 504 beinhaltet die Routine Bestätigen einer Motorkaltstartbedingung. Eine Motorkaltstartbedingung kann bestätigt werden, wenn der Motor nach einem längeren Zeitraum der Inaktivität des Motors gestartet wird, wenn die Motortemperatur einen Schwellenwert unterschreitet (wie etwa unterhalb einer Abgas-Katalysatoranspringtemperatur) und während Umgebungstemperaturen einen Schwellenwert unterschreiten. Bei Kaltstartbedingungen kann ein beschleunigtes Aufwärmen des Katalysators und Aufwärmen des Motors gewünscht sein, um Kaltstartemissionen zu reduzieren. Zusätzlich kann seitens eines Fahrzeugführers ein Aufwärmen der Fahrgastzelle gewünscht sein. Ferner kann während eines Motorkaltstarts Abgasrückführung (AGR) nicht gewünscht sein.
  • Wenn Motorkaltstartbedingungen bei 506 bestätigt werden, kann das Abgassystem in einem ersten Modus betrieben werden. Um bei 507 im ersten Modus zu arbeiten, kann die Steuerung ein Signal an einen Aktor senden, der an ein erstes Auslassventil, Ventil_1 (wie etwa das erste Dreiwegeventil 162 in 1), gekoppelt ist, um Ventil_1 zu einer zweiten Position zu betätigen; bei 508 kann die Steuerung ein Signal an einen Aktor senden, der an ein zweites Auslassventil, Ventil_2 (wie etwa das zweite Dreiwegeventil 163 in 1), gekoppelt ist, um Ventil_2 zu einer zweiten Position zu betätigen; und bei 509 kann die Steuerung ein Signal an einen Aktor senden, der an ein drittes Auslassventil, Ventil_3 (wie etwa das dritte Dreiwegeventil 160 in 1), gekoppelt ist, um Ventil_3 zu einer ersten Position zu betätigen. Während des Betriebs des Abgassystems im ersten Modus bei 510 kann ein Abgasumleitventil (wie etwa das Umleitventil 176 in 1) in einer geschlossenen Position gehalten werden, um den Abgasstrom in den zweiten Umgehungskanal (wie etwa den zweiten Umgehungskanal 140 in 1) zu deaktivieren. Zusätzlich kann ein Timer gestartet werden, um eine Dauer des Motorbetriebs im ersten Modus zu messen.
  • Bei 512 kann Abgas in Abschnitten des Abgassystems gespeichert werden, um Auspuffrohremissionen zu reduzieren. Aufgrund der ersten Position von Ventil_3 kann Abgas in den ersten Umgehungskanal (wie etwa den ersten Umgehungskanal 184 aus 1) von stromaufwärts der Turbine gelangen. Aufgrund der zweiten Position von Ventil_2 kann das Abgas dann in den ersten Teil (wie etwa den ersten Teil 182 des AGR-Kanals 180 in 1) des AGR-Zufuhrkanals strömen. Allerdings kann das Abgas aufgrund der zweiten Position von Ventil_1 nicht erneut in den Hauptabgaskanal gelangen. Aus diesem Grund kann das heiße Abgas innerhalb des Abgaskrümmers, des ersten Umgehungskanals und des ersten Teils des AGR-Zufuhrkanals eingeschlossen werden und Abgas kann nicht über das Auspuffrohr in die Atmosphäre freigesetzt werden. Auf diese Weise können unerwünschte Kaltstartemissionen durch Reduzieren der Freisetzung von Abgas über das Auspuffrohr direkt nach einem Motorkaltstart reduziert werden.
  • Bei 514 beinhaltet die Routine Bestimmen, ob eine Schwellendauer (auf dem Timer) seit dem Motorstartereignis, während dem das Motorabgassystem im ersten Modus betrieben wird, verstrichen ist. Während dieser Schwellendauer wird heißes Abgas in den Komponenten des Abgassystems gespeichert und nicht in die Atmosphäre freigesetzt. In einem Beispiel kann die Schwellendauer eine Sekunde sein. Wenn bei 516 bestimmt wird, dass die Schwellendauer nicht verstrichen ist, kann das Abgassystem weiterhin im ersten Modus betrieben werden.
  • Wenn bei 518 bestimmt wird, dass die Zeit, die seit dem Motorstart verstrichen ist, höher ist als die Schwellendauer, kann das Abgassystem zum zweiten Modus übergehen. Um im zweiten Modus zu arbeiten, kann Ventil_1 bei 519 zu einer ersten Position betätigt werden, Ventil_2 kann bei 520 zur zweiten Position betätigt werden und Ventil_3 kann bei 521 zur ersten Position betätigt werden. Während des Betriebs des Abgassystems im zweiten Modus kann die Steuerung bei 522 ein Signal an einen Aktor senden, der an das Umleitventil gekoppelt ist, um das Umleitventil zu einer vollständig offenen Position zu betätigen.
  • Bei 524 kann Abgas von stromaufwärts der Turbine über den ersten Umgehungskanal, der die Turbine umgeht, zu den Katalysatoren geleitet werden. Aufgrund der ersten Position von Ventil_3 kann Abgas von stromaufwärts der Turbine in den ersten Umgehungskanal gelangen und aufgrund der zweiten Position von Ventil_2 kann Abgas dann in den ersten Teil des AGR-Zufuhrkanals strömen. Aufgrund der ersten Position von Ventil_1 kann Abgas erneut in den Hauptabgaskanal stromabwärts der Turbine gelangen und zu den Katalysatoren strömen. Bei 526 kann das gesamte Volumen des Abgases, das den Katalysator verlässt, aufgrund der vollständig offenen Position des Umleitventils über den zweiten Umgehungskanal zum Auspuffrohr strömen.
  • Bei 528 kann eine Richtung des Abgasstroms durch den Wärmetauscher auf Grundlage des Motorheizbedarfs und ferner auf Grundlage der Abgastemperatur relativ zur Kühlmitteltemperatur ausgewählt werden. Als ein Beispiel kann die Kühlmitteltemperatur während des Kaltstarts gering sein und als Reaktion auf eine geringere als eine Schwellenkühlmitteltemperatur kann ein Schaltventil zu einer ersten Position betätigt werden, um Kühlmittel gleichzeitig durch jeden des ersten Zweiges und des zweiten Zweiges des Wärmetauschers in eine erste Richtung (aus dem Kühlmitteleinlass zum Kühlmittelauslass) zu strömen, während Abgas durch einen Arm des zweiten Umgehungskanals, der an den Wärmetauscher gekoppelt ist, in eine zweite Richtung (aus dem Abgaskanal in den Umgehungskanal) entgegengesetzt der ersten Richtung strömt. Aufgrund der entgegengesetzten Richtungen des Abgasstroms und des Kühlmittelstroms kann ein höheres Maß an Wärmeübertragung aus dem Abgas zum Kühlmittel stattfinden. Wenn jedoch die Kühlmitteltemperatur höher ist als eine Schwellentemperatur, kann das Schaltventil zu einer zweiten Position betätigt werden, um Kühlmittel gleichzeitig durch jeden des ersten Zweiges und des zweiten Zweiges des Wärmetauschers in eine zweite Richtung (aus dem Kühlmittelauslass zum Kühlmitteleinlass) zu strömen, während Abgas durch einen Arm des Umgehungskanals, der an den Wärmetauscher gekoppelt ist, in die zweite Richtung strömt. Aufgrund der parallelen Richtungen des Abgasstroms und des Kühlmittelstroms kann ein geringeres Maß an Wärmeübertragung aus dem Abgas zum Kühlmittel stattfinden, wodurch die Erhöhung der Kühlmitteltemperatur nach der Abgaswärmeübertragung reduziert wird.
  • Bei 530 kann Abgaswärme während des Abgasstroms durch den Teil des zweiten Umgehungskanals, der an den Wärmetauscher gekoppelt ist, am Wärmetauscher zurückgewonnen werden. Insbesondere kann Wärme aus dem Abgas zu einem Kühlmittel übertragen werden, das durch den Wärmetauscher strömt. Durch das Zurückgewinnen der Abgaswärme am Kühlmittel an einer Stelle stromabwärts des Abgaskatalysators kann ein Großteil der Abgaswärme verwendet werden, um den Abgaskatalysator während des Kaltstarts zu erwärmen (und dadurch zu aktivieren), wodurch Kaltstartemissionen reduziert werden. Die Abgaswärme, die nach dem Erwärmen des Abgaskatalysators bestehen bleibt, kann vorteilhafterweise verwendet werden, um das Motorheizen während des Kaltstarts zu beschleunigen. Insbesondere kann das erwärmte Kühlmittel dann durch den Motor und/oder durch einen Heizkern zirkuliert werden, sodass die Wärme zum Heizen von anderen Komponenten des Fahrzeugsystems genutzt werden kann. Wenn zum Beispiel Kabinenheizung durch den Fahrzeugführer gefordert wird, weil die Fahrzeugkabinentemperatur eine gewünschte Temperatur bei dem Kaltstart unterschreitet, kann erwärmtes Kühlmittel durch den Heizkern zirkulieren und Kabinenheizung kann bereitgestellt werden. Demnach kann auf Grundlage von Kabinenheizbedarfen, wie von einem Fahrzeugführer angefordert (z. B. auf Grundlage einer Kabinentemperatureinstellung), Wärme von dem Heizkern zur 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 Feinstaubemissionen reduziert werden und die Motorleistung bei kalten Umgebungsbedingungen verbessert wird.
  • Bei 532 beinhaltet die Routine das Bestimmen, ob die Temperatur des Abgaskatalysators über einer Schwellentemperatur liegt. Die Schwellentemperatur kann der Anspring-(Aktivierungs-)temperatur des Katalysators entsprechen und ein Katalysator kann bei Temperaturen über dieser Schwellentemperatur optimal funktionieren. Somit kann bestimmt werden, ob ein oder mehrere Abgaskatalysatoren ihre entsprechenden Anspring-(Aktivierungs-)temperaturen erreicht haben. Wenn bei 502 eine Motorkaltstartbedingung nicht bestätigt wird, kann die Routine außerdem direkt zu Schritt 532 übergehen, wobei bestimmt wird, ob die Katalysatortemperatur höher ist als die Schwellentemperatur. Wenn bestimmt wird, dass die Temperatur des Katalysators geringer ist als die Schwellentemperatur, kann das Abgassystem weiterhin im zweiten Modus betrieben werden, um das Erreichen der Katalysatoranspringtemperatur zu beschleunigen. Wenn bei 536 bestimmt wird, dass die Katalysatortemperatur höher ist als die Schwellentemperatur, kann ein Betriebsmodus des Abgassystems auf Grundlage der Motorlast ausgewählt werden. Somit kann die Abgasrückführung auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen, wie etwa Motortemperatur, Motordrehzahl und Motorlast, gewünscht sein. Einzelheiten zur weiteren Auswahl der Betriebsmodi des Abgassystems sind in Bezug auf 6 erörtert.
  • 6 veranschaulicht ein erstes beispielhaftes Verfahren 600, das umgesetzt werden kann, um Abgasstrom durch das Motorabgassystem aus 1-3 auf Grundlage von Motorlast anzupassen. Das Verfahren 600 kann ein Teil des beispielhaften Verfahrens 500 aus 5 sein und kann bei Schritt 536 des Verfahrens 500 ausgeführt werden.
  • Bei 602 beinhaltet die Routine Abrufen von Motorbetriebsbedingungen, einschließlich Motorlast, Motordrehzahl und Motortemperatur, wie in Schritt 502 des Verfahrens 500 geschätzt. Bei 604 beinhaltet die Routine Bestimmen, ob die Motorlast eine Schwellenmotorlast unterschreitet. Die Schwellenmotorlast kann Bedingungen entsprechen, bei denen das Fahrzeug beschleunigt und ein höherer Bedarf an Schub vorliegt. Wenn bestimmt wird, dass die Motorlast geringer ist als die Schwellenmotorlast, kann die Routine zu Schritt 606 übergehen, um das Abgassystem in einem dritten Modus zu betreiben. Um im dritten Modus zu arbeiten, kann Ventil_1 bei 607 zu einer dritten Position betätigt werden, Ventil_2 kann bei 608 zu einer ersten Position betätigt werden und Ventil_3 kann bei 609 zu einer zweiten Position betätigt werden. Während des Betriebs des Abgassystems im dritten Modus kann das Umleitventil bei 610 zu einer teilweise offenen Position betätigt werden.
  • Bei 612, während des Betriebs des Abgassystems im dritten Modus, kann ein erster Teil des Abgases zum Ansaugkrümmer von stromaufwärts der Turbine geleitet werden, während ein zweiter (übriger) Teil des Abgases zum Katalysator über die Turbine geleitet werden kann. Aufgrund der zweiten Position von Ventil_3 kann der erste Teil des Abgases in den ersten Umgehungskanal von stromaufwärts der Turbine gelangen und aufgrund der ersten Position von Ventil_2 kann der ersten Teil des Abgases zum Ansaugkrümmer über den AGR-Zufuhrkanal fortfahren (und nicht zum Hauptabgaskanal zurückkehren). Der zweite Teil des Abgases kann aufgrund der dritten Position von Ventil_1 nicht in den AGR-Zufuhrkanal gelangen und kann zu den Katalysatoren fortfahren. Ein Verhältnis des ersten Teils zum zweiten Teil kann auf dem gewünschten AGR-Niveau beruhen, das ferner auf Motorbetriebsbedingungen, wie etwa Motorlast, Motordrehzahl, Motortemperatur usw. beruhen kann. Die Steuerung kann das gewünschte AGR-Niveau über eine Bestimmung bestimmt werden, die die bestimmte Motordrehzahl, Motorlast, Motortemperatur usw. direkt berücksichtigt, wie etwa Erhöhen des AGR-Niveaus, wenn die Motorlast im niedrigen bis mittleren Lastbereich zunimmt, und dann Reduzieren der AGR-Menge, wenn die Motorlast in den mittleren bis höheren Bereich zunimmt. Die Steuerung kann alternativ durch Bezug auf eine Lookup-Tabelle, die im Speicher der Steuerung gespeichert ist, das gewünschte AGR-Niveau bestimmen, wobei die Eingabe in die Lookup-Tabelle Motordrehzahl und Motorlast ist, und wobei die Ausgabe eine AGR-Menge oder das AGR-Verhältnis des ersten Teils des Abgases zum zweiten Teil des Abgases ist. Auf Grundlage des bestimmten Verhältnisses kann das Öffnen von Ventil_3 reguliert werden, um zu ermöglichen, dass die gewünschte Menge an Abgas in den ersten Umgehungskanal und den AGR-Zufuhrkanal gelangt, wobei das Öffnen zunimmt, wenn der erste Teil zunimmt, und das Öffnen abnimmt, wenn der erste Teil abnimmt.
  • Bei 618 kann Abgas aufgrund des Öffnens des Umleitventils über den zweiten Umgehungskanal zum Auspuffrohr strömen. Das Öffnen des Umleitventils kann angepasst werden, um einen dritten Teil des Abgases über den Umgehungskanal zum Auspuffrohr zu leiten, während ein vierter Teil des Abgases direkt zum Auspuffrohr strömen kann, ohne in den Umgehungskanal zu gelangen. Ein Verhältnis des dritten Teils des Abgases zum vierten Teil des Abgases kann auf Grundlage eines Motorheizbedarfs und eines Fahrzeugkabinenheizbedarfs ausgewählt werden. In einem Beispiel kann die Steuerung den dritten Teil durch eine Bestimmung bestimmen, die Motortemperatur, Kabinentemperatur, angeforderte Kabinentemperatur usw. direkt berücksichtigt. Die Steuerung kann alternativ den dritten Teil des Abgases relativ zum vierten Teil auf Grundlage einer Berechnung mithilfe einer Lookup-Tabelle bestimmen, wobei die Eingabe eines oder mehrere der Motortemperatur, der Kabinentemperatur, der angeforderten Kabinentemperatur ist und die Ausgabe das Maß des Öffnens des Umleitventils ist. Als ein weiteres Beispiel kann die Steuerung eine logische Bestimmung (z. B. hinsichtlich einer Position des Umleitventils) auf Grundlage von Logikregeln, die eine Funktion von Parametern sind, einschließlich Motortemperatur, Kabinentemperatur, angeforderte Kabinentemperatur, vornehmen. Die Steuerung kann dann ein Steuersignal generieren, das zum Umleitventil gesendet wird, um das Umleitventil zu einer Position zu bewegen, die dem bestimmten Maß des Öffnens entspricht. Das Öffnen des Umleitventils kann mit einer Erhöhung des dritten Teils und einer entsprechenden Reduzierung des vierten Teils des Abgases erhöht werden, während das Öffnen des Umleitventils mit einer Reduzierung des dritten Teils und einer entsprechenden Erhöhung des vierten Teils des Abgases reduziert werden kann. In einem Beispiel, wenn Motor- oder Fahrzeugheizen nicht gewünscht ist, kann das Umleitventil zu einer geschlossenen Position betätigt werden und das gesamte Volumen des Abgases, das den Katalysator verlässt, kann direkt zum Auspuffrohr geleitet werden.
  • Bei 620 kann eine Richtung des Abgasstroms durch den Wärmetauscher auf Grundlage des AGR-Kühlbedarfs, des Motorheizbedarfs und ferner auf Grundlage der Abgastemperatur relativ zur Kühlmitteltemperatur ausgewählt werden. Als ein Beispiel kann das Schaltventil bei einer geringeren als einer Schwellenkühlmitteltemperatur zu einer ersten Position betätigt werden, um Kühlmittel gleichzeitig durch jeden des ersten Zweiges und des zweiten Zweiges des Wärmetauschers in eine erste Richtung (aus dem Kühlmitteleinlass zum Kühlmittelauslass) zu strömen, während Abgas durch einen Arm des zweiten Umgehungskanals, der an den Wärmetauscher gekoppelt ist, in eine zweite Richtung (aus dem Abgaskanal in den Umgehungskanal) entgegengesetzt der ersten Richtung strömt. Aufgrund der entgegengesetzten Richtungen des Abgasstroms und des Kühlmittelstroms kann ein höheres Maß an Wärmeübertragung aus dem Abgas zum Kühlmittel stattfinden. Wenn jedoch die Kühlmitteltemperatur höher ist als die Schwellentemperatur, kann das Schaltventil zu einer zweiten Position betätigt werden, um Kühlmittel gleichzeitig durch jeden des ersten Zweiges und des zweiten Zweiges des Wärmetauschers in eine zweite Richtung (aus dem Kühlmittelauslass zum Kühlmitteleinlass) zu strömen, während Abgas durch einen Arm des Umgehungskanals, der an den Wärmetauscher gekoppelt ist, in die zweite Richtung strömt. Aufgrund der parallelen Richtungen des Abgasstroms und des Kühlmittelstroms kann ein geringeres Maß an Wärmeübertragung aus dem Abgas zum Kühlmittel stattfinden, wodurch die Erhöhung der Kühlmitteltemperatur nach der Abgaswärmeübertragung reduziert wird. Die Richtung des Kühlmittelstroms kann außerdem auf den AGR-Kühlbedarf und dem Abgaswärmerückgewinnungsbedarf beruhen. Wenn beispielsweise mindestens einer des AGR-Kühlbedarfs und des Abgaswärmerückgewinnungsbedarfs höher ist, kann ein höheres Maß an Wärmeübertragung erreicht werden, indem Kühlmittel durch jeden des ersten und des zweiten Zweiges des Wärmetauschers in eine Richtung entgegengesetzt der Richtung des Abgasstroms durch jeden des AGR-Kanals und des Umgehungskanals strömt. Im Vergleich dazu, wenn mindestens einer des AGR-Kühlbedarfs und des Abgaswärmerückgewinnungsbedarfs geringer ist, kann ein geringeres Maß an Wärmeübertragung erreicht werden, indem Kühlmittel durch jeden des ersten und des zweiten Zweiges des Wärmetauschers in die gleiche Richtung wie der Abgasstroms durch jeden des AGR-Kanals und des Umgehungskanals strömt. In einem Beispiel, wenn mindestens eines des AGR-Kühlbedarfs und des Abgaswärmerückgewinnungsbedarfs höher ist, wenn die Kühlmitteltemperatur höher als die Schwellentemperatur ist, um die Wärmeübertragung aus dem Abgas zum Kühlmittel zu reduzieren (sodass die Kühlmitteltemperatur sich nicht weiter erhöhen kann), kann das Schaltventil zu einer zweiten Position betätigt werden, um Kühlmittel durch jeden des ersten Zweiges und des zweiten Zweiges des Wärmetauschers in die zweite Richtung (parallel zur Richtung des Abgasstroms) zu strömen.
  • Bei 622 kann Abgaswärme während des Abgasstroms durch den AGR-Kanal und den zweiten Umgehungskanal zum Kühlmittel übertragen werden, welches durch den Wärmetauscher strömt. Das erwärmte Kühlmittel kann dann durch den Motor und/oder durch einen Heizkern zirkuliert werden, sodass die Wärme zum Heizen von anderen Komponenten des Fahrzeugsystems genutzt werden kann. Wenn beispielsweise Kabinenheizen durch den Fahrzeugführer angefordert wird, weil die Fahrzeugkabinentemperatur eine gewünschte Temperatur unterschreitet, kann erwärmtes Kühlmittel durch den Heizkern zirkuliert werden und Wärme kann vom Heizkern zur Kabine übertragen werden.
  • Wenn jedoch bei 604 bestimmt wird, dass die Motorlast höher als die Schwellenlast ist, kann das Abgassystem bei 614 in einem vierten dritten Modus betrieben werden. Um im vierten Modus zu arbeiten, kann Ventil_1 bei 615 zu einer dritten Position betätigt werden, Ventil_2 kann bei 616 zu einer dritten Position betätigt werden und Ventil_3 kann bei 617 zu einer dritten Position betätigt werden. Während des Betriebs des Abgassystems im vierten Modus kann das Umleitventil bei 618 zu einer teilweise offenen Position betätigt werden.
  • Bei 616, während des Betreibens des Abgassystems im vierten Modus, kann das gesamte Volumen des Abgases über die Turbine geleitet werden und dann kann ein erster Teil des Abgases zum Ansaugkrümmer von stromabwärts der Turbine geleitet werden, während ein zweiter (übriger) Teil des Abgases direkt zum Katalysator geleitet werden kann. Aufgrund der dritten Position von Ventil_3 kann Abgas von stromaufwärts der Turbine nicht in den ersten Umgehungskanal gelangen und das gesamte Volumen des Abgases kann durch die Turbine strömen. Durch Leiten des gesamten Volumens des Abgases durch die Turbine kann eine höhere Schubausgabe während höheren als Schwellenmotorlastbedingungen geliefert werden. Aufgrund der dritten Position von Ventil_1 kann der erste Teil des Abgases in den AGR-Zufuhrkanal gelangen und aufgrund der dritten Position von Ventil_2 kann der erste Teil des Abgases weiterhin zum Ansaugkrümmer über den AGR-Zufuhrkanal strömen. Das Verhältnis des ersten zum zweiten Teil kann auf dem gewünschten AGR-Niveau beruhen, welches auf der Motorverdünnungsanforderung beruhen kann. Die Motorverdünnungsanforderung kann entsprechend der Motordrehzahl/-last geschätzt werden. Als ein Beispiel 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. Die Steuerung kann ein Signal an einen Aktor senden, der an Ventil_1 gekoppelt ist, um das Öffnen von Ventil_1 auf Grundlage des Verhältnisses anzupassen, wobei das Öffnen mit einer Erhöhung des ersten Teils zunimmt und das Öffnen mit einer Reduzierung des ersten Teils abnimmt. In einem Beispiel kann AGR während höheren Lastbedingungen nicht gewünscht sein und Ventil_1 kann vollständig geschlossen sein, um das gesamte Volumen des Abgases, das die Turbine verlässt, zum Katalysator zu leiten. Die Routine kann dann zu Schritt 618 übergehen, wobei mindestens ein Teil des Abgases über den zweiten Umgehungskanal zum Auspuffrohr geleitet werden kann.
  • Auf diese Weise kann das Schaltventil als Reaktion auf eine geringere als eine Schwellenkühlmitteltemperatur zu einer ersten Position betätigt werden, um Kühlmittel gleichzeitig durch jeden des ersten Zweiges und des zweiten Zweiges des Wärmetauschers in eine erste Richtung zu strömen, und Wärme aus dem Abgas, das durch den Arm des AGR-Kanals in die zweite Richtung strömt, kann zu Kühlmittel, das durch den ersten Zweig in die erste Richtung strömt, übertragen werden und Wärme aus dem Abgas, das durch den Arm der Umgehung in die zweite Richtung strömt, kann zu Kühlmittel, das durch den zweiten Zweig des Wärmetauschers in die erste Richtung strömt, übertragen werden. Ähnlich hierzu kann das Schaltventil als Reaktion auf eine höhere als eine Schwellenkühlmitteltemperatur zu einer zweiten Position betätigt werden, um Kühlmittel gleichzeitig durch jeden des ersten Zweiges und des zweiten Zweiges des Wärmetauschers in eine zweite Richtung zu strömen, und Wärme aus dem Abgas, das durch den Arm des AGR-Kanals in die zweite Richtung strömt, kann zu Kühlmittel, das durch den ersten Zweig in die zweite Richtung strömt, übertragen werden und Wärme aus dem Abgas, das durch den Arm der Umgehung in die zweite Richtung strömt, kann zu Kühlmittel, das durch den zweiten Zweig des Wärmetauschers in die zweite Richtung strömt, übertragen werden.
  • Die 7 und 8 in Kombination zeigen eine beispielhafte Betriebssequenz 700, 800, die den Betrieb des Motorabgassystems aus den FIG. 1-3 während verschiedenen Motorbetriebsbedingungen über den gleichen Zeitraum veranschaulichen. Die horizontale (x-Achse) stellt die Zeit dar, und die vertikalen Markierungen t1-t5 stellen signifikante Zeitpunkte beim Betrieb des Wärmetauschsystems dar.
  • Der erste Verlauf, Linie 702, zeigt die Temperatur eines Abgaskatalysators, wie auf Grundlage von Abgastemperaturen geschätzt. Die gestrichelte Linie 703 stellt die Anspring-(Aktivierungs-)temperatur des Katalysators dar, über der der Katalysator optimal funktioniert. Der zweite Verlauf, Linie 704, zeigt die Veränderung der Motorlast, wie auf Grundlage der Eingabe von einem Pedalpositionssensor im Laufe der Zeit abgeleitet. Der dritte Verlauf, Linie 706, zeigt den AGR-Strom vom Abgaskrümmer zum Ansaugkrümmer über den AGR-Kanal, was einem AGR-Bedarf entspricht. Der vierte Verlauf, Linie 708, zeigt den Abgasstrom über den zweiten Abgasumgehungskanal zur Abgaswärmerückgewinnung. Der fünfte Verlauf, Linie 710, zeigt eine Änderung der Motorkühlmitteltemperatur im Laufe der Zeit, wie durch einen Temperatursensor, der an das Kühlmittelsystem am Wärmetauscher gekoppelt ist, geschätzt. Die gestrichelte Linie 711 zeigt eine erste Schwellenkühlmitteltemperatur, über der ein kleinerer Temperaturbereich bis zum Kühlmittelsiedepunkt (Überhitzen) vorhanden sein kann. Die gestrichelte Linie 709 zeigt eine zweite Schwellenkühlmitteltemperatur, die dem Kühlmittelsiedepunkt entspricht. Der sechste Verlauf, Linie 712, zeigt eine Richtung des Kühlmittelstroms über jeden des ersten Zweiges und des zweiten Zweiges der ersten Ausführungsform des Wärmetauschers (wie in 1 gezeigt). Der erste Verlauf in FIG. 8, Linie 802, zeigt eine Position des ersten Ventils, Ventil 1 (wie etwa Ventil 162 in 1), das an eine Verbindung des Hauptabgaskanals und des AGR-Zufuhrkanals gekoppelt ist. Der zweite Verlauf, Linie 804, zeigt eine Position des zweiten Ventils, Ventil 2 (wie etwa Ventil 163 in 1), das an eine Verbindung des ersten Abgasumgehungskanals und des AGR-Zufuhrkanals gekoppelt ist. Der dritte Verlauf, Linie 806, zeigt eine Position des dritten Ventils, Ventil_3 (wie etwa Ventil 160 in 1), das an eine Verbindung des Hauptabgaskanals und des ersten Abgasumgehungskanals gekoppelt ist. Der vierte Verlauf, Linie 808, zeigt eine Position des Umleitventils (wie etwa des Ventils 176 in 1), welches den Abgasstrom durch den zweiten Abgasumgehungskanal reguliert.
  • 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 einen Bedienerdrehmomentbedarf aus dem Ruhezustand nach einem Zeitraum von Inaktivität. Zum Zeitpunkt des Motorstarts kann die Katalysatortemperatur niedriger als die Schwellentemperatur 703 sein. Die Motorkaltstartbedingungen werden auf Grundlage der Katalysatortemperatur unter einem Schwellenwert bestätigt. Um Kaltstartemissionen zu reduzieren, wird Ventil_1 bei t1 zu einer zweiten Position betätigt, Ventil_2 wird zu einer zweiten Position betätigt und Ventil_3 wird zu einer ersten (geschlossenen) Position betätigt, um das gesamte Volumen des Abgases von stromaufwärts der Turbine im Hauptabgaskanal zum ersten Umgehungskanal und dem ersten Teil des AGR-Zufuhrkanals zu strömen. Aufgrund der Ventileinstellungen kann Abgas nicht erneut in den Abgaskanal gelangen oder zum Ansaugkrümmer strömen. Demzufolge wird Abgas zwischen Zeitpunkt t1 und t2 innerhalb des Abgaskrümmers, des ersten Abgasumgehungskanals und des ersten Teils des AGR-Zufuhrkanals eingeschlossen. Durch Deaktivieren der Freisetzung von Abgas in die Atmosphäre für eine Schwellendauer werden Kaltstartemissionen reduziert. Während dieser Zeit kann das Umleitventil in einer geschlossenen Position gehalten werden, da Abgaswärmerückgewinnung nicht durchgeführt werden kann, da Abgas nicht zum Auspuffrohr geleitet wird.
  • Bei Zeitpunkt t2 kann bestimmt werden, dass eine Schwellendauer seit dem Motorkaltstart und dem Einschließen von Abgas innerhalb eines Bereichs des Abgaskrümmers verstrichen ist. Als Reaktion darauf, dass die Katalysatortemperatur den Schwellenwert 703 unterschreitet, kann heißes Abgas nun zu einem Abgaskatalysator geleitet werden, um das Erreichen der Katalysatoranspringtemperatur zu beschleunigen. Um Abgas von stromaufwärts der Turbine direkt zum Katalysator, der die Turbine umgeht, zu leiten, wird Ventil_1 zu einer ersten Position betätigt, Ventil_2 wird in der zweiten Position gehalten und Ventil_3 wird in der ersten Position gehalten. Außerdem wird das heiße Abgas, das innerhalb des Abgaskrümmers, des ersten Abgasumgehungskanals und des ersten Teils des AGR-Zufuhrkanals gespeichert ist (zwischen Zeitpunkt t1 und t2) dem Katalysator zugeführt. Durch das Umgehen der Turbine kann Abgaswärmeverlust an der Turbine reduziert werden und heißes Abgas kann zum Heizen des Katalysators verwendet werden. Außerdem kann das Umleitventil bei Zeitpunkt t2 vollständig geöffnet werden, um das Abgas, das den Katalysator verlässt, über den zweiten Abgasumgehungskanal um Auspuffrohr zu leiten. Wenn die Kühlmitteltemperatur den ersten Schwellenwert 711 unterschreitet, kann Kühlmittel durch den zweiten Zweig des Wärmetauschers in eine Richtung entgegengesetzt der Richtung des Abgasstroms über das Einlassrohr des zweiten Umgehungskanals geleitet werden (Richtung des Kühlmittelstroms über den ersten Zweig ist gleich der Richtung des Abgasstroms über den zweiten Zweig), um die Wärmeübertragung aus dem Abgas zum Kühlmittel zu erhöhen. Aus diesem Grund wird ein Schaltventil zwischen Zeitpunkt t2 und t3 zu einer ersten Position betätigt, um Kühlmittel, das durch den zweiten Zweig des Wärmetauschers geleitet wird, in eine erste Richtung (aus dem Kühlmitteleinlass zum Kühlmittelauslass) zu strömen, wobei Abgas durch den Umgehungskanal in eine zweite Richtung (aus dem Abgaskanal in den zweiten Umgehungskanal) strömt, wobei die erste Richtung entgegengesetzt zur zweiten Richtung ist. In alternativen Abgassystemkonfigurationen, wie etwa unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen des in den 2 und 3 gezeigten Abgassystems, kann Kühlmittel aufgrund des erhöhten Bedarfs an Abgaswärmerückgewinnung während des Kaltstarts zuerst durch den zweiten Zweig des Wärmetauschers geleitet werden und dann durch den ersten Zweig geleitet werden. Das erwärmte Kühlmittel kann dann durch den Motor und/oder den Heizkern zirkuliert werden und die zurückgewonnene Abgaswärme kann zum Motor- und/oder Fahrzeugkabinenheizen verwendet werden. Zwischen Zeitpunkt t2 und t3 kann eine Temperatur des Katalysators aufgrund von Abgasstrom schrittweise zunehmen.
  • Bei Zeitpunkt t3 kann der Abgaskatalysator die Anspringtemperatur erreichen. Aufgrund einer Veränderung der Motorlast von Bedingungen mit niedriger Last zu Bedingungen mit mittlerer Last kann AGR angefordert werden. Die Steuerung kann das gewünschte AGR-Niveau durch eine Bestimmung bestimmt werden, die Motorbetriebsbedingungen, wie etwa Motordrehzahl und Motorlast, direkt berücksichtigt. Um einen ersten, größeren Teil des Abgases von stromaufwärts der Turbine zum Ansaugkrümmer als AGR zu leiten, während ein zweiter (kleinerer, übriger) Teil des Abgases direkt zum Katalysator über die Turbine strömt, wird Ventil_1 bei Zeitpunkt t3 zu einer dritten Position betätigt, Ventil_2 wird zu einer ersten Position betätigt und Ventil_3 wird zu einer zweiten Position betätigt. Aufgrund der Auslassventileinstellungen kann der erste Teil des Abgases zwischen Zeitpunkt t3 und t4 zum Ansaugkrümmer von stromaufwärts der Turbine über den ersten Umgehungskanal und den AGR-Zufuhrkanal strömen, während der zweite Teil des Abgases durch die Turbine strömen kann, wodurch der gewünschte Schub bereitgestellt wird, und dann durch den Katalysator strömt. Das Öffnen von Ventil_3 wird auf Grundlage des gewünschten AGR-Betrags reguliert, wobei das Öffnen mit einer Erhöhung des AGR-Betrags zunimmt. Außerdem kann zu diesem Zeitpunkt ein Bedarf an Fahrzeugkabinenheizen vorliegen und um Abgaswärme zurückzugewinnen, wird das Umleitventil zu einer teilweise offenen Position betätigt, um Abgas, das den Katalysator verlässt, über den zweiten Abgasumgehungskanal zum Auspuffrohr zu leiten. Das Umleitventil kann in einer teilweise offenen Position sein, um zumindest einen Teil (dritten Teil) des Abgases, das den Katalysator verlässt, in den zweiten Umgehungskanal umzuleiten, während ein übriger (vierter) Teil des Abgases direkt zum Auspuffrohr strömen kann. Das Verhältnis des dritten Teils zum vierten Teil kann auf Fahrzeugkabinenheizbedarfen beruhen.
  • In einem Beispiel kann der dritte Teil erhöht werden, während der vierte Teil entsprechend reduziert werden kann, wenn der Bedarf nach Fahrzeugkabinenheizen zunimmt. Das Öffnen des Umleitventils kann auf Grundlage des Verhältnisses des dritten Teils zum vierten Teil angepasst werden, wobei das Öffnen zunimmt, wenn der dritte Teil zunimmt, und das Öffnen abnimmt, wenn der dritte Teil abnimmt.
  • Wenn die Kühlmitteltemperatur den ersten Schwellenwert 711 unterschreitet, kann Kühlmittel durch jeden des ersten Zweiges und des zweiten Zweiges des Wärmetauschers in die erste Richtung geleitet werden, wenn Abgas durch den AGR-Zufuhrkanal und das Einlassrohr des zweiten Abgasumgehungskanals in die zweite Richtung strömt. Aufgrund der entgegengesetzten Richtungen des Abgasstroms und des Kühlmittelstroms kann ein höheres Maß an Wärmeübertragung aus dem Abgas zum Kühlmittel stattfinden. Auf diese Weise kann AGR in einem größeren Umfang gekühlt werden und ein höherer Betrag an Abgaswärme kann zurückgewonnen werden. Alternativ kann das Kühlmittel in der zweiten und dritten Ausführungsform des Abgassystems aufgrund des erhöhten Bedarfs an AGR-Kühlen zuerst durch den ersten Zweig des Wärmetauschers geleitet werden und dann durch den zweiten Zweig geleitet werden, um zuerst das Abgas im AGR-Zufuhrkanal zu kühlen und dann Wärme aus Abgas, das durch den Umgehungskanal strömt, zurückzugewinnen.
  • Bei Zeitpunkt t4 gibt es eine Erhöhung der Motorlast auf über die Schwellenlast 705 und ein höheres Maß an Schub kann zum Motorbetrieb gewünscht sein. Um das gesamte Volumen des Abgases über die Turbine zu leiten, wird Ventil_1 in der dritten Position gehalten, während Ventil_2 zu einer dritten Position betätigt wird und Ventil_3 zu einer dritten Position betätigt wird. Zwischen Zeitpunkt t4 und t5 gelangt Abgas aufgrund der dritten Position von Ventil_3 nicht in den AGR-Zufuhrkanal und strömt weiterhin durch die Turbine, und dann kann ein erster Teil des Abgases in den AGR-Zufuhrkanal stromaufwärts des Katalysators gelangen, während ein zweiter (übriger) Teil des Abgases zum Auspuffrohr strömen kann. Das Verhältnis des ersten Teils zum zweiten Teil kann auf dem AGR-Bedarf beruhen. Aufgrund der höheren Motorlast kann das Maß an gewünschter AGR (zwischen Zeitpunkt t4 und t5) zum Motorbetrieb geringer sein als das Maß an gewünschter AGR zwischen t3 und t4. Zu diesem Zeitpunkt ist weiteres Motorheizen und/oder Fahrzeugkabinenheizen nicht gewünscht und das Umleitventil kann zu einer geschlossenen Position betätigt werden, um zu verhindern, dass Abgas in den zweiten Umgehungskanal gelangt. Aus diesem Grund kann der zweite Teil des Abgases von stromabwärts des Katalysators direkt zum Auspuffrohr strömen. Da die Kühlmitteltemperatur unter dem ersten Schwellenwert 711 bleibt, um die Wärmeübertragung aus dem Abgas zum Kühlmittel zu erhöhen, kann Kühlmittel weiter durch den ersten Zweig des Wärmetauschers in die erste Richtung geleitet werden, da Abgas durch den AGR-Zufuhrkanal in die zweite Richtung strömt. In alternativen Abgassystemkonfigurationen, wie etwa unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen des in den 2 und 3 gezeigten Abgassystems, kann das Kühlmittel, da Abgas nicht über den Umgehungskanal geleitet wird, zuerst durch den ersten Zweig des Wärmetauschers geleitet werden und dann durch den zweiten Zweig geleitet werden, um zuerst das Abgas im AGR-Zufuhrkanal zu kühlen.
  • Bei Zeitpunkt t5 kann beobachtet werden, dass die Kühlmitteltemperatur auf über den ersten Schwellenwert 711 gestiegen ist und um die Möglichkeit eines Überhitzens des Kühlmittels zu reduzieren, kann das Schaltventil zu einer zweiten Position betätigt werden, um das Kühlmittel durch jeden des ersten und des zweiten Zweiges des Wärmetauschers in die zweite Richtung (aus dem Kühlmittelauslass zum Kühlmitteleinlass) zu strömen. Zwischen Zeitpunkt t5 und t6 strömt Abgas durch den AGR-Kanal in die zweite Richtung und aufgrund der parallelen Strömungsrichtungen des Abgas- und des Kühlmittelstroms kann ein geringeres Niveau an Wärmeübertragung aus dem Abgas zum Kühlmittel stattfinden, wodurch die Möglichkeit eines Überhitzens des Kühlmittels reduziert wird. Alternativ kann das Kühlmittel in der zweiten und dritten Ausführungsform des Abgassystems aufgrund der erhöhten Kühlmitteltemperatur zuerst durch den zweiten Zweig des Wärmetauschers geleitet werden und dann durch den ersten Zweig geleitet werden, um Kühlmittel in die gleiche Richtung wie das Abgas, das durch den AGR-Kanal strömt, zu strömen, wodurch die Wärmeübertragung zum Kühlmittel reduziert wird.
  • Bei Zeitpunkt t6 kann beobachtet werden, dass die Motorlast auf unterhalb des Schwellenwerts 705 abgenommen hat. Als Reaktion auf die Reduzierung der Motorlast kann eine Erhöhung des AGR-Bedarfs und eine Reduzierung des Schubbedarfs vorliegen. Um den Schub zu reduzieren, während die gewünschte AGR bereitgestellt wird, wird Ventil_1 in der dritten Position gehalten, Ventil_2 wird zur ersten Position betätigt und Ventil_3 wird zu zweiten Position betätigt. Nach Zeitpunkt t6 kann der erste Teil des Abgases aufgrund der Auslassventileinstellung zum Ansaugkrümmer von stromaufwärts der Turbine über den ersten Umgehungskanal und den AGR-Zufuhrkanal strömen, während der zweite Teil des Abgases durch die Turbine strömen kann, wodurch der gewünschte Schub bereitgestellt wird, und dann durch den Katalysator strömt. Da das Abgas die Turbine umgeht, fällt die Turbinendrehzahl und dadurch wird der Ladedruck reduziert. Das Öffnen von Ventil_3 wird erhöht, da die Menge an AGR, die dem Ansaugkrümmer zugeführt wird, zunimmt. Außerdem wird bei Zeitpunkt t6 beobachtet, dass sich die Kühlmitteltemperatur auf unterhalb des ersten Schwellenwerts 711 reduziert hat, weshalb das Schaltventil zur ersten Position betätigt wird, um das Kühlmittel durch jeden des ersten und des zweiten Zweiges des Wärmetauschers in die erste Richtung zu strömen. Da Abgas durch den AGR-Kanal in die zweite Richtung strömt, kann aufgrund der entgegengesetzten Richtungen des Abgasstroms und des Kühlmittelstroms ein höheres Niveau an Wärmeübertragung aus dem Abgas zum Kühlmittel stattfinden, was zu einer Erhöhung der Kühlmitteltemperatur führt (Kühlmitteltemperatur bleibt unter dem ersten Schwellenwert 711). Auf diese Weise kann Abgas auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen für gewünschte/n AGR-Zufuhr, Schub und Abgaswärmerückgewinnung durch den AGR-Kanal und den zweiten Umgehungskanal geleitet werden.
  • Auf diese Weise, durch das opportunistische Anpassen einer Richtung des Kühlmittelstroms durch den Wärmetauscher auf Grundlage der Kühlmitteltemperatur, wird ein Überhitzen des Kühlmittels verhindert. Durch Anpassen der Sequenz des Kühlmittelstroms über einen ersten und zweiten Zweig eines Wärmetauschers können AGR-Kühlen und Abgaswärmerückgewinnung gegebenenfalls auf Grundlage von AGR-Kühlbedarfen relativ zu Motorheizbedarfen relativ zueinander priorisiert werden. Durch das Strömen von AGR und Abgas zur Wärmerückgewinnung über zwei unterschiedliche Kanäle können AGR-Kühlen und Abgaswärmerückgewinnung, sofern erforderlich, mithilfe eines einzelnen Wärmetauschers gleichzeitig durchgeführt werden. Der technische Effekt des Enthaltens von Abgas im Abgaskrümmer und ersten Umgehungskanal während Kaltstartbedingungen und des anschließenden Leitens von heißem Abgas direkt zu den Katalysatoren, die die Turbine umgehen, besteht darin, dass Auspuffrohremissionen während des Kaltstarts reduziert werden können und der Katalysatorstart beschleunigt werden kann. Durch das Zurückgewinnen von Wärme aus Abgas stromabwärts des Katalysators kann das Erreichen der Katalysatoranspringtemperaturen beschleunigt werden und die Katalysatortemperaturen können über ihren Aktivierungstemperaturen gehalten werden. Durch Einschließen eines ersten Abgasumgehungskanals kann AGR sowohl von stromaufwärts als auch von stromabwärts einer Abgasturbine bezogen werden. Durch das Beziehen der AGR von stromaufwärts des Abgaskatalysators kann die Emissionsqualität verbessert werden. Insgesamt kann Kraftstoffeffizienz durch gleichzeitiges Bereitstellen von AGR und Rückgewinnen von Abgaswärme zum Heizen des Motors und/oder der Fahrgastkabine verbessert werden.
  • Ein beispielhaftes Verfahren umfasst Übertragen von Wärme von einem ersten Teil des Abgases, das durch einen Abgasrückführungs(AGR)-Kanal strömt, zu Kühlmittel in einem ersten Zweig eines Wärmetauschers und Übertragen von Wärme von einem zweiten Teil des Abgases, das durch eine Abgasumgehung strömt, zu Kühlmittel in einem zweiten Zweig des Wärmetauschers wobei eine Richtung des Kühlmittelstroms durch den ersten und den zweiten Zweig auf Grundlage der Kühlmitteltemperatur ausgewählt wird. In dem vorhergehenden Beispiel beinhaltet der erste Teil des Abgases, das durch den AGR-Kanal strömt, zusätzlich oder optional Abgas, das auf Grundlage von Motorlast aus einem Hauptabgaskanal gezogen wird und zu einem Motoreinlass stromaufwärts eines Verdichters geliefert wird, wobei der erste Teil des Abgases von stromaufwärts einer Turbine gezogen wird, wenn die Motorlast einen Schwellenwert unterschreitet, und von stromabwärts der Turbine gezogen wird, wenn die Motorlast den Schwellenwert überschreitet. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet der zweite Teil des Abgases, das durch die Umgehung strömt, zusätzlich oder optional den zweiten Teil des Abgases, das aus dem Hauptabgaskanal stromabwärts jedes der Turbine und eines Abgaskatalysators in die Umgehung und aus der Umgehung über ein Umleitventil in ein Auspuffrohr strömt, wobei das Umleitventil an einer Verbindung eines Auslasses der Umgehung und des Hauptabgaskanals gekoppelt ist. Ein beliebiges oder alle der vorhergehenden Beispiele umfassen ferner zusätzlich oder optional direktes Strömen eines dritten Teils des Abgases von stromaufwärts des Abgaskatalysators zum Auspuffrohr, ohne durch den AGR-Kanal oder die Umgehung zu strömen. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele beruht ein Verhältnis des zweiten Teils des Abgases zum dritten Teil des Abgases zusätzlich oder optional auf einem Motorheizbedarf, wobei der zweite Teil relativ zum dritten Teil erhöht wird, wenn der Motorheizbedarf zunimmt, und wobei ein Öffnen des Umleitventils auf Grundlage des zweiten Teils relativ zum dritten Teil angepasst wird, wobei das Öffnen mit einer Erhöhung des zweiten Teils relativ zum dritten Teil zunimmt. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet das Auswählen der Richtung des Kühlmittelstroms zusätzlich oder optional: Strömen von Kühlmittel gleichzeitig durch jeden des ersten Zweiges und des zweiten Zweiges in eine erste Richtung, während Abgas durch den AGR-Kanal und den Umgehungskanal in eine zweite Richtung strömt, wenn die Kühlmitteltemperatur eine Schwellentemperatur unterschreitet; und Strömen von Kühlmittel gleichzeitig durch jeden des ersten Zweiges und des zweiten Zweiges in die zweite Richtung, während Abgas durch den AGR-Kanal und die Abgasumgehung in die zweite Richtung strömt, wenn die Kühlmitteltemperatur die Schwellentemperatur überschreitet, wobei die erste Richtung entgegengesetzt zur zweiten Richtung ist. Ein beliebiges oder alle der vorhergehenden Beispiele umfassen ferner zusätzlich oder optional Strömen von Kühlmittel gleichzeitig durch jeden des ersten Zweiges und des zweiten Zweiges in die erste Richtung, bis die Kühlmitteltemperatur die Schwellentemperatur erreicht, und dann Strömen von Kühlmittel durch jeden des ersten Zweiges und des zweiten Zweiges in die zweite Richtung. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele gelangt Kühlmittel zusätzlich oder optional über einen gemeinsamen Kühlmitteleinlass in jeden des ersten Zweiges und des zweiten Zweiges des Wärmetauschers und strömt gleichzeitig durch jeden des ersten Zweiges und des zweiten Zweiges, bevor sie sich an einem gemeinsamen Kühlmittelauslass vereinen und den Wärmetauscher verlassen, und wobei die Richtung des Kühlmittelstroms durch den ersten Zweig die gleiche wie die Richtung des Kühlmittelstroms durch den zweiten Zweig ist. Ein beliebiges oder alle der vorhergehenden Beispiele umfassen ferner zusätzlich oder optional Strömen von erwärmtem Kühlmittel, das den gemeinsamen Kühlmittelauslass durch einen oder mehrere eines Motorblocks, eines Heizkerns und eines Kühlers verlässt, und auf Grundlage des Motorheizbedarfs relativ zum Kabinenheizbedarf. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele strömt Kühlmittel zusätzlich oder optional nacheinander durch den ersten Zweig und den zweiten Zweig des Wärmetauschers, und wobei Auswählen der Richtung des Kühlmittelstroms Folgendes beinhaltet: Strömen von Kühlmittel durch den ersten Zweig und dann durch den zweiten Zweig, wenn ein AGR-Kühlbedarf höher ist als der Motorheizbedarf, und Strömen von Kühlmittel durch den zweiten Zweig und dann durch den ersten Zweig, wenn der AGR-Kühlbedarf geringer ist als der Motorheizbedarf, wobei der AGR-Kühlbedarf auf einem Motorverdünnungsbedarf beruht. Ein beliebiges oder alle der vorhergehenden Beispiele umfassen ferner zusätzlich oder optional, für eine Schwellendauer nach einem Motorkaltstart, Enthalten des Abgases in jedem eines Abgaskrümmers, eines ersten Abgasumgehungskanals und eines ersten Teils des AGR-Kanals durch Schließen eines ersten Ventils, das den AGR-Kanal an den Hauptabgaskanal gekoppelt, und nachdem die Schwellendauer verstrichen ist, Öffnen des ersten Ventils, um Abgas von stromaufwärts der Turbine zu stromaufwärts eines Abgaskatalysators über die erste Abgasumgehung zu strömen, während die Turbine umgangen wird, und dann Strömen des Abgases von stromabwärts des Abgaskatalysators zum Auspuffrohr über die Abgasumgehung. Ein beliebiges oder alle der vorhergehenden Beispiele umfassen ferner zusätzlich oder optional Übertragen von Wärme des Abgases, das von stromabwärts des Abgaskatalysators zum Auspuffrohr über die Abgasumgehung strömt, zu Kühlmittel, das durch den zweiten Zweig des Wärmetauschers strömt, und dann Übertragen von Wärme aus dem Kühlmittel zum Motorblock auf Grundlage des Motorheizbedarfs.
  • Ein anderes Beispiel für einen Motor umfasst: Ablenken eines ersten Teils des Abgases aus einem Abgaskanal in einen Abgasrückführungs(AGR)-Kanal, Ablenken eines zweiten Teils des Abgases aus dem Abgaskanal in eine Abgasumgehung, Übertragen von Wärme aus dem ersten Teil des Abgases zu Kühlmittel, das durch einen ersten Abschnitt eines verzweigten Wärmetauschers strömt, Übertragen von Wärme von dem zweiten Teil des Abgases zu Kühlmittel, das durch einen zweiten Abschnitt des Wärmetauschers strömt, und Variieren des Kühlmittelstroms durch den ersten und den zweiten Abschnitt auf Grundlage des ersten Teils relativ zum zweiten Teil. In einem beliebigen vorhergehenden Beispiel beruht der erste Teil des Abgases zusätzlich oder optional auf dem Motorverdünnungsbedarf, und wobei Ableiten des ersten Teils während einer höheren als eine Schwellenmotorlast Anpassen des Öffnens eines ersten Ventils, das an den Abgaskanal stromabwärts einer Turbine gekoppelt ist, um Abgas von stromabwärts der Turbine zu einem Motoreinlass zu strömen, und während einer geringeren als einer Schwellenmotorlast Anpassen des Öffnens eines zweiten Ventils, das an den Abgaskanal stromaufwärts der Turbine gekoppelt ist, um Abgas von stromaufwärts der Turbine zum Motoreinlass zu strömen, beinhaltet, wobei ein Öffnen des ersten Ventils oder des zweiten Ventils zunimmt, wenn der Motorverdünnungsbedarf zunimmt. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele beruht der zweite Teil des Abgases zusätzlich oder optional auf mindestens einem von Motortemperatur und Fahrzeugkabinenheizbedarf, wobei der zweite Teil abnimmt, wenn eines der Motortemperatur zunimmt und des Fahrzeugkabinenheizbedarfs abnimmt, und wobei Ablenken des zweiten Teils Erhöhen eines Öffnens eines Umleitventils an einer Verbindung des Abgaskanals und der Abgasumgehung, wenn die Motortemperatur abnimmt, beinhaltet, wobei das Öffnen des Umleitventils mit einer Erhöhung im zweiten Teil zunimmt. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele ist der Wärmetauscher zusätzlich oder optional als eine Schleife konfiguriert, wobei Kühlmittel nacheinander durch den ersten und den zweiten Abschnitt strömt, wobei eine Richtung des Kühlmittelstroms durch den ersten Abschnitt entgegengesetzt zur Richtung von Kühlmittelstrom durch den zweiten Abschnitt ist und wobei Variieren des Kühlmittelstroms Variieren einer Reihenfolge des aufeinanderfolgenden Kühlmittelstroms durch den ersten und den zweiten Abschnitt auf Grundlage des ersten Teils relativ zum zweiten Teil beinhaltet, wobei das Variieren Kühlmittel beinhaltet, das über den ersten Abschnitt des Wärmetauschers in eine erste Richtung und dann über den zweiten Abschnitt in eine zweite Richtung geleitet wird, während Abgas durch jeden des AGR-Kanals und der Abgasumgehung in die zweite Richtung strömt, wenn der erste Teil des Abgases größer ist als der zweite Teil des Abgases, und wobei das Kühlmittel über den zweiten Abschnitt des Wärmetauschers in die erste Richtung und dann über den ersten Abschnitt in die zweite Richtung geleitet wird, während Abgas durch jeden des AGR-Kanals und der Abgasumgehung in die zweite Richtung strömt, wenn der zweite Teil des Abgases größer ist als der erste Teil des Abgases. Ein beliebiges oder alle der vorhergehenden Beispiele umfassen ferner zusätzlich oder optional, während eines Motorkaltstarts, für eine Schwellendauer, Beschränken eines gesamten Teils des Abgases innerhalb eines Abgaskrümmers, eines ersten Abgasumgehungskanals und eines ersten Teils des AGR-Kanals, und nach Beendigung der Schwellendauer, Leiten des gesamten Teils des Abgases zu einem Katalysator über die erste Abgasumgehung, wobei die Turbine umgangen wird, und dann Strömen des gesamten Teils des Abgases zum Auspuffrohr über die Abgasumgehung, während Abgaswärme zum Kühlmittel, das durch den zweiten Abschnitt des Wärmetauschers strömt, übertragen wird.
  • In einem weiteren Beispiel umfasst ein Motorsystem: einen Ansaugkrümmer, ein Motorabgassystem, das einen Abgaskanal und einen Abgaskatalysator beinhaltet, einen Turbolader, der eine Turbine, die an den Abgaskanal gekoppelt ist, und einen Verdichter, der an den Ansaugkrümmer gekoppelt ist, einen AGR-Kanal mit einem ersten Ventil zum Rezirkulieren des Abgases aus dem Abgaskanal stromaufwärts des Abgaskatalysators zum Ansaugkrümmer, eine erste Abgasumgehung, die den Abgaskanal von stromaufwärts der Turbine an den AGR-Kanal koppelt, wobei ein zweites Ventil an eine Verbindung der ersten Abgasumgehung und des AGR-Kanals gekoppelt ist und wobei ein drittes Ventil an eine Verbindung der ersten Abgasumgehung und des Abgaskanals gekoppelt ist, eine zweite Abgasumgehung, die den Abgaskanal von stromabwärts des Katalysators zu stromaufwärts eines Auspuffrohrs über ein Umleitventil koppelt, einen Temperatursensor, der an den Abgaskanal stromaufwärts des Katalysators gekoppelt ist, um eine Abgastemperatur zu schätzen, einen Wärmetauscher mit einem Kühlmitteleinlass, der sich gabelförmig in einen ersten Zweig und einen zweiten Zweig teilt, wobei der erste Zweig und der zweite Zweig sich an einem Kühlmittelauslass wieder vereinen, wobei der erste Zweig fluidisch an einen Arm des AGR-Kanals gekoppelt ist und der zweite Zweig fluidisch an einen Arm der Abgasumgehung gekoppelt ist, ein Kühlmittelsystem mit einem Kühlmitteltemperatursensor und einem Schaltventil, wobei das Kühlmittelsystem fluidisch an jeden des Wärmetauschers, eines Motorblocks und eines Heizkerns gekoppelt ist, und eine Steuerung mit in einem nicht flüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen für Folgendes: als Reaktion auf eine geringere als eine Schwellenkühlmitteltemperatur, Betätigen des Schaltventils zu einer ersten Position, um Kühlmittel gleichzeitig durch jeden des ersten Zweiges und des zweiten Zweiges des Wärmetauschers in eine erste Richtung zu strömen, und Übertragen von Wärme des Abgases, das durch den Arm des AGR-Kanals in eine zweite Richtung strömt, zu Kühlmittel, das durch den ersten Zweig in die erste Richtung strömt, und des Abgases, das durch den Arm des Umgehungskanals in die zweite Richtung strömt, zu Kühlmittel, das durch den zweiten Zweig des Wärmetauschers in die erste Richtung strömt, wobei die erste Richtung entgegengesetzt der zweiten Richtung ist. In einem beliebigen vorhergehenden Beispiel beinhaltet die Steuerung zusätzlich oder optional weitere Anweisungen für Folgendes: als Reaktion auf eine höhere als eine Schwellenkühlmitteltemperatur, Betätigen des Schaltventils zu einer zweiten Position, um Kühlmittel gleichzeitig durch jeden des ersten Zweiges und des zweiten Zweiges des Wärmetauschers in die zweite Richtung zu strömen; und Übertragen von Wärme des Abgases, das durch den Arm des AGR-Kanals in die zweite Richtung strömt, zu Kühlmittel, das durch den ersten Zweig in die zweite Richtung strömt, und des Abgases, das durch den Arm der Umgehung in die zweite Richtung strömt, zu Kühlmittel, das durch den zweiten Zweig des Wärmetauschers in die zweite Richtung strömt. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet das Abgas, das durch den Arm des AGR-Kanals strömt, zusätzlich oder optional einen ersten Teil des Abgases, das aus dem Abgaskanal stromaufwärts des Katalysators zum Motoransaugkrümmer über den Kanal strömt, wobei der erste Teil auf dem Motorverdünnungsbedarf beruht, und wobei Abgas, das durch den Arm der Umgehung strömt, einen zweiten Teil des Abgases beinhaltet, das aus dem Abgaskanal stromabwärts des Katalysators zu einem Auspuffrohr über die Umgehung strömt, wobei der zweite Teil auf dem Motorheizbedarf beruht.
  • Es ist zu beachten, dass die hierin beinhalteten beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hierin offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in nicht flüchtigem Speicher gespeichert und durch das Steuersystem, einschließlich der Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und sonstiger Motorhardware, ausgeführt werden. Die hierin beschriebenen konkreten Routinen können eine oder mehrere aus einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen darstellen. Demnach können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hierin 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 Motorsteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten 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 Technologie auf V-6, I-4, I-6, V-12, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motortypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der unterschiedlichen Systeme und Anordnungen 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 beinhalten 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 Schutzumfang im Vergleich zu den ursprünglichen Patentansprüchen aufweisen, darüber hinaus als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 20140196454 [0003]

Claims (15)

  1. Verfahren, umfassend: Übertragen von Wärme von einem ersten Teil des Abgases aus einem Motor, das durch einen Abgasrückführungs(AGR)-Kanal strömt, zu Kühlmittel in einem ersten Zweig eines Wärmetauschers; Übertragen von Wärme von einem zweiten Teil des Abgases, das durch eine Abgasumgehung strömt, zu Kühlmittel in einem zweiten Zweig des Wärmetauschers; und Auswählen einer Richtung des Kühlmittelstroms durch den ersten und den zweiten Zweig auf Grundlage der Kühlmitteltemperatur.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Teil des Abgases, das durch den AGR-Kanal strömt, Abgas beinhaltet, das auf Grundlage von Motorlast aus einem Hauptabgaskanal gezogen wird und zu einem Motoreinlass stromaufwärts eines Verdichters geliefert wird, wobei der erste Teil des Abgases von stromaufwärts einer Turbine gezogen wird, wenn die Motorlast einen Schwellenwert unterschreitet, und von stromabwärts der Turbine gezogen wird, wenn die Motorlast den Schwellenwert überschreitet, wobei die Turbine im Hauptauslass positioniert ist und an den Verdichter, der dem Motorlufteinlass Druckluft bereitstellt, gekoppelt ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der zweite Teil des Abgases, das durch die Abgasumgehung strömt, den zweiten Teil des Abgases beinhaltet, das aus dem Hauptabgaskanal stromabwärts jedes der Turbine und eines Abgaskatalysators, der im Hauptauslass stromabwärts der Turbine positioniert ist, in die Abgasumgehung und aus der Abgasumgehung über ein Umleitventil in ein Auspuffrohr strömt, wobei das Umleitventil an einer Verbindung eines Auslasses der Abgasumgehung und des Hauptabgaskanals gekoppelt ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend direktes Strömen eines dritten Teils des Abgases von stromaufwärts des Abgaskatalysators zum Auspuffrohr, ohne durch den AGR-Kanal oder die Abgasumgehung zu strömen.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei ein Verhältnis des zweiten Teils des Abgases zum dritten Teil des Abgases auf einem Motorheizbedarf beruht, wobei der zweite Teil relativ zum dritten Teil erhöht wird, wenn der Motorheizbedarf zunimmt, und wobei ein Öffnen des Umleitventils auf Grundlage des zweiten Teils relativ zum dritten Teils angepasst wird, wobei das Öffnen mit einer Erhöhung des zweiten Teils relativ zum dritten Teil zunimmt.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Auswählen der Richtung von Kühlmittelstrom Folgendes beinhaltet: Strömen von Kühlmittel gleichzeitig durch jeden des ersten Zweiges und des zweiten Zweiges in einer ersten Richtung, während Abgas durch den AGR-Kanal und den Umgehungskanal in einer zweiten Richtung strömt, wenn die Kühlmitteltemperatur eine Schwellentemperatur unterschreitet. und Strömen von Kühlmittel gleichzeitig durch jeden des ersten Zweiges und des zweiten Zweiges in die zweite Richtung, während Abgas durch den AGR-Kanal und die Abgasumgehung in die zweite Richtung strömt, wenn die Kühlmitteltemperatur die Schwellentemperatur überschreitet, wobei die erste Richtung entgegengesetzt zur zweiten Richtung ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend Strömen von Kühlmittel gleichzeitig durch jeden des ersten Zweiges und des zweiten Zweiges in die erste Richtung, bis die Kühlmitteltemperatur die Schwellentemperatur erreicht, und dann Strömen von Kühlmittel durch jeden des ersten Zweiges und des zweiten Zweiges in die zweite Richtung.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Kühlmittel über einen gemeinsamen Kühlmitteleinlass in jeden des ersten Zweiges und des zweiten Zweiges des Wärmetauschers gelangt und gleichzeitig durch jeden des ersten Zweiges und des zweiten Zweiges strömt, bevor sie sich an einem gemeinsamen Kühlmittelauslass vereinen und den Wärmetauscher verlassen, und wobei die Richtung des Kühlmittelstroms durch den ersten Zweig die gleiche wie die Richtung des Kühlmittelstroms durch den zweiten Zweig ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend Strömen von erwärmtem Kühlmittel, das den gemeinsamen Kühlmittelauslass durch einen oder mehrere eines Motorblocks, eines Heizkerns und eines Kühlers verlässt, auf Grundlage des Motorheizbedarfs relativ zum Kabinenheizbedarf.
  10. Verfahren nach Anspruch 5, wobei Kühlmittel nacheinander durch den ersten Zweig und den zweiten Zweig des Wärmetauschers strömt, und wobei Auswählen der Richtung des Kühlmittelstroms Folgendes beinhaltet: Strömen von Kühlmittel durch den ersten Zweig und dann durch den zweiten Zweig, wenn ein AGR-Kühlbedarf höher ist als der Motorheizbedarf; und Strömen von Kühlmittel durch den zweiten Zweig und dann durch den ersten Zweig, wenn der AGR-Kühlbedarf geringer ist als der Motorheizbedarf, wobei der AGR-Kühlbedarf auf einem Motorverdünnungsbedarf beruht.
  11. Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend, während einer Schwellendauer nach einem Motorkaltstart, Enthalten des Abgases in jedem eines Abgaskrümmers, der an den Motor gekoppelt ist, eines ersten Abgasumgehungskanals und eines ersten Teils des AGR-Kanals durch Schließen eines ersten Ventils, das den AGR-Kanal an den Hauptabgaskanal stromabwärts der Turbine gekoppelt, und nachdem die Schwellendauer verstrichen ist, Öffnen des ersten Ventils, um Abgas von stromaufwärts der Turbine zu stromaufwärts des Abgaskatalysators über die erste Abgasumgehung zu strömen, während die Turbine umgangen wird, und dann Strömen des Abgases von stromabwärts des Abgaskatalysators zur Auspuffrohr über die Abgasumgehung.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend Übertragen von Wärme des Abgases, das von stromabwärts des Abgaskatalysators zum Auspuffrohr über die Abgasumgehung strömt, zum Kühlmittel, das durch den zweiten Zweig des Wärmetauschers strömt, und dann Übertragen von Wärme aus dem Kühlmittel zum Motorblock auf Grundlage des Motorheizbedarfs.
  13. Motorsystem, umfassend: einen Turbolader, der eine Turbine, die an einen Abgaskanal gekoppelt ist, und einen Verdichter, der an einen Motoransaugkrümmer gekoppelt ist, beinhaltet; einen AGR-Kanal mit einem ersten Ventil zum Rezirkulieren des Abgases aus dem Abgaskanal stromaufwärts eines Abgaskatalysators zum Ansaugkrümmer; eine erste Abgasumgehung, die den Abgaskanal stromaufwärts der Turbine an den AGR-Kanal koppelt, wobei ein zweites Ventil an eine Verbindung der ersten Abgasumgehung und des AGR-Kanals gekoppelt ist und wobei ein drittes Ventil an eine Verbindung der ersten Abgasumgehung und des Abgaskanals gekoppelt ist; eine zweite Abgasumgehung, die den Abgaskanal stromabwärts des Katalysators zu stromaufwärts eines Auspuffrohrs über ein Umleitventil koppelt; einen Wärmetauscher mit einem Kühlmitteleinlass, der sich gabelförmig in einen ersten Zweig und einen zweiten Zweig teilt, wobei der erste Zweig und der zweite Zweig sich an einem Kühlmittelauslass wieder vereinen, wobei der erste Zweig fluidisch an einen Arm des AGR-Kanals gekoppelt ist und der zweite Zweig fluidisch an einen Arm der zweiten Abgasumgehung gekoppelt ist; ein Kühlmittelsystem mit einem Kühlmitteltemperatursensor und einem Schaltventil, wobei das Kühlmittelsystem Kühlmittel zu jedem des Wärmetauschers, eines Motorblocks und eines Heizkerns strömt; und eine Steuerung mit in einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen für Folgendes: als Reaktion auf eine geringere als eine Schwellenkühlmitteltemperatur, Betätigen des Schaltventils zu einer ersten Position, um Kühlmittel gleichzeitig durch jeden des ersten Zweiges und des zweiten Zweiges des Wärmetauschers in eine erste Richtung zu strömen; und Übertragen von Wärme des Abgases, das durch den Arm des AGR-Kanals in eine zweite Richtung strömt, zu Kühlmittel, das durch den ersten Zweig in die erste Richtung strömt, und des Abgases, das durch den Arm der zweiten Abgasumgehung in die zweite Richtung strömt, zu Kühlmittel, das durch den zweiten Zweig des Wärmetauschers in die erste Richtung strömt, wobei die erste Richtung entgegengesetzt der zweiten Richtung ist.
  14. System nach Anspruch 13, wobei die Steuerung weitere Anweisungen für Folgendes beinhaltet: als Reaktion auf eine höhere als eine Schwellenkühlmitteltemperatur, Betätigen des Schaltventils zu einer zweiten Position, um Kühlmittel gleichzeitig durch jeden des ersten Zweiges und des zweiten Zweiges des Wärmetauschers in die zweite Richtung zu strömen; und Übertragen von Wärme des Abgases, das durch den Arm des AGR-Kanals in die zweite Richtung strömt, zu Kühlmittel, das durch den ersten Zweig in die zweite Richtung strömt, und des Abgases, das durch den Arm der zweiten Abgasumgehung in die zweite Richtung strömt, zu Kühlmittel, das durch den zweiten Zweig des Wärmetauschers in die zweite Richtung strömt.
  15. System nach Anspruch 13, wobei das Abgas, das durch den Arm des AGR-Kanals strömt, einen ersten Teil des Abgases beinhaltet, das von dem Abgaskanal stromaufwärts des Katalysators zum Motoransaugkrümmer über den AGR-Kanal strömt, und wobei Abgas, das durch den Arm der zweiten Abgasumgehung strömt, einen zweiten, übrigen Teil des Abgases beinhaltet, das von dem Abgaskanal stromabwärts des Katalysators zum Auspuffrohr über die zweite Abgasumgehung strömt, wobei der erste Teil relativ zum zweiten Teil auf Grundlage des Motorverdünnungsbedarfs relativ zum Motorheizbedarf ausgewählt wird.
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