DE102019100785A1 - Aktiver Weitbereichsverdichter für HD-AGR-Motorsysteme - Google Patents

Aktiver Weitbereichsverdichter für HD-AGR-Motorsysteme Download PDF

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Abstract

Es werden Verfahren und Systeme für ein Motorsystem bereitgestellt, das mit einem aktiven Weitbereichsverdichter und Hochdruck-AGR konfiguriert ist. In einem Beispiel kann ein Verdichter eine aktive Gehäusestrukturierung beinhalten, wobei eine Gleithülse eingestellt werden kann, um Luft entweder durch einen Stopfschlitz oder einen Pumpschlitz zu leiten, um den Verdichterwirkungsgrad zu steuern, wodurch die AGR-Strömung aufrechterhalten wird. In einem anderen Beispiel kann der Verdichter eine variable Einlassvorrichtung umfassen, um den Luftstrom durch den Verdichter zu regulieren, wodurch der Verdichterwirkungsgrad eingestellt und zudem die AGR-Strömung aufrechterhalten wird.

Description

  • GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zum Steuern eines Fahrzeugmotors zum Erhöhen einer AGR-Strömung.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Die Umsetzung von zunehmend strengen Vorschriften zu von Brennkraftmaschinen freigesetzten Emissionen hat die Entwicklung von technischen Fortschritten in der Motorkonfiguration vorangetrieben. Diese Verbesserungen haben zu einer Verringerung der Freisetzung von Verbrennungsprodukten und anderen Nebenprodukten in die Atmosphäre beigetragen, während die Motorleistung beibehalten und oftmals verbessert wird. Beispielsweise lassen sich durch Integrieren eines Turboladers die Effizienz und Leistungsabgabe eines Fahrzeugs erhöhen.
  • Turbolader führen Brennkammern des Motors zusätzliche Luft unter Druck zu, was eine Zündung zusätzlicher Luft zur Folge hat, um die Verbrennungsstöchiometrie aufrechtzuerhalten, wodurch mehr Leistung erzeugt wird, als durch die Zufuhr von Ansaugluft bei Umgebungsdruck erreicht wird. Turbolader umfassen typischerweise einen Verdichter, der durch eine Turbine über eine Verbindungsantriebswelle angetrieben wird. Die Drehung der Turbine wird oftmals durch sich schnell ausdehnendes Abgas angetrieben, das in den Brennkammern erzeugt wird und von dem ein Teil zu der Turbine zum Antreiben der Aufladung von Ansaugluft geleitet wird. Das verbrauchte Abgas wird dann durch eine Nachbehandlungsvorrichtung, wie z. B. einen Katalysator, behandelt, um Emissionen zu entfernen, bevor das Abgas in die Atmosphäre freigesetzt wird.
  • Ein Teil des Abgasstroms kann auch von einem Motorauslass zu einem Motoransaugkrümmer bei Motoren umgeleitet werden, die mit Abgasrückführungsystemen (AGR) konfiguriert sind. Die Wiederverwendung des Abgases sorgt für eine gewünschte Motorverdünnung, durch die sich Motorklopfen, Wärmeverluste in den Zylindern, Drosselverluste sowie NOx-Emissionen verringern. Bei turboaufgeladenen Dieselmotoren kann eine AGR die Bildung von NOx durch Senken der Spitzenverbrennungstemperatur an den Zylindern signifikant verringern. Da der Abgasstrom zwischen dem AGR-System und der Turbinendrehung aufgeteilt wird, handelt es sich bei dem Turbolader oft um einen Turbolader mit variabler Geometrie (Variable Geometry Turbocharger - VGT). Die Verwendung des VGT ermöglicht eine Steuerung des Stroms von Abgas in die Turbinendüse durch Variieren der Geometrie der Düse, wodurch die Menge an Abgas gesteuert wird, die zur AGR sowie zur Motorverdünnung verfügbar ist.
  • Ein Hochdruck-AGR(HD-AGR)-System nutzt eine negative Druckdifferenz (z. B. Abgasdruck größer als Ansaugdruck) am Motor während eines Betriebs mit geringer Motordrehzahl, um die AGR-Strömung zu fördern. Wenn ein Teil der aufgeladenen Umgebungsluft, die normalerweise in den Motor aufgenommen wird, durch AGR-Gas ersetzt wird, wird eine erhöhte Aufladung der Ansaugluft ausgelöst, um geeignete Luft-Kraftstoff-Verhältnisse zur Verbrennungseffizienz aufrechtzuerhalten. Um höhere Ladeniveaus zu ermöglichen, können die VGT-Schaufeln auf eine geschlossenere Position eingestellt werden. Die Geschwindigkeit der Gasströmung erhöht sich, wodurch mehr Leistung an die Turbine bereitgestellt wird. Durch Verringern des Strömungsquerschnitts durch die VGT-Schaufeln erhöht sich der Druck vorgelagert zur Turbine, sodass die AGR-Strömung gefördert wird.
  • Somit kann die AGR-Strömung durch die Schaufelposition des VGT gesteuert werden. Die Schaufeln können eingestellt werden, um das Niveau an NOx in dem Abgas auf ein gewünschtes Niveau zu verringern und sodass die Zufuhr von Ladeluft in Mengen erreicht wird, die ausreichend sind, um Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisse in dem Motor aufrechtzuerhalten. Ein Beispiel für einen aufgeladenen Motor, der mit einem VGT und einem AGR-System ausgestattet ist, wird von Rimnac in US-Patent Nr. 6.460.522 dargestellt. Darin werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern von AGR offenbart, bei denen der VGT mit dem AGR-System in Verbindung steht und ein erster elektrischer Drehaktor die Position des VGT steuert. Ein zweiter elektrischer Drehaktor ist mit einem AGR-Ventil zur weiteren Steuerung der AGR-Strömung wirkverbunden.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch mögliche Probleme im Zusammenhang mit derartigen Systemen erkannt. Als ein Beispiel sind VGT und Turbolader im Allgemeinen immer effizienter geworden und wird weniger Turbinenleistung benötigt, um den Ladebedarf zu erfüllen. Die höhere Effizienz des VGT hat zur Folge, dass die VGT-Schaufeln in einer weiter geöffneten Position gehalten werden, bei der die Spalten zwischen den Schaufeln im Vergleich zu der VGT-Schaufelposition eines weniger effizienten VGT erweitert sind. Die weiter geöffnete Position der VGT-Schaufeln ermöglicht es, dass ein erhöhter Luftstrom durch die Turbinendüse strömt, sodass der Druck im Abgaskanal vorgelagert zur Turbine verringert wird. Folglich vermindert sich die Druckdifferenz, welche die AGR-Strömung antreibt, was die vorteilhaften Wirkungen des AGR-Systems, wie oben beschrieben, beeinträchtigt. Versuche, die negative Druckdifferenz durch Motordrosseln zum Erhöhen des Vakuums am Ansaugkrümmer oder durch Integrieren einer Pumpe in den AGR-Kanal zu verstärken, haben eine schlechte Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs zur Folge.
  • KURZDARSTELLUNG
  • In einem Beispiel können die oben beschriebenen Probleme durch ein Verfahren zum Verringern des Verdichterwirkungsgrads und Erhöhen einer Druckdifferenz zwischen einem Abgassystem vorgelagert zu einer Turbine und einem Ansaugsystem nachgelagert zu einem Verdichter und, in Reaktion auf das Erhöhen der Druckdifferenz, Öffnen eines Ventils einer Abgasrückführung (AGR), um Abgas vom Abgassystem zum Ansaugsystem zu leiten, gelöst werden. Auf diese Weise kann die AGR-Strömung zumindest während einiger Bedingungen beibehalten werden, ohne den Motor zu drosseln, wodurch zusätzlicher Kraftstoffverbrauch vermieden wird.
  • Als ein Beispiel kann ein aktiver Weitbereichsverdichter (Wide Range Active Compressor - WRAC) mit einer aktiven Gehäusestrukturierung konfiguriert sein, die einen Pumpschlitz und einen Stopfschlitz beinhaltet. Der Pumpschlitz und der Stopfschlitz können alternativ in Reaktion auf Fahrroutinen und Motordrehzahlen geöffnet und geschlossen werden. Während eines Fahrzeugbetriebs mit geringen Motordrehzahlen wird der Pumpschlitz für gewöhnlich offen gehalten, sodass eine Rückführung von Luft von einem Flügelrad zum einem Ansaugkanal des Verdichtereinlasses möglich ist. Die Rückführungsströmung vermindert den Druckaufbau am Auslassende des Verdichters, wodurch sich der Verdichterwirkungsgrad erhöht. Dahingegen verlangsamt bei Öffnen des Stopfschlitzes während geringer Motordrehzahlen ein Druckaufbau am Verdichterauslass die Drehung der Turbine, sodass es möglich ist, dass sich Druck vorgelagert zur Turbine erhöht. Der Verdichterwirkungsgrad wird verringert und die AGR-Strömung verbessert sich.
  • Alternativ dazu kann der WRAC zudem eine variable Einlassvorrichtung umfassen, welche die Strömung in den Verdichtereinlass durch Variieren des Einlassdurchmessers reguliert. Während eines Verdichterbetriebs unter niedrigen Lasten, z. B. geringem Massenstrom, wird die variable Einlassvorrichtung oftmals eingestellt, um den Durchmesser des Verdichtereinlasses zu verringern, sodass die Strömung begrenzt und ein Verdichterpumpen verhindert wird. Durch Öffnen der variablen Einlassvorrichtung und Erhöhen des Durchmessers des Verdichtereinlasses kann zudem der Verdichterwirkungsgrad verringert werden, sodass sich die AGR-Strömung verstärkt.
  • Durch Konfigurieren eines WRAC mit einer aktiven Gehäusestrukturierung oder variablen Einlassvorrichtung kann der Verdichterwirkungsgrad moduliert werden, um den Druckgradienten im Motor für die AGR-Strömung zu erhöhen. Auf diese Weise kann die Druckdifferenz zwischen dem Abgaskrümmer und dem Ansaugkrümmer durch die Einstellung des Verdichtereinlassluftstroms durch die variable Einlassvorrichtung, um den Ladedruck zu verringern, oder durch das Leiten einer zusätzlichen Strömung durch den Verdichtereinlass, wie anhand der Positionierung der aktiven Gehäusestrukturierung bestimmt, gesteuert werden.
  • Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl an Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung näher beschrieben werden. Sie ist nicht dazu vorgesehen, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Umfang einzig durch die Ansprüche im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Zudem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung angeführte Nachteile vermeiden.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt ein beispielhaftes Motorsystem für ein Fahrzeug mit AGR.
    • 2A zeigt eine ausgeschnittene Ansicht eines aktiven Weitbereichsverdichters, der mit einer aktiven Gehäusestrukturierung in einer ersten Position ausgelegt ist.
    • 2B zeigt eine ausgeschnittene Ansicht eines aktiven Weitbereichsverdichters, der mit einer aktiven Gehäusestrukturierung in einer zweiten Position ausgelegt ist.
    • 3A zeigt eine ausgeschnittene Ansicht eines aktiven Weitbereichsverdichters, der mit einer variablen Einlassvorrichtung in einer geschlossenen Position ausgelegt ist.
    • 3B zeigt eine ausgeschnittene Ansicht eines aktiven Weitbereichsverdichters, der mit einer variablen Einlassvorrichtung in einer geöffneten Position ausgelegt ist.
    • 4 ist ein Ablaufdiagramm eines ersten beispielhaften Verfahrens zum Betrieb eines Motorsystems, das mit einem aktiven Weitbereichsverdichter und einem HD-AGR-System ausgelegt ist.
    • 5 ist ein Ablaufdiagramm eines zweiten beispielhaften Verfahrens zum Betrieb eines Motorsystems, das mit einem aktiven Weitbereichsverdichter und einem HD-AGR-System ausgelegt ist.
    • 6 ist eine beispielhafte Betriebskennlinie eines Motorsystems, die den Betrieb eines aktiven Weitbereichsverdichters zeigt.
  • Die 2A-3B sind in etwa maßstabsgetreu dargestellt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren für ein Motorsystem, das mit einem aktiven Weitbereichsverdichter (WRAC) und einem Hochdruck-Abgasrückführungs(HD-AGR)-System ausgelegt ist. Eine Motorsystemdarstellung ist in 1 veranschaulicht und zeigt eine Anordnung eines HD-AGR-Wegs und eines Turboladers im Verhältnis zu einer Brennkammer. Eine ausgeschnittene Ansicht eines WRAC ist in den 2A-2B dargestellt. Ein aktives Gehäuse des WRAC ist in 2A so eingestellt, dass es geöffnet ist, um Luft durch einen Pumpschlitz zu leiten, während das aktive Gehäuse in 2B betätigt wird, um einen Stopfschlitz zu leiten und den Pumpschlitz zu sperren. Eine andere Ausführungsform eines WRAC ist in den 3A-3B dargestellt, bei der eine variable Einlassvorrichtung in dem Verdichtereinlass angeordnet ist. Die variable Einlassvorrichtung ist in 3A in einer geschlossenen Position dargestellt, um die Strömung durch den WRAC zu begrenzen, und ist in 3B in einer geöffneten Position dargestellt, um den Luftstrom zu maximieren. Ein Ablaufdiagramm, das ein ersten beispielhaftes Verfahren zum Betrieb des WRAC, umfassend eine aktive Gehäusestrukturierung, skizziert, wobei die Strömung durch entweder den Pumpschlitz oder den Stopfschlitz auf Grundlage der Motordrehzahl eingestellt wird, ist in 4 bereitgestellt. In 5 ist ein Ablaufdiagramm abgebildet, das ein zweites Beispiel für ein Betriebsverfahren des WRAC, der mit einer variablen Einlassvorrichtung ausgelegt ist, beschreibt, wobei die Betätigung der variablen Einlassvorrichtung durch die Verdichterlast bestimmt wird. Eine beispielhafte Betriebskennlinie zur Einstellung eines WRAC in Verbindung mit einem AGR-Ventil eines HD-AGR-Systems in Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen ist in 6 abgebildet.
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Brennkammer oder eines Zylinders einer Brennkraftmaschine 10, bei der es sich um einen turboaufgeladenen Dieselmotor handeln kann. Der Motor 10 kann Steuerparameter von einem Steuersystem, das eine Steuerung 12 beinhaltet, und eine Eingabe von einem Fahrzeugführer 130 über eine Eingabevorrichtung 132 empfangen. In diesem Beispiel beinhaltet die Eingabevorrichtung 132 ein Fahrpedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Der Zylinder (hier auch „Brennkammer“) 14 des Motors 10 kann Brennkammerwände 136 beinhalten, innerhalb derer ein Kolben 138 positioniert ist. Der Kolben 138 kann an eine Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, sodass eine Wechselbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle 140 kann über ein Getriebesystem an mindestens ein Antriebsrad des Personenkraftwagens gekoppelt sein. Ferner kann ein Anlasser über ein Schwungrad an die Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, um einen Anlassvorgang des Motors 10 zu ermöglichen.
  • Der Zylinder 14 kann über eine Reihe von Ansaugluftkanälen 142, 144 und 146 Ansaugluft aufnehmen. Der Ansaugluftkanal 146 kann zusätzlich zu dem Zylinder 14 mit anderen Zylindern des Motors 10 kommunizieren. In einigen Ausführungsformen können einer oder mehrere der Ansaugkanäle eine Aufladevorrichtung, wie etwa einen Turbolader oder einen Kompressor, beinhalten. Beispielsweise zeigt 1 den Motor 10 mit einem Turbolader konfiguriert, der einen Verdichter 174, der zwischen den Ansaugkanälen 142 und 144 angeordnet ist, und eine Abgasturbine 176, die entlang eines Abgaskanals 148 angeordnet ist, beinhaltet. Der Verdichter 174 kann ein aktiver Weitbereichsverdichter (WRAC) sein und zumindest teilweise über eine Welle 180 durch die Abgasturbine 176 angetrieben werden, wenn die Aufladevorrichtung als Turbolader konfiguriert ist. Der Turbolader kann ein Turbolader mit variabler Geometrie (VGT) sein, wobei die Abgasturbine 176 Leitschaufeln beinhalten kann, die in einer Düse der Turbine angeordnet sind. Eine Gasströmung in die Abgasturbine 176 kann durch Variieren einer Position der Leitschaufeln eingestellt werden. Eine Drossel 20, die eine Drosselklappe 164 beinhaltet, kann entlang eines Ansaugkanals des Motors zum Variieren des Volumenstroms und/oder des Drucks der Ansaugluft vorgesehen sein, die den Motorzylindern bereitgestellt werden. Beispielsweise kann die Drossel 20 dem Verdichter 174 nachgeschaltet sein, wie in 1 dargestellt, oder sie kann alternativ dem Verdichter 174 vorgeschaltet sein.
  • Der Abgaskanal 148 kann Abgase zusätzlich zu dem Zylinder 14 von anderen Zylindern des Motors 10 aufnehmen. Der Darstellung nach ist der Abgassensor 128 vorgelagert zu der Emissionssteuervorrichtung 178 an den Abgaskanal 148 gekoppelt ist. Der Sensor 128 kann aus verschiedenen geeigneten Sensoren zum Bereitstellen einer Angabe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases ausgewählt sein, wie zum Beispiel einer linearen Lambdasonde oder UEGO-Sonde (Universal oder Wide-Range Exhaust Gas Oxygen Sensor; Breitband- oder Weitbereichslambdasonde), einer binären Lambdasonde oder EGO-Sonde (wie abgebildet), einer HEGO-Sonde (beheizten EGO-Sonde), einem NOx-, HC- oder CO-Sensor. Bei der Emissionssteuervorrichtung 178 kann es sich um einen Dreiwegekatalysator (Three Way Catalyst - TWC), eine NOx-Falle, verschiedene andere Emissionssteuervorrichtungen oder Kombinationen daraus handeln.
  • Die Abgastemperatur kann durch einen oder mehrere Temperatursensoren (nicht dargestellt) gemessen werden, die in dem Abgaskanal 148 angeordnet sind. Alternativ dazu kann die Abgastemperatur auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen, wie z. B. Drehzahl, Last, Luft-Kraftstoff-Verhältnis (LKV), Spätzündung usw., abgeleitet werden. Ferner kann die Abgastemperatur durch einen oder mehrere Abgassensoren 128 berechnet werden. Es versteht sich, dass die Abgastemperatur alternativ durch eine beliebige Kombination der hier aufgeführten Verfahren zur Temperaturschätzung geschätzt werden kann.
  • Jeder Zylinder des Motors 10 kann ein oder mehrere Einlassventile und ein oder mehrere Auslassventile beinhalten. Beispielsweise beinhaltet der Zylinder 14 der Darstellung nach mindestens ein Einlasstellerventil 150 und mindestens ein Auslasstellerventil 156, die in einem oberen Bereich des Zylinders 14 angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Motors 10, einschließlich des Zylinders 14, mindestens zwei Einlasstellerventile und mindestens zwei Auslasstellerventile beinhalten, die in einem oberen Bereich des Zylinders angeordnet sind.
  • Das Einlassventil 150 kann durch die Steuerung 12 mittels Nockenbetätigung über ein Nockenbetätigungssystem 151 gesteuert werden. Gleichermaßen kann das Auslassventil 156 durch die Steuerung 12 über ein Nockenbetätigungssystem 153 gesteuert werden. Die Nockenbetätigungssysteme 151 und 153 können jeweils einen oder mehrere Nocken beinhalten und eines oder mehrere der Folgenden verwenden: Systeme zur Nockenprofilverstellung (Cam Profile Switching - CPS), zur variablen Nockenansteuerung (Variable Cam Timing - VCT), zur variablen Ventilansteuerung (Variable Valve Timing - WT) und/oder mit variablem Ventilhub (Variable Valve Lift - WL), die durch die Steuerung 12 betrieben werden können, um den Ventilbetrieb zu variieren. Der Betrieb des Einlassventils 150 und des Auslassventils 156 kann durch Ventilpositionssensoren (nicht dargestellt) und/oder Nockenwellenpositionssensoren 155 bzw. 157 bestimmt werden. In alternativen Ausführungsformen können das Einlass- und/oder das Auslassventil durch eine elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Beispielsweise kann der Zylinder 14 alternativ ein Einlassventil, das über eine elektrische Ventilbetätigung gesteuert wird, und ein Auslassventil, das über Nockenbetätigung, einschließlich eines CPS- und/oder VCT-Systems, gesteuert wird, beinhalten. In wieder anderen Ausführungsformen können die Einlass- und Auslassventile durch einen gemeinsamen Ventilaktor oder ein gemeinsames Ventilbetätigungssystem oder einen Aktor oder ein Betätigungssystem zur variablen Ventilansteuerung gesteuert werden.
  • Der Zylinder 14 kann ein Verdichtungsverhältnis aufweisen, bei dem es sich um das Volumenverhältnis zwischen dem Kolben 138 am unteren Totpunkt und am oberen Totpunkt handelt. Herkömmlicherweise liegt das Verdichtungsverhältnis im Bereich von 9:1 bis 10:1. In einigen Beispielen, in denen andere Kraftstoffe verwendet werden, kann das Verdichtungsverhältnis jedoch erhöht sein. Hierzu kann es beispielsweise kommen, wenn Kraftstoffe mit einer höheren Oktanzahl oder Kraftstoffe mit einer höheren latenten Verdampfungsenthalpie verwendet werden. Wenn eine Direkteinspritzung verwendet wird, kann das Verdichtungsverhältnis aufgrund von deren Auswirkung auf das Motorklopfen ebenfalls erhöht sein.
  • In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Motors 10 zum Einleiten der Verbrennung eine Zündkerze 192 beinhalten. Ein Zündsystem 190 kann der Brennkammer 14 in Reaktion auf ein Frühzündungssignal SA von der Steuerung 12 unter ausgewählten Betriebsmodi über die Zündkerze 192 einen Zündfunken bereitstellen. In einigen Ausführungsformen kann die Zündkerze 192 jedoch weggelassen werden, wie etwa, wenn der Motor 10 die Verbrennung durch eine Selbstzündung oder durch Kraftstoffeinspritzung einleiten kann, was bei einigen Dieselmotoren der Fall sein kann.
  • Als nicht einschränkendes Beispiel beinhaltet der Zylinder 14 der Darstellung nach zwei Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 166 und 170. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 kann dazu konfiguriert sein, Diesel oder Benzin der Brennkammer aus einem Kraftstoffsystem 8 über eine Hochdruckkraftstoffpumpe und einen Kraftstoffverteiler zuzuführen. Alternativ dazu kann Kraftstoff bei einem geringeren Druck durch eine einstufige Kraftstoffpumpe zugeführt werden, wobei hier die Zeitsteuerung der direkten Kraftstoffeinspritzung während des Verdichtungstakts stärker begrenzt sein kann als bei Verwendung eines Hochdruckkraftstoffsystems. Ferner kann der Kraftstofftank einen Druckwandler aufweisen, welcher der Steuerung 12 ein Signal bereitstellt.
  • Der Darstellung nach ist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 direkt an den Zylinder 14 gekoppelt, um Kraftstoff proportional zur Pulsweite des Signals FPW-1, das von der Steuerung 12 über einen elektronischen Treiber 168 empfangen wird, direkt in diesen einzuspritzen. So stellt die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 eine sogenannte Direkteinspritzung (Direct Injection; hier nachfolgend als „DI“ bezeichnet) von Kraftstoff in den Verbrennungszylinder 14 bereit. Während die Einspritzvorrichtung 166 der Darstellung in 1 nach auf einer Seite des Zylinders 14 positioniert ist, kann sie alternativ dazu oberhalb des Kolbens angeordnet sein, wie etwa in der Nähe der Position der Zündkerze 192. Eine derartige Position kann das Mischen und Verbrennen verbessern, wenn der Motor mit einem alternativen Kraftstoff auf Alkoholbasis betrieben wird, da einige Kraftstoffe auf Alkoholbasis eine geringere Flüchtigkeit aufweisen. Alternativ dazu kann die Einspritzvorrichtung oberhalb und in der Nähe des Einlassventils angeordnet sein, um das Mischen zu verbessern.
  • Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 170 ist in der Darstellung in dem Ansaugkanal 146 statt im Zylinder 14 in einer optionalen Konfiguration angeordnet, die ein sogenannte Saugrohreinspritzung von Kraftstoff (Port Fuel Injection, im Folgenden als „PFI“ bezeichnet) in das Saugrohr vorgelagert zum Zylinder 14 bereitstellt. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 170 kann aus dem Kraftstoffsystem 8 aufgenommenen Kraftstoff, wie z. B. Benzin, proportional zur Pulsweite des Signals FPW-2, das von der Steuerung 12 über den elektronischen Treiber 171 empfangen wird, einspritzen. Es ist zu beachten, dass ein einzelner Treiber 168 oder 171 für beide Kraftstoffeinspritzsysteme verwendet werden kann oder, wie abgebildet, mehrere Treiber, zum Beispiel der Treiber 168 für die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 und der Treiber 171 für die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 170, verwendet werden können.
  • Wie vorstehend beschrieben, zeigt 1 lediglich einen Zylinder eines Mehrzylindermotors. Demnach kann jeder Zylinder ebenso einen eigenen Satz von Einlass-/Auslassventilen, Kraftstoffeinspritzvorrichtung(en), Zündkerze usw. beinhalten. Es versteht sich, dass der Motor 10 eine beliebige geeignete Anzahl von Zylindern, einschließlich 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 oder mehr Zylinder, beinhalten kann. Ferner kann jeder dieser Zylinder einige oder sämtliche der verschiedenen Komponenten beinhalten, die in 1 unter Bezugnahme auf den Zylinder 14 beschrieben und dargestellt sind.
  • Der Motor kann ferner einen oder mehrere Abgasrückführkanäle zum Rückführen eines Teils des Abgases von dem Motorauslass zu dem Motoreinlass beinhalten. Somit kann durch Rückführen eines Teils des Abgases eine Motorverdünnung erreicht werden, wodurch sich die Motorleistung verbessern kann, indem Motorklopfen, Spitzenverbrennungstemperaturen und - drücke von Zylindern, Drosselverluste und NOx-Emissionen verringert werden. In der abgebildeten Ausführungsform kann Abgas über einen AGR-Kanal 141 vom Abgaskanal 148 zum Ansaugkanal 144 rückgeführt werden. Die an den Einlasskanal 148 bereitgestellte AGR-Menge kann durch die Steuerung 12 über das AGR-Ventil 143 variiert werden. Ferner kann ein AGR-Sensor 145 innerhalb des AGR-Kanals angeordnet sein und eine Angabe von einem oder mehreren aus Druck, Temperatur und Sauerstoffkonzentration des Abgases bereitstellen. In einigen Beispielen kann der Sensor 145 ein AGR-Druckrückkopplungssensor sein, der in Verbindung mit dem AGR-Ventil 143 betrieben wird, um den Druck eines Hochdruck-AGR(HD-AGR)-Systems zu regulieren.
  • Wenn das AGR-Ventil 143 geöffnet ist, wird ein Teil des am Zylinder 14 erzeugten Abgases zum AGR-Kanal 141 umgeleitet, sodass sich die Menge an Abgas verringert, mit dem die Drehung der Turbine 176 angetrieben wird. Ein Druck in dem AGR-Kanal wird durch den AGR-Druckrückkopplungssensor erfasst, der an die Steuerung 12 gesendet wird. Die Steuerung 12 kann ein Öffnen des AGR-Ventils 143 auf Grundlage des Drucks im AGR-Kanal in Kombination mit anderen Eingaben wie etwa Motorlast, Drehzahl und Temperatur befehlen. Während eine konstante AGR-Strömung wüschenswert ist, um NOx-Bildung zu unterdrücken, wird das AGR-Ventil 143 unter bestimmten Bedingungen geschlossen gehalten. Beispielsweise ist der Abgasdruck bei Kaltstarts gering und wird das AGR-Ventil 143 infolgedessen geschlossen gehalten, damit sich Gasdruck aufbauen kann. Ebenso wird bei einem Motorbetrieb unter Nulllast, wie z. B. im Leerlauf, das AGR-Ventil 143 geschlossen. Wenn AGR-Strömung während eines Motorleerlaufs zugelassen wird, kann dies zu Verbrennungsinstabilität und einem sprunghaften Leerlauf führen. Weiterhin ist während eines Motorbetriebs unter Spitzenlasten, wenn z. B. der Motor nahe oder mit Maximallast arbeitet, eine Verdünnung in der Brennkammer durch AGR aufgrund der verminderten Leistungsabgabe, die sich aus dem Verbrennen eines Gasgemischs mit niedrigerer Sauerstoffkonzentration ergibt, nicht erwünscht. Somit ist das AGR-Ventil 143 auch bei hohen Motorlasten geschlossen.
  • Es versteht sich, dass, während die Ausführungsform von 1 eine Hochdruck-AGR (HD-AGR) über einen HD-AGR-Kanal darstellt, der zwischen dem Motoreinlass nachgelagert zum Turboladerverdichter und dem Motorauslass vorgelagert zur Turbine gekoppelt ist, kann der Motor in alternativen Ausführungsformen auch derart konfiguriert sein, dass er Niederdruck-AGR (ND-AGR) bereitstellt, die über einen LD-AGR-Kanal bereitgestellt wird, der zwischen dem Motoreinlass vorgelagert zum Turboladerverdichter und dem Motorauslass nachgelagert zur Turbine gekoppelt ist. In einem Beispiel kann eine HD-AGR-Strömung unter Bedingungen wie etwa dem Fehlen von durch den Turbolader bereitgestellter Aufladung bereitgestellt werden, während eine LD-AGR-Strömung unter Bedingungen wie etwa in Gegenwart einer Aufladung durch einen Turbolader und/oder wenn eine Abgastemperatur über einem Schwellenwert liegt, bereitgestellt werden kann. Wenn verschiedene HD-AGR- und LD-AGR-Kanäle enthalten sind, können die jeweiligen AGR-Strömungen über Einstellungen an jeweiligen AGR-Ventilen gesteuert werden.
  • Die Steuerung 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer dargestellt, der eine Mikroprozessoreinheit 106, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 108, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, das in diesem konkreten Beispiel als Festwertspeicherchip 110 dargestellt ist, einen Direktzugriffsspeicher 112, Keep-Alive-Speicher 114 und einen Datenbus beinhaltet. Die Steuerung 12 kann zusätzlich zu den zuvor erläuterten Signalen verschiedene Steuerungssignale von an den Motor 10 gekoppelten Sensoren empfangen, einschließlich der Messung des eingeleiteten Luftmassenstroms (Mass Air Flow - MAF) von dem Luftmassenstromsensor 122; der Motorkühlmitteltemperatur (Engine Coolant Temperature - ECT) von dem Temperatursensor 116, der an die Kühlhülse 118 gekoppelt ist; eines Profilzündungsaufnahmesignals (Profile Ignition Pickup - PIP) von dem Hall-Effekt-Sensor 120 (oder einer anderen Art), der an die Kurbelwelle 140 gekoppelt ist; einer Drosselposition (Throttle Position - TP) von einem Drosselpositionssensor und eines Krümmerabsolutdrucksignals (Manifold Absolute Pressure- MAP) von dem Sensor 124. Ein Motordrehzahlsignal, RPM, kann durch die Steuerung 12 aus dem PIP-Signal erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von einem Krümmerdrucksensor kann dazu verwendet werden, eine Angabe zum Vakuum oder Druck in dem Ansaugkrümmer bereitzustellen. Wieder andere Sensoren können Füllstandsensoren und Kraftstoffzusammensetzungssensoren beinhalten, die an den bzw. die Kraftstofftank(s) des Kraftstoffsystems gekoppelt sind.
  • Der Festwertspeicher 110 eines Speichermediums kann mit computerlesbaren Daten programmiert sein, die Anweisungen darstellen, die von dem Prozessor 106 zum Durchführen der nachstehend beschriebenen Verfahren sowie anderer Varianten ausgeführt werden können, die vorgesehen sind, aber nicht konkret ausgeführt werden.
  • Auf diese Weise ermöglicht das System aus 1 ein Verfahren zum Betreiben eines Motors, wobei eine gewünschte Motorverdünnung durch Kombinieren einer Vielzahl von Motorverdünnungsmitteln bereitgestellt wird, wobei die Verdünnungsmittel auf Grundlage jeweiliger Verbrennungsstabilitätsgrenzen ausgewählt werden.
  • Ein HD-AGR-System kann eine Druckdifferenz nutzen, wie z. B. durch Sensoren wie etwa den AGR-Sensor 145 und MAP-Sensor 124 aus 1 bestimmt, um eine Strömung von Abgas von einem Abgaskrümmer zu einem Ansaugkrümmer eines Motors auszulösen. Die Druckdifferenz ist zudem eine Motordruckdifferenz und damit eine AGR-Strömung stattfindet, ist ein Druck an dem Abgaskrümmer höher als ein Druck an dem Ansaugkrümmer. Somit ist der Druck in einem AGR-Kanal vorgelagert zu einem AGR-Ventil, wie z. B. dem AGR-Ventil 143 aus 1, geringer als der Druck in dem Kanal nachgelagert zu dem AGR-Ventil. Um einen höheren Druck in dem AGR-Kanal als im Ansaugkrümmer bei einem geringen oder gar keinem Ladebedarf aufzubauen, wird Druck vorgelagert zu einer Abgasturbine zwischen der Turbine und einem Auslassventil in dem Abgabekanal in Bezug auf die Abgasturbine 176 und das AGR-Ventil 143 aus 1 aufgebaut. Der Abgaskanal kann mit dem AGR-Kanal fluidgekoppelt sein, sodass der Druck in dem Abgaskanal auch der Druck in dem AGR-Kanal ist. Durch Einstellen des Verdichterbetriebs können die Menge an Abgas und damit der Abgasdruck, der zum Antreiben der Turbine verwendet wird, modifiziert werden, sodass eine Steuerung des Abgasdrucks im Abgaskanal und AGR-Kanal möglich ist. Weiterhin kann durch Einstellen des Verdichterbetriebs und des Verdichterwirkungsgrads der Druck am Ansaugkrümmer verringert werden. Ein Beispiel für einen Verdichter, der mit Elementen zum Variieren der Leistung des Verdichters ausgelegt ist, ist in den 2A-2B dargestellt.
  • Eine erste ausgeschnittene Ansicht 200 eines aktiven Weitbereichsverdichters 202, der nachfolgend als Verdichter 202 bezeichnet wird, ist in 2A abgebildet, und eine zweite ausgeschnittene Ansicht 250 ist in 2B veranschaulicht. Der Verdichter 202 kann ein Verdichter in einem VGT sein, der an eine Turbine mit Leitschaufeln in einer Turbinendüse gekoppelt ist. Der Verdichter 202 ist ein nicht einschränkendes Beispiel für den Verdichter 174 aus 1. Der Verdichter 202 umfasst eine Mittelachse 204, die auch eine Drehmittelachse eines Flügelrads 206, z. B. Laufrads, sein kann. Eine Richtung des Luftstroms in den Verdichter 202 ist durch einen Pfeil 208 angegeben. Die Strömungsrichtung kann eine Referenz für die Positionierung von Elementen in Bezug aufeinander sein. Ein Element im Weg des Luftstroms im Verhältnis zu einem Referenzpunkt wird als nachgelagert zu diesem Referenzpunkt betrachtet und ein Element vor dem Referenzpunkt im Weg des Luftstroms wird als vorgelagert zu diesem Referenzpunkt betrachtet. Beispielsweise befindet sich das Flügelrad 206 vorgelagert zu einem Diffusor 210, während sich der Diffusor 210 nachgelagert zu dem Flügelrad 206 befindet.
  • Das am weitesten vorn liegende Ende des Verdichters 202 beinhaltet eine Einlassleitung 212 und ein Außengehäuse 214, das den Verdichter 202 umschließt. Ein Gehäuse 216 ist in der Einlassleitung 212 angeordnet und umgibt einen Ansaugkanal 218 des Verdichters 202 in Umfangsrichtung. In die Einlassleitung 212 einströmende Luft kann durch den Ansaugkanal 218 geleitet werden und mit dem Flügelrad 206, das an einem nachgelagerten Ende des Gehäuses 216 angeordnet ist, in Kontakt kommen. Das Flügelrad 206 weist eine Nabe 220, eine Vielzahl von Flügeln 222 und eine Antriebswelle 224 auf, die das Flügelrad 206 mit einer Turbine, wie z. B. der Turbine 176 aus 1, verbindet.
  • Ein Auslassende des Verdichters kann als Elemente des Verdichters 202 definiert sein, die nachgelagert zu einer Vorderkante 226 des Flügelrads 206 positioniert sind. Der Verdichterauslass kann den Diffusor 210 und eine Spirale 228 beinhalten. Luft, die durch die Drehung des Flügelrads 206 in den Verdichter 202 gesaugt wird, wird durch den Diffusor 210 beschleunigt und sammelt sich in der Spirale 228. Eine Verlangsamung des Gasstroms in der Spirale 228 kann eine Erhöhung des Drucks in der Spirale 228 hervorrufen, was einen Gasstrom zu einem Ansaugkrümmer eines Motors zur Folge hat.
  • Die Menge an Luft, die durch den Verdichter 202 geladen und dem Ansaugkrümmer zugeführt wird, und der Wirkungsgrad des Verdichters 202 bei einem geringen Massenstrom können durch Integrieren von Elementen in die Struktur des Verdichters 202 gesteuert werden. Das Gehäuse 216 kann mit einer aktiven Gehäusestrukturierung ausgelegt sein, die einen Rückführungsschlitz 230, einen Pumpschlitz 232, einen Stopfschlitz 234 und eine Gleithülse 236, die das Gehäuse 216 umgibt, beinhaltet. Die Gleithülse 236 weist eine Öffnung 238 auf, die dazu konfiguriert ist, auf den Pumpschlitz 232 ausgerichtet zu werden, sodass der Pumpschlitz 232 für einen Luftstrom durch ihn hindurch geöffnet ist, während der Stopfschlitz 234 durch die Gleithülse 236 in einer ersten Position gesperrt ist, wie in 2A dargestellt. Die Gleithülse 236 kann in eine zweite Position eingestellt werden, wie in 2B dargestellt, in welcher der Pumpschlitz 232 gesperrt ist und der Stopfschlitz 234 für einen Luftstrom durch ihn hindurch geöffnet ist. Die Bewegung der Gleithülse 236 kann durch einen Betätigungsmechanismus 246, wie z. B. einen Elektromotor, erfolgen, der Befehle von einer Steuerung 248 empfängt.
  • Es versteht sich, dass der mit der Gleithülse 236 konfigurierte Verdichter 202 aus den 2A-2B ein nicht einschränkendes Beispiel für eine aktive Gehäusestrukturierungskomponente zum Regulieren der Strömung zwischen dem Pumpschlitz 232 und dem Stopfschlitz 234 ist. Es können andere Elemente anstelle der Gleithülse 236 verwendet werden, um den Luftstrom zwischen dem Pumpschlitz 232 und dem Stopfschlitz 234 zu wechseln, ohne die Funktion der aktiven Gehäusestrukturierung zu beeinflussen, wie z. B. ein Klappenventil.
  • Der Rückführungsschlitz 230, Pumpschlitz 232 und Stopfschlitz 234 können eine Fluidverbindung vom Ansaugkanal 218 zu einem Rückführungskanal 240 herstellen, der aus einem Raum zwischen dem Gehäuse 216 und dem Außengehäuse 214 gebildet ist. Der Rückführungsschlitz 230 bleibt in jeder der in den 2A und 2B dargestellten ersten und zweiten Position der Gleithülse 236 geöffnet und lässt Luft sowohl in einer nachgelagerten Richtung als auch einer vorgelagerten Richtung durch. Dahingegen sind der Pumpschlitz und der Stopfschlitz derart positioniert, dass ein Luftstrom durch den Pumpschlitz 232 und den Stopfschlitz 234 unidirektional und zueinander entgegengesetzt ist.
  • Beispielsweise zeigt die in 2A dargestellte erste Position der aktiven Gehäusestrukturierung Luft, die in einer durch Pfeile 242 angegebenen Richtung durch den Pumpschlitz 232 und die Öffnung 238 der Gleithülse 236 aus einem zur Vorderkante 226 des Flügelrads 206 benachbarten Bereich und durch den Rückführungskanal 240 strömt. Entlang dieses Wegs strömende Luft wird entgegen der Strömungsrichtung in die Einlassleitung 212 und durch den Ansaugkanal 218 geleitet. Die rückgeführte Luft wird zum Ansaugkanal 218 über den Rückführungsschlitz 230 rückgeführt, sodass sie wieder zu dem Flügelrad 206 strömt. Durch Öffnen des Pumpschlitzes 232 bei Bedingungen mit geringem Massenstrom, die zu Verdichterpumpen führen, kann ein Teil der Luft, die durch den Verdichter strömt, durch den Pumpschlitz 232 geleitet und zum Ansaugkanal 218 rückgeführt werden. Ein Druckgradient am Verdichter kann durch Ablassen der Luft aus dem Auslassende des Verdichters durch den Pumpschlitz 232 vermindert werden, wobei der Druckgradient wirksam einen Luftstrom durch den Rückführungskanal in umgekehrter Richtung zur Strömung durch den Verdichter 202 antreiben kann.
  • Bei geringen Motordrehzahlen und geringem Massenstrom in den Verdichter 202 wird die aktive Gehäusestrukturierung des Verdichters 202 oftmals in die in 2A dargestellte erste Position eingestellt und darin gehalten, um Verdichterpumpen zu verhindern. Wenn die Motordrehzahl jedoch hoch ist und der Verdichter einem hohen Massenstrom über die Toleranz des Turboladers hinaus ausgesetzt ist, kann die Drehzahl der Turbine höher als die maximale Nenndrehzahl des Turboladers sein. Dies hat Verdichterstopfen zur Folge, wodurch das Motordrehmoment begrenzt werden kann. Bei solchen Ereignissen mit übermäßiger Drehzahl kann die aktive Gehäusestrukturierung so eingestellt werden, dass der Pumpschlitz 232 gesperrt und der Stopfschlitz 234 geöffnet wird, der nachgelagert zum Pumpschlitz 232 positioniert ist, wie in 2B dargestellt. Der Bereich nachgelagert zum Pumpschlitz 232 kann einem geringen Druck während Betriebsbedingungen ausgesetzt sein, die sich einem Verdichterstopfen nähern, wobei ein Luftstrom vom Ansaugkanal 218 durch den Rückführungsschlitz 230 in den Rückführugskanal 240, durch den Stopfschlitz 234 und in das Auslassende des Verdichters 202 angetrieben wird. Die Strömungsrichtung ist durch Pfeile 244 angegeben und folgt der gleichen Strömungsrichtung durch den Ansaugkanal 218. Dieser Weg kann eine Abkürzung sein, über die ein zusätzlicher Luftstrom den Verdichterauslass erreichen kann, sodass Verdichterstopfen vermieden wird.
  • Die Aspekte der oben beschriebenen aktiven Gehäusestrukturierung können den Verdichterwirkungsgrad verbessern, indem sie den Bereich an Bedingungen erhöhen, über den der Verdichterbetrieb stabil bleibt. Während Bedingungen, unter denen ein hoher Verdichterwirkungsgrad die AGR-Strömung behindern kann und der Verdichter nicht nahe einer Pumpgrenze, z. B. innerhalb eines Schwellenwerts von der Pumpgrenze, wie z.B. 10 %, betrieben wird, kann es jedoch wünschenswert sein, den Verdichterwirkungsgrad zu verringern. So kann, während die aktive Gehäusestrukturierung typischerweise in der ersten Position von 2A gehalten werden kann, um Verdichterpumpen zu vermindern, während einiger Bedingungen, bei denen die HD-AGR-Strömung behindert werden kann, der Verdichterwirkungsgrad durch Betätigen der aktiven Gehäusestrukturierung in die zweite Position von 2B gemäßigt (z. B. gezielt verringert) werden, wie z. B. bei geringen Motordrehzahlen und geringem Massenstrom durch den Verdichter 202. Wenn der Verdichter jedoch innerhalb eines Schwellenwerts von der Pumpgrenze betrieben wird, kann die aktive Gehäusestrukturierung in der ersten Position von 2A ungeachtet des Zustands der HD-AGR-Strömung gehalten werden.
  • Die Betätigung in die zweite Position kann zudem unter Bedingungen mit hohen Motordrehzahlen und hohem Massenstrom stattfinden. Ein Massenstrom in den Verdichtereinlass wird verringert, während Luft zum Verdichterauslass durch den Rückführungskanal 240 und den Stopfschlitz 234 umgeleitet wird, wodurch der Verdichterwirkungsgrad abnimmt. In Reaktion darauf kann die Steuerung das Schließen der Schaufeln des VGT befehlen, sodass sich die Luftstromgeschwindigkeit durch die Turbinendüse erhöht, was es der Turbine ermöglicht, sich schneller zu drehen. Durch Begrenzen des Gasstroms zur Turbine kann Druck im Abgaskanal vorgelagert zur Turbine aufgebaut werden. Der Druck im AGR-Kanal nimmt entsprechend zu, sodass er eine Druckdifferenz zwischen dem Abgaskanal und dem Ansaugkrümmer steigert, die es ermöglicht, dass Abgas durch den AGR-Kanal zum Motoransaugkrümmer strömt.
  • Der mit einer aktiven Gehäusestrukturierung ausgelegte WRAC aus den 2A-2B umfasst Elemente, welche die AGR-Strömung wirksam regulieren können. Ein anderes Beispiel für einen WRAC ist in den 3A-3B dargestellt, der mit einer variablen Einlassvorrichtung anstelle einer aktiven Gehäusestrukturierung konfiguriert ist. In dieser Ausführungsform kann der Verdichterwirkungsgrad verringert werden, indem die Menge an Luftstrom in den Verdichter eingestellt wird.
  • Eine erste ausgeschnittene Ansicht 300 eines Verdichters 302 ist in 3A mit einer variablen Einlassvorrichtung 304 in einer ersten Position dargestellt und eine zweite ausgeschnittene Ansicht 350 des Verdichters 302 ist in 3B mit der variablen Einlassvorrichtung (Variable Inlet Device - VID) 304 in einer zweiten Position dargestellt. Der Verdichter 302 weist eine Mittelachse 306 auf, die auch eine Drehmittelachse eines Flügelrads 308 sein kann. Die Richtung des Luftstroms in den Verdichter 302 ist durch einen Pfeil 310 angegeben. Der Verdichter 302 ist ein nicht einschränkendes Beispiel für den Verdichter 174 aus 1.
  • Der Verdichter 302 weist eine Einlassleitung 312 mit einem Ansaugkanal 314 auf, der von einem Außengehäuse 316 umgeben ist. Das Flügelrad 308 ist an einem nachgelagerten Ende des Ansaugkanals 314 angeordnet und beinhaltet eine Nabe 318, eine Vielzahl von Flügeln 320 und eine Antriebswelle 322, die das Flügelrad 308 mit einer Turbine verbindet. Ein Diffusor 324 und eine Spirale 326 sind nachgelagert zu dem Flügelrad 308 an einem Auslassende des Verdichters 302 positioniert.
  • Wieder bezogen die Erörterung zu einem Einlassende des Verdichters 302 kann die VID 304 in der Einlassleitung 312 angeordnet sein, die sich über eine gesamte Breite des Ansaugkanals 314 erstreckt, die in einer Richtung senkrecht zur Mittelachse 306 definiert ist. Die VID 304 kann eine Vielzahl von Flügeln 328 umfassen, bei denen es sich um dünne Schalen handelt, die in einem Ring um die Mittelachse 306 angeordnet sind, sodass die VID 304 einen runden Querschnitt in einer Ebene senkrecht zur Mittelachse 306 aufweist. Die Vielzahl von Flügeln 328 kann durch Gelenke mit einem Einlassende 330 der VID 304 verbunden sein. Die Vielzahl von Flügeln 328 kann um die Gelenke am Einlassende 330 geschwungen werden, sodass nachgelagerte Enden der Vielzahl von Flügeln 328 hin zur Mittelachse 306, wie in 3A dargestellt, in eine geschlossene Position geschwenkt werden können oder weg von der Mittelachse 306, wie in 3B dargestellt, in eine offene Position geschwenkt werden können. In der geschlossenen Position überlappen sich die nachgelagerten Enden der Vielzahl von Flügeln 328, sodass ein Durchmesser der VID 304, gemessen in einer Richtung senkrecht zur Mittelachse 306, an einem Auslassende 332 schmaler als am Einlassende 330 sein kann. Durch den schmaleren Durchmesser der VID 304 verringert sich ein Strömungsquerschnitt in den Verdichter 302. Während eines Verdichterbetriebs mit geringen Motordrehzahlen und geringem Massenstrom wird die VID 304 oftmals in die geschlossene Position eingestellt, um Verdichterpumpen zu verhindern und den Verdichterwirkungsgrad zu verbessern.
  • In der in 3B dargestellten geöffneten Position ist der Durchmesser der VID 304 am Einlassende 330 gleich dem am Auslassende 332. Die Dünnheit der Vielzahl von Flügeln 328 sowie der gleichmäßige Durchmesser der VID 304 in der geöffneten Position sorgen für eine minimale Begrenzung des Luftstroms. Somit kann die VID 304 in die geöffnete Position bei hohen Motordrehzahlen und hohem Massenstrom in den Verdichter 302 eingestellt werden, um Verdichterstopfen zu vermeiden. In einem Beispiel erfolgt das Schwenken der Vielzahl von Flügeln 328 zwischen der geschlossenen und der geöffneten Position durch einen Motor 334, der Befehle von einer Steuerung 336 empfängt. Durch Einstellen der Position der VID 304 und damit des Eingangsluftströmungsquerschnitts in den Verdichter 302 können in Reaktion auf Fahrzeugbetriebsbedingungen die Effizienz und Leistung des Verdichters bei hohen Motordrehzahlen und hoher Verdichterlast verbessert werden.
  • Wie jedoch oben erörtert, kann sich durch einen hohen Verdichterwirkungsgrad die AGR-Strömung verschlechtern, sodass die wünschenswerten Wirkungen von HD-AGR-Systemen wie etwa Verringern von Motorklopfen und NOx-Emissionen, Verbessern der Kraftstoffeffizienz usw. gemindert werden. Durch Verringern des Verdichterwirkungsgrads kann eine ausreichende Druckdifferenz zwischen dem Abgaskrümmer und dem Ansaugkrümmer des Motors es ermöglichen, dass eine HD-AGR funktioniert. Der Verdichterwirkungsgrad kann durch Einstellen der VID 304 in die geöffnete Position von 3B bei geringer Motordrehzahl und geringem Massenstrom in den Verdichter 302 gesenkt werden.
  • Wenn das HD-AGR-System bei geringem Motordrehmoment- und Ladebedarf angeschaltet wird, kann die geschlossene Position der VID 304, die geringe Motordrehzahlen und einen geringen Massenstrom unterstützt, eine Nennbetriebsposition der VID 304 sein. Durch Erhöhen des Eingangsluftströmungsquerschnitts durch den Verdichter 302 über eine Betätigung der VID 304 in die geöffnete Position wird der Verdichterwirkungsgrad verringert. Der VGT kann sich schließen, um die Luftströmungsgeschwindigkeit durch die Turbinendüse zu erhöhen, sodass es möglich ist, dass sich mehr Druck vorgelagert zur Turbine in dem Abgaskanal und dem AGR-Kanal aufbaut. Der Druckgradient zwischen dem Ansaugkrümmer und dem Abgaskrümmer kann ausreichend hoch werden, um zu bewirken, dass Abgas zum Ansaugkrümmer strömt.
  • In dem in den 3A-3B dargestellten Beispiel erfolgt die Begrenzung der Strömung durch eine Einlassleitung des Verdichters 302 durch die VID 304. Es versteht sich jedoch, dass Alternativen zur VID 304 den Eingangsströmungquerschnitt des Verdichters ebenfalls regulieren können. Beispielsweise können ebenso variable Einlassleitschaufeln oder variable Einlassvorrichtungen anderer Formen und Größen in dem Verdichtereinlass positioniert werden, um den Strömungsquerschnitt einzustellen. Die in der vorliegenden Offenbarung dargestellte VID 304 ist ein nicht einschränkendes Beispiel für eine Vorrichtung zum Variieren des Querschnitts in den Verdichter.
  • Die AGR-Strömung in einem HD-AGR-System kann effizienter durch Verringern des Verdichterwirkungsgrads entweder durch Einstellen der Strömungsrichtung durch einen Rückführungskanal in einen Verdichtereinlass oder durch Steuern des Strömungsquerschnitts, der in den Verdichter eintritt, oder, genauer ausgedrückt, des Trim- oder Flächenverhältnisses des Querschnitts des Verdichterradeinlasses gegenüber dem Auslass aktiviert werden. Beispielhafte Vorgänge in einem ersten Verfahren 400 zum Betreiben eines Motorsystems, umfassend einen Turbolader mit variabler Geometrie (VGT) mit einem WRAC, der mit einer aktiven Gehäusestrukturierung, wie z. B. der aktiven Gehäusestrukturierung aus den 2A-2B, ausgelegt ist, sind in 4 bereitgestellt. Ein zweites Verfahren 500, umfassend einen VGT mit einem WRAC, der mit einer variablen Einlassvorrichtung, wie z. B. der VID 304 aus den 3A-3B, ausgelegt ist, ist in 5 veranschaulicht. Anweisungen zum Ausführen der Verfahren 400, 500 und der übrigen hier enthaltenen Verfahren können durch eine Steuerung auf Grundlage von in einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit von Sensoren des Motorsystems, wie etwa den vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Sensoren, empfangenen Signalen ausgeführt werden. Die Steuerung kann Motoraktoren des Motorsystems einsetzen, um den Motorbetrieb gemäß den unten beschriebenen Verfahren einzustellen.
  • Nun bezogen auf 4 können bei 402 die Betriebsbedingungen des Motors geschätzt und/oder gemessen werden. Dazu können z. B. Motordrehzahl und -last, Drehmomentbedarf, MAP, MAF, Ladedruck, Abgaskrümmerdruck usw. gehören. Bei 404 kann die Position des AGR-Ventils auf Grundlage der geschätzten oder gemessenen Motorbedingungen eingestellt werden. Beispielsweise kann das AGR-Ventil gemäß einer Lookup-Tabelle eingestellt werden, in der Motordrehzahl und -last zur Position des AGR-Ventils indexiert sind, wobei das AGR-Ventil geöffnet werden kann, wenn die Motorlast zwischen einem Mindestschwellenwert (wie z. B. 10 oder 15 % der maximalen Nennlast) und einem Höchstschwellenwert (wie z. B. 90 % der maximalen Nennlast) liegt. Das AGR-Ventil kann während Leerlauf-, Kaltstart- und/oder maximalen Lastbedingungen geschlossen werden, um Verbrennungsinstabilität zu vermeiden. Eine Differenz zwischen dem Abgaskrümmerdruck und dem MAP kann zudem die Positionierung des AGR-Ventils als eine Alternative zur Motorlast oder in Kombination damit bestimmen. Wenn der Abgaskrümmerdruck den MAP um einen Betrag überschreitet, der eine Druckdifferenz erzeugt, die ausreichend ist, um die AGR-Strömung anzutreiben, kann das AGR-Ventil geöffnet werden. Wenn jedoch die Motorlast und folglich der Ladebedarf steigen, kann das AGR-Ventil geschlossen werden, bis der Abgaskrümmerdruck so ansteigt, dass er gleichzeitig einen höheren Ladedruck und eine höhere AGR-Strömung ermöglicht. Weiterhin kann der Grad, zu dem das AGR-Ventil geöffnet wird, ebenfalls von der Motorlast abhängig sein.
  • Bei 406 des Verfahrens kann die aktive Gehäusestrukturierung (Active Casing Treatment - ACT) auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen eingestellt werden. Bei geringen bis mäßigen Motorlasten und geringem bis mäßigem Verdichtermassenstrom kann die ACT dazu konfiguriert sein, einen Pumpschlitz bei 408 zu öffnen, sodass es möglich ist, dass Luft von dem Flügelrad, durch den Pumpschlitz und einen Rückführungskanal und zum Einlasskanal durch eine Rückführungsöffnung in einem Gehäuse des Verdichtereinlasses rückgeführt wird. Alternativ dazu kann die ACT bei 410 dazu ausgelegt sein, einen Stopfschlitz zu öffnen, wobei der Pumpschlitz bei hohem Verdichtermassenstrom und hohen Motorlasten, die sich einer Stopfgrenze des Verdichters nähern, gesperrt wird. Durch Öffnen des Stopfschlitzes wird zusätzliche Luft dem Verdichterauslass durch die Rückführungsöffnung, den Rückführungskanal und den Stopfschlitz zugeführt.
  • Das Verfahren kann dann bei 412 bestimmen, ob sich der Verdichter nahe einer Pumpgrenze befindet. Der Verdichter kann sich Pumpbedingungen nähern, wenn ein Pumpgrenzabstand des Verdichterbetriebs, z. B. Druckverhältnis am Verdichter in Abhängigkeit des Massenstroms, abnimmt, sodass der Verdichter innerhalb eines Schwellenwerts von der Pumpgrenze betrieben wird. In einem Beispiel kann der Schwellenwert innerhalb von 5 % zur Pumpgrenze liegen. Wenn der Verdichter innerhalb eines Schwellenwerts zur Pumpgrenze betrieben wird, kehrt das Verfahren zu 408 zurück, um den Betrieb mit geöffnetem Pumpschlitz fortzusetzen.
  • Wenn sich der Verdichter nicht innerhalb eines Schwellenwerts von der Pumpgrenze befindet, geht das Verfahren zu 414 über, um zu bestimmen, ob der Abgasdruck kleiner als ein Schwellendruck ist. Der Druck des Abgases kann durch einen Drucksensor, der in dem Abgaskrümmer angeordnet ist, oder durch einen AGR-Sensor, wie z. B. den AGR-Sensor 145 aus 1, der in einem AGR-Kanal angeordnet ist, bestimmt werden. Der Schwellendruck kann ein positiver Wert ungleich null sein, bei dem es sich um einen Mindestdruck handelt, bei dem die verfügbare Menge an Abgas ausreichend ist, um einen gewünschten Ladedruck wie gemäß Motorbedingungen zu bewirken und die Druckdifferenz, welche die AGR-Strömung antreibt, aufrechtzuerhalten. In einem Beispiel kann der Schwellendruck auf Grundlage der angeforderten Lademenge variieren. Bei geringem Ladebedarf kann der Schwellendruck im Vergleich zu Ereignissen verringert werden, bei denen eine höhere Aufladung erwünscht ist. Wenn der Ladebedarf steigt, kann sich der Schwellendruck erhöhen. Als ein anderes Beispiel kann der Schwellendruck von dem Ansaugkrümmerdruck abhängig sein. Wenn der Ansaugkrümmerdruck gering ist, kann der Schwellendruck ebenfalls gesenkt werden, und wenn der Ansaugkrümmerdruck steigt, nimmt der Schwellendruck entsprechend zu. Der Schwellendruck kann in Reaktion auf eine Kombination aus Motorbedingungen variieren und kann an einer Steuerung, wie z. B. der Steuerung 12 aus 1, gemäß Lookup-Tabellen oder Daten bestimmt werden, die Beziehungen zwischen Motorvariablen vermitteln (z. B. gemäß einer Lookup-Tabelle, in welcher der Schwellenabgasdruck in Abhängigkeit des Ladedrucks indexiert ist).
  • Wenn der Abgasdruck bei dem Schwellenwert liegt oder größer als dieser ist, z. B. nicht kleiner als der Schwellenwert ist, kehrt das Verfahren zu 404 zurück, um die Position des AGR-Ventils auf Grundlage von Motorbedingungen einzustellen. Da der Abgasdruck ausreichend hoch ist, um die AGR anzutreiben, können das AGR-Ventil und die ACT weiterhin auf Grundlage von Betriebsbedingungen eingestellt werden, wie oben beschrieben. Wenn der Abgasdruck jedoch unter dem Schwellenwert liegt, geht das Verfahren zu 416 über und sendet die Steuerung ein Signal, um die aktive Gehäusestrukturierung so einzustellen, dass der Stopfschlitz geöffnet und der Pumpschlitz gesperrt wird. Luft wird bei 418 über einen Abkürzungsweg von dem Ansaugkanal durch den Rückführungsschlitz, den Rückführungskanal und den Stopfschlitz zum Verdichterauslass geleitet, wodurch der Verdichterwirkungsgrad verringert wird. Bei 420 bewirkt der verminderte Verdichterwirkungsgrad eine Einstellung der Turbinendüsenschaufeln des VGT, sodass die Öffnungen zwischen den Schaufeln schmaler werden, wodurch der Abgasstrom in die Turbine abnimmt. Durch Verringern des Gasstroms durch die Turbinendüse kann sich Druck vorgelagert zur Turbine aufbauen.
  • Bei 422 bestimmt das Verfahren, ob der Abgasdruck größer gleich dem Druckschwellendruck (z. B. dem Schwellendruck von 414) ist. Wenn der Abgasdruck den Schwellenwert nicht erreicht, kehrt das Verfahren zu 416 zurück, um weiterhin Luft zum Verdichterauslass bei geöffnetem Stopfschlitz und geschlossenem Pumpschlitz zu leiten. Ferner kann in einigen Beispielen, wenn das Öffnen des Stopfschlitzes / Offenhalten des Stopfschlitzes nicht ausreichend Abgasdruck zur Folge hat, um eine HD-AGR anzutreiben, der Motor gedrosselt werden, um den Ansaugkrümmerdruck zum Antreiben der HD-AGR zu verringern. Das Drosseln des Motors kann z. B. Verringern eines Öffnungsgrades der Ansaugdrossel beinhalten. Wenn bestimmt wird, dass der Abgasdruck dem Schwellenwert zumindest entspricht, geht das Verfahren dazu über, die ACT bei 424 einzustellen, um den Pumpschlitz zu öffnen und den Stopfschlitz zu schließen. Luft wird in den Verdichter vom Flügelrad zum Einlasskanal über den Pumpschlitz, den Rückführungskanal und die Rückführungsöffnung rückgeführt. In Reaktion auf den erhöhten Verdichterwirkungsgrad werden die Schaufeln des VGT bei 428 so eingestellt, dass die Schaufelöffnungen erweitert werden und der Abgasstrom in die Turbine zunimmt.
  • Das Verfahren 500 aus 5 kann gemäß ähnlichen Schritten wie denen des Verfahrens 400 betrieben werden. Bei 502 können die Betriebsbedingungen des Motors geschätzt und/oder gemessen werden. Dazu können z. B. Motordrehzahl und -last, Drehmomentbedarf, MAP, MAF, Ladedruck, Abgaskrümmerdruck usw. gehören. Bei 504 kann die Position des AGR-Ventils auf Grundlage der geschätzten oder gemessenen Motorbedingungen eingestellt werden. Beispielsweise kann das AGR-Ventil gemäß einer Lookup-Tabelle eingestellt werden, in der Motordrehzahl und -last zur Position des AGR-Ventils indexiert sind, wobei das AGR-Ventil geöffnet werden kann, wenn die Motorlast zwischen einem Mindestschwellenwert (wie z. B. 10 oder 15 % der maximalen Nennlast) und einem Höchstschwellenwert (wie z. B. 90 % der maximalen Nennlast) liegt. Das AGR-Ventil kann während Leerlauf-, Kaltstart- und/oder maximalen Lastbedingungen geschlossen werden, um Verbrennungsinstabilität zu vermeiden oder die Motorleistung einzuschränken. Eine Differenz zwischen dem Abgaskrümmerdruck und dem MAP kann zudem die Positionierung des AGR-Ventils als eine Alternative zur Motorlast oder in Kombination damit bestimmen. Wenn der Abgaskrümmerdruck den MAP um einen Betrag überschreitet, der eine Druckdifferenz erzeugt, die ausreichend ist, um die AGR-Strömung anzutreiben, kann das AGR-Ventil geöffnet werden. Wenn jedoch die Motorlast und folglich der Ladebedarf steigen, kann das AGR-Ventil geschlossen werden, bis der Abgaskrümmerdruck so ansteigt, dass er gleichzeitig einen höheren Ladedruck und eine höhere AGR-Strömung ermöglicht. Weiterhin kann der Grad, zu dem das AGR-Ventil geöffnet wird, ebenfalls von der Motorlast abhängig sein.
  • Bei 506 des Verfahrens kann die variable Einlassvorrichtung (VID) auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen eingestellt werden. Bei geringen bis mäßigen Motorlasten und geringem bis mäßigem Verdichtermassenstrom kann die VID in eine geschlossene Position betätigt werden, wodurch der Strömungsquerschnitt in den Verdichter verringert wird und sich der Verdichterwirkungsgrad durch Erhöhen der Arbeitspunkte des Verdichters außerhalb einer Pumpgrenze verbessert. Alternativ dazu kann die VID bei 510 bei hohem Verdichtermassenstrom und hohen Motorlasten, die sich einer Stopfgrenze des Verdichters nähern, in eine geöffnete Position betätigt werden. Durch Einstellen der VID in die geöffnete Position wird der Strömungsquerschnitt durch den Verdichter erhöht, sodass ein Verdichterbetrieb über die Stopfgrenze hinaus vermieden wird.
  • Das Verfahren kann dann bei 512 bestimmen, ob sich der Verdichter nahe einer Pumpgrenze befindet. Der Verdichter kann sich Pumpbedingungen nähern, wenn ein Pumpgrenzabstand des Verdichterbetriebs, z. B. Druckverhältnis am Verdichter in Abhängigkeit des Massenstroms, abnimmt, sodass der Verdichter innerhalb eines Schwellenwerts von der Pumpgrenze betrieben wird. In einem Beispiel kann der Schwellenwert innerhalb von 5 % zur Pumpgrenze liegen. Wenn der Verdichter innerhalb eines Schwellenwerts zur Pumpgrenze betrieben wird, kehrt das Verfahren zu 508 zurück, um den Betrieb mit geöffnetem Pumpschlitz fortzusetzen.
  • Wenn sich der Verdichter nicht innerhalb eines Schwellenwerts von der Pumpgrenze befindet, geht das Verfahren zu 514 über, um zu bestimmen, ob der Abgasdruck kleiner als ein Schwellendruck ist. Der Druck des Abgases kann durch einen Drucksensor, der in dem Abgaskrümmer angeordnet ist, oder durch den AGR-Sensor, der in einem AGR-Kanal angeordnet ist, bestimmt werden. Der Schwellendruck kann ein positiver Wert ungleich null sein, bei dem es sich um einen Mindestdruck handelt, bei dem die verfügbare Menge an Abgas ausreichend ist, um einen gewünschten Ladedruck wie gemäß Motorbedingungen zu bewirken und die Druckdifferenz, welche die AGR-Strömung antreibt, aufrechtzuerhalten. In einem Beispiel kann der Schwellendruck auf Grundlage der angeforderten Lademenge variieren. Bei geringem Ladebedarf kann der Schwellendruck im Vergleich zu Ereignissen verringert werden, bei denen eine höhere Aufladung erwünscht ist. Wenn der Ladebedarf steigt, kann sich der Schwellendruck erhöhen. Als ein anderes Beispiel kann der Schwellendruck von dem Ansaugkrümmerdruck abhängig sein. Wenn der Ansaugkrümmerdruck gering ist, kann der Schwellendruck ebenfalls gesenkt werden, und wenn der Ansaugkrümmerdruck steigt, nimmt der Schwellendruck entsprechend zu. Der Schwellendruck kann in Reaktion auf eine Kombination aus Motorbedingungen variieren und kann an einer Steuerung, wie z. B. der Steuerung 12 aus 1, gemäß Lookup-Tabellen oder Daten bestimmt werden, die Beziehungen zwischen Motorvariablen vermitteln (z. B. gemäß einer Lookup-Tabelle, in welcher der Schwellenabgasdruck in Abhängigkeit des Ladedrucks indexiert ist).
  • Wenn der Abgasdruck bei dem Schwellenwert liegt oder größer als dieser ist, z. B. nicht kleiner als der Schwellenwert ist, kehrt das Verfahren zu 504 zurück, um die Position des AGR-Ventils auf Grundlage von Motorbedingungen einzustellen. Da der Abgasdruck ausreichend hoch ist, um die AGR anzutreiben, können das AGR-Ventil und die VID weiterhin auf Grundlage von Betriebsbedingungen eingestellt werden, wie oben beschrieben. Wenn der Abgasdruck jedoch unter dem Schwellenwert liegt, geht das Verfahren zu 516 über und sendet die Steuerung einen Befehl, um die VID auf die geöffnete Position einzustellen. Der Strömungsquerschnitt durch den Verdichter wird bei 518 erhöht, wodurch sich der Verdichterwirkungsgrad verringert. Bei 520 bewirkt der verminderte Verdichterwirkungsgrad eine Einstellung der Turbinendüsenschaufeln des VGT, sodass die Öffnungen zwischen den Schaufeln schmaler werden, wodurch der Druckabfall am Motor zunimmt. Durch Verringern des Gasstroms durch die Turbinendüse kann sich Druck vorgelagert zur Turbine aufbauen.
  • Bei 522 bestimmt das Verfahren, ob der Abgasdruck größer gleich dem Druckschwellendruck (z.B. dem Schwellendruck von 514) ist. Wenn der Abgasdruck den Schwellenwert nicht erreicht, kehrt das Verfahren zu 516 zurück, um weiterhin Luft zum Verdichterauslass mit der VID in der geöffneten Position zu leiten. Ferner kann in einigen Beispielen, wenn sich dadurch, dass sich die VID in der geöffneten Position befindet, nicht ausreichend Abgasdruck ergibt, um eine HD-AGR anzutreiben, der Motor gedrosselt werden, um den Ansaugkrümmerdruck zum Antreiben der HD-AGR zu verringern. Das Drosseln des Motors kann z. B. Verringern eines Öffnungsgrades der Ansaugdrossel beinhalten. Wenn bestimmt wird, dass der Abgasdruck dem Schwellenwert zumindest entspricht, geht das Verfahren zu 524 über, um die VID auf die geschlossene Position einzustellen. Der Strömungsquerschnitt durch den Verdichter wird infolge der Verengung eines Auslasses der VID bei 526 verringert. In Reaktion auf den erhöhten Verdichterwirkungsgrad werden die Schaufeln des VGT bei 528 so eingestellt, dass die Schaufelöffnungen erweitert werden und der Druckabfall am Motor abnimmt.
  • Eine beispielhafte Kennlinie 600 ist in 6 zum Einstellen eines aktiven Weitbereichsverdichters (WRAC) in einem Motorsystem eines Fahrzeugs, um eine HD-AGR-Strömung während des Motorbetriebs zu regulieren, dargestellt. Die Kennlinie 600 zeigt eine Motorlast bei Verlauf 602, eine Motordruckdifferenz zwischen einem Abgaskrümmer und einem Ansaugkrümmer bei Verlauf 604 und eine Position eines AGR-Ventils, das die HD-AGR-Strömung steuert, bei Verlauf 606. Eine Positionierung des WRAC zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position ist bei Verlauf 608 dargestellt. Wenn der WRAC mit einer aktiven Gehäusestrukturierung (ACT) konfiguriert ist, kann die erste Position eine Einstellung der ACT zum Öffnen eines Pumpschlitzes und Schließen eines Stopfschlitzes sein, bei der Luft von einem Flügelrad zu einem Ansaugkanal des WRAC zirkuliert wird, und kann die zweite Position eine Einstellung der ACT zum Öffnen des Stopfschlitzes und Schließen des Pumpschlitzes sein, bei der zusätzliche Luft von einem Einlassende zu einem Auslassende des WRAC strömt. Wenn der WRAC mit einer variablen Einlassvorrichtung (VID) konfiguriert ist, kann die erste Position Einstellen der VID in eine geschossene Position umfassen, sodass sich ein Strömungsquerschnitt des Ansaugkanals verringert, und kann die zweite Position Einstellen der VID in eine geöffnete Position umfassen, sodass sich der Strömungsquerschnitt des Ansaugkanals im Verhältnis zu der geschlossenen Position erhöht. Ein Druckverhältnis am WRAC ist bei Verlauf 610 dargestellt. Sämtliche Verläufe sind in Abhängigkeit der Zeit entlang der x-Achse dargestellt. Schwellenwerte sind durch gestrichelte horizontale Linien angegeben. Beispielsweise beinhaltet Verlauf 604 einen Mindestschwellenwert 612 für die Druckdifferenz, der eine Mindestdruckdifferenz angibt, unter der keine AGR fließen kann. In einem anderen Beispiel beinhaltet Verlauf 610 eine Pumpgrenze 614 und eine Stopfgrenze 616 des WRAC.
  • Vor t1 wird der Motor unter mäßigen Lasten (Verlauf 602) betrieben und liegt die Motordruckdifferenz (Verlauf 604) über dem Mindestschwellenwert. Das AGR-Ventil (Verlauf 606) wird geöffnet, um zu ermöglichen, dass Abgas von dem Abgaskrümmer zu nachgelagert zum WRAC rückgeführt wird, während sich der WRAC in der ersten Position (Verlauf 608) befindet, um einen hohen Verdichterwirkungsgrad in Bezug auf ein Verringern der Wahrscheinlichkeit von Verdichterpumpen aufrechtzuerhalten. Das Druckverhältnis des WRAC (Verlauf 610) liegt in einem stabilen Bereich zwischen der Pump- und der Stopfgrenze, bis bei t1 die Motorlast abnimmt und die Motordruckdifferenz unter den Mindestschwellenwert 612 zum Antreiben der HD-AGR-Strömung fällt. Die Motorlast nimmt infolge einer von einem Fahrzeugführer befohlenen Verlangsamung des Fahrzeugs oder eines geringen Bedarfs an Motordrehmoment, wie z. B. wenn das Fahrzeug bergab fährt, ab. Gleichzeitig verringert sich die Menge von Abgas, die an den Motorzylindern erzeugt wird, was eine Abnahme des Abgaskrümmerdrucks zur Folge hat, während das Verdichterdruckverhältnis in dem stabilen Bereich bleibt.
  • Bei t1 wird der WRAC in die zweite Position eingestellt, um den Verdichterwirkungsgrad zu verringern. Zwischen t1 und t2 führt die Einstellung des WRAC in die zweite Position zu einer Erhöhung der Motordruckdifferenz, sodass es möglich ist, dass die Druckdifferenz schließlich über den Mindestschwellenwert 612 für die HD-AGR-Strömung steigt und eine Wiederaufnahme der HD-AGR-Strömung gestattet. Die Bedingungen werden beibehalten, bis bei t2 die Motorlast schnell abnimmt, wie z. B. in Reaktion auf ein Loslassen des Pedals durch den Fahrzeugführer, und das Verdichterdruckverhältnis ansteigt, sodass es sich der Pumpgrenze nähert.
  • Bei t2 nimmt, während der Verdichterbetrieb die Pumpgrenze erreicht, die Motordruckdifferenz ab, sodass sie unter den Mindestschwellenwert 612 für die AGR-Strömung aufgrund einer Verringerung des Abgasdrucks in dem Abgaskrümmer fällt. Das AGR-Ventil wird geschlossen und der WRAC wird in die erste Position eingestellt, um den Verdichterwirkungsgrad zu erhöhen und um einen Pumpgrenzabstand zu erhöhen. Zwischen t2 und t3 nimmt das Verdichterdruckverhältnis nach und nach ab, bis der Pumpgrenzabstand bei t3 über einen Schwellenwert zur Pumpgrenze 614 hinaus ansteigt. Der Schwellenwert kann z. B. bei 5-10 % eines maximalen Druckverhältnisses des WRAC liegen.
  • Bei t3 steigt, während der Pumpgrenzabstand des Verdichters erweitert wird und das Verdichterdruckverhältnis in einen stabilen Bereich zurückkehrt, die Motordruckdifferenz über den Mindestschwellenwert 612, während sich die Motorlast leicht erhöht. Das AGR-Ventil wird geöffnet, sodass die HD-AGR-Strömung wiederaufgenommen wird, und der WRAC wird in der ersten Position gehalten. Die Motorlast steigt zwischen t3 und t4 schnell an, z. B in Reaktion auf eine Pedalbetätigung durch den Fahrzeugführer, während das Verdichterdruckverhältnis schnell abnimmt. Die Motordruckdifferenz nimmt ebenfalls ab, sodass sie unter den Mindestschwellenwert 612 für die HD-AGR-Strömung bei t4 fällt.
  • Bei t4 nimmt der Stopfgrenzabstand des WRAC ab, sodass sich das Verdichterdruckverhältnis auf die Stopfgrenze 616 verringert. Das AGR-Ventil wird geschlossen und der WRAC wird in die zweite Position eingestellt. Durch Einstellen des WRAC in die zweite Position erhöht sich das WRAC-Druckverhältnis allmählich, obwohl die Motorlast für einen Zeitraum zwischen t4 und t5 weiter steigt. Zwischen t4 und t5 nimmt das Verdichterdruckverhältnis zu, bis der Stopfgrenzabstand bei t5 über einen Schwellenwert zur Stopfgrenze ansteigt. Der Schwellenwert kann z. B. bei 5-10 % eines maximalen Druckverhältnisses des WRAC liegen.
  • Die Motordruckdifferenz erhöht sich ebenfalls, sodass sie den Mindestschwellenwert für die HD-AGR-Strömung bei t5 überschreitet, während die Motorlast abnimmt. Das AGR-Ventil wird bei t5 geöffnet, während der WRAC in der zweiten Position gehalten wird, um die HD-AGR-Strömung zu fördern, während der WRAC in einem stabilen Bereich zwischen der Pump- und Stopfgrenze betrieben wird.
  • Auf diese Weise kann die AGR-Strömung bei geringen Motordrehzahlen und/oder geringen Lasten durch Auslegen eines Motorsystems mit einem Turbolader, der einen aktiven Weitbereichsverdichter (WRAC) umfasst, aufrechterhalten oder erhöht werden. Der WRAC kann mit einer aktiven Gehäusestrukturierung konfiguriert sein, die einen Pumpschlitz, einen Stopfschlitz, einen Rückführungskanal und einen Rückführungsschlitz beinhaltet. Durch Einstellen der aktiven Gehäusestrukturierung, sodass der Stopfschlitz geöffnet wird, wenn eine Druckdifferenz zwischen einem Abgaskrümmer und einem Ansaugkrümmer des Motors nicht hoch genug ist, um eine ausreichende AGR-Strömung auszulösen, wird der Verdichterwirkungsgrad verringert und kann sich Druck vorgelagert zu einer Turbine durch Schließen der VGT-Schaufeln aufbauen. Der Druckaufbau in einem Abgaskanal vorgelagert zu der Turbine tritt auch in einem AGR-Kanal auf, der an den Abgaskanal gekoppelt ist, und die erhöhte Druckdifferenz zwischen dem Abgaskrümmer und dem Ansaugkrümmer löst eine Strömung von Abgas zum Motoreinlass aus.
  • Das Einstellen der aktiven Gehäusestrukturierung, sodass der Stopfschlitz unter Bedingungen geöffnet ist, bei denen der Stopfschlitz ansonsten geschlossen wäre (z. B. bei Bedingungen mit mittlerer bis geringer Last), um die AGR anzutreiben, kann nur durchgeführt werden, wenn die Druckdifferenz zwischen dem Abgassystem (z. B. den Abgaskanal vorgelagert zur Turbine) und dem Ansaugsystem (z. B. dem Ansaugkrümmer) kleiner als ein Schwellenwert zum Zuführen von ausreichend AGR ist und wenn der Verdichter außerhalb von Pumpbedingungen (z. B. rechts von einer Pumplinie in einer Verdichterkennlinie) betrieben wird. So kann während einer ersten Betriebsbedingung, bei welcher der Motor mit einer Motorlast in einem ersten Lastbereich (wie z. B. zwischen 30 % und 75 % der maximalen Nennlast) betrieben wird und die Druckdifferenz zwischen dem Abgassystem und dem Ansaugsystem größer als eine Schwellendifferenz ist, der Stopfschlitz geschlossen gehalten werden, um den Verdichterwirkungsgrad aufrechtzuerhalten. Während einer zweiten Betriebsbedingungen, bei welcher der Motor mit einer Motorlast in dem ersten Lastbereich betrieben wird und die Druckdifferenz zwischen dem Abgassystem und dem Ansaugsystem nicht größer als die Schwellendifferenz ist, kann der Stopfschlitz geöffnet werden, um den Verdichterwirkungsgrad zu verringern und es zu ermöglichen, dass die VGT-Schaufeln geöffnet werden, wodurch sich der Abgasdruck erhöht und die AGR angetrieben wird. Die Motorlast kann während der ersten Betriebsbedingung und der zweiten Betriebsbedingung zumindest in einigen Beispielen im Wesentlichen ähnlich sein, während sich ein oder mehrere andere Betriebsparameter zwischen der ersten Betriebsbedingung und der zweiten Betriebsbedingung unterscheiden können. Zu derartigen sich unterscheidenden Betriebsparametern können Nockenwellenansteuerung, Niederdruck-AGR-Strömungsrate, befohlener Ladedruck, Verdichtermassenstrom und Partikelfilterlast gehören. Beispielsweise kann die erste Betriebsbedingung Betreiben des Motors mit einem Verdichtermassenstrom unter einem Schwellenmassenstrom beinhalten und kann die zweite Betriebsbedingung Betreiben des Motors mit einem Verdichtermassenstrom über dem Schwellenmassenstrom beinhalten. Auf diese Weise kann während Bedingungen mit geringer Verdichterströmung, unter denen der Verdichter für Pumpen anfällig ist, der Pumpschlitz geöffnet werden, während bei Bedingungen mit höherer Verdichterströmung, unter denen der Verdichter nicht für Pumpen anfällig ist, und wenn die Motordruckdifferenz relativ gering ist (z. B. zu gering, um die AGR ausreichend anzutreiben), der Pumpschlitz gesperrt und der Stopfschlitz geöffnet werden kann. Sobald sich die Motordruckdifferenz auf einen Wert erhöht, bei dem die AGR ausreichend angetrieben werden kann, kann der Pumpschlitz geöffnet und der Stopfschlitz gesperrt werden, um den Verdichterwirkungsgrad zu erhöhen, zumindest bis sich die Motordrehzahl und/oder -last soweit erhöhen, dass ein Stopfen des Turbolasers eintreten kann, woraufhin der Stopfschlitz geöffnet werden kann.
  • In einem anderen Beispiel kann die erste Betriebsbedingung Betreiben des Motors mit einer Rußbelastung des Partikelfilters über einer Schwellenrußbelastung beinhalten und kann die zweite Betriebsbedingung Betreiben des Motors mit einer Rußbelastung des Partikelfilters unter der Schwellenrußbelastung beinhalten. Wenn ein Partikelfilter eine relativ hohe Rußbelastung aufweist (z. B. über der Schwellenrußbelastung), kann sich der Abgasdruck im Verhältnis dazu erhöhen, wenn das Partikelfilter eine relativ geringe Rußbelastung aufweist. Der erhöhte Abgasdruck bei Bedingungen mit hoher Rußbelastung kann dazu beitragen, die AGR anzutreiben, sodass es sein kann, dass eine Einstellung der aktiven Gehäusestrukturierung zum Öffnen des Stopfschlitzes, um die AGR anzutreiben, nicht durchgeführt wird. Wenn das Partikelfilter dann regeneriert wird, kann der Abgasdruck derart sinken, dass keine ausreichende Druckdifferenz zum Antreiben der AGR vorhanden ist. Infolgedessen kann die aktive Gehäusestrukturierung eingestellt werden, um den Stopfschlitz zu öffnen, selbst wenn die Motorlast nicht hoch genug ist, um zu verlassen, dass der Stopfschlitz geöffnet wird, um ein Stopfen des Turboladers zu vermeiden.
  • In einer anderen Ausführungsform des WRAC kann eine variable Einlassvorrichtung in einer Einlassleitung des WRAC angeordnet sein. Die variable Einlassvorrichtung kann in eine offene Position bei geringen Motordrehzahlen und geringem Massenstrom in den Verdichter eingestellt werden, um den Strömungsquerschnitt in den Verdichter zu erhöhen. Infolgedessen verringert sich der Verdichterwirkungsgrad, sodass es möglich ist, den Druck vorgelagert zur Turbine zu erhöhen, und sich die Druckdifferenz zwischen dem Abgaskrümmer und dem Ansaugkrümmer verstärkt, sodass die AGR-Strömung nicht gestört wird. Die technische Wirkung des Verringerns des Verdichterwirkungsgrads bei geringen Motordrehzahlen besteht darin, dass NOx-Emissionen reduziert werden.
  • Die 1-3B zeigen beispielhafte Konfigurationen mit einer relativen Positionierung der verschiedenen Komponenten. Wenn derartige Elemente so gezeigt sind, dass sie einander direkt berühren oder direkt miteinander gekoppelt sind, können diese zumindest in einem Beispiel als sich direkt berührend oder direkt gekoppelt bezeichnet werden. Gleichermaßen können Elemente, die aneinander anliegend oder zueinander benachbart gezeigt sind, zumindest in einem Beispiel aneinander anliegend oder zueinander benachbart sein. Als ein Beispiel können Komponenten, die sich Flächen miteinander teilen, als in Flächenteilungskontakt stehend bezeichnet werden. Als ein weiteres Beispiel können Elemente, die voneinander getrennt positioniert sind, wobei sich nur ein Abstand dazwischen befindet und keine anderen Komponenten, in zumindest einem Beispiel als solche bezeichnet werden. Als noch ein weiteres Beispiel können Elemente, die über-/untereinander, an gegenüberliegenden Seiten voneinander oder links/rechts voneinander gezeigt sind, bezogen aufeinander als solche bezeichnet werden. Ferner kann, wie in den Figuren gezeigt, in zumindest einem Beispiel ein oberstes Element oder ein oberster Punkt eines Elements als eine „Oberseite“ der Komponente bezeichnet werden und kann ein unterstes Element oder ein unterster Punkt des Elements als eine „Unterseite“ der Komponente bezeichnet werden. Im vorliegenden Zusammenhang können sich Oberseite/Unterseite, obere(r/s)/untere(r/s), über/unter auf eine vertikale Achse der Figuren beziehen und dazu verwendet werden, die Positionen von Elementen der Figuren in Bezug aufeinander zu beschreiben. Demnach sind Elemente, die über anderen Elementen gezeigt sind, in einem Beispiel vertikal über den anderen Elementen positioniert. Als noch ein weiteres Beispiel können Formen der Elemente, die in den Figuren abgebildet sind, als diese Formen aufweisend bezeichnet werden (wie z. B. als rund, gerade, eben, gekrümmt, abgerundet, abgeschrägt, abgewinkelt oder dergleichen). Ferner können Elemente, die so gezeigt sind, dass sie einander schneiden, in zumindest einem Beispiel als sich schneidende Elemente oder einander schneidend bezeichnet werden. Darüber hinaus kann ein Element, das innerhalb eines anderen Elements oder außerhalb eines anderen Elements gezeigt ist, in einem Beispiel als solches bezeichnet werden.
  • In einem Beispiel beinhaltet ein Verfahren Verringern des Verdichterwirkungsgrads und Erhöhen einer Druckdifferenz zwischen einem Abgassystem vorgelagert zu einer Turbine und einem Ansaugsystem nachgelagert zu einem Verdichter und, in Reaktion auf das Erhöhen der Druckdifferenz, Öffnen eines Ventils einer Abgasrückführung (AGR), um Abgas vom Abgassystem zum Ansaugsystem zu leiten. In einem ersten Beispiel des Verfahrens handelt es sich bei der Turbine um eine Turbine mit variabler Geometrie, und wobei das Erhöhen der Druckdifferenz Schließen einer oder mehrerer Schaufeln der Turbine mit variabler Geometrie in Reaktion auf das Verringern des Verdichterwirkungsgrads umfasst. Ein zweites Beispiel des Verfahrens beinhaltet gegebenenfalls das erste Beispiel und beinhaltet ferner: wobei das Verringern des Verdichterwirkungsgrads Einstellen einer aktiven Gehäusestrukturierung des Verdichters umfasst, um einen Stopfschlitz der aktiven Gehäusestrukturierung zu öffnen, wodurch Ansaugluft zu einem Flügelrad des Verdichters über einen Ansaugkanal des Verdichters und über den Stopfschlitz strömt. Ein drittes Beispiel des Verfahrens beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere des ersten und zweiten Beispiels und beinhaltet ferner: wobei das Verringern des Verdichterwirkungsgrads und Erhöhen der Druckdifferenz Verringern des Verdichterwirkungsgrads und Erhöhen der Druckdifferenz in Reaktion darauf umfasst, dass die Druckdifferenz kleiner als eine Schwellendifferenz ist. Ein viertes Beispiel des Verfahrens beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels und beinhaltet ferner in Reaktion darauf, dass die Druckdifferenz größer gleich der Schwellendifferenz ist, Erhöhen oder Aufrechterhalten des Verdichterwirkungsgrads durch Einstellen der aktiven Gehäusestrukturierung, um den Stopfschlitz zu sperren. Ein fünftes Beispiel des Verfahrens beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere des ersten bis vierten Beispiels und beinhaltet ferner: wobei das Verringern des Verdichterwirkungsgrads Öffnen einer variablen Einlassvorrichtung umfasst, die in einer Einlassleitung des Verdichters positioniert ist. Ein sechstes Beispiel des Verfahrens beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere des ersten bis fünfte Beispiels und beinhaltet ferner: wobei das Verringern des Verdichterwirkungsgrads und Erhöhen der Druckdifferenz Verringern des Verdichterwirkungsgrads und Erhöhen der Druckdifferenz in Reaktion darauf umfasst, dass die Druckdifferenz kleiner als eine Schwellendifferenz ist. Ein siebtes Beispiel des Verfahrens beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere des ersten bis sechsten Beispiels und beinhaltet ferner: ferner umfassend in Reaktion darauf, dass die Druckdifferenz größer gleich der Schwellendifferenz ist, Erhöhen oder Aufrechterhalten des Verdichterwirkungsgrads durch Schließen der variablen Einlassvorrichtung.
  • In einem Beispiel beinhaltet ein System einen Turbolader, der eine Turbine mit variabler Geometrie beinhaltet, die an einen aktiven Weitbereichsverdichter gekoppelt ist, ein Hochdruck-Abgasrückführungs(HD-AGR)-System, umfassend einen AGR-Kanal, der vorgelagert zu der Turbine mit variabler Geometrie und nachgelagert zu dem aktiven Weitbereichsverdichter und einer Position eines AGR-Ventils in dem AGR-Kanal gekoppelt ist, und eine Steuerung, die nichtflüchtige Anweisungen speichert, die ausführbar sind, um in Reaktion darauf, dass eine Druckdifferenz am AGR-Ventil kleiner als eine Schwellendifferenz ist, den aktiven Weitbereichsverdichter so einzustellen, dass der Verdichterwirkungsgrad verringert wird, und nach Verringern des Verdichterwirkungsgrads eine oder mehrere Schaufeln der Turbine mit variabler Geometrie zu schließen. In einem ersten Beispiel des Systems sind die Anweisungen ausführbar, um das AGR-Ventil in Reaktion darauf zu öffnen, dass die Druckdifferenz am AGR-Ventil größer gleich der Schwellendifferenz ist. Ein zweites Beispiel des Systems beinhaltet gegebenenfalls das erste Beispiel und beinhaltet ferner: wobei der aktive Weitbereichsverdichter ein Flügelrad und eine aktive Gehäusestrukturierung, die das Flügelrad zumindest teilweise umgibt, umfasst, wobei die aktive Gehäusestrukturierung einen Stopfschlitz beinhaltet, und wobei die Anweisungen zum Einstellen des aktiven Weitbereichsverdichters Anweisungen zum Einstellen der aktiven Gehäusestrukturierung, um den Stopfschlitz zu öffnen, beinhalten. Ein drittes Beispiel des Systems beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere des ersten und zweiten Beispiels und beinhaltet ferner: wobei der aktive Weitbereichsverdichter ein Flügelrad, das mit einer Einlassleitung fluidgekoppelt ist, und eine variable Einlassvorrichtung, die in der Einlassleitung positioniert ist, umfasst und wobei die Anweisungen zum Einstellen des aktiven Weitbereichsverdichters Anweisungen zum Öffnen der variablen Einlassvorrichtung beinhalten.
  • In einem anderen Beispiel beinhaltet ein Verfahren in Reaktion auf einen Betrieb eines aktiven Weitbereichsverdichters (WRAC) innerhalb eines Pumpbereichs Einstellen des WRAC in eine erste Position, um Verdichterpumpen zu vermindern, in Reaktion auf einen Motorbetrieb bei einer Motordruckdifferenz, die kleiner als ein Schwellenwert ist, und einen Betrieb des WRAC außerhalb des Pumpbereichs, Einstellen des WRAC in eine zweite Position, um den Verdichterwirkungsgrad zu verringern und die Motordruckdifferenz zu erhöhen, um eine AGR strömen zu lassen, und in Reaktion darauf, dass die Motordruckdifferenz über den Schwellenwert ansteigt, Einstellen des WRAC in die erste Position, um den Verdichterwirkungsgrad während eines Verdichterbetriebs außerhalb des Pumpbereichs zu erhöhen. In einem Beispiel kann das Verfahren Bestimmen eines WRAC-Betriebs innerhalb des Pumpbereichs und in Reaktion darauf Einstellen des WRAC in die erste Position; und Bestimmen, ob die Motordruckdifferenz kleiner als der Schwellenwert ist oder darüber liegt, und in Reaktion darauf Einstellen der Position des WRAC in die zweite oder erste Position beinhalten. In einigen Beispielen findet das Einstellen des WRAC in die erste Position, um Pumpen zu vermindern, während oder beim Bestimmen, ob die Motordruckdifferenz kleiner als der Schwellenwert ist oder darüber liegt, statt und findet das Einstellen der Position des WRAC statt, während der WRAC nicht innerhalb eines Pumpbereichs betrieben wird, und/oder während oder bei einem Vergleich der Motordruckdifferenz mit dem Schwellenwert. In einigen Beispielen kann das Verfahren Bestimmen, ob eines oder mehrere von jedem von Einstellen des WRAC in die erste oder zweite Position auf Grundlage einer Bestimmung dessen, ob der WRAC innerhalb eines Pumpbereichs betrieben wird, und einem Bestimmen, ob die Motordruckdifferenz kleiner als der Schwellenwert ist oder darüber liegt, durchzuführen ist, beinhalten. In einem ersten Beispiel des Verfahrens umfasst das Einstellen des WRAC in die erste Position, um Verdichterpumpen zu vermindern, Einstellen einer aktiven Gehäusestrukturierung des WRAC, um einen Pumpschlitz der aktiven Gehäusestruktutierung zu öffnen, wodurch ein Druckverhältnis des WRAC abnimmt. Ein zweites Beispiel des Verfahrens beinhaltet gegebenenfalls das erste Beispiel und beinhaltet ferner: wobei das Einstellen des WRAC in die zweite Position, um den Verdichterwirkungsgrad zu verringern, Einstellen der aktiven Gehäusestrukturierung umfasst, um einen Stopfschlitz zu öffnen und den Pumpschlitz zu sperren. Ein drittes Beispiel des Verfahrens beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere des ersten und zweiten Beispiels und beinhaltet ferner: wobei das Einstellen des WRAC in die erste Position, um den Verdichterwirkungsgrad zu erhöhen, Einstellen der aktiven Gehäusestrukturierung umfasst, um den Pumpschlitz zu öffnen und den Stopfschlitz zu sperren. Ein viertes Beispiel des Verfahrens beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels und beinhaltet ferner: wobei das Einstellen des WRAC in die erste Position, um Verdichterpumpen zu vermindern, Einstellen einer variablen Einlassvorrichtung des WRAC in eine geschlossene Position umfasst, wodurch ein Strömungsquerschnitt eines Verdichtereinlasses des WRAC abnimmt. Ein fünftes Beispiel des Verfahrens beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere des ersten bis vierten Beispiels und beinhaltet ferner: wobei das Einstellen des WRAC in die zweite Position, um den Verdichterwirkungsgrad zu verringern, Einstellen der variablen Einlassvorrichtung in eine geöffnete Position umfasst, um den Strömungsquerschnitt des Verdichtereinlasses zu erhöhen. Ein sechstes Beispiel des Verfahrens beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere des ersten bis fünften Beispiels und beinhaltet ferner: ferner umfassend Schließen einer oder mehrerer Schaufeln einer Turbine mit variabler Geometrie, die an den WRAC gekoppelt ist, nach Einstellen des WRAC in die zweite Position, um die Motordruckdifferenz zu erhöhen. Ein siebtes Beispiel des Verfahrens beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere des ersten bis sechsten Beispiels und beinhaltet ferner: wobei das Einstellen des aktiven Weitbereichsverdichters in die erste Position in Reaktion auf einen Betrieb innerhalb des Pumpbereichs Einstellen des aktiven Weitbereichsverdichters in die erste Position in Reaktion auf einen Betrieb innerhalb des Pumpbereichs unabhängig von der Motordruckdifferenz umfasst.
  • In einer anderen Darstellung beinhaltet ein Verfahren Einstellen eines aktiven Weitbereichsverdichters in eine erste Position in Reaktion auf einen Verdichterbetrieb innerhalb eines Pumpbereichs, um Verdichterpumpen zu vermindern, und Einstellen des aktiven Weitbereichsverdichters in eine zweite Position in Reaktion darauf, dass eine Motordruckdifferenz kleiner als eine Schwellendifferenz ist, um eine Abgasrückführung anzutreiben.
  • Es ist anzumerken, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sein und können durch das Steuersystem, das die Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und sonstiger Motorhardware beinhaltet, ausgeführt werden. Die hier beschriebenen konkreten Routinen können eine oder mehrere 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. Ebenso ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwingend erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele zu erreichen, sondern wird vielmehr zur einfacheren 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 einen 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 Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinn aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die vorstehende Technik auf V-6-, 1-4-, 1-6-, V-12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motorarten angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und sonstige hierin offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
  • Die folgenden Ansprüche legen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen dar, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente einschließen, wobei sie zwei oder mehr derartiger Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Einreichung neuer Ansprüche im Rahmen dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Ansprüche werden unabhängig davon, ob sie im Vergleich zu den ursprünglichen Ansprüchen einen weiteren, engeren, gleichen oder anderen Umfang aufweisen, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren Verringern des Verdichterwirkungsgrads und Erhöhen einer Druckdifferenz zwischen einem Abgassystem vorgelagert zu einer Turbine und einem Ansaugsystem nachgelagert zu einem Verdichter und, in Reaktion auf das Erhöhen der Druckdifferenz, Öffnen eines Ventils einer Abgasrückführung (AGR), um Abgas vom Abgassystem zum Ansaugsystem zu leiten.
  • Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei der Turbine um eine Turbine mit variabler Geometrie, und wobei das Erhöhen der Druckdifferenz Schließen einer oder mehrerer Schaufeln der Turbine mit variabler Geometrie in Reaktion auf das Verringern des Verdichterwirkungsgrads umfasst.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verringern des Verdichterwirkungsgrads Einstellen einer aktiven Gehäusestrukturierung des Verdichters, um einen Stopfschlitz der aktiven Gehäusestrukturierung zu öffnen, wodurch Ansaugluft zu einem Flügelrad des Verdichters über einen Ansaugkanal des Verdichters und über den Stopfschlitz strömt.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verringern des Verdichterwirkungsgrads und Erhöhen der Druckdifferenz Verringern des Verdichterwirkungsgrads und Erhöhen der Druckdifferenz in Reaktion darauf, dass die Druckdifferenz kleiner als eine Schwellendifferenz ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform in Reaktion darauf, dass die Druckdifferenz größer gleich der Schwellendifferenz ist, Erhöhen oder Aufrechterhalten des Verdichterwirkungsgrads durch Einstellen der aktiven Gehäusestrukturierung, um den Stopfschlitz zu sperren.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verringern des Verdichterwirkungsgrads Öffnen einer variablen Einlassvorrichtung, die in einer Einlassleitung des Verdichters positioniert ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Verringern des Verdichterwirkungsgrads und Erhöhen der Druckdifferenz Verringern des Verdichterwirkungsgrads und Erhöhen der Druckdifferenz in Reaktion darauf, dass die Druckdifferenz kleiner als eine Schwellendifferenz ist, umfasst.
  • Gemäß einer Ausführungsform in Reaktion darauf, dass die Druckdifferenz größer gleich der Schwellendifferenz ist, Erhöhen oder Aufrechterhalten des Verdichterwirkungsgrads durch Schließen der variablen Einlassvorrichtung.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein System bereitgestellt, das einen Turbolader, der eine Turbine mit variabler Geometrie beinhaltet, die an einen aktiven Weitbereichsverdichter gekoppelt ist; ein Hochdruck-Abgasrückführungs(HD-AGR)-System, umfassend einen AGR-Kanal, der vorgelagert zu der Turbine mit variabler Geometrie und nachgelagert zu dem aktiven Weitbereichsverdichter und einer Position des AGR-Ventils in dem AGR-Kanal gekoppelt ist; und eine Steuerung, die nichtflüchtige Anweisungen speichert, die ausführbar sind, zum: in Reaktion darauf, dass eine Druckdifferenz am AGR-Ventil kleiner als eine Schwellendifferenz ist, Einstellen des aktiven Weitbereichsverdichters derart, dass der Verdichterwirkungsgrad verringert wird; und nach Verringern des Verdichterwirkungsgrads Schließen einer oder mehrerer Schaufeln der Turbine mit variabler Geometrie aufweist.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind die Anweisungen ausführbar, um das AGR-Ventil in Reaktion darauf zu öffnen, dass die Druckdifferenz am AGR-Ventil größer gleich der Schwellendifferenz ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst der aktive Weitbereichsverdichter ein Flügelrad und eine aktive Gehäusestrukturierung, die das Flügelrad zumindest teilweise umgibt, wobei die aktive Gehäusestrukturierung einen Stopfschlitz beinhaltet, und wobei die Anweisungen zum Einstellen des aktiven Weitbereichsverdichters Anweisungen zum Einstellen der aktiven Gehäusestrukturierung, um den Stopfschlitz zu öffnen, beinhalten.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst der aktive Weitbereichsverdichter ein Flügelrad, das mit einer Einlassleitung fluidgekoppelt ist, und eine variable Einlassvorrichtung, die in der Einlassleitung positioniert ist, und wobei die Anweisungen zum Einstellen des aktiven Weitbereichsverdichters Anweisungen zum Öffnen der variablen Einlassvorrichtung beinhalten.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren in Reaktion auf einen Betrieb eines aktiven Weitbereichsverdichters (WRAC) innerhalb eines Pumpbereichs Einstellen des WRAC in eine erste Position, um Verdichterpumpen zu vermindern; in Reaktion auf einen Motorbetrieb bei einer Motordruckdifferenz, die kleiner als ein Schwellenwert ist, und einen Betrieb des WRAC außerhalb des Pumpbereichs, Einstellen des WRAC in eine zweite Position, um den Verdichterwirkungsgrad zu verringern und die Motordruckdifferenz zu erhöhen, um eine AGR strömen zu lassen, und in Reaktion darauf, dass die Motordruckdifferenz über den Schwellenwert ansteigt, Einstellen des WRAC in die erste Position, um den Verdichterwirkungsgrad während eines Verdichterbetriebs außerhalb des Pumpbereichs zu erhöhen.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellen des WRAC in die erste Position, um Verdichterpumpen zu vermindern, Einstellen einer aktiven Gehäusestrukturierung des WRAC umfasst, um einen Pumpschlitz der aktiven Gehäusestruktutierung zu öffnen, wodurch ein Druckverhältnis des WRAC abnimmt.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellen des WRAC in die zweite Position, um den Verdichterwirkungsgrad zu verringern, Einstellen der aktiven Gehäusestrukturierung umfasst, um einen Stopfschlitz zu öffnen und den Pumpschlitz zu sperren.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellen des WRAC in die erste Position, um den Verdichterwirkungsgrad zu erhöhen, Einstellen der aktiven Gehäusestrukturierung umfasst, um den Pumpschlitz zu öffnen und den Stopfschlitz zu sperren.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellen des WRAC in die erste Position, um Verdichterpumpen zu vermindern, Einstellen einer variablen Einlassvorrichtung des WRAC in eine geschlossene Position umfasst, wodurch ein Strömungsquerschnitt eines Verdichtereinlasses des WRAC abnimmt.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellen des WRAC in die zweite Position, um den Verdichterwirkungsgrad zu verringern, Einstellen der variablen Einlassvorrichtung in eine geöffnete Position umfasst, um den Strömungsquerschnitt des Verdichtereinlasses zu erhöhen.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner gekennzeichnet durch Schließen einer oder mehrerer Schaufeln einer Turbine mit variabler Geometrie, die an den WRAC gekoppelt ist, nach Einstellen des WRAC in die zweite Position, um die Motordruckdifferenz zu erhöhen.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellen des aktiven Weitbereichsverdichters in die erste Position in Reaktion auf einen Betrieb innerhalb des Pumpbereichs Einstellen des aktiven Weitbereichsverdichters in die erste Position in Reaktion auf einen Betrieb innerhalb des Pumpbereichs unabhängig von der Motordruckdifferenz umfasst.
  • 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 6460522 [0006]

Claims (15)

  1. Verfahren, umfassend: Verringern des Verdichterwirkungsgrads und Erhöhen einer Druckdifferenz zwischen einem Abgassystem vorgelagert zu einer Turbine und einem Ansaugsystem nachgelagert zu einem Verdichter, und in Reaktion auf das Erhöhen der Druckdifferenz, Öffnen eines Ventils einer Abgasrückführung (AGR), um Abgas vom Abgassystem zum Ansaugsystem zu leiten.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Turbine um eine Turbine mit variabler Geometrie handelt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erhöhen der Druckdifferenz Schließen einer oder mehrerer Schaufeln der Turbine mit variabler Geometrie in Reaktion auf das Verringern des Verdichterwirkungsgrads umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verringern des Verdichterwirkungsgrads Einstellen einer aktiven Gehäusestrukturierung des Verdichters umfasst, um einen Stopfschlitz der aktiven Gehäusestrukturierung zu öffnen, wodurch Ansaugluft zu einem Flügelrad des Verdichters über einen Ansaugkanal des Verdichters und über den Stopfschlitz strömt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Verringern des Verdichterwirkungsgrads und Erhöhen der Druckdifferenz Verringern des Verdichterwirkungsgrads und Erhöhen der Druckdifferenz in Reaktion darauf umfasst, dass die Druckdifferenz kleiner als eine Schwellendifferenz ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend in Reaktion darauf, dass die Druckdifferenz größer gleich der Schwellendifferenz ist, Erhöhen oder Aufrechterhalten des Verdichterwirkungsgrads durch Einstellen der aktiven Gehäusestrukturierung, um den Stopfschlitz zu sperren.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verringern des Verdichterwirkungsgrads Öffnen einer variablen Einlassvorrichtung umfasst, die in einer Einlassleitung des Verdichters positioniert ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Verringern des Verdichterwirkungsgrads und Erhöhen der Druckdifferenz Verringern des Verdichterwirkungsgrads und Erhöhen der Druckdifferenz in Reaktion darauf umfasst, dass die Druckdifferenz kleiner als eine Schwellendifferenz ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend in Reaktion darauf, dass die Druckdifferenz größer gleich der Schwellendifferenz ist, Erhöhen oder Aufrechterhalten des Verdichterwirkungsgrads durch Schließen der variablen Einlassvorrichtung.
  10. System, umfassend: einen Turbolader, der eine Turbine mit variabler Geomterie beinhaltet, die an einen aktiven Weitbereichsverdichter gekoppelt ist; ein Hochdruck-Abgasrückführungs(HD-AGR)-System, umfassend einen AGR-Kanal, der vorgelagert zu der Turbine mit variabler Geometrie und nachgelagert zu dem aktiven Weitbereichsverdichter und einer Position des AGR-Ventils in dem AGR-Kanal gekoppelt ist; und eine Steuerung, die nichtflüchtige Anweisungen speichert, die ausführbar sind zum: in Reaktion darauf, dass eine Druckdifferenz an dem AGR-Ventil kleiner als eine Schwellendifferenz ist, Einstellen des aktiven Weitbereichsverdichters, um den Verdichterwirkungsgrad zu verringern; und nach Verringern des Verdichterwirkungsgrads Schließen einer oder mehrerer Schaufeln der Turbine mit variabler Geometrie.
  11. System nach Anspruch 10, wobei die Anweisungen ausführbar sind, um das AGR-Ventil in Reaktion darauf zu öffnen, dass die Druckdifferenz am AGR-Ventil größer gleich der Schwellendifferenz ist.
  12. System nach Anspruch 10, wobei der aktive Weitbereichsverdichter ein Flügelrad und eine aktive Gehäusestrukturierung, die das Flügelrad zumindest teilweise umgibt, umfasst, wobei die aktive Gehäusestrukturierung einen Stopfschlitz beinhaltet.
  13. System nach Anspruch 10, wobei die Anweisungen zum Einstellen des aktiven Weitbereichsverdichters Anweisungen zum Einstellen der aktiven Gehäusestrukturierung, um den Stopfschlitz zu öffnen, beinhalten.
  14. System nach Anspruch 10, wobei der aktive Weitbereichsverdichter ein Flügelrad, das mit einer Einlassleitung fluidgekoppelt ist, und eine variable Einlassvorrichtung, die in der Einlassleitung positioniert ist, umfasst.
  15. System nach Anspruch 10, wobei die Anweisungen zum Einstellen des aktiven Weitbereichsverdichters Anweisungen zum Öffnen der variablen Einlassvorrichtung beinhalten.
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