DE102020115063A1

DE102020115063A1 - Verfahren und systeme zum schätzen einer strömung von gasen in einem spülabgasrückführungssystem eines motorsystems mit geteiltem auslass

Info

Publication number: DE102020115063A1
Application number: DE102020115063.6A
Authority: DE
Inventors: Mohannad Hakeem; Timothy Clark; Daniel Madison; Gopichandra Surnilla; Ashley Wiese; Joseph Norman Ulrey
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2019-06-07
Filing date: 2020-06-05
Publication date: 2020-12-10
Also published as: US20200386141A1; US10900405B2; CN112049731A

Abstract

Diese Offenbarung stellt Verfahren und Systeme zum Schätzen einer Strömung von Gasen in einem Spülabgasrückführungssystem eines Motorsystems mit geteiltem Auslass bereit. Es sind Verfahren und Systeme zum Einstellen des Betriebs eines Motorsystems mit geteiltem Auslass auf Grundlage einer Gesamtströmung von Gasen durch ein Spülabgasrückführungssystem des Motorsystems mit geteiltem Auslass bereitgestellt. In einem Beispiel kann ein Verfahren Folgendes beinhalten: Einstellen des Motorbetriebs als Reaktion auf eine Strömung von Gasen zu einem Ansaugkanal stromaufwärts eines Verdichters aus einem Spülkrümmer, der an Spülauslassventile gekoppelt ist, wobei die Strömung von Gasen auf Grundlage einer Ventilöffnungsüberschneidung zwischen den Spülauslassventilen und Einlassventilen eines Motors bestimmt wird, wobei die Spülauslassventile zu einem anderen Zeitpunkt geöffnet werden als Abblasauslassventile, die an einen an eine Turbine gekoppelten Abblaskrümmer gekoppelt sind.

Description

GEBIET
Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme für einen Motor, der ein geteiltes Abgassystem aufweist.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Motoren können Aufladevorrichtungen wie etwa Turbolader verwenden, um die Motorleistungsdichte zu erhöhen. Allerdings kann aufgrund erhöhter Verbrennungstemperaturen Motorklopfen auftreten. Klopfen ist besonders unter aufgeladenen Bedingungen aufgrund hoher Ladetemperaturen problematisch. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass ein geteiltes Abgassystem, in dem ein erster Abgaskrümmer Abgas zu einer Turbine des Turboladers in einem Auslass des Motors leitet und ein zweiter Abgaskrümmer Abgasrückführung (AGR) zu einem Einlass des Motors stromaufwärts eines Verdichters des Turboladers leitet, Motorklopfen verringern und den Motorwirkungsgrad erhöhen kann. In einem derartigen Motorsystem kann jeder Zylinder zwei Einlassventile und zwei Auslassventile beinhalten, wobei ein erster Satz von Zylinderauslassventilen (z. B. Abblasauslassventilen) über einen ersten Satz von Abgasöffnungen ausschließlich an den ersten Abgaskrümmer gekoppelt ist und ein zweiter Satz von Zylinderauslassventilen (z. B. Spülauslassventilen) über einen zweiten Satz von Abgasöffnungen ausschließlich an den zweiten Abgaskrümmer gekoppelt ist. Der erste Satz von Zylinderauslassventilen kann zu einer anderen Steuerzeit betrieben werden als der zweite Satz von Zylinderauslassventilen, wodurch ein Abblasteil und ein Spülteil der Abgase isoliert werden. Die Steuerzeit des zweiten Satzes von Zylinderauslassventilen kann zudem mit einer Steuerzeit der Zylindereinlassventile koordiniert werden, um einen positiven Ventilüberschneidungszeitraum zu erzeugen, in dem frische Ansaugluft (oder ein Gemisch aus frischer Ansaugluft und AGR), auch als Durchblasung bezeichnet, durch die Zylinder und zurück zu dem Einlass stromaufwärts des Verdichters über einen AGR-Kanal, der an den zweiten Abgaskrümmer gekoppelt ist, strömen kann. Durchblasluft kann Restabgase aus den Zylindern entfernen (was als Spülen bezeichnet wird). Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass durch Strömen eines ersten Teils des Abgases (z. B. Abgas mit höherem Druck) durch die Turbine und einen Abgaskanal für höheren Druck sowie Strömen eines zweiten Teils des Abgases (z. B. Abgas mit niedrigerem Druck) und Durchblasluft zu dem Verdichtereinlass Verbrennungstemperaturen reduziert werden können, während ein Arbeitswirkungsgrad der Turbine erhöht wird und das Motordrehmoment erhöht wird. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben mögliche Probleme bei derartigen Systemen erkannt. Als ein Beispiel kann es in dem vorstehend beschriebenen Motorsystem schwierig sein, eine Strömungsmessung und/oder die Zusammensetzung der durch den AGR-Kanal strömenden zurückgeführten Gase zu erlangen. Diese Messungen können jedoch für eine genaue Steuerung des Spülabgassystems notwendig sein. Zum Beispiel verwenden frühere Verfahren zum Messen der Strömung durch das AGR-Ventil in dem AGR-Kanal ein Druckdifferenzmesssystem und eine Blendenströmungsgleichung. Diese Messung erfordert jedoch eine erhebliche Verengung, die zu einer hohen Druckdifferenz an der Blende führt, wie sie etwa durch Verwenden einer Ausgestaltung mit Raketendüse oder Venturirohr erlangt wird, um ein hohes Signal-RauschVerhältnis sicherzustellen. Dieser erhebliche Druckabfall, der für die Strömungsmessung nötig ist, kann die Motorleistung bei hohen Lastbedingungen aufgrund des Begrenzens der Strömung durch das AGR- und/oder Ansaugsystem einschränken.
KURZDARSTELLUNG
In einem Beispiel können die vorstehend beschriebenen Probleme durch ein Verfahren angegangen werden, das Folgendes umfasst: Einstellen des Motorbetriebs als Reaktion auf eine Strömung von Gasen zu einem Ansaugkanal stromaufwärts eines Verdichters aus einem Spülkrümmer, der an Spülauslassventile gekoppelt ist, wobei die Strömung von Gasen auf Grundlage einer Ventilöffnungsüberschneidung zwischen den Spülauslassventilen und Einlassventilen eines Motors bestimmt wird, wobei die Spülauslassventile zu einem anderen Zeitpunkt geöffnet werden als Abblasauslassventile, die an einen an eine Turbine gekoppelten Abblaskrümmer gekoppelt sind. In einem Beispiel kann die Strömung von Gasen eine Gesamtströmung von Gasen durch ein Spül-AGR-System von dem Spülkrümmer zu dem Ansaugkanal sein. Zusätzlich kann die Ventilöffnungsüberschneidung eine Ventilöffnungsüberschneidungsfläche sein, die auf Grundlage von Ventilhüben jedes der Spülauslassventile und der Einlassventile bestimmt wird. In einigen Beispielen kann die Gesamtströmung von Gasen ferner auf Grundlage eines Ansaugkrümmerdrucks und eines Spülkrümmerdrucks bestimmt werden. Durch Einstellen des Motorbetriebs als Reaktion auf die bestimmte Gesamtströmung von Gasen auf Grundlage der vorstehend beschriebenen Ventilüberschneidungsfläche und Druckmessungen kann der Motorwirkungsgrad erhöht werden, ohne die Motorleistung bei hohen Lasten einzuschränken.
Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung genauer beschrieben werden. Sie ist nicht dazu gedacht, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Umfang einzig durch die Patentansprüche im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Des Weiteren ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die beliebige der vorstehend oder in einem beliebigen Teil der vorliegenden Offenbarung angeführten Nachteile überwinden.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Darstellung eines turbogeladenen Motorsystems mit einem geteilten Abgassystem.
2 zeigt eine Ausführungsform eines Zylinders des Motorsystems aus 1.
3 zeigt beispielhafte Zylindereinlassventil- und -auslassventilsteuerzeiten für einen Motorzylinder eines Motorsystems mit geteiltem Auslass.
4A-4D veranschaulichen schematisch Quellen unterschiedlicher zurückgeführter Gase während einer Öffnungsdauer des Spülauslassventils in Bezug auf beispielhafte Motorpositionen.
5 zeigt eine beispielhafte Abbildung einer Beziehung zwischen Spülkrümmermassenanteilen von Spülkrümmergasteilen und einem Betrag der Überschneidung des Spülventils und der Einlassventile.
6A-6B zeigen beispielhafte Ventilsteuerzeitdiagramme für unterschiedliche Beträge der Überschneidung des Spülventils und der Einlassventile.
7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Bestimmen einer Gesamtströmung durch einen Spülabgasrückführungskanal und relativer Konzentrationen von verbrannten Gasen, Kraftstoff und Luft innerhalb der Gesamtströmung.
8 zeigt Einstellungen an Motorbetriebsparametern auf Grundlage von Änderungen der bestimmten Gesamtströmungen von verbrannten Gasen, Frischluft und unverbrannten Kohlenwasserstoffen durch den Spülabgasrückführungskanal.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Betreiben eines Motors mit geteiltem Auslass mit Durchblasung und Abgasrückführung (AGR) zu einem Einlass über einen Spülkrümmer und Einstellen des Motorbetriebs auf Grundlage einer Strömungsmenge und einer Konzentration von Gasen, die über ein Spül-AGR-System zu einem Ansaugkanal zurückgeführt werden. Ein Beispiel für einen Motor mit geteiltem Auslass, der ein Spül-AGR-System beinhaltet, ist in 1 gezeigt. In einer Ausführungsform kann der Motor in ein Hybridfahrzeugsystem eingebaut sein, wie etwa das Fahrzeugsystem aus 2. Wie in dem Zylinderventilsteuerzeitdiagramm aus 3 gezeigt, tritt ein Ventilüberschneidungszeitraum zwischen dem Spülauslassventil (z. B. dem zweiten Auslassventil) und den Einlassventilen auf, in dem diese Ventile gleichzeitig offen sind. Während dieses Ventilüberschneidungszeitraums, dessen Länge auf Grundlage von Ventilsteuerzeiten variieren kann, können unterschiedliche Gasteile aus unterschiedlichen Quellen in den Spülabgaskrümmer eintreten (und somit zu dem Ansaugkanal zurückgeführt werden), wie durch 4A-4D gezeigt. Jeder dieser unterschiedlichen Gasteile kann unterschiedliche Konzentrationen von verbrannten Gasen, Frischluft und unverbrannten Kohlenwasserstoffen enthalten. Die relativen Massenanteile der unterschiedlichen zurückgeführten Gasteile (einschließlich Ansauggasen, Rückstoßgasen und Verbrennungsprodukten) können auf Grundlage des Betrags der Ventilüberschneidung zwischen den Einlassventilen und den Spülventilen variieren, wie durch die in 5 gezeigte Abbildung veranschaulicht. Beispielhafte Ventilsteuerzeitdiagramme für die extremen Überschneidungsbeträge aus 5 sind in 6A-6B gezeigt. Der Gesamtmassenstrom, der von dem Spülkrümmer über den Spül-AGR-Kanal zu dem Ansaugkanal zurückgeführt wird, kann auf Grundlage einer Ventilüberschneidungsfläche zwischen dem Spülventil und den Einlassventilen und von Drücken in dem Ansaugkrümmer und dem Spülkrümmer bestimmt werden, wie durch das Verfahren aus 7 gezeigt. Das Verfahren aus 7 beinhaltet ferner das Verwenden einer Beziehung, wie etwa der in 5 dargestellten Abbildung, gemeinsam mit der bestimmten Gesamtströmung, um einzelne Gesamtströmungen für jedes von verbrannten Gasen, unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Frischluft zu bestimmen, die über den Spül-AGR-Kanal zurückgeführt werden. Auf diese Weise können die Konzentrationen der einzelnen Bestandteile (z. B. verbranntes Gas, Luft und Kraftstoff) innerhalb des Spül-AGR-Gesamtmassenstroms ermittelt und zum Einstellen des Motorbetriebs verwendet werden. Infolgedessen kann der Motorwirkungsgrad erhöht werden.
Es wird nun auf die Figuren Bezug genommen, in denen 1 eine schematische Darstellung eines Motorsystems zeigt, das eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine 10 beinhaltet, die in einem Antriebssystem eines Fahrzeugs 100 enthalten sein kann. Der Motor 10 beinhaltet eine Vielzahl von Brennkammern (z. B. Zylindern), die auf der Oberseite durch einen Zylinderkopf abgedeckt sein können. In dem in 1 gezeigten Beispiel beinhaltet der Motor 10 Zylinder 13, 14, 15 und 18, die in einer 4er-Reihenkonfiguration angeordnet sind. Die Zylinder 14 und 15 werden hier als innere Zylinder (oder Innenzylinder) bezeichnet und die Zylinder 13 und 18 werden hier als äußere Zylinder (oder Außenzylinder) bezeichnet. Es versteht sich jedoch, dass, obwohl 1 vier Zylinder zeigt, der Motor 10 eine beliebige Anzahl von Zylindern in einer beliebigen Konfiguration beinhalten kann, z. B. V6, 16, V12, 4-Zylinder-Boxer usw. Ferner können die in 1 gezeigten Zylinder eine Zylinderkonfiguration wie etwa die in 2 gezeigte Zylinderkonfiguration aufweisen, die nachstehend genauer beschrieben wird.
Jeder der Zylinder 13, 14, 15 und 18 beinhaltet zwei Einlassventile, einschließlich eines ersten Einlassventils 2 und eines zweiten Einlassventils 4, und zwei Auslassventile, einschließlich eines ersten Auslassventils (in dieser Schrift als Abblasauslassventil oder Abblasventil bezeichnet) 8 und eines zweiten Auslassventils (in dieser Schrift als Spülauslassventil oder Spülventil bezeichnet) 6. Die Einlassventile und die Auslassventile können in dieser Schrift als Zylindereinlassventile bzw. Zylinderauslassventile bezeichnet werden. Wie nachstehend unter Bezugnahme auf 2 erläutert, kann eine Steuerzeit (z. B. Öffnungssteuerzeit, Schließsteuerzeit, Öffnungsdauer usw.) jedes der Einlassventile über verschiedene Nockenwellensteuerzeitsysteme gesteuert werden. In einem Beispiel können sowohl die ersten Einlassventile 2 als auch die zweiten Einlassventile 4 auf eine gleiche Ventilsteuerzeit gesteuert werden, sodass sie sich in dem Motorzyklus gleichzeitig öffnen und schließen. In einem alternativen Beispiel können die ersten Einlassventile 2 und die zweiten Einlassventile 4 zu einer anderen Ventilsteuerzeit gesteuert werden. Ferner können die ersten Auslassventile 8 zu einer anderen Ventilsteuerzeit als die zweiten Auslassventile 6 gesteuert werden, sodass sich das erste Auslassventil und das zweite Auslassventil eines gleichen Zylinders zu anderen Zeitpunkten als das andere und die Einlassventile öffnen und schließen, wie nachstehend näher erörtert.
Jeder Zylinder nimmt Ansaugluft (oder ein Gemisch aus Ansaugluft und zurückgeführtem Abgas, wie nachstehend dargelegt wird) aus einem Ansaugkrümmer 44 über einen Luftansaugkanal 28 auf. Der Ansaugkrümmer 44 ist über Ansaugöffnungen (z. B. Krümmerrohre) an die Zylinder gekoppelt. Zum Beispiel ist gezeigt, dass der Ansaugkrümmer 44 über eine erste Ansaugöffnung 20 an jedes erste Einlassventil 2 jedes Zylinders gekoppelt ist. Ferner ist der Ansaugkrümmer 44 über eine zweite Ansaugöffnung 22 an jedes zweite Einlassventil 4 jedes Zylinders gekoppelt. Auf diese Weise kann jede Zylinderansaugöffnung selektiv mit dem Zylinder kommunizieren, an den sie über ein entsprechendes von den ersten Einlassventilen 2 oder den zweiten Einlassventilen 4 gekoppelt ist. Jede Ansaugöffnung kann dem Zylinder, an den sie gekoppelt ist, Luft, zurückgeführtes Abgas und/oder Kraftstoff zur Verbrennung zuführen.
Eine oder mehrere der Ansaugöffnungen können eine Ladungsbewegungssteuervorrichtung, wie etwa ein Ladungsbewegungssteuerventil (charge motion control valve - CMCV), beinhalten. Wie in 1 gezeigt, beinhaltet jede erste Ansaugöffnung 20 jedes Zylinders ein CMCV 24. CMCVs 24 können auch als Wirbelsteuerventile oder Tumble-Steuerventile bezeichnet werden. Die CMCVs 24 können den Luftstrom beschränken, der über die ersten Einlassventile 2 in die Zylinder eintritt. In dem Beispiel aus 1 kann jedes CMCV 24 eine Ventilplatte beinhalten; allerdings sind andere Konfigurationen des Ventils möglich. Es ist anzumerken, dass sich das CMCV 24 für die Zwecke dieser Offenbarung in der „geschlossenen“ (z. B. vollständig geschlossenen) Position befindet, wenn es vollständig angeschaltet ist und die Ventilplatte vollständig in die jeweilige erste Ansaugöffnung 20 geneigt ist, was zu einer maximalen Luftladungsstrombehinderung führt. Alternativ befindet sich das CMCV 24 in der „offenen“ (z. B. vollständig offenen) Position, wenn es abgeschaltet ist und die Ventilplatte vollständig gedreht ist, damit sie im Wesentlichen parallel zum Luftstrom liegt, wodurch die Luftstromladungsbehinderung erheblich minimiert oder beseitigt ist. Die CMCVs können grundsätzlich in ihrer „offenen“ Position gehalten werden und können nur im „geschlossenen“ Zustand angeschaltet werden, wenn Wirbelbedingungen gewünscht sind. Wie in 1 gezeigt, beinhaltet nur eine Ansaugöffnung jedes Zylinders das CMCV 24. Allerdings können in anderen Beispielen beide Ansaugöffnungen jedes Zylinders ein CMCV 24 beinhalten. Eine Steuerung 12 kann die CMCVs 24 betätigen (z. B. über einen Ventilaktor, der an eine sich drehende Welle gekoppelt sein kann, die direkt an jedes CMCV 24 gekoppelt ist), um die CMCVs als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen (wie etwa Motordrehzahl/-last und/oder wenn die Durchblasung über die zweiten Auslassventile 6 angeschaltet ist) in die offene oder geschlossenen Position oder eine Vielzahl von Positionen zwischen der offenen und geschlossenen Position zu bewegen. Im in dieser Schrift erläuterten Sinne kann sich Durchblasluft oder Durchblasverbrennungskühlung (blowthrough combustion cooling - BTCC) auf Ansaugluft beziehen, die während eines Ventilöffnungsüberschneidungszeitraums zwischen den Einlassventilen und den zweiten Auslassventilen 6 (z. B. eines Zeitraums, in dem sowohl die Einlassventile als auch die zweiten Auslassventile 6 gleichzeitig offen sind) von dem einem oder den mehreren Einlassventilen jedes Zylinders zu den zweiten Auslassventilen 6 strömt, ohne dass die Durchblasluft verbrannt wird.
Ein doppelstufiges Hochdruckkraftstoffsystem (wie etwa das in 2 gezeigte Kraftstoffsystem) kann verwendet werden, um Kraftstoffdrücke an einer an jeden Zylinder gekoppelten Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 zu erzeugen. Demnach kann Kraftstoff über die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 66 direkt in die Zylinder eingespritzt werden. Ein verteilerloses Zündsystem 88 stellt als Reaktion auf ein Signal von der Steuerung 12 zum Einleiten einer Verbrennung den Zylindern 13, 14, 15 und 18 über Zündkerzen 92 einen Zündfunken bereit.
Die Zylinder 13, 14, 15 und 18 sind zum getrennten Leiten der Abblas- und Spülteile der Verbrennungsgase über ein geteiltes Abgassystem jeweils an zwei Abgasöffnungen gekoppelt. Insbesondere führen die Zylinder 14 und 15, wie in 1 gezeigt, einen ersten Teil, einen Abblasteil, der Verbrennungsgase an einen ersten Krümmerabschnitt 81 eines ersten Abgaskrümmers (in dieser Schrift auch als Abblaskrümmer bezeichnet) 84 über erste Abgasöffnungen (z. B. Krümmerrohre) 86 und einen zweiten Teil, einen Spülteil, der Verbrennungsgase an einen zweiten Abgaskrümmer (in dieser Schrift auch als Spülkrümmer bezeichnet) 80 über zweite Abgasöffnungen (z. B. Krümmerrohre) 82 ab. Die Zylinder 13 und 18 führen den ersten Teil, den Abblasteil, der Verbrennungsgase über die ersten Abgasöffnungen 86 an einen zweiten Krümmerabschnitt 85 des ersten Abgaskrümmers 84 und den zweiten Teil, den Spülteil, über die zweiten Abgasöffnungen 82 an den zweiten Abgaskrümmer 80 ab. Das bedeutet, die ersten Abgasöffnungen 86 der Zylinder 13 und 18 erstrecken sich von den Zylindern 13 und 18 zu dem zweiten Krümmerabschnitt 85 des ersten Abgaskrümmers 84, wohingegen sich die ersten Abgasöffnungen 86 der Zylinder 14 und 15 von den Zylindern 14 und 15 zu dem ersten Krümmerabschnitt 81 des ersten Abgaskrümmers 84 erstrecken. Die zweiten Abgasöffnungen 82 erstrecken sich von den Zylindern 13, 14, 15 und 18 zu dem zweiten Abgaskrümmer 80.
Jede Abgasöffnung kann über das entsprechende Auslassventil selektiv mit dem Zylinder kommunizieren, an den sie gekoppelt ist. Zum Beispiel kommunizieren die zweiten Abgasöffnungen 82 über die zweiten Auslassventile 6 mit ihren jeweiligen Zylindern und die ersten Abgasöffnungen 86 kommunizieren über die ersten Auslassventile 8 mit ihren jeweiligen Zylindern. Die zweiten Abgasöffnungen 82 sind von den ersten Abgasöffnungen 86 isoliert, wenn sich mindestens ein Auslassventil jedes Zylinders in einer geschlossenen Position befindet. Abgase können nicht direkt zwischen den zweiten Abgasöffnungen 82 und den ersten Abgasöffnungen 86 strömen. Das vorstehend beschriebene Abgassystem kann in dieser Schrift als geteiltes Abgassystem bezeichnet werden, bei dem ein erster Teil der Abgase aus jedem Zylinder an den ersten Abgaskrümmer 84 ausgegeben wird und ein zweiter Teil der Abgase aus jedem Zylinder an den zweiten Abgaskrümmer 80 ausgegeben wird und bei dem der erste und zweite Abgaskrümmer nicht direkt miteinander kommunizieren (z. B. koppelt kein Kanal die zwei Abgaskrümmer direkt aneinander und somit vermischen sich der erste und der zweite Teil der Abgase innerhalb des ersten und des zweiten Abgaskrümmers nicht miteinander).
Der Motor 10 beinhaltet einen Turbolader, der eine zweistufige Abgasturbine 164 und einen Ansaugverdichter 162, die an einer gemeinsamen Welle (nicht gezeigt) gekoppelt sind, beinhaltet. Die zweistufige Turbine 164 beinhaltet eine erste Turbine 163 und eine zweite Turbine 165. Die erste Turbine 163 ist direkt an den ersten Krümmerabschnitt 81 des ersten Abgaskrümmers 84 gekoppelt und nimmt Abgase über die ersten Auslassventile 8 der Zylinder 14 und 15 nur aus den Zylindern 14 und 15 auf. Die zweite Turbine 165 ist direkt an den zweiten Krümmerabschnitt 85 des ersten Abgaskrümmers 84 gekoppelt und nimmt Abgase über die ersten Auslassventile 8 der Zylinder 13 und 18 nur aus den Zylindern 13 und 18 auf. Die Drehung der ersten und zweiten Turbine treibt die Drehung des Verdichters 162 an, der innerhalb des Ansaugkanals 28 angeordnet ist. Demnach wird die Ansaugluft an dem Verdichter 162 aufgeladen (z. B. mit Druck beaufschlagt) und bewegt sich stromabwärts zu dem Ansaugkrümmer 44.
Abgase treten sowohl aus der ersten Turbine 163 als auch der zweiten Turbine 165 in einen gemeinsamen Abgaskanal 74 aus. Ein Wastegate kann an die zweistufige Turbine 164 gekoppelt sein. Insbesondere kann ein Wastegateventil 76 in einer Umgehung 78 enthalten sein, die zwischen jedem des ersten Krümmerabschnitts 81 und des zweiten Krümmerabschnitts 85 stromaufwärts eines Einlasses zu der zweistufigen Turbine 164 und dem Abgaskanal 74 stromabwärts eines Auslasses der zweistufigen Turbine 164 gekoppelt ist. Auf diese Weise steuert eine Position des Wastegateventils 76 einen Betrag der Aufladung, die durch den Turbolader bereitgestellt wird. Zum Beispiel kann bei zunehmender Öffnung des Wastegateventils 76 eine Abgasmenge, die durch die Umgehung 78 und nicht durch die zweistufige Turbine 164 strömt, zunehmen, wodurch eine Leistungsmenge verringert wird, die zum Antreiben der zweistufigen Turbine 164 und des Verdichters 162 verfügbar ist. Als ein anderes Beispiel nimmt bei abnehmender Öffnung des Wastegateventils 76 die Abgasmenge, die durch die Umgehung 78 strömt, ab, wodurch die Leistungsmenge erhöht wird, die zum Antreiben der zweistufigen Turbine 164 und des Verdichters 162 verfügbar ist. In alternativen Beispielen kann der Motor 10 eine einstufige Turbine beinhalten, bei der alle Abgase aus dem ersten Abgaskrümmer 84 zu einem Einlass einer gleichen Turbine geleitet werden.
Nach dem Austreten aus der zweistufigen Turbine 164 strömen Abgase stromabwärts in dem Abgaskanal 74 zu einer ersten Abgasreinigungsvorrichtung 70 und einer zweiten Abgasreinigungsvorrichtung 72, wobei die zweite Abgasreinigungsvorrichtung 72 in dem Abgaskanal 74 stromabwärts der ersten Abgasreinigungsvorrichtung 70 angeordnet ist. Die Abgasreinigungsvorrichtungen 70 und 72 können in einem Beispiel einen oder mehrere Katalysatorwabenkörper beinhalten. In einigen Beispielen können die Abgasreinigungsvorrichtungen 70 und 72 Dreiwegekatalysatoren sein. In anderen Beispielen können die Abgasreinigungsvorrichtungen 70 und 72 einen oder eine Vielzahl eines Dieseloxidationskatalysators (diesel oxidation catalyst - DOC) und eines Katalysators zur selektiven katalytischen Reduktion (selective catalytic reduction catalyst - SCR) beinhalten. In noch einem anderen Beispiel kann die zweite Abgasreinigungsvorrichtung 72 ein Ottopartikelfilter (OPF) beinhalten. In einem Beispiel kann die erste Abgasreinigungsvorrichtung 70 einen Katalysator beinhalten und die zweite Abgasreinigungsvorrichtung 72 kann einen OPF beinhalten. Nach dem Verlaufen durch die Abgasreinigungsvorrichtungen 70 und 72 können Abgase zu einem Auspuffrohr herausgeleitet werden.
Der Abgaskanal 74 beinhaltet ferner eine Vielzahl von Abgassensoren in elektronischer Kommunikation mit der Steuerung 12, die in einem Steuersystems 17 enthalten ist, was nachstehend genauer beschrieben wird. Wie in 1 gezeigt, beinhaltet der Abgaskanal 74 eine erste Lambdasonde 90, die zwischen der ersten Abgasreinigungsvorrichtung 70 und der zweiten Abgasreinigungsvorrichtung 72 positioniert ist. Die erste Lambdasonde 90 kann dazu konfiguriert sein, einen Sauerstoffgehalt des Abgases zu messen, das in die zweite Abgasreinigungsvorrichtung 72 eintritt. Der Abgaskanal 74 kann eine oder mehrere zusätzliche Lambdasonden beinhalten, die entlang des Abgaskanals 74 positioniert sind, wie etwa eine zweite Lambdasonde 91, die zwischen der zweistufigen Turbine 164 und der ersten Abgasreinigungsvorrichtung 70 positioniert ist, und/oder eine dritte Lambdasonde 93, die stromabwärts der zweiten Abgasreinigungsvorrichtung 72 positioniert ist. Demnach kann die zweite Lambdasonde 91 dazu konfiguriert sein, den Sauerstoffgehalt des Abgases zu messen, das in die erste Abgasreinigungsvorrichtung 70 eintritt, und kann die dritte Lambdasonde 93 dazu konfiguriert sein, den Sauerstoffgehalt des Abgases zu messen, das aus der zweiten Abgasreinigungsvorrichtung 72 austritt. In einem Beispiel kann es sich bei einer oder mehreren von der Lambdasonde 90, der Lambdasonde 91 und der Lambdasonde 93 um Breitbandlambdasonden (universal exhaust gas oxygen sensors - UEGO-Sonden) handeln. Alternativ dazu können eine oder mehrere der Lambdasonden 90, 91 und 93 durch eine binäre Abgaslambdasonde ersetzt werden. Der Abgaskanal 74 kann verschiedene andere Sensoren beinhalten, wie etwa einen oder mehrere Temperatur- und/oder Drucksensoren. Wie in 1 gezeigt, ist zum Beispiel ein Sensor 96 innerhalb des Abgaskanals 74 zwischen der ersten Abgasreinigungsvorrichtung 70 und der zweiten Abgasreinigungsvorrichtung 72 positioniert. Der Sensor 96 kann ein Druck- und/oder Temperatursensor sein. Demnach kann der Sensor 96 dazu konfiguriert sein, den Druck und/oder die Temperatur des Abgases zu messen, das in die zweite Abgasreinigungsvorrichtung 72 eintritt.
Sowohl der Sensor 96 als auch die Lambdasonde 90 sind innerhalb des Abgaskanals 74 an einer Stelle angeordnet, an der ein Strömungskanal 98 an den Abgaskanal 74 gekoppelt ist. Der Strömungskanal 98 kann in dieser Schrift als Spülkrümmerumgehungskanal (scavenge manifold bypass passage - SMBP) 98 bezeichnet werden. Der Spülkrümmerumgehungskanal 98 ist direkt an den zweiten Abgaskrümmer (z. B. den Spülkrümmer) 80 und den Abgaskanal 74 und zwischen diesen gekoppelt. Ein Ventil 97 (in dieser Schrift als Spülkrümmerumgehungsventil, scavenge manifold bypass valve - SMBV, bezeichnet) ist innerhalb des Spülkrümmerumgehungskanals 98 angeordnet und kann durch die Steuerung 12 betätigt werden, um eine Menge der Abgasströmung von dem zweiten Abgaskrümmer 80 zu dem Abgaskanal 74 an einer Stelle zwischen der ersten Abgasreinigungsvorrichtung 70 und der zweiten Abgasreinigungsvorrichtung 72 einzustellen.
Der zweite Abgaskrümmer 80 ist direkt an einen ersten Abgasrückführungskanal (AGR-Kanal) 50 gekoppelt. Der erste AGR-Kanal 50 ist direkt zwischen dem zweiten Abgaskrümmer 80 und dem Ansaugkanal 28 stromaufwärts des Verdichters 162 gekoppelt (und somit kann der erste AGR-Kanal 50 als Niederdruck-AGR-Kanal bezeichnet werden). Demnach werden Abgase (oder Durchblasluft, wie weiter unten erläutert) von dem zweiten Abgaskrümmer 80 über den ersten AGR-Kanal 50 zu dem Luftansaugkanal 28 stromaufwärts des Verdichters 162 geleitet. Wie in 1 gezeigt, kann der erste AGR-Kanal 50 einen AGR-Kühler 52 beinhalten, der dazu konfiguriert ist, Abgase zu kühlen, die von dem zweiten Abgaskrümmer 80 zu dem Ansaugkanal 28 strömen, und er kann ferner ein darin angeordnetes erstes AGR-Ventil 54 beinhalten (das in dieser Schrift als BTCC-Ventil bezeichnet werden kann). Die Steuerung 12 ist dazu konfiguriert, eine Position des BTCC-Ventils 54 zu betätigen und einzustellen, um eine Strömungsgeschwindigkeit und/oder -menge durch den ersten AGR-Kanal 50 zu steuern. Wenn sich das BTCC-Ventil 54 in einer geschlossenen (z. B. vollständig geschlossenen) Position befindet, können keine Abgase und keine Ansaugluft von dem zweiten Abgaskrümmer 80 zu dem Ansaugkanal 28 stromaufwärts des Verdichters 162 strömen. Wenn sich das BTCC-Ventil 54 ferner in einer offenen Position (z. B. von teilweise offen bis vollständig offen) befindet, können Abgase und/oder Durchblasluft von dem zweiten Abgaskrümmer 80 zu dem Ansaugkanal 28 stromaufwärts des Verdichters 162 strömen. Die Steuerung 12 kann zusätzlich das BTCC-Ventil 54 auf eine Vielzahl von Positionen zwischen vollständig offen und vollständig geschlossen einstellen. In anderen Beispielen kann die Steuerung 12 das BTCC-Ventil 54 lediglich derart einstellen, dass es entweder vollständig offen oder vollständig geschlossen ist. Ferner kann ein Drucksensor 53 in dem AGR-Kanal 50 stromaufwärts des BTCC-Ventils 54 angeordnet sein.
Eine erste Ausstoßvorrichtung 56 ist an einem Auslass des AGR-Kanals 50 innerhalb des Ansaugkanals 28 positioniert. Die erste Ausstoßvorrichtung 56 kann eine Verengung oder ein Venturirohr beinhalten, die bzw. das eine Druckzunahme an dem Einlass des Verdichters 162 bereitstellt. Infolgedessen kann AGR aus dem AGR-Kanal 50 mit Frischluft vermischt werden, die durch den Ansaugkanal 28 zu dem Verdichter 162 strömt. Somit kann AGR aus dem AGR-Kanal 50 als Bewegungsströmung an der ersten Ausstoßvorrichtung 56 wirken. In einem alternativen Beispiel kann es sein, dass keine Ausstoßvorrichtung an dem Auslass des AGR-Kanals 50 positioniert ist. Stattdessen kann ein Auslass des Verdichters 162 als Ausstoßvorrichtung geformt sein, die den Gasdruck senkt, um bei der AGR-Strömung behilflich zu sein (und somit ist in diesem Beispiel Luft die Bewegungsströmung und AGR die sekundäre Strömung). In noch einem anderen Beispiel kann AGR aus dem AGR-Kanal 50 an einer Hinterkante einer Schaufel des Verdichters 162 eingeführt werden, wodurch ermöglicht wird, dass Durchblasluft über den AGR-Kanal 50 an den Ansaugkanal 28 abgegeben wird. Ein Ansaugdrucksensor 51 kann unmittelbar stromaufwärts des Venturirohrs der ersten Ausstoßvorrichtung 56 angeordnet sein.
Ein zweiter AGR-Kanal 58 ist zwischen dem ersten AGR-Kanal 50 und dem Ansaugkanal 28 gekoppelt. Insbesondere, wie in 1 gezeigt, ist der zweite AGR-Kanal 58 zwischen dem BTCC-Ventil 54 und dem AGR-Kühler 52 an den ersten AGR-Kanal 50 gekoppelt. In anderen Beispielen kann es sein, wenn der zweite AGR-Kanal 58 in dem Motorsystem enthalten ist, dass das System keinen AGR-Kühler 52 beinhaltet. Zusätzlich ist der zweite AGR-Kanal 58 stromabwärts des Verdichters 162 direkt an den Ansaugkanal 28 gekoppelt. Ferner, wie in 1 gezeigt, ist der zweite AGR-Kanal 58 stromaufwärts eines Ladeluftkühlers (charge air cooler - CAC) 40 an den Ansaugkanal 28 gekoppelt. Der CAC 40 ist dazu konfiguriert, Ansaugluft (wobei es sich um ein Gemisch aus frischer Ansaugluft von außerhalb des Motorsystems und zurückgeführten Abgasen handeln kann) zu kühlen, wenn sie durch den CAC 40 verläuft. Demnach können zurückgeführte Abgase aus dem ersten AGR-Kanal 50 und/oder dem zweiten AGR-Kanal 58 über den CAC 40 gekühlt werden, bevor sie in den Ansaugkrümmer 44 eintreten. In einem alternativen Beispiel kann der zweite AGR-Kanal 58 stromabwärts des CAC 40 an den Ansaugkanal 28 gekoppelt sein. In einem derartigen Beispiel kann es sein, dass kein AGR-Kühler 52 innerhalb des ersten AGR-Kanals 50 angeordnet ist. Ferner, wie in 1 gezeigt, kann eine zweite Ausstoßvorrichtung 57 innerhalb des Ansaugkanals 28 an einem Auslass des zweiten AGR-Kanals 58 positioniert sein.
Ein zweites (z. B. Mitteldruck-) AGR-Ventil 59 ist innerhalb des zweiten AGR-Kanals 58 angeordnet. Das zweite AGR-Ventil 59 ist dazu konfiguriert, eine Gasströmungsmenge (z. B. Durchblasluft und/oder Abgas) durch den zweiten AGR-Kanal 58 einzustellen. Wie nachstehend genauer beschrieben, kann die Steuerung 12 das AGR-Ventil 59 in eine offene (z. B. vollständig offene) Position (wodurch eine minimal beschränkte Strömung durch den zweiten AGR-Kanal 58 ermöglicht wird), eine geschlossene (z. B. vollständig geschlossene) Position (wodurch die Strömung durch den zweiten AGR-Kanal 58 blockiert wird) oder eine Vielzahl von Positionen zwischen vollständig offen und vollständig geschlossen auf Grundlage von (z. B. in Abhängigkeit von) Motorbetriebsbedingungen betätigen. Zum Beispiel kann das Betätigen des AGR-Ventils 59 beinhalten, dass die Steuerung 12 ein elektronisches Signal an einen Aktor des AGR-Ventils 59 sendet, um eine Ventilplatte des AGR-Ventils 59 in die offene Position, die geschlossene Position oder eine Position zwischen vollständig offen und vollständig geschlossen zu bewegen. Auf Grundlage von Systemdrücken und Positionen von verschiedenen anderen Ventilen in dem Motorsystem kann Luft entweder in Richtung des Ansaugkanals 28 innerhalb des zweiten AGR-Kanals 58 oder in Richtung des zweiten Abgaskrümmers 80 innerhalb des zweiten AGR-Kanals 58 strömen.
Der Ansaugkanal 28 beinhaltet ferner eine Ansaugdrossel 62. Wie in 1 gezeigt, ist die Ansaugdrossel 62 stromabwärts des CAC 40 positioniert. Eine Position einer Drosselklappe 64 der Drossel 62 kann durch die Steuerung 12 über einen Drosselaktor (nicht gezeigt), der kommunikativ an die Steuerung 12 gekoppelt ist, eingestellt werden. Durch Modulieren der Ansaugdrossel 62 während des Betreibens des Verdichters 162 kann eine gewünschte Menge von Frischluft und/oder zurückgeführtem Abgas durch den CAC 40 gekühlt und mit aufgeladenem Druck über den Ansaugkrümmer 44 an die Motorzylinder abgegeben werden.
Um Verdichterpumpen zu reduzieren, kann mindestens ein Teil der durch den Verdichter 162 verdichteten Luftladung zu dem Verdichtereinlass zurückgeführt werden. Ein Verdichterrückführungskanal 41 kann zum Zurückführen von verdichteter Luft aus dem Verdichterauslass stromaufwärts des CAC 40 zu dem Verdichtereinlass bereitgestellt sein. Ein Verdichterrückführungsventil (compressor recirculation valve - CRV) 42 kann zum Einstellen einer Menge der Rückführungsströmung, die zu dem Verdichtereinlass zurückgeführt wird, bereitgestellt sein. In einem Beispiel kann das CRV 42 über einen Befehl von der Steuerung 12 als Reaktion auf tatsächliche oder erwartete Verdichterpumpbedingungen in den offenen Zustand betätigt werden.
Ein dritter Strömungskanal 30 (der in dieser Schrift als heißes Rohr bezeichnet werden kann) ist zwischen dem zweiten Abgaskrümmer 80 und dem Ansaugkanal 28 gekoppelt. Insbesondere ist ein erstes Ende des dritten Strömungskanals 30 direkt an den zweiten Abgaskrümmer 80 gekoppelt und ein zweites Ende des dritten Strömungskanals 30 ist stromabwärts der Ansaugdrossel 62 und stromaufwärts des Ansaugkrümmers 44 direkt an den Ansaugkanal 28 gekoppelt. Ein drittes Ventil 32 (z. B. ein Ventil des heißen Rohrs) ist innerhalb des dritten Strömungskanals 30 angeordnet und dazu konfiguriert, eine Luftstrommenge durch den dritten Strömungskanal 30 einzustellen. Das dritte Ventil 32 kann als Reaktion auf ein Betätigungssignal, das von der Steuerung 12 an einen Aktor des dritten Ventils 32 gesendet wird, in eine vollständig offene Position, eine vollständig geschlossene Position oder eine Vielzahl von Positionen zwischen vollständig offen und vollständig geschlossen betätigt werden.
Der zweite Abgaskrümmer 80 und/oder die zweiten Abgaskrümmerrohre 82 können einen oder mehrere darin angeordnete Sensoren (wie etwa Drucksensoren, Lambdasonden und/oder Temperatursensoren) beinhalten. Wie in 1 gezeigt, beinhaltet der zweite Abgaskrümmer 80 zum Beispiel einen Drucksensor 34 und eine Lambdasonde 36, die darin angeordnet und dazu konfiguriert sind, einen Druck bzw. einen Sauerstoffgehalt von Abgasen und Durchblasluft (z. B. Ansaugluft) zu messen, die aus den zweiten Auslassventilen 6 austreten und in den zweiten Abgaskrümmer 80 eintreten. Zusätzlich oder alternativ zu der Lambdasonde 36 kann jedes zweite Abgaskrümmerrohr 82 eine einzelne darin angeordnete Lambdasonde 38 beinhalten. Demnach kann ein Sauerstoffgehalt von Abgasen und/oder Durchblasluft, die über die zweiten Auslassventile 6 aus jedem Zylinder austreten, auf Grundlage einer Ausgabe der Lambdasonden 38 und/oder der Lambdasonde 36 bestimmt werden.
In einigen Beispielen, wie in 1 gezeigt, kann der Ansaugkanal 28 einen Elektroverdichter 60 beinhalten. Der Elektroverdichter 60 ist in einem Umgehungskanal 61 angeordnet, der stromaufwärts und stromabwärts eines Elektroverdichterventils 63 an den Ansaugkanal 28 gekoppelt ist. Insbesondere ist ein Einlass zu dem Umgehungskanal 61 stromaufwärts des Elektroverdichterventils 63 an den Ansaugkanal 28 gekoppelt und ein Auslass zu dem Umgehungskanal 61 stromabwärts des Elektroverdichterventils 63 und stromaufwärts davon, wo der erste AGR-Kanal 50 an den Ansaugkanal 28 gekoppelt ist, an den Ansaugkanal 28 gekoppelt. Ferner ist der Auslass des Umgehungskanals 61 in dem Ansaugkanal 28 stromaufwärts des Turboladerverdichters 162 gekoppelt. Der Elektroverdichter 60 kann unter Verwendung von Energie, die in einer Energiespeichervorrichtung gespeichert ist, elektrisch durch einen Elektromotor angetrieben werden. In einem Beispiel kann der Elektromotor Teil des Elektroverdichters 60 sein, wie in 1 gezeigt. Wenn zusätzliche Aufladung (z. B. erhöhter Druck der Ansaugluft über Atmosphärendruck) über einem durch den Verdichter 162 bereitgestellten Betrag angefordert wird, kann die Steuerung 12 den Elektroverdichter 60 anschalten, sodass dieser sich dreht und einen Druck von durch den Umgehungskanal 61 strömender Ansaugluft erhöht. Ferner kann die Steuerung 12 das Elektroverdichterventil 63 in eine geschlossene oder teilweise geschlossene Position betätigen, um eine erhöhte Menge von Ansaugluft durch den Umgehungskanal 61 und den Elektroverdichter 60 zu leiten.
Der Ansaugkanal 28 kann einen oder mehrere zusätzliche Sensoren beinhalten (wie etwa zusätzliche Druck-, Temperatur-, Strömungsgeschwindigkeitssensoren und/oder Lambdasonden). Zum Beispiel, wie in 1 gezeigt, beinhaltet der Ansaugkanal 28 einen Luftmassenmesser (mass air flow sensor - MAF-Sensor) 48, der stromaufwärts des Elektroverdichterventils 63 in dem Ansaugkanal 28 angeordnet ist. Ein Ansaugdrucksensor 31 und ein Ansaugtemperatursensor 33 sind in dem Ansaugkanal 28 stromaufwärts des Verdichters 162 und stromabwärts davon, wo der erste AGR-Kanal 50 an den Ansaugkanal 28 gekoppelt ist, positioniert. Eine Ansauglambdasonde 35 kann sich in dem Ansaugkanal 28 stromabwärts des Verdichters 162 und stromaufwärts des CAC 40 befinden. Ein zusätzlicher Ansaugdrucksensor 37 kann in dem Ansaugkanal 28 stromabwärts des CAC 40 und stromaufwärts der Drossel 62 positioniert sein. In einigen Beispielen kann, wie in 1 gezeigt, eine zusätzliche Ansauglambdasonde 39 in dem Ansaugkanal 28 zwischen dem CAC 40 und der Drossel 62 positioniert sein. Ferner sind ein Ansaugkrümmerdrucksensor (z. B. manifold pressure sensor, MAP-Sensor) 122 und ein Ansaugkrümmertemperatursensor 123 innerhalb des Ansaugkrümmers 44 stromaufwärts der Motorzylinder positioniert.
In einigen Beispielen kann der Motor 10 an ein Elektromotor-/Batteriesystem (wie in 2 gezeigt) in einem Hybridfahrzeug gekoppelt sein. Das Hybridfahrzeug kann eine Parallelkonfiguration, Serienkonfiguration oder Variationen oder Kombinationen davon aufweisen. Ferner können in einigen Beispielen andere Motorkonfigurationen eingesetzt sein, zum Beispiel ein Dieselmotor.
Der Motor 10 kann mindestens teilweise durch das Steuersystem 17, das die Steuerung 12 beinhaltet, und durch Eingaben von einem Fahrzeugführer über eine Eingabevorrichtung (in 1 nicht gezeigt) gesteuert werden. Es ist gezeigt, dass das Steuersystem 17 Informationen von einer Vielzahl von Sensoren 16 (wofür in dieser Schrift verschiedene Beispiele beschrieben sind) empfängt und Steuersignale an eine Vielzahl von Aktoren 83 sendet. Als ein Beispiel können die Sensoren 16 die Drucksensoren, Temperatursensoren und Lambdasonden beinhalten, die sich innerhalb des Ansaugkanals 28, des Ansaugkrümmers 44, des Abgaskanals 74 und des zweiten Abgaskrümmers 80 befinden, die vorstehend beschrieben sind. Andere Sensoren können einen Drosseleinlasstemperatursensor zum Schätzen einer Drossellufttemperatur (throttle air temperature - TCT) beinhalten, der stromabwärts der Drossel 62 in dem Ansaugkanal gekoppelt ist. Zusätzliche Systemsensoren und -aktoren sind nachstehend unter Bezugnahme auf 2 dargelegt. Als ein anderes Beispiel können die Aktoren 83 die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 66, die Ventile 63, 42, 54, 59, 32, 97, 76 und die Drossel 62 beinhalten. Die Aktoren 83 können ferner verschiedene Nockenwellensteuerzeitaktoren beinhalten, die an die Zylindereinlass- und -auslassventile gekoppelt sind (wie nachstehend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben). Die Steuerung 12 kann Eingangsdaten von den verschiedenen Sensoren empfangen, die Eingangsdaten verarbeiten und die Aktoren als Reaktion auf die verarbeiteten Eingangsdaten auf Grundlage einer Anweisung oder eines Codes, die bzw. der in einen Speicher der Steuerung 12 programmiert ist und einer oder mehreren Routinen entspricht, auslösen. Eine beispielhafte Steuerroutine (z. B. ein Verfahren) ist in dieser Schrift bei 7 beschrieben. Zum Beispiel können eine Gesamtströmung durch einen Spül-AGR-Kanal und einzelne Konzentrationen von Bestandteilen innerhalb der Gesamtströmung auf Grundlage der Ventilüberschneidung zwischen dem Spülventil und den Einlassventilen bestimmt werden, wobei die Ventilüberschneidung auf Grundlage der Einlass- und Auslassnockensteuerzeiten bestimmt wird. Die Steuerung kann dann einen Motorbetriebsparameter, wie etwa eine Position eines oder mehrerer Ventile und Auslass- und/oder Einlassnockensteuerzeiten, auf Grundlage der bestimmten Gesamtströmung und Konzentrationen von Bestandteilen durch den Spül-AGR-Kanal einstellen.
Es ist anzumerken, dass, wenngleich 1 zeigt, dass der Motor 10 jeden des ersten AGR-Kanals 50, des zweiten AGR-Kanals 58, des Strömungskanals 98 und des Strömungskanals 30 beinhaltet, der Motor 10 in anderen Beispielen nur einen Teil dieser Kanäle beinhalten kann. Zum Beispiel kann der Motor 10 nur den ersten AGR-Kanal 50 und den Strömungskanal 98 beinhalten und nicht den zweiten AGR-Kanal 58 und den Strömungskanal 30 beinhalten. In einem anderen Beispiel kann der Motor 10 den ersten AGR-Kanal 50, den zweiten AGR-Kanal 58 und den Strömungskanal 98 beinhalten, aber nicht den Strömungskanal 30 beinhalten. In noch einem anderen Beispiel kann der Motor 10 den ersten AGR-Kanal 50, den Strömungskanal 30 und den Strömungskanal 98 beinhalten, aber nicht den zweiten AGR-Kanal 58 beinhalten. In einigen Beispielen kann der Motor 10 nicht den Elektroverdichter 60 beinhalten. In noch anderen Beispielen kann der Motor 10 alle oder nur einen Teil der in 1 gezeigten Sensoren beinhalten.
Es wird nun auf 2 Bezug genommen, in der eine Teilansicht eines einzelnen Zylinders der Brennkraftmaschine 10 gezeigt ist. Demnach werden Komponenten, die bereits in 1 vorgestellt wurden, mit den gleichen Bezugszeichen dargestellt und nicht erneut vorgestellt. Der Motor 10 ist mit einer Brennkammer (einem Zylinder) 130 dargestellt, die einen beliebigen der Zylinder 13, 14, 15 und 18 aus 1 darstellen kann. Die Brennkammer 130 beinhaltet eine Kühlmittelhülse 114 und Zylinderwände 132, wobei ein Kolben 136 darin angeordnet und mit einer Kurbelwelle 140 verbunden ist. Es ist gezeigt, dass die Brennkammer 130 über das Einlassventil 4 und das erste Auslassventil 8 mit dem Ansaugkrümmer 44 bzw. der ersten Abgasöffnung 86 kommuniziert. Wie bereits in 1 beschrieben, kann jeder Zylinder des Motors 10 Verbrennungsprodukte entlang zweier Leitungen abführen, und es ist lediglich die erste Abgasöffnung (z. B. das Krümmerrohr), die von dem Zylinder zu der Turbine führt, in 2 gezeigt, während die zweite Abgasöffnung (z. B. die zweite Abgasöffnung 82) in dieser Ansicht nicht sichtbar ist.
Wie ebenfalls bereits in 1 dargelegt, kann jeder Zylinder des Motors 10 zwei Einlassventile und zwei Auslassventile beinhalten. In der dargestellten Ansicht sind nur ein Einlassventil (z. B. das Einlassventil 4) und ein erstes Auslassventil 8 gezeigt. Das Einlassventil 4 und das erste Auslassventil 8 befinden sich in einer oberen Region der Brennkammer 130. Das Einlassventil 4 und das erste Auslassventil 8 können durch die Steuerung 12 unter Verwendung jeweiliger Nockenbetätigungssysteme, die einen oder mehrere Nocken beinhalten, gesteuert werden. Die Nockenbetätigungssysteme können eines oder mehrere von Systemen zur Nockenprofilverstellung (cam profile switching - CPS), variablen Nockensteuerzeit (variable cam timing - VCT), variablen Ventilsteuerzeit (variable valve timing - VVT) und/oder zum variablen Ventilhub (variable valve lift - VVL) nutzen, um den Ventilbetrieb zu variieren. In dem dargestellten Beispiel wird jedes Einlassventil einschließlich des Einlassventils 4 durch einen Einlassnocken 151 gesteuert und jedes Auslassventil einschließlich des ersten Auslassventils 8 durch einen Auslassnocken 153 gesteuert. Der Einlassnocken 151 kann über einen Einlassventilsteuerzeitaktor 101 betätigt werden und der Auslassnocken 153 kann über einen Auslassventilsteuerzeitaktor 103 gemäß dem Satz von Einlass- bzw. Auslassventilsteuerzeiten betätigt werden. In einigen Beispielen können die Einlassventile und Auslassventile über den Einlassventilsteuerzeitaktor 101 bzw. Auslassventilsteuerzeitaktor 103 abgeschaltet werden. Zum Beispiel kann die Steuerung ein Signal an den Auslassventilsteuerzeitaktor 103 senden, um das erste Auslassventil 8 abzuschalten, sodass es geschlossen bleibt und sich zu seiner festgelegten Steuerzeit nicht öffnet. Die Position des Einlassnockens 151 und Auslassnockens 153 kann durch Nockenpositionssensoren 155 bzw. 157 bestimmt werden. Wie vorstehend vorgestellt, können in einem Beispiel alle Auslassventile jedes Zylinders an einer gleichen Auslassnockenwelle gesteuert werden. Demnach kann eine Steuerzeit von sowohl dem Spülauslassventil (zweiten Auslassventil) als auch dem Abblasauslassventil (ersten Auslassventil) zusammen über eine Nockenwelle eingestellt werden, doch sie können in Bezug aufeinander jeweils unterschiedliche Steuerzeiten aufweisen. In einem anderen Beispiel kann das Abblasauslassventil jedes Zylinders über eine erste Auslassnockenwelle gesteuert werden und ein Spülauslassventil jedes Zylinders über eine andere, zweite Auslassnockenwelle gesteuert werden. Auf diese Weise kann die Ventilsteuerzeit der Spülventile und der Abblasventile getrennt voneinander eingestellt werden. In alternativen Beispielen kann das bzw. können die Nocken- oder Ventilsteuerzeitsystem(e) der Spül- und/oder Abblasauslassventile ein Nockenin-Nocken-System, ein elektrohydraulisches System an den Spülventilen und/oder eine elektromechanische Ventilhubsteuerung an den Spülventilen einsetzen.
In einigen Beispielen können die Einlass- und/oder Auslassventile durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Zum Beispiel kann der Zylinder 130 alternativ ein Einlassventil, das über elektrische Ventilbetätigung gesteuert wird, und ein Auslassventil, das über Nockenbetätigung gesteuert wird, einschließlich CPS- und/oder VCT-Systemen, beinhalten. In noch anderen Beispielen können die Einlass- und Auslassventile durch einen gemeinsamen Ventilaktor oder ein gemeinsames Betätigungssystem oder einen Aktor oder ein Betätigungssystem zur variablen Ventilsteuerzeit gesteuert werden.
In einem Beispiel beinhaltet der Einlassnocken 151 getrennte und unterschiedliche Nockenerhebungen, die unterschiedliche Ventilprofile (z. B. Ventilsteuerzeit, Ventilhub, Dauer usw.) für jedes der zwei Einlassventile der Brennkammer 130 bereitstellen. Gleichermaßen kann der Auslassnocken 153 getrennte und unterschiedliche Nockenerhebungen beinhalten, die unterschiedliche Ventilprofile (z. B. Ventilsteuerzeit, Ventilhub, Dauer usw.) für jedes der zwei Auslassventile der Brennkammer 130 bereitstellen. In einem anderen Beispiel kann der Einlassnocken 151 eine gemeinsame Erhebung oder ähnliche Erhebungen beinhalten, die ein im Wesentlichen ähnliches Ventilprofil für jedes der zwei Einlassventile bereitstellen.
Zusätzlich können unterschiedliche Nockenprofile für die unterschiedlichen Auslassventile verwendet werden, um Abgase, die bei niedrigeren Zylinderdrücken abgeführt werden, von Abgasen, die bei höheren Zylinderdrücken abgeführt werden, zu trennen. Zum Beispiel kann ein erstes Auslassnockenprofil das erste Auslassventil (z. B. Abblasventil) aus einer geschlossenen Position kurz vor dem unteren Totpunkt (UT) des Arbeitstakts der Brennkammer 130 öffnen und das gleiche Auslassventil deutlich vor dem oberen Totpunkt (OT) des Ausstoßtakts schließen, um Abblasgase selektiv aus der Brennkammer abzuführen. Ferner kann ein zweites Auslassnockenprofil verwendet werden, um das zweite Auslassventil (z. B. Spülventil) aus einer geschlossenen Position vor einem Mittelpunkt des Ausstoßtakts zu öffnen und dieses nach dem OT zu schließen, um den Spülteil der Abgase selektiv abzuführen. Beispielhafte Ventilsteuerzeiten werden nachstehend unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
Somit kann die Steuerzeit des ersten Auslassventils und des zweiten Auslassventils Zylinderabblasgase aus einem Spülteil der Abgase isolieren, während Restabgase im Totraum des Zylinders mit frischer Ansaugluftdurchblasung während der positiven Ventilüberschneidung zwischen dem Einlassventil und den Spülauslassventilen gereinigt werden können. Indem ein erster Teil des Abgases, der aus den Zylindern austritt (z. B. Abgas mit höherem Druck), zu der Turbine (z. B. der in 1 vorgestellten Turbine 165) und einem Abgaskanal für höheren Druck strömen gelassen wird und ein späterer, zweiter Teil des Abgases (z. B. Abgas mit niedrigerem Druck) und Durchblasluft zu dem Verdichtereinlass (z. B. einem Einlass des in 1 vorgestellten Verdichters 162) strömen gelassen wird, kann der Motorsystemwirkungsgrad erhöht werden.
Der Zylinder 130 kann ein Verdichtungsverhältnis aufweisen, wobei es sich um ein Verhältnis von dem Volumen des Kolbens 136 am unteren Totpunkt zu dem am oberen Totpunkt handelt. Üblicherweise liegt das Verdichtungsverhältnis in einem Bereich von 9:1 bis 10:1. Allerdings kann in einigen Beispielen, in denen andere Kraftstoffe verwendet werden, das Verdichtungsverhältnis erhöht sein. Dies kann zum Beispiel auftreten, wenn Kraftstoffe mit einer höheren Oktanzahl oder Kraftstoffe mit einer höheren latenten Verdampfungsenthalpie verwendet werden. Falls Direkteinspritzung verwendet wird, kann das Verdichtungsverhältnis aufgrund von deren Auswirkung auf Motorklopfen ebenfalls erhöht sein.
In einigen Beispielen kann jeder Zylinder des Motors 10 eine Zündkerze 92 beinhalten, um die Verbrennung einzuleiten. Bei ausgewählten Betriebsmodi kann das Zündsystem 88 als Reaktion auf ein Frühzündungssignal SA (Spark Advance) von der Steuerung 12 der Brennkammer 130 über die Zündkerze 92 einen Zündfunken bereitstellen. In einigen Beispielen kann die Zündkerze 92 jedoch weggelassen werden, wie etwa, wenn der Motor 10 die Verbrennung durch Selbstzündung oder durch Einspritzung von Kraftstoff einleitet, wie etwa, wenn der Motor 10 ein Dieselmotor ist.
Als nicht einschränkendes Beispiel ist gezeigt, dass der Zylinder 130 eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 beinhaltet. Es ist gezeigt, dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 direkt an die Brennkammer 130 gekoppelt ist, um Kraftstoff proportional zu einer Impulsbreite eines Signals FPW, das von der Steuerung 12 über einen elektronischen Treiber 168 empfangen wird, direkt in diese einzuspritzen. Auf diese Weise stellt die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 sogenannte Direkteinspritzung (im Folgenden auch als „DI“ (direct injection) bezeichnet) von Kraftstoff in den Zylinder 130 bereit. Wenngleich 2 die Einspritzvorrichtung 66 als seitliche Einspritzvorrichtung zeigt, kann sie sich auch über dem Kolben befinden, wie etwa nahe der Position der Zündkerze 92. Eine derartige Position kann das Vermischen und die Verbrennung verbessern, wenn der Motor mit einem Kraftstoff auf Alkoholbasis betrieben wird, da einige Kraftstoffe auf Alkoholbasis eine niedrigere Flüchtigkeit aufweisen. Alternativ kann sich die Einspritzvorrichtung über und nahe dem Einlassventil befinden, um das Vermischen zu verbessern. In einem anderen Beispiel kann es sich bei der Einspritzvorrichtung 66 um eine Einlasskanaleinspritzvorrichtung handeln, die Kraftstoff stromaufwärts des Zylinders 130 in die Ansaugöffnung bereitstellt.
Kraftstoff kann aus einem Hochdruckkraftstoffsystem 180, das einen oder mehrere Kraftstofftanks, eine oder mehrere Kraftstoffpumpen und einen Kraftstoffverteiler beinhaltet, an die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 abgegeben werden. Alternativ kann Kraftstoff mit einem niedrigerem Druck durch eine einstufige Kraftstoffpumpe abgegeben werden. Ferner können die Kraftstofftanks, wenngleich dies nicht gezeigt ist, einen Druckmessumformer beinhalten, der der Steuerung 12 ein Signal bereitstellt. Kraftstofftanks in dem Kraftstoffsystem 180 können Kraftstoff mit unterschiedlichen Kraftstoffeigenschaften enthalten, wie etwa mit unterschiedlichen Kraftstoffzusammensetzungen. Bei diesen Unterschieden kann es sich um unterschiedliche Alkoholgehalte, unterschiedliche Oktanzahlen, unterschiedliche Verdampfungswärmen, unterschiedliche Kraftstoffgemische und/oder Kombinationen daraus usw. handeln. In einigen Beispielen kann das Kraftstoffsystem 180 an ein Kraftstoffdampfrückgewinnungssystem gekoppelt sein, das einen Kanister zum Speichern von Kraftstoffdämpfen aus Betankungsvorgängen und dem täglichen Betrieb beinhaltet. Die Kraftstoffdämpfe können während des Motorbetriebs aus dem Kanister zu den Motorzylindern gespült werden, wenn Spülbedingungen erfüllt sind.
Der Motor 10 kann mindestens teilweise durch die Steuerung 12 und durch Eingaben von einem Fahrzeugführer 113 über ein Fahrpedal 116 und einen Fahrpedalpositionssensor 118 und über ein Bremspedal 117 und einen Bremspedalpositionssensor 119 gesteuert werden. Der Fahrpedalpositionssensor 118 kann ein Pedalpositionssignal (PP) an die Steuerung 12 senden, das einer Position des Fahrpedals 116 entspricht, und der Bremspedalpositionssensor 119 kann ein Bremspedalpositionssignal (BPP) an die Steuerung 12 senden, das einer Position des Bremspedals 117 entspricht. Die Steuerung 12 ist in 3 als Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, das in diesem konkreten Beispiel als Festwertspeicher 106 gezeigt ist, Direktzugriffsspeicher 108, Keep-Alive-Speicher 110 und einen Datenbus beinhaltet. Auf das Speichermedium mit Festwertspeicher 106 können computerlesbare Daten programmiert sein, die Anweisungen darstellen, die durch den Mikroprozessor 102 ausgeführt werden können, um die nachstehend beschriebenen Verfahren und Routinen sowie andere Varianten, die vorweggenommen, jedoch nicht ausdrücklich aufgeführt werden, durchzuführen. Die Steuerung 12 kann zusätzlich zu den bereits erörterten Signalen verschiedene Signale von an den Motor 10 gekoppelten Sensoren empfangen, einschließlich einer Messung des eingeleiteten Luftmassenstroms (MAF) von dem Luftmassenmesser 48, eines Motorkühlmitteltemperatursignals (engine coolant temperature - ECT) von einem Temperatursensor 112, der an die Kühlmittelhülse 114 gekoppelt ist, eines Zündungsprofilaufnehmersignals (profile ignition pickup - PIP) von einem Hall-Effekt-Sensor 120 (oder einer anderen Art), der an die Kurbelwelle 140 gekoppelt ist, einer Drosselposition (throttle position - TP) von einem Drosselpositionssensor, der an die Drossel 62 gekoppelt ist, und eines Absolutkrümmerdrucksignals (MAP) von dem MAP-Sensor 122. Ein Motordrehzahlsignal, RPM, kann durch die Steuerung 12 anhand des Signals PIP erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von dem Krümmerdrucksensor kann dazu verwendet werden, eine Angabe des Vakuums oder Drucks in dem Ansaugkrümmer bereitzustellen.
Auf Grundlage von Eingaben von einem oder mehreren der vorstehend genannten Sensoren kann die Steuerung 12 einen oder mehrere Aktoren einstellen, wie etwa die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66, die Drossel 62, die Zündkerze 92, die Einlass-/Auslassventile und -nocken usw. Die Steuerung kann Eingangsdaten von den verschiedenen Sensoren empfangen, die Eingangsdaten verarbeiten und die Aktoren als Reaktion auf die verarbeiteten Eingangsdaten auf Grundlage einer Anweisung oder eines Codes, die bzw. der darin programmiert ist und einer oder mehreren Routinen entspricht, auslösen, wofür ein Beispiel in dieser Schrift unter Bezugnahme auf 7 beschrieben ist.
In einigen Beispielen kann das Fahrzeug ein Hybridfahrzeug mit mehreren Drehmomentquellen sein, die einem oder mehreren Fahrzeugrädern 160 zur Verfügung stehen. In anderen Beispielen handelt es sich bei dem Fahrzeug um ein herkömmliches Fahrzeug nur mit einem Motor. In dem in 2 gezeigten Beispiel beinhaltet das Fahrzeug den Motor 10 und eine elektrische Maschine 161. Die elektrische Maschine 161 kann ein Elektromotor oder ein Motorgenerator sein und kann somit in dieser Schrift auch als elektrischer Motor bezeichnet werden. Die elektrische Maschine 161 nimmt elektrische Leistung aus einer Traktionsbatterie 170 auf, um den Fahrzeugrädern 160 Drehmoment bereitzustellen. Die elektrische Maschine 161 kann auch als Generator betrieben werden, um zum Beispiel während eines Bremsbetriebs elektrische Leistung zum Aufladen der Batterie 170 bereitzustellen.
Die Kurbelwelle 140 des Motors 10 und die elektrische Maschine 161 sind über ein Getriebe 167 mit den Fahrzeugrädern 160 verbunden, wenn eine oder mehrere Kupplungen 166 eingekuppelt sind. In dem dargestellten Beispiel ist eine erste Kupplung 166 zwischen der Kurbelwelle 140 und der elektrischen Maschine 161 bereitgestellt und eine zweite Kupplung 166 zwischen der elektrischen Maschine 161 und dem Getriebe 167 bereitgestellt. Die Steuerung 12 kann ein Signal an einen Aktor jeder Kupplung 166 senden, um die Kupplung einzukuppeln oder auszukuppeln, um die Kurbelwelle 140 mit bzw. von der elektrischen Maschine 161 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder zu trennen und/oder um die elektrische Maschine 161 mit bzw. von dem Getriebe 167 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder zu trennen. Bei dem Getriebe 167 kann es sich um ein Schaltgetriebe, ein Planetenradsystem oder eine andere Getriebeart handeln. Der Antriebsstrang kann auf verschiedene Weisen konfiguriert sein, einschließlich als Parallel-, Serien- oder Serien-Parallel-Hybridfahrzeug.
Es wird nun auf 3 Bezug genommen, in der ein Graph 300 beispielhafte Ventilsteuerzeiten in Bezug auf eine Kolbenposition für einen Motorzylinder darstellt, der vier Ventile umfasst: zwei Einlassventile und zwei Auslassventile, wie vorstehend unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben. Der Zylinder ist dazu konfiguriert, Ansaugluft über die zwei Einlassventile (z. B. die in 1 vorgestellten Einlassventile 2 und 4) aufzunehmen, einen ersten Teil, einen Abblasteil, des Abgases über ein Abblasauslassventil (z. B. das in 1 vorgestellte erste Auslassventil oder Abblasauslassventil 8) abzuführen, einen zweiten Teil, einen Spülteil, des Abgases über ein Spülauslassventil (z. B. das in 1 vorgestellte zweite Auslassventil oder Spülauslassventil 6) abzuführen und dem Ansaugkanal über das Spülauslassventil nicht verbrannte Durchblasluft bereitzustellen. Durch Einstellen der Steuerzeit des Öffnens und/oder Schließens des Spülauslassventils mit derjenigen der zwei Einlassventile können Restabgase in dem Zylindertotraum herausgespült und zusammen mit frischer Ansaugdurchblasluft als AGR zurückgeführt werden.
Der Graph 300 veranschaulicht eine Motorposition entlang der horizontalen Achse in Grad Kurbelwinkel (crank angle degrees - CAD). In dem Beispiel aus 3 können relative Unterschiede bei Steuerzeiten durch die Zeichnungsabmessungen geschätzt werden. Falls gewünscht, können jedoch auch andere relative Steuerzeiten verwendet werden. Der Verlauf 302 stellt die Kolbenposition (entlang der vertikalen Achse) in Bezug auf den oberen Totpunkt (OT), den unteren Totpunkt (UT) und die vier Takte eines Motorzyklus (Ansaugtakt, Verdichtungstakt, Arbeitstakt und Ausstoßtakt) dar. Während des Ansaugtakts schließen sich im Allgemeinen die Auslassventile und öffnen sich die Einlassventile. Luft wird über den Ansaugkrümmer und die entsprechenden Ansaugöffnungen in den Zylinder eingeführt und der Kolben bewegt sich zum Boden des Zylinders, damit das Volumen innerhalb des Zylinders vergrößert wird. Die Position, in der sich der Kolben in seiner untersten Position in dem Zylinder und am Ende seines Takts befindet (z. B., wenn die Brennkammer ihr größtes Volumen aufweist), wird typischerweise als UT bezeichnet. Während des Verdichtungstakts sind die Einlassventile und die Auslassventile geschlossen. Der Kolben bewegt sich in Richtung des Zylinderkopfes, damit die Luft innerhalb des Zylinders verdichtet wird. Der Punkt, an dem sich der Kolben am Ende seines Takts und dem Zylinderkopf am nächsten befindet (z. B., wenn die Brennkammer ihr kleinstes Volumen aufweist), wird typischerweise als OT bezeichnet. In einem in dieser Schrift als Einspritzung bezeichneten Prozess wird Kraftstoff in die Brennkammer eingeführt. In einem in dieser Schrift als Zündung bezeichneten Prozess wird der eingespritzte Kraftstoff gezündet, wie etwa über einen Funken von einer Zündkerze, was zur Verbrennung führt. Während des Ausdehnungstakts drücken die sich ausdehnenden Gase den Kolben zurück nach unten zum UT. Eine Kurbelwelle (z. B. die in 2 gezeigte Kurbelwelle 140) wandelt diese Kolbenbewegung in ein Drehmoment der sich drehenden Welle um. Während des Ausstoßtakts werden die Auslassventile geöffnet, um das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch in die entsprechenden Abgaskanäle freizugeben, und der Kolben kehrt zum OT zurück. In dieser Beschreibung können die zweiten Auslassventile (Spülventile) nach dem Beginn des Ausstoßtakts geöffnet werden und bis nach dem Ende des Ausstoßtakts offen bleiben, während die ersten Auslassventile (Abblasventile) geschlossen werden und die Einlassventile geöffnet werden, um Restabgase mit Durchblasluft herauszuspülen.
Der Verlauf 304 stellt eine(n) Einlassventilsteuerzeit, -hub und -dauer für ein erstes Einlassventil (Int_1) dar, während der Verlauf 306 eine(n) Einlassventilsteuerzeit, -hub und -dauer für ein zweites Einlassventil (Int_2) darstellt, wobei beide Einlassventile an den Ansaugkanal des Motorzylinders gekoppelt sind. Der Verlauf 308 stellt eine(n) beispielhafte(n) Auslassventilsteuerzeit, -hub und -dauer für ein Abblasauslassventil (Exh_1) dar, das dem in 1 vorgestellten ersten Auslassventil (z. B. Abblasauslassventil) 8 entsprechen kann, das über eine erste Abgasöffnung (z. B. die erste Abgasöffnung 86 aus 1) an einen ersten Abgaskrümmer (z. B. den in 1 gezeigten Abblasabgaskrümmer 84) gekoppelt ist. Der Verlauf 310 stellt eine(n) beispielhafte(n) Auslassventilsteuerzeit, -hub und -dauer für ein Spülauslassventil (Exh_2) dar, das dem in 1 gezeigten zweiten Auslassventil (z. B. dem Spülauslassventil) 6 entsprechen kann, das über eine zweite Abgasöffnung (z. B. die zweite Abgasöffnung 82 aus 1) an einen Spülkrümmer (z. B. den in 1 gezeigten Spülkrümmer 80) gekoppelt ist. Wie bereits dargelegt, verbindet (z. B. koppelt fluidisch) der erste Abgaskrümmer das Abblasauslassventil mit dem Einlass einer Turboladerturbine (z. B. der Turbine 165 aus 1) und verbindet (z. B. koppelt fluidisch) der Spülkrümmer das Spülauslassventil über einen AGR-Kanal (z. B. den in 1 gezeigten ersten AGR-Kanal 50) mit einem Ansaugkanal. Der erste Abgaskrümmer kann, wie vorstehend erläutert, von dem Spülkrümmer getrennt sein.
In dem dargestellten Beispiel werden das erste und das zweite Einlassventil aus einer geschlossenen Position (z. B. mit einem Ventilhub von null) zu einer gemeinsamen Steuerzeit (Verlauf 304 und 306) beginnend nahe dem Ansaugtakt-OT kurz nach CAD2 (z. B. bei oder kurz nach dem Ansaugtakt-OT) vollständig geöffnet und nach dem Beginn eines anschließenden Verdichtungstakts nach CAD3 (z. B. nach dem UT) geschlossen. Wenn sie vollständig geöffnet sind, können zusätzlich dazu die zwei Einlassventile mit einem gleichen Betrag an Ventilhub L1 während einer gleichen Dauer D1 geöffnet werden. In anderen Beispielen können die zwei Einlassventile mit einer unterschiedlichen Steuerzeit betrieben werden, indem die Verstellung, der Hub oder die Dauer eingestellt werden. Im Gegensatz zur gemeinsamen Steuerzeit des ersten und zweiten Einlassventils kann die Steuerzeit des Öffnens und Schließens des Abblasauslassventils in Bezug auf das Öffnen und Schließen des Spülauslassventils gestaffelt sein. Insbesondere wird das Abblasauslassventil (Verlauf 308) zu einer ersten Steuerzeit aus einer geschlossenen Position geöffnet, die früher in dem Motorzyklus liegt als die Steuerzeit, zu der das Spülauslassventil (Verlauf 310) aus einer geschlossenen Position geöffnet wird. Insbesondere liegt die erste Steuerzeit zum Öffnen des Abblasauslassventils zwischen dem OT und dem UT des Arbeitstakts vor CAD1 (z. B. vor dem Ausstoßtakt-UT), während die Steuerzeit zum Öffnen des Spülauslassventils kurz nach dem Ausstoßtakt-UT nach CAD1, aber vor CAD2 liegt. Das Abblasauslassventil (Verlauf 308) wird vor dem Ende des Ausstoßtakts geschlossen und das Spülauslassventil (Verlauf 310) wird nach dem Ende des Ausstoßtakts geschlossen. Somit bleibt das Spülauslassventil offen, sodass es das Öffnen der Einlassventile geringfügig überschneidet.
Ausführlicher ausgedrückt, kann das Abblasauslassventil (Verlauf 308) vor dem Start eines Ausstoßtakts (z. B. zwischen 90 und 30 Grad vor dem UT in Abhängigkeit von der Nockenverstellung) vollständig aus dem geschlossenen Zustand geöffnet werden, in einem ersten Teil des Ausstoßtakts vollständig offen gehalten werden und vollständig geschlossen werden, bevor der Ausstoßtakt endet (z. B. zwischen 50 und 0 Grad vor dem OT in Abhängigkeit von der Nockenverstellung), um den Abblasteil des Abgasimpulses aufzufangen. Das Spülauslassventil (Verlauf 310) kann kurz nach dem Beginn des Ausstoßtakts (z.B. zwischen 30 und 90 Grad nach dem UT in Abhängigkeit von der Nockenverstellung) aus einer geschlossenen Position vollständig geöffnet werden, in einem zweiten Abschnitt des Ausstoßtakts offen gehalten werden und vollständig geschlossen werden, nachdem der Ansaugtakt beginnt (z. B. zwischen 20 und 70 Grad nach dem OT in Abhängigkeit von der Nockenverstellung), um den Spülteil des Abgases abzuführen. Zusätzlich können das Spülauslassventil und die Einlassventile, wie in 3 gezeigt, eine positive Überschneidungsphase (z. B. von zwischen 20 Grad vor dem OT und 30 Grad nach dem OT bis zwischen 30 und 90 Grad nach dem OT in Abhängigkeit von der Nockenverstellung) aufweisen, um Durchblasung mit AGR zu ermöglichen. Dieser Zyklus, bei dem alle vier Ventile betriebsfähig sind, kann sich auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen wiederholen.
Zusätzlich kann das Abblasauslassventil (Verlauf 308) mit einem ersten Betrag an Ventilhub L2 geöffnet werden, während das Spülauslassventil (Verlauf 310) mit einem zweiten Betrag an Ventilhub L3 geöffnet werden kann, wobei L3 kleiner ist als L2. Noch ferner kann das Abblasauslassventil zu der ersten Steuerzeit während einer Dauer D2 geöffnet werden, während das Spülauslassventil während einer Dauer D3 geöffnet werden kann, wobei D3 kleiner ist als D2. Es versteht sich, dass die zwei Auslassventile in anderen Beispielen den gleichen Betrag an Ventilhub und/oder die gleiche Öffnungsdauer aufweisen können, während das Öffnen zu unterschiedlich getakteten Steuerzeiten erfolgt.
Auf diese Weise können durch Verwenden von gestaffelten Ventilsteuerzeiten Motorwirkungsgrad und -leistung durch Trennen von Abgasen, die mit höherem Druck freigesetzt werden (z. B. sich ausdehnenden Abblasabgasen in dem Zylinder), von Restabgasen mit niedrigem Druck (z. B. Abgasen, die nach der Abblasung in dem Zylinder bleiben), in die unterschiedlichen Krümmer erhöht werden. Indem Restabgase mit niedrigem Druck als AGR zusammen mit Durchblasluft (über den ersten AGR-Kanal und den Spülkrümmer) zu dem Verdichtereinlass befördert werden, können die Brennkammertemperaturen gesenkt werden, wodurch ein Auftreten von Klopfen und ein Betrag der Zündverstellung nach spät von der Steuerzeit für das maximale Bremsmoment reduziert werden. Da die Abgase am Ende des Ausstoßtakts ferner entweder zu einer Stelle stromabwärts der Turbine oder stromaufwärts des Verdichters geleitet werden, die jeweils niedrigere Drücke aufweisen, können Abgaspumpverluste minimiert werden, um den Motorwirkungsgrad zu erhöhen.
Somit können Abgase effizienter verwendet werden, als einfach das gesamte Abgas eines Zylinders durch eine einzelne gemeinsame Abgasöffnung zu der Turboladerturbine zu leiten. Demnach können mehrere Vorteile erreicht werden. Zum Beispiel kann der durchschnittliche Abgasdruck, der dem Turbolader zugeführt wird, erhöht werden, indem der Abblasimpuls getrennt und in den Turbineneinlass geleitet wird, um den Turboladerausgang zu erhöhen. Zusätzlich kann die Kraftstoffeffizienz erhöht werden, da die Durchblasluft nicht zu dem Katalysator geleitet wird und stattdessen zu dem Verdichtereinlass geleitet wird, und deshalb kann es sein, dass überschüssiger Kraftstoff nicht in die Abgase eingespritzt wird, um ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis stromaufwärts des Katalysators beizubehalten.
Eine Zusammensetzung des Gases, das (über den ersten AGR-Kanal und den Spülkrümmer) durch das Spülauslassventil zu dem Verdichtereinlass befördert wird, variiert jedoch während der Öffnungsdauer des Spülauslassventils und variiert ferner auf Grundlage von Betriebsparametern, wie etwa einer Dauer der positiven Ventilüberschneidungsphase zwischen dem Spülauslassventil und den Einlassventilen, relativen Drücken des Ansaugkrümmers und des Spülkrümmers und einer Steuerzeit einer Kraftstoffdirekteinspritzung in Bezug auf eine Schließsteuerzeit des Spülauslassventils. 4A-4D veranschaulichen deshalb schematisch Quellen unterschiedlicher zurückgeführter Gase während einer Öffnungsdauer des Spülauslassventils. Insbesondere stellt ein Zylinderdiagramm 400 in jeder von 4A-4D schematisch eine Gasströmung durch den Zylinder an einer Motorposition dar, die in einem entsprechenden Ventildiagramm 450 gezeigt ist. Komponenten des Zylinderdiagramms 400, die den in 1 und 2 gezeigten Komponenten gleich sind, sind gleich nummeriert und werden unter Umständen nicht erneut vorgestellt. Das Ventildiagramm 450 zeigt die Motorposition entlang der horizontalen Achse (in Grad Kurbelwinkel nach dem OT des Ansaugtakts) und den Ventilhub entlang der vertikalen Achse (in Millimetern). Ein(e) beispielhafte(r) Ventilsteuerzeit, -hub und -dauer für einen Satz von Einlassventilen ist in Verlauf 404 gezeigt (z. B. die in 1 vorgestellten und in Zylinderdiagramm 400 gezeigten Einlassventile 2 und 4), ein(e) beispielhafte(r) Ventilsteuerzeit, -hub und -dauer für ein erstes Auslassventil, ein Abblasauslassventil, ist in Verlauf 408 gezeigt (z. B. das in 1 vorgestellte und in Zylinderdiagramm 400 gezeigte Abblasauslassventil 8) und ein(e) beispielhafte(r) Ventilsteuerzeit, -hub und -dauer für ein zweites Auslassventil, ein Spülauslassventil, ist in Verlauf 410 gezeigt (z. B. das in 1 vorgestellte und in Zylinderdiagramm 400 gezeigte Spülauslassventil 6).
Es wird zuerst auf 4A Bezug genommen, in der das Zylinderdiagramm 400 eine Gasströmung durch das Spülauslassventil 6 an einer ersten Motorposition zeigt, die durch eine gestrichelte Linie 416 in dem Ventildiagramm 450 angegeben ist. Die erste Motorposition tritt während eines Ausstoßtakts kurz vor dem OT des Ansaugtakts auf. Die Einlassventile 2 und 4 sind an der ersten Motorposition geschlossen, wie durch schwarz ausgefüllte Kreise für die Einlassventile 2 und 4 in dem Zylinderdiagramm 400 angegeben und wie durch den Verlauf 404 in dem Ventildiagramm 450 gezeigt. Das Abblasauslassventil 8 ist an der ersten Motorposition ebenfalls im Wesentlichen geschlossen. Das Spülauslassventil 6 ist an der ersten Motorposition offen, wie durch einen weiß ausgefüllten Kreis für das Spülauslassventil 6 in dem Zylinderdiagramm 400 angegeben und wie durch den Verlauf 410 in dem Ventildiagramm 450 gezeigt. Wenn die Einlassventile geschlossen sind, strömen Restgase 414 aus der Verbrennung (in dieser Schrift auch als Verbrennungsprodukte bezeichnet), die noch nicht als Abblasabgas (z. B. über das Abblasauslassventil 8) aus dem Zylinder ausgetreten sind, von dem Zylinder 130 durch das offene Spülauslassventil 6 und über die zweite Abgasöffnung 82 in Richtung des Spülkrümmers 80. Wenn ferner das Abblasauslassventil 8 an der ersten Motorposition im Wesentlichen geschlossen ist, strömen die Restgase 414 nicht durch das Abblasauslassventil und über die erste Abgasöffnung 86 in Richtung des ersten Abgaskrümmers 84. Zum Beispiel kann ein Abblasteil der Restgase 414 bereits früher in dem Motorzyklus durch das Abblasauslassventil 8 abgeführt worden sein (z. B. bei einem negativeren Kurbelwinkel in Bezug auf den OT des Ansaugtakts), während das Abblasauslassventil 8 offen war (wie z. B. in Verlauf 408 gezeigt). Restgase (z. B. Verbrennungsgase) 414 können aus verbrannten Gasen, einem Gemisch aus verbrannten Gasen und Luft und/oder einem Gemisch aus verbrannten Gasen und unverbrannten Kohlenwasserstoffen bestehen, die zum Beispiel während des vorherigen Motorzyklus eingespritzt wurden.
Es wird als Nächstes auf 4B Bezug genommen, in der das Zylinderdiagramm 400 eine Gasströmung durch das Spülauslassventil 6 an einer zweiten Motorposition zeigt, die durch eine gestrichelte Linie 418 in dem Ventildiagramm 450 angegeben ist. Die zweite Motorposition tritt während des Ansaugtakts kurz nach dem OT auf. Die Einlassventile 2 und 4 sind an der zweiten Motorposition offen, wie durch weiß ausgefüllte Kreise für die Einlassventile 2 und 4 in dem Zylinderdiagramm 400 angegeben und wie durch den Verlauf 404 in dem Ventildiagramm 450 gezeigt. Das Abblasauslassventil 8 ist an der zweiten Motorposition vollständig geschlossen. Das Spülauslassventil 6 bleibt an der zweiten Motorposition offen, wie durch einen weiß ausgefüllten Kreis für das Spülauslassventil 6 in dem Zylinderdiagramm 400 angegeben und wie durch den Verlauf 410 in dem Ventildiagramm 450 gezeigt. Wenn die Einlassventile offen sind, strömen Rückstoßgase 420 aus den Ansaugöffnungen 20 und 22, durch die offenen Einlassventile 2 und 4, durch den Zylinder 130, durch das offene Spülauslassventil 6 und über die zweite Abgasöffnung 82 in Richtung des Spülkrümmers 80. Wenn ferner das Abblasauslassventil 8 an der zweiten Motorposition vollständig geschlossen ist, strömen die Rückstoßgase 420 nicht durch das Abblasauslassventil und über die erste Abgasöffnung 86 in Richtung des ersten Abgaskrümmers 84. Rückstoßgase 420 können aus einem Gemisch aus verbrannten Gasen, Luft und/oder unverbrannten Kohlenwasserstoffen bestehen, die während des vorherigen Motorzyklus eingespritzt wurden. Während die Einlassventile 2 und 4 offen sind, kann zum Beispiel Gas auf Grundlage eines Zylinderinnendrucks und eines Drucks in den Ansaugöffnungen (z. B. auf Grundlage des MAP) von dem Zylinder 130 zu den Ansaugöffnungen 20 und 22 strömen und nach dem Schließen des Einlassventils in den Ansaugöffnungen bleiben. Ferner variiert eine Menge an unverbrannten Kohlenwasserstoffen in den Rückstoßgasen 420 auf Grundlage eines Betrags der Überschneidung zwischen einem Einspritzbeginn (start of injection - SOI) einer Kraftstoffdirekteinspritzung und einer Schließsteuerzeit des Spülauslassventils 6. Dann können während eines anschließenden Motorzyklus Rückstoßgase 420 nach dem Öffnen des Einlassventils von den Ansaugöffnungen 20 und 22 in den Zylinder 130 strömen, und mindestens ein Teil der Rückstoßgase 420 kann dann durch das Spülauslassventil 6 zu dem Spülkrümmer 80 strömen.
Als Nächstes zeigt das Zylinderdiagramm 400 aus 4C eine Gasströmung durch das Spülauslassventil 6 an einer dritten Motorposition, die durch eine gestrichelte Linie 422 in dem Ventildiagramm 450 angegeben ist. Die Einlassventile 2 und 4 sind an der dritten Motorposition offen, wie durch weiß ausgefüllte Kreise für die Einlassventile 2 und 4 in dem Zylinderdiagramm 400 angegeben und wie durch den Verlauf 404 in dem Ventildiagramm 450 gezeigt. Das Abblasauslassventil 8 ist an der dritten Motorposition vollständig geschlossen. Das Spülauslassventil 6 bleibt an der dritten Motorposition offen, wie durch einen weiß ausgefüllten Kreis für das Spülauslassventil 6 in dem Zylinderdiagramm 400 angegeben und wie durch den Verlauf 410 in dem Ventildiagramm 450 gezeigt. Kraftstoff wird über die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 an der dritten Motorposition direkt in den Zylinder 130 eingespritzt. Wenn das Spülauslassventil offen ist, strömt kurzgeschlossener (z. B. gespülter) Kraftstoff 424 aus der Kraftstoffdirekteinspritzung direkt durch das Spülauslassventil 6 und über die zweite Abgasöffnung 82 in Richtung des Spülkrümmers 80. Eine Menge des kurzgeschlossenen Kraftstoffs 424 variiert auf Grundlage eines Betrags der Überschneidung zwischen dem SOI der Kraftstoffdirekteinspritzung und einer Schließsteuerzeit des Spülauslassventils 6, einer Strömung von dem Einlass zu dem Spülkrümmer, einer Dauer der positiven Überschneidung zwischen den Einlassventilen 2 und 4 und dem Spülauslassventil 6, einer Strömungsmenge durch einen Spülkrümmerumgehungskanal (z. B. den in 1 gezeigten SMBP 98), einer bei der Kraftstoffdirekteinspritzung eingespritzten Kraftstoffmenge, einer Steuerzeit für das Einspritzende (end of injection - EOI) der Kraftstoffdirekteinspritzung und eines relativen Drucks zwischen dem Spülkrümmer und dem Einlass. Das heißt, ein Teil des direkt eingespritzten Kraftstoffs kann als kurzgeschlossener Kraftstoff 424 durch das Spülauslassventil 6 strömen, wobei der Teil (in Bezug auf eine direkt eingespritzte Gesamtmenge an Kraftstoff) auf Grundlage von Druck- und Strömungseigenschaften des Spülkrümmers und des Ansaugkrümmers und des Betrags der Überschneidung zwischen der Direkteinspritzung und einer Öffnungsdauer des Spülauslassventils 6 variiert.
In 4D zeigt das Zylinderdiagramm 400 eine Gasströmung durch das Spülauslassventil 6 an einer vierten Motorposition, die durch eine gestrichelte Linie 426 in dem Ventildiagramm 450 angegeben ist. Die Einlassventile 2 und 4 sind an der vierten Motorposition offen, wie durch weiß ausgefüllte Kreise für die Einlassventile 2 und 4 in dem Zylinderdiagramm 400 angegeben und wie durch den Verlauf 404 in dem Ventildiagramm 450 gezeigt. Das Abblasauslassventil 8 ist an der vierten Motorposition vollständig geschlossen. Das Spülauslassventil 6 bleibt an der vierten Motorposition offen, wie durch einen weiß ausgefüllten Kreis für das Spülauslassventil 6 in dem Zylinderdiagramm 400 angegeben und wie durch den Verlauf 410 in dem Ventildiagramm 450 gezeigt. Wenn die Einlassventile offen sind, strömen Ansaugkrümmergase 428 aus dem Ansaugkrümmer 44, durch die Ansaugöffnungen 20 und 22 zu den offenen Einlassventilen 2 und 4, durch den Zylinder 130, durch das offene Spülauslassventil 6 und über die zweite Abgasöffnung 82 in Richtung des Spülkrümmers 80. Wenn ferner das Abblasauslassventil 8 an der vierten Motorposition vollständig geschlossen ist, strömen die Ansaugkrümmergase 428 nicht durch das Abblasauslassventil und über die erste Abgasöffnung 86 in Richtung des ersten Abgaskrümmers 84. Die Ansaugkrümmergase 428 können zum Beispiel aus Frischluft, zurückgeführten verbrannten Gasen (z. B. wie durch den in 1 gezeigten ersten AGR-Kanal 50 zurückgeführt) und in einigen Beispielen zurückgeführtem (unverbranntem) Kraftstoff bestehen. Zum Beispiel kann während eines ersten Motorzyklus gespülter Kraftstoff durch einen AGR-Kanal (z. B. den in 1 gezeigten ersten AGR-Kanal 50) zu dem Ansaugkrümmer 44 zurückgeführt werden. Dann kann während eines zweiten, anschließenden Motorzyklus der während des ersten Motorzyklus gespülte Kraftstoff aus dem Ansaugkrümmer 44 in den Zylinder 130 strömen. In einigen Beispielen kann mindestens ein Teil des während des ersten Motorzyklus gespülten Kraftstoffs ferner während des zweiten Motorzyklus als Ansaugkrümmergase 428 durch das offene Spülauslassventil 6 strömen.
Somit zeigen 4A-4D unterschiedliche Quellen von zurückgeführten Gasen während der Öffnungsdauer des zweiten Auslassventils (z. B. des Spülauslassventils). Die unterschiedlichen Quellen von zurückgeführten Gasen können Gase mit variierender Zusammensetzung zuführen, die ferner auf Grundlage der Spülventilsteuerzeit, der Einlassventilsteuerzeit, des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts sowie von Druck- und Strömungseigenschaften variieren können. Eine Steuerzeit der Einlassventile, des Spülauslassventils und somit der Öffnungsüberschneidung zwischen den Einlassventilen und dem Spülauslassventil wirkt sich auf die relativen Teile von Restgasen (z. B. Verbrennungsgasen), Rückstoßgasen und Ansaugkrümmergasen aus, die in den Spülabgaskrümmer eintreten, wie weiter unten unter Bezugnahme auf 5 und 6A-6B beschrieben.
Wie vorstehend erläutert, ist das Schätzen der Menge an verbrannten Gasen, Luft (z. B. Frischluft) und unverbrannten Kohlenwasserstoffen, die über den AGR-Kanal und den Spülabgaskrümmer zu dem Ansaugkanal strömen, aufgrund der Systemarchitektur und der Ventilsteuerzeiten schwierig, was dazu führt, dass verschiedene Teile von Gasen zu verschiedenen Zeitpunkten in den Spülkrümmer gedrückt wurden (wie vorstehend unter Bezugnahme auf 4A-4D beschrieben). Um die Strömungsmengen jedes der zurückgeführten Bestandteile (Luft, Kraftstoff und verbrannter Gase) in dem AGR-Kanal (zu dem Ansaugkanal stromaufwärts des Verdichters) zu schätzen, kann zuerst eine Schätzung des Gesamtmassenstroms (z. B. Strömung aller Gase einschließlich verbrannter Gase, Luft und Kraftstoff) durch den AGR-Kanal von dem Spülkrümmer nötig sein. Zuvor kann diese Gesamtströmungsmessung durch den AGR-Kanal und über das AGR-Ventil (z. B. das in 1 gezeigte BTCC-Ventil 54) über ein Druckdifferenzmesssystem (z. B. ein DPFE-System) unter Verwendung eines Differenzdrucksensors bestimmt werden, der an dem AGR-Ventil und einer zugehörigen Blende angeordnet ist (zum Beispiel unter Verwendung einer Raketendüse oder eines Venturirohrs). Diese Messung kann jedoch eine erhebliche Druckdifferenz an der Blende erfordern, was die Motorleistung bei hohen Lastbedingungen einschränken kann. Daher schlagen die Erfinder der vorliegenden Erfindung stattdessen vor, den Massenstrom durch den AGR-Kanal und über das BTCC-Ventil auf Grundlage der Ventilöffnungsüberschneidung zwischen den Einlassventilen und dem Spülauslassventil und eines Druckabfalls an der Überschneidung (z. B. einer Druckdifferenz zwischen dem Ansaugkrümmer und dem Spülabgaskrümmer) zu schätzen. Dann können durch Abbilden einer Beziehung zwischen der Ventilöffnungsüberschneidung zwischen den Einlassventilen und dem Spülauslassventil (z. B. den relativen Einlassventil- und Spülventilsteuerzeiten) und den relativen Massenanteilen von Ansauggasen, Rückstoßgasen und Verbrennungsprodukten innerhalb des AGR-Gesamtmassenstroms die Strömungsmengen von jedem von verbrannten Gasen, Kraftstoff und Luft durch den AGR-Kanal zu dem Ansaugkanal stromaufwärts des Verdichters bestimmt werden. Diese Werte können dann zur Motorsteuerung verwendet werden. Einzelheiten dieses Verfahrens sind nachstehend unter Bezugnahme auf 7 beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 7 ist ein Verfahren 700 zum Bestimmen einer Gesamtströmung durch einen Spül-AGR-Kanal (einen AGR-Kanal von einem Spülabgaskrümmer zu einem Ansaugkanal stromaufwärts eines Verdichters) und der relativen Konzentrationen von verbrannten Gasen, Kraftstoff und Luft innerhalb der Gesamtströmung gezeigt. In einer Ausführungsform kann der Spül-AGR-Kanal der in 1 gezeigte EGR-Kanal 50 sein und die Strömung durch den Spül-AGR-Kanal kann als SC-AGR-Strömung bezeichnet werden. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 700 können durch eine Steuerung auf Grundlage von auf einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit Signalen ausgeführt werden, die von Sensoren des Motorsystems, wie etwa den vorstehend unter Bezugnahme auf 1 und/oder 2 beschriebenen Sensoren, empfangen werden. Die Steuerung kann Motoraktoren des Motorsystems einsetzen, um den Motorbetrieb gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren einzustellen.
Das Verfahren 700 beginnt bei 702, was Schätzen und/oder Messen von Betriebsbedingungen beinhaltet. Betriebsbedingungen können zum Beispiel eine Bremspedalposition, eine Fahrpedalposition, Drehmomentbedarf des Fahrzeugführers, Umgebungstemperatur und -luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Motordrehzahl, Motorlast, Motortemperatur, Luftmassenstrom (MAF), Ansaugkrümmerdruck (MAP), Ansaugkrümmertemperatur, Sauerstoffgehalt von Ansaugluft/Abgasen an verschiedenen Stellen in dem Motorsystem, ein gewünschtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis (air-fuel ratio - AFR), ein tatsächliches AFR, eine Steuerzeit der Zylindereinlass- und -auslassventile, Positionen verschiedener Ventile des Motorsystems (einschließlich des BTCC-Ventils), ein Temperatur- und/oder Belastungsniveau einer oder mehrerer Abgasreinigungsvorrichtungen, Drücke in dem Abgassystem (z. B. Abgaskrümmern, Abgasöffnungen und/oder Abgaskanälen) usw. beinhalten. Die Betriebsbedingungen können auf Grundlage von verfügbaren Daten gemessen oder abgeleitet werden.
Bei 704 beinhaltet das Verfahren Bestimmen der Steuerzeit der Einlassventile (z. B. der in 1 gezeigten Einlassventile 2, 4) und der Steuerzeit der Spülauslassventile (z. B. der in 1 gezeigten zweiten Auslassventile 6). Die Ventilsteuerzeiten können in Bezug auf die Motorposition (z. B. Grad Kurbelwinkel) bestimmt werden. Zum Beispiel können die Grad Kurbelwinkel bestimmt werden, bei denen sich die Einlassventile eines Zylinders öffnen und schließen, sowie die Grad Kurbelwinkel, bei denen sich das Spülauslassventil des Zylinders öffnet und schließt. Das Verfahren kann bei 704 ferner Bestimmen der Öffnungsüberschneidung zwischen dem Spülauslassventil und den Einlassventilen für einen Zylinder beinhalten (z. B. die SV-IV-Überschneidung). Die SV-IV-Überschneidung kann eine Anzahl von Grad Kurbelwinkel sein, für die sowohl die Einlassventile als auch das entsprechende Spülauslassventil für einen Zylinder in einem Zylinderzyklus gleichzeitig offen sind. Zusätzlich kann das Verfahren bei 704 Bestimmen des aktuellen Ventilhubs jedes des Spülventils und der Einlassventile für den aktuellen Zeitpunkt in dem Motorzyklus (z. B. beim aktuellen Grad Kurbelwinkel in dem Motorzyklus) auf Grundlage der bestimmten Ventilsteuerzeiten beinhalten. Diese Information kann verwendet werden, um die (z. B. momentane) Ventilüberschneidungsfläche zwischen dem Spülventil und den Einlassventilen zu bestimmen, wie weiter unten bei 708 beschrieben.
Das Verfahren 700 fährt mit 706 fort, um den Ansaugkrümmerdruck und den Spülkrümmerdruck (Abgaskrümmerdruck) zu bestimmen. In einer Ausführungsform können der Ansaugkrümmer- und der Spülkrümmerdruck auf Grundlage von zusätzlichen Motorbetriebsbedingungen geschätzt werden, wie etwa Drücken und/oder Strömungen stromaufwärts und/oder stromabwärts der gewünschten Stellen. In einer anderen Ausführungsform können der Ansaugkrümmer- und der Spülkrümmerdruck gemessen werden. Als ein Beispiel kann der Ansaugkrümmerdruck anhand einer Ausgabe eines Drucksensors, der innerhalb des Ansaugkrümmers angeordnet ist (z. B. des in 1 gezeigten Ansaugdrucksensors 37), geschätzt und/oder gemessen werden. Als ein anderes Beispiel kann der Spülkrümmerdruck anhand einer Ausgabe eines Drucksensors, der innerhalb des Spülkrümmers angeordnet ist (z. B. des in dem zweiten Abgaskrümmer 80 angeordneten Drucksensors 34), geschätzt und/oder gemessen werden. Beim Messen des Ansaugkrümmerdrucks und des Spülkrümmerdrucks können diese Druckmessungen von den entsprechenden Drucksensoren über Hochfrequenzabtastung (z. B. Abtastung über eine Millisekunde oder 5 Grad) erlangt werden. Ferner können diese Druckmessungen gemäß dem Kurbelwinkel abgestimmt sein, sodass der aktuelle Ansaugkrümmerdruck und Spülkrümmerdruck zum aktuellen Zeitpunkt in dem Motorzyklus erlangt und in Verbindung mit der aktuellen Ventilüberschneidungsfläche bei 708 verwendet werden können, wie weiter unten beschrieben.
Bei 708 beinhaltet das Verfahren Bestimmen der Gesamtströmung (hier auch als Gesamtmassenstrom bezeichnet) durch den Spül-AGR-Kanal von dem Spülkrümmer zu dem Ansaugkanal stromaufwärts des Verdichters unter Verwendung der bestimmten Ventilsteuerzeiten (bei 704 bestimmt und verwendet, um die Ventilüberschneidungsfläche zwischen dem Spülventil und den Einlassventilen zu bestimmen) und der bestimmten Drücke (bei 706 bestimmt) zu einem aktuellen Zeitpunkt in dem Motorzyklus. Ein Zylinder zwischen den Einlassventilen und dem Spülauslassventil kann als Vorrichtung mit variabler Blende modelliert sein, die die Strömung durch den Zylinder und in den Spülkrümmer unter Verwendung der relativen Öffnungen zwischen dem Spülauslassventil und den Einlassventilen (des Zylinders) während des SV-IV-Überschneidungszeitraums (in dem die Einlassventile und das Spülventil eines Zylinders alle mindestens teilweise geöffnet sind) steuert. Die Strömungsgeschwindigkeit durch diese „Blende“ und somit in den Spülkrümmer kann unter Verwendung einer Standardblendengleichung mit dem Strömungsquerschnitt (z. B. Überschneidungsfläche zwischen den Einlassventilen und dem Spülventil) der Blende in Beziehung gesetzt werden. Ein Beispiel für eine derartige Blendengleichung, die zum Bestimmen der Gesamtströmung an einer Blende (die in diesem Fall als zwischen dem Spülventil und den entsprechenden Einlassventilen liegend angesehen wird) verwendet wird, ist durch die nachstehenden Gleichungen dargestellt. $Q_{S V - I V} = g_{1} (P_{I M,} P_{S M}) g_{2} (θ),$
$g_{1} (P_{I M}, P_{S M}) = \frac{A_{S V - I V} P_{S M}}{\sqrt{R_{L u f t} T_{I M}}} {(\frac{P_{I M}}{P_{S M}})}^{\frac{1}{γ}} \sqrt{\frac{2 γ}{γ - 1} [1 - {(\frac{P_{I M}}{P_{S M}})}^{\frac{γ - 1}{γ}}]},$
$g_{2} (θ) = C_{D} (θ),$
wobei Qsv-iv die Gesamtströmung durch den Zylinder von den Einlassventilen zu dem Spülventil ist, die als Gesamtmassenstrom durch den Spül-AGR-Kanal angenommen werden kann. In den vorstehenden Gleichungen ist P_IM der Ansaugkrümmerdruck, P_SM ist der Spülkrümmerdruck und 0 ist der relative Öffnungswinkel zwischen dem Einlassventil und dem Spülventil (z. B. Bruchteil oder Prozentsatz der Öffnungsüberschneidung eines Gesamtbetrags der möglichen Überschneidung zwischen den Einlassventilen und dem Spülventil). In Gleichung 2 ist A_SV-IV die Ventilüberschneidungsfläche zwischen den Einlassventilen und dem Spülventil (die von den Ventilhubprofilen für die Einlassventile und Spülventile bei dem aktuellen Kurbelwinkel abhängig ist), R_Luft ist die universelle Gaskonstante der Luft, T_IM ist die Temperatur in dem Ansaugkrümmer und γ ist das spezifische Gewicht der Gase. In Gleichung 3 ist C_D(θ) ein winkelabhängiger Durchflusskoeffizient. Die Multiplikation von Fläche und Durchflusskoeffizient stellt eine äquivalente Wirkung zum Ventilüberschneidungsfaktor bereit. Somit kann unter Verwendung einer Blendengleichung, wie etwa der vorstehend dargestellten Gleichungen 1-3, des bestimmten Ansaugkrümmer- und Spülkrümmerdrucks bei dem aktuellen Kurbelwinkel und der Ventilüberschneidungsfläche bei dem aktuellen Kurbelwinkel die aktuelle Strömung durch den Spül-AGR-Kanal bestimmt werden. Dieser Betrag des Gesamtmassenstroms kann sich im Laufe der Zeit ändern, wenn sich die Drücke und die Ventilüberschneidungsfläche ändern.
In einer Ausführungsform kann das Verfahren bei 708 zusätzlich bei 710 Herausfiltern einer Wirkung der Pulsierung auf den Spülkrümmerdruck und Schätzen einer Beförderungsverzögerung bei der bestimmten Gesamtströmung durch den Spül-AGR-Kanal auf Grundlage der Motordrehzahl beinhalten. Zum Beispiel kann bei zunehmender Motordrehzahl auch die Anzahl der Pulsierungen in der Strömung zunehmen. Somit kann eine Beziehung zwischen Motordrehzahl und Spülkrümmerdruckpulsierungen bestimmt werden (z. B. aus Motorabbildung/-modellierung) und im Speicher der Steuerung als Lookup-Tabelle oder mathematische Beziehung gespeichert werden, wobei die Motordrehzahl die Eingabe ist und eine Korrektur des bestimmten (z. B. gemessenen) Spülkrümmerdrucks die Ausgabe ist. Somit kann die Steuerung auf Grundlage einer bestimmten Motordrehzahl (die z. B. anhand eines oder mehrerer Motorsensoren geschätzt und/oder gemessen wird) die Motordrehzahl in die gespeicherte Lookup-Tabelle oder Beziehung eingeben und eine Korrektur des Spülkrümmerdrucks als Ausgabe empfangen. Die Steuerung kann dann den gemessenen oder geschätzten Spülkrümmerdruck unter Verwendung der bestimmten Korrektur korrigieren und den korrigierten Spülkrümmerdruck in der Blendengleichung verwenden, um den Gesamtmassenstrom durch den Spül-AGR-Kanal zu bestimmen, wie vorstehend beschrieben. Gleichermaßen kann eine Beförderungsverzögerung auf Grundlage einer gemessenen und/oder geschätzten Motordrehzahl bestimmt werden und zum Einstellen oder Aktualisieren des bestimmen Gesamtmassenstroms durch den Spül-AGR-Kanal verwendet werden.
Weiter mit 712 beinhaltet das Verfahren Bestimmen von Spülkrümmermassenanteilen von Spülkrümmergasteilen auf Grundlage der Ventilöffnungsüberschneidung zwischen dem Spülventil und den Einlassventilen. Die Spülkrümmergasteile (z. B. Teile von Gasen, die in den Spülkrümmer ausgestoßen und über den Spül-AGR-Kanal zu dem Ansaugkanal zurückgeführt werden, wie vorstehend unter Bezugnahme auf 4A-4D beschrieben) beinhalten Rückstoßgase (z. B. die in 4B gezeigten Rückstoßgase 420), Verbrennungsprodukte (z.B. die in 4A gezeigten Restgase 414) und Ansaugkrümmergase (z. B. die in 4D gezeigten Ansaugkrümmergase 428). Wenngleich dies in der Aufschlüsselung aus 5 nicht ausdrücklich gezeigt ist, kann die Auswirkung von direkt eingespritztem (DI) Kraftstoff auf die Kraftstoffkonzentration in dem Spülkrümmer ohne Verlust der Allgemeingültigkeit auf ähnliche Weise wie bei den anderen Quellen von gespültem Kraftstoff abgebildet werden.
Eine Abbildung (z. B. Beziehung) zwischen den Spülkrümmermassenanteilen der Spülkrümmergasteile und der Überschneidung von Einlassventilen zu Spülventil (z. B. Betrag der Ventilöffnungsüberschneidung zwischen den Einlassventilen und dem Spülventil) kann über eine Motorabbildung über einen Bereich von Nockensteuerzeiten bestimmt werden, die zu verschiedenen Beträgen der Ventilüberschneidung zwischen den Einlassventilen und dem Spülventil führen (z. B. von einem Mindestbetrag der möglichen Überschneidung bis zu einem Höchstbetrag der möglichen Überschneidung auf Grundlage der festgelegten Nockensteuerzeiten). Zum Beispiel können zum Variieren der Einlass- und Auslassnockensteuerzeiten die relativen Anteile jedes der Spülkrümmergasteile unter Verwendung einer Motorabbildung unter Nutzung von Massenanteilsausgleichsbeziehungen bestimmt werden.
Eine beispielhafte Abbildung der Beziehung zwischen den Spülkrümmermassenanteilen und der Überschneidung von Einlassventilen zu Spülventil ist in 5 gezeigt. Insbesondere zeigt 5 eine mit den Spülkrümmermassenanteilen auf der y-Achse (von 0 bis 1) und der Überschneidung von Einlassventilen zu Spülventil (z. B. Betrag der positiven Ventilüberschneidung zwischen den Einlassventilen und dem Spülventil) auf der x-Achse (von einem Mindestbetrag der Öffnungsüberschneidung zu einem Höchstbetrag der Öffnungsüberschneidung). Die Spülkrümmermassenanteile bestehen aus den Spülkrümmergasteilen, die Ansauggase 502, Rückstoßgase 504 und Verbrennungsprodukte 506 beinhalten. Für jeden Betrag der Überschneidung von Einlassventilen zur Spülventil ist die Summe aller Spülkrümmermassenanteile jedes der Spülkrümmergasteile gleich eins (z. B. 100 %). Wie vorstehend erläutert, beinhaltet der auf der x-Achse der gezeigte Bereich der Überschneidung von Einlassventilen zu Spülventil einen Bereich von einem Mindestbetrag der Öffnungsüberschneidung bis zu einem Höchstbetrag der Öffnungsüberschneidung. Beispielhafte Ventilsteuerzeitdiagramme für die Extrembeträge (z. B. Mindest- und Höchstbetrag) der Ventilüberschneidung sind in 6A-6B gezeigt. In jeder der 6A-6B, die den in 4A-4D gezeigten Ventildiagrammen 450 ähnlich sind, ist die Motorposition entlang der horizontalen Achse (in Grad Kurbelwinkel nach dem OT des Ansaugtakts) gezeigt und der Ventilhub entlang der vertikalen Achse (in Millimetern) gezeigt. Ein(e) beispielhafte(r) Ventilsteuerzeit, -hub und -dauer für einen Satz von Einlassventilen ist in Verlauf 404 gezeigt (z. B. die in 1 vorgestellten Einlassventile 2 und 4), ein(e) beispielhafte(r) Ventilsteuerzeit, -hub und -dauer für ein erstes Auslassventil, ein Abblasauslassventil, ist in Verlauf 408 gezeigt (z. B. das in 1 vorgestellte Abblasauslassventil 8) und ein(e) beispielhafte(r) Ventilsteuerzeit, -hub und -dauer für ein zweites Auslassventil, ein Spülauslassventil (z. B. Spülventil), ist in Verlauf 410 gezeigt (z. B. das in 1 vorgestellte Spülauslassventil 6). In 6A ist der Auslassnocken nach spät verstellt, was bewirkt, dass die Spülventilsteuerzeit weiter nach spät verstellt ist, und zu weniger Ventilüberschneidung zwischen dem Spülventil und den Einlassventilen führt (Ventilüberschneidungsfläche bei 602 gezeigt). In 6B ist der Auslassnocken nach früh verstellt, was bewirkt, dass die Spülventilsteuerzeit weiter nach früh verstellt ist, und zu mehr Ventilüberschneidung zwischen dem Spülventil und den Einlassventilen führt (Ventilüberschneidungsfläche bei 604 gezeigt).
Zurück zu 5 besteht, wie in zu sehen ist, bei einem relativ geringen Betrag der Überschneidung von Einlassventilen zu Spülventil (Balken ganz links in ) die Mehrheit der Spülkrümmergase aus Verbrennungsprodukten mit einer geringen Menge an Ansauggasen. Dies liegt daran, dass die Einlassventile nur eine relativ kürzere Zeit offen sind, bevor sich das Spülventil schließt. Mit zunehmendem Betrag der Überschneidung von Einlassventilen zu Spülventil nimmt der relative Anteil der Verbrennungsprodukte ab, während der relative Anteil der Ansauggase zunimmt. Der Rückstoßgasanteil ist bei den kleineren Ventilüberschneidungen geringfügig höher, ändert sich jedoch bei sich änderndem Überschneidungsbetrag nicht so drastisch (im Vergleich zu den Ansauggasen und Verbrennungsprodukten).
Zurück zu 712 aus 7 kann eine Abbildung von Spülkrümmermassenanteilen von Spülkrümmergasteilen gegenüber dem Betrag der Überschneidung von Einlassventilen zu Spülventil, wie etwa die in 5 gezeigte Abbildung, als Abbildung, Lookup-Tabelle oder mathematische Beziehung in dem Speicher der Steuerung gespeichert sein. Dann kann auf Grundlage der festgelegten Einlass- und Auslassnockensteuerzeiten (z. B. Einlassventil- und Spülventilsteuerzeiten) der Betrag der Ventilüberschneidung bestimmt und in die gespeicherte Abbildung, Lookup-Tabelle oder Beziehung eingegeben werden. Die Steuerung kann dann die Ausgabe der Spülkrümmermassenanteile für jeden der Spülkrümmergasteile empfangen.
Das Verfahren fährt mit 714 fort, um die Endkonzentrationen von verbranntem Gas, Kraftstoff und Luft (z. B. Frischluft) in der zurückgeführten Spül-EGR-Strömung auf Grundlage der bestimmten Massenanteile und angenommenen Anteile von Bestandteilen in jedem Spülkrümmergasteil zu bestimmen. Wie vorstehend unter Bezugnahme auf 4A-4D erläutert, können die Verbrennungsprodukte aus verbrannten Gasen, verbrannten Gasen und Luft sowie verbrannten Gasen und unverbrannten Kohlenwasserstoffen bestehen, die Rückstoßgase können aus Luft, verbranntem Gas und Kraftstoff bestehen und die Ansauggase (z. B. Ansaugkrümmergase) können aus Frischluft, zurückgeführten verbrannten Gasen und zurückgeführtem (unverbranntem) Kraftstoff bestehen. In einer Ausführungsform können die Anteile von Kraftstoff, verbrannten Gasen und Luft in den Rückstoßgasen für einen oder mehrere der Spülkrümmergasteile bekannt sein und gemäß einem gemessenen oder angestrebten Luft-Kraftstoff-Verhältnis für die Verbrennung bestimmt werden. Falls die Zusammensetzung der Rückstoßgase während einer Abbildungsaufgabe nicht gemessen werden kann, ist es notwendig, Annahmen hinsichtlich ihrer Zusammensetzung auf Grundlage von Betriebsbedingungen zu treffen. Bezüglich der Anteile der Bestandteile in jedem von den Ansauggasen und Verbrennungsprodukten können diese während einer Abbildungsaufgabe gemessen und über die Abbildung in die Motorstrategie einbezogen werden. Dann können auf Grundlage des bestimmten Massenanteils für jeden der Spülkrümmergasteile (z. B. Rückstoß, Verbrennungsprodukte und Ansauggase) und der angenommenen oder bestimmten Anteile von Bestandteilen (z. B. verbranntem Gas, Kraftstoff und Luft) innerhalb jedes der Spülkrümmerabschnitte die Endkonzentrationen von verbranntem Gas, Kraftstoff und Luft in der zurückgeführten Spül-AGR-Strömung bestimmt werden.
Bei 716 beinhaltet das Verfahren Bestimmen der Gesamtströmung von verbranntem Gas, Kraftstoff und Luft zu dem Ansaugkanal (stromaufwärts des Verdichters) über den Spül-AGR-Kanal auf Grundlage der bestimmten Endkonzentrationen von verbranntem Gas, Kraftstoff und Luft und des bestimmten Gesamtmassenstroms durch den Spül-AGR-Kanal. Zum Beispiel können durch Multiplizieren der Konzentration jeder der Endkonzentrationen von unverbranntem Gas, Kraftstoff und Luft mit dem Gesamtmassenstrom (bei 708 bestimmt) die Gesamtströmungen von jedem von verbranntem Gas, Kraftstoff und Luft, die über den Spül-AGR-Kanal zu dem Ansaugkanal zurückgeführt werden, bestimmt werden. Auf diese Weise kann das Verfahren bei 716 die relativen Mengen an verbrannten Gasen, Frischluft und unverbrannten Kohlenwasserstoffen bestimmen, die über den Spülkrümmer und das Spül-AGR-Kanalsystem zu dem Ansaugkanal stromaufwärts des Verdichters strömen.
Weiter mit 718 beinhaltet das Verfahren Einstellen von (einem) Motorbetriebsparameter(n) auf Grundlage der bestimmten Gesamtströmungen von verbranntem Gas, Kraftstoff und Luft. Einstellen des bzw. der Motorbetriebsparameter(s) kann Einstellen eines oder mehrerer von Einlassnockensteuerzeit, Auslassnockensteuerzeit (z. B. der Steuerzeit der Spülauslassventile), einem Öffnungsbetrag oder einer Position des BTCC-Ventils (z. B. des in 1 gezeigten Ventils 54), einem Öffnungsbetrag oder einer Position des Spülkrümmerumgehungsventils (z. B. des in 1 gezeigten Ventils 97), einem Betrag oder einer Steuerzeit der Kraftstoffeinspritzung in Motorzylinder usw. beinhalten. Zum Beispiel kann die Steuerung auf Grundlage der bestimmten Gesamtströmungen von verbranntem Gas, Kraftstoff und Luft ein Steuersignal bestimmen, das an eines oder mehrere der vorstehend aufgeführten Ventile und/oder der vorstehend aufgeführten Nockensysteme gesendet werden soll, wie etwa eine Ventilposition oder -steuerzeit. Als ein Beispiel kann die Steuerung die Ventileinstellung oder die Nockensteuerzeiteinstellung durch eine Bestimmung bestimmen, die die bestimmten Gesamtströmungen von verbranntem Gas, Kraftstoff und Luft direkt berücksichtigt. In einem Beispiel kann dies beinhalten, dass der Öffnungsbetrag des BTCC-Ventils erhöht wird, wenn die Gesamtströmung von verbranntem Gas in Bezug auf eine gewünschte Strömungsmenge abnimmt. Die gewünschte Strömungsmenge kann auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen wie etwa Motordrehzahl und/oder -last, Luftmassenstrom usw. bestimmt werden. In anderen Beispielen kann die Steuerung die Ventilpositionen und/oder Nockensteuerzeiten auf Grundlage einer Berechnung unter Verwendung einer Lookup-Tabelle bestimmen, wobei die Eingaben die bestimmten Gesamtströmungen von verbranntem Gas, Kraftstoff und Luft sind und die Ausgabe(n) eine Ventilposition und/oder Nockensteuerzeiteinstellung ist bzw. sind. Als ein anderes Beispiel kann die Steuerung eine logische Bestimmung (z. B. hinsichtlich einer Position eines oder mehrerer der vorstehend beschriebenen Ventile oder der Steuerzeit des Nockensystems bzw. der Nockensysteme) auf Grundlage von logischen Regeln vornehmen, die von den Gesamtströmungen des verbrannten Gases, des Kraftstoffs und der Luft abhängig sind. Die Steuerung kann dann ein Steuersignal erzeugen, das an den Aktor des Ventils bzw. der Ventile und/oder des Nockensteuerzeitsystems bzw. der Nockensteuerzeitsysteme gesendet wird. Als ein Beispiel kann die Steuerung eine Position des BTCC-Ventils und/oder die Auslassnockensteuerzeit als Reaktion auf die bestimmte Gesamtströmung von verbrannten Gasen einstellen, um eine gewünschte Rückführung von Abgasen zu dem Einlass über den Spül-AGR-Kanal zu erreichen. Falls zum Beispiel die bestimmte Gesamtströmung von verbrannten Gasen geringer ist als die gewünschte Rückführung von Abgasen zu dem Einlass, kann die Steuerung das BTCC-Ventil zum Öffnen betätigen (oder eine Frequenz zum Modulieren des Öffnens/Schließens des BTCC-Ventils erhöhen), und/oder die Steuerung kann die Auslassnockensteuerzeit nach früh verstellen. In einem anderen Beispiel kann die Steuerung eine Position des BTCC-Ventils, die Auslassnockensteuerzeit und/oder die Einlassnockensteuerzeit als Reaktion auf die bestimmte Gesamtströmung von Frischluft einstellen, um eine gewünschte Strömung von Durchblasluft (z. B. Frischluft) zu dem Einlass über den Spül-AGR-Kanal zu erreichen. Falls zum Beispiel die bestimmte Gesamtströmung von Frischluft geringer als die gewünschte Durchblasluft ist, kann die Steuerung das BTCC-Ventil zum Öffnen betätigen, die Auslassnockensteuerzeit nach spät verstellen und/oder die Einlassnockensteuerzeit nach früh verstellen. In noch einem anderen Beispiel kann die Steuerung den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und/oder die Kraftstoffeinspritzmengen auf Grundlage der bestimmten Gesamtströmung von Kraftstoff zu dem Einlass über den Spül-AGR-Kanal einstellen. Die vorstehend und weiter unten (z. B. unter Bezugnahme auf 8) erörterten gewünschten Strömungsmengen können auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen wie etwa Motordrehzahl und -last und/oder Luftmassenstrom bestimmt werden.
Unter Bezugnahme auf 8 zeigt ein Graph 800 Einstellungen an Motorbetriebsparametern auf Grundlage von Änderungen der bestimmten Gesamtströmungen von verbranntem Gas, Frischluft und unverbrannten Kohlenwasserstoffen durch den Spül-AGR-Kanal. Insbesondere zeigt der Graph 800 Änderungen der Ventilöffnungsüberschneidung zwischen den Spülventilen und Einlassventilen (z. B. des Betrags der Ventilöffnungsüberschneidung zwischen den Spülventilen und Einlassventilen, die nachstehend als SV-IV-Überschneidung bezeichnet wird) in Verlauf 802, Änderungen des Druckabfalls von dem Ansaugkrümmer zu dem Spülkrümmer (z. B. des Druckabfalls an der „variablen Blende“, der durch den Überschneidungszeitraum zwischen den Einlassventilen und Spülventilen erzeugt wird) in Verlauf 804, Änderungen der Gesamtströmung (des Gesamtmassenstroms) durch den Spül-AGR-Kanal (z.B. Gesamt-SC-AGR-Strömung) in Verlauf 806, Änderungen der SC-AGR-Teilströmungen, einschließlich der Strömung von verbranntem Gas in Verlauf 808, der Strömung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen in Verlauf 810 und der Strömung von Frischluft in Verlauf 812, Änderungen einer Position des BTCC-Ventils (z. B. des in 1 gezeigten Ventils 54, das in dem Spül-AGR-Kanal angeordnet ist) in Verlauf 814 und Änderungen der Spülventilsteuerzeit (z. B. Auslassnockensteuerzeit) in Verlauf 816.
Vor Zeitpunkt t1 ist die SV-IV-Überschneidung relativ gering (Verlauf 802) und infolgedessen ist die Gesamt-SC-AGR-Strömung relativ gering (Verlauf 806) bei einer höheren Strömungsmenge von verbranntem Gas (Verlauf 808) und einer geringeren Strömungsmenge von Frischluft (Verlauf 812). Kurz vor Zeitpunkt t1 kann die gewünschte Strömung von verbrannten Gasen, die zu dem Ansaugkanal zurückgeführt wird, in Bezug auf die tatsächliche Strömung von verbrannten Gasen abnehmen (Verlauf 808). Als Reaktion auf diese Bedingung kann die Steuerung einen Nockensteuerzeitaktor betätigen, um die Spülventilsteuerzeit zu Zeitpunkt t1 nach spät zu verstellen (Verlauf 816). Als Reaktion auf das Verstellen der Spülventilsteuerzeit nach spät zu Zeitpunkt t1 nimmt die SV-IV-Überschneidung zu, wodurch die Gesamt-SC-AGR-Strömung erhöht wird (Verlauf 806), die Strömung von verbrannten Gasen reduziert wird (Verlauf 808) und die Strömung von Frischluft erhöht wird (Verlauf 812).
Zu Zeitpunkt t2 nimmt der Druckabfall zwischen dem Ansaugkrümmer und dem Spülkrümmer ab (Verlauf 804), was bewirkt, dass die Gesamt-SC-AGR-Strömung abnimmt (Verlauf 806). Vor Zeitpunkt t3 kann die gewünschte zu dem Ansaugkanal zurückgeführte Strömung von Frischluft (z. B. Durchblasluft) in Bezug auf die tatsächliche Strömung von Frischluft zunehmen (Verlauf 812). Als Reaktion darauf kann die Steuerung somit zu Zeitpunkt t3 den Nockensteuerzeitaktor betätigen, um die Spülventilsteuerzeit weiter nach spät zu verstellen (Verlauf 816).
Kurz vor Zeitpunkt t4 kann die gewünschte Strömung von verbrannten Gasen zu dem Ansaugkanal in Bezug auf die tatsächliche Strömung von verbrannten Gasen zunehmen (Verlauf 808). Als Reaktion auf diese Bedingung kann die Steuerung den Nockensteuerzeitaktor betätigen, um die Spülventilsteuerzeit nach früh zu verstellen (Verlauf 816), was zu einer Abnahme der SV-IV-Überschneidung führt (Verlauf 802), die zu einer Abnahme der Gesamt-SC-AGR-Strömung (Verlauf 806), einer Zunahme der Strömung von verbrannten Gasen (Verlauf 808) und einer Abnahme der Strömung von Frischluft (Verlauf 812) führt.
Wenngleich Einstellungen der Spülventilsteuerzeit (z. B. der Auslassnockensteuerzeit) als Reaktion auf Änderungen der bestimmten SC-AGR-Teilströmungen in 8 gezeigt sind, kann die Steuerung in alternativen Ausführungsformen zusätzlich oder alternativ die Einlassventilsteuerzeit und/oder eine Position des BTCC-Ventils als Reaktion auf die Änderungen der SC-AGR-Teilströmungen einstellen.
Auf diese Weise kann die Gesamtströmung durch einen Spül-AGR-Kanal, der zwischen einem Spülabgaskrümmer und dem Ansaugkanal stromaufwärts eines Verdichters geleitet wird, auf Grundlage der Ventilöffnungsüberschneidungsfläche zwischen den Spülventilen und den Einlassventilen und einer Druckdifferenz zwischen dem Ansaugkrümmer und dem Spülkrümmer bestimmt werden. Diese Bestimmung kann über Druckmessungen in dem Ansaugkrümmer und dem Spülkrümmer durchgeführt werden, jedoch ohne Verwendung eines Druckdifferenzmesssystems (wie vorstehend beschrieben). Infolgedessen kann die Gesamtströmung auf effizientere Weise, mit bestehenden Motorsensoren und ohne Einschränken der Motorleistung bei hohen Lastbedingungen bestimmt werden. Ferner können durch Nutzen einer Motorabbildung zum Bestimmen einer Beziehung zwischen Spülkrümmermassenanteilen (z. B. Rückstoßgasen, Verbrennungsprodukten und Ansaugkrümmergasen) und Ventilüberschneidung zwischen den Spülventilen und den Einlassventilen und der bestimmten Gesamtströmung durch den Spül-AGR-Kanal Endkonzentrationen und Strömungswerte von jedem von verbrannten Gasen, unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Frischluft, die durch den Spül-AGR-Kanal zurückgeführt werden, bestimmt werden. Diese Strömungswerte können dann dazu verwendet werden, den Motor so zu steuern, dass die gewünschten Mengen an verbrannten Gasen und frischer Durchblasluft an den Ansaugkanal abgegeben werden. Zum Beispiel können Einstellungen von Motorbetriebsparametern als Reaktion auf die bestimmten Gesamtströmungen von jedem von verbrannten Gasen, unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Frischluft vorgenommen werden, um den Motorwirkungsgrad zu erhöhen. Die technische Wirkung des Einstellens des Motorbetriebs als Reaktion auf eine Strömung von Gasen zu einem Ansaugkanal stromaufwärts eines Verdichters aus einem Spülkrümmer, der an Spülauslassventile gekoppelt ist, wobei die Strömung von Gasen auf Grundlage einer Ventilöffnungsüberschneidung zwischen den Spülauslassventilen und Einlassventilen eines Motors bestimmt wird, wobei die Spülauslassventile zu einem anderen Zeitpunkt geöffnet werden als Abblasauslassventile, die an einen an eine Turbine gekoppelten Abblaskrümmer gekoppelt sind, besteht darin, dass der Motorwirkungsgrad erhöht wird, während die Motorleistung bei hohen Lastbedingungen nicht eingeschränkt wird.
Als eine Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren Einstellen des Motorbetriebs als Reaktion auf eine Strömung von Gasen zu einem Ansaugkanal stromaufwärts eines Verdichters aus einem Spülkrümmer, der an Spülauslassventile gekoppelt ist, wobei die Strömung von Gasen auf Grundlage einer Ventilöffnungsüberschneidung zwischen den Spülauslassventilen und Einlassventilen eines Motors bestimmt wird, wobei die Spülauslassventile zu einem anderen Zeitpunkt geöffnet werden als Abblasauslassventile, die an einen an eine Turbine gekoppelten Abblaskrümmer gekoppelt sind. In einem ersten Beispiel für das Verfahren ist die Strömung von Gasen eine Gesamtströmung von Gasen von dem Spülkrümmer zu dem Ansaugkanal stromaufwärts des Verdichters, und wobei die Gesamtströmung von Gasen auf Grundlage einer Ventilöffnungsüberschneidungsfläche zwischen den Spülauslassventilen und Einlassventilen bestimmt wird, wobei die Ventilöffnungsüberschneidungsfläche auf einem Ventilhub der Einlassventile und einem Ventilhub der Spülauslassventile bei einem aktuellen Kurbelwinkel beruht. Ein zweites Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet ferner, wobei die Gesamtströmung von Gasen ferner auf Grundlage eines Drucks eines Ansaugkrümmers und eines Drucks des Spülkrümmers bestimmt wird, wobei die Drücke in dem Ansaugkrümmer und dem Spülkrümmer gemessen und gemäß dem Kurbelwinkel abgestimmt werden, sodass sie dem aktuellen Kurbelwinkel zum Bestimmen der Ventilöffnungsüberschneidungsfläche entsprechen. Ein drittes Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten und zweiten Beispiels und beinhaltet ferner, wobei die bestimmte Strömung von Gasen mit zunehmender Ventilöffnungsüberschneidungsfläche zunimmt und mit zunehmender Differenz zwischen dem Druck in dem Ansaugkrümmer und dem Druck in dem Spülkrümmer zunimmt, und ferner umfassend Einstellen eines Motoraktors, um die Strömung von Gasen von dem Spülkrümmer zu dem Ansaugkanal stromaufwärts des Verdichters zu erhöhen, als Reaktion darauf, dass die bestimmte Strömung von Gasen geringer als eine gewünschte Strömung von Gasen ist. Ein viertes Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels und beinhaltet ferner, wobei die Strömung von Gasen zu dem Ansaugkanal von dem Spülkrümmer einzelne Strömungen von jedem von verbrannten Gasen, unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Frischluft beinhaltet und wobei die Ventilöffnungsüberschneidung ein Betrag der Ventilöffnungsüberschneidung zwischen den Spülauslassventilen und den Einlassventilen ist. Ein fünftes Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis vierten Beispiels und beinhaltet ferner, wobei Einstellen des Motorbetriebs Einstellen von einem oder mehreren von einer Position eines Ventils, das in einem Kanal angeordnet ist, der zwischen dem Spülkrümmer und dem Ansaugkanal stromaufwärts des Verdichters gekoppelt ist, einer Steuerzeit der Spülauslassventile und einer Steuerzeit der Einlassventile beinhaltet. Ein sechstes Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis fünften Beispiels und beinhaltet ferner, wobei Einstellen des Motorbetriebs Einstellen eines Motoraktors als Reaktion auf die bestimmte Strömung von Gasen und auf Grundlage einer gewünschten Strömung von verbrannten Gasen und einer gewünschten Strömung von frischer Durchblasluft zu dem Ansaugkanal stromaufwärts des Verdichters von dem Spülkrümmer beinhaltet. Ein siebtes Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis sechsten Beispiels und beinhaltet ferner Bestimmen einer Konzentration von jedem von verbrannten Gasen, unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Frischluft in der bestimmten Strömung von Gasen auf Grundlage eines Betrags der Ventilöffnungsüberschneidung zwischen den Spülventilen und Einlassventilen, und ferner umfassend Einstellen eines Motorbetriebsparameters auf Grundlage der bestimmten Strömung von Gasen und der bestimmten Konzentration von jedem von verbrannten Gasen, unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Frischluft. Ein achtes Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis siebten Beispiels und beinhaltet ferner, wobei Einstellen des Motorbetriebsparameters Einstellen von einem oder mehreren von einem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt oder einer Kraftstoffeinspritzmenge, einer Position eines Ventils, das in einem Kanal zwischen dem Spülkrümmer und dem Ansaugkanal stromaufwärts des Verdichters angeordnet ist, einer Position eines Ventils, das in einem Umgehungskanal angeordnet ist, der zwischen dem Spülkrümmer und einem Abgaskanal stromabwärts der Turbine gekoppelt ist, einer Auslassnockensteuerzeit und einer Einlassnockensteuerzeit beinhaltet.
Als eine andere Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren Folgendes: Einstellen eines Motorbetriebsparameters auf Grundlage einer Gesamtströmung von Gasen zu einem Ansaugkanal stromaufwärts eines Verdichters aus einem Spülkrümmer, der an Spülauslassventile gekoppelt ist, wobei die Gesamtströmung von Gasen auf Grundlage einer Ventilöffnungsüberschneidungsfläche zwischen den Spülauslassventilen und Einlassventilen eines Motors und von Drücken in jedem von einem Ansaugkrümmer und dem Spülkrümmer bestimmt wird, wobei die Spülauslassventile zu einem anderen Zeitpunkt geöffnet werden als Abblasauslassventile, die an einen an eine Turbine gekoppelten Abblaskrümmer gekoppelt sind. In einem ersten Beispiel für das Verfahren wird die Ventilöffnungsüberschneidungsfläche auf Grundlage eines Ventilhubs der Spülauslassventile und eines Ventilhubs der Einlassventile bei einem aktuellen Kurbelwinkel bestimmt. Ein zweites Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet ferner, wobei die Drücke in jedem des Ansaugkrümmers und des Spülkrümmers bei dem aktuellen Kurbelwinkel gemessen werden. Ein drittes Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten und zweiten Beispiels und beinhaltet ferner Einstellen des gemessenen Drucks des Spülkrümmers auf Grundlage der Motordrehzahl. Ein viertes Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels und beinhaltet ferner Bestimmen einer Konzentration von verbranntem Gas, einer Konzentration von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und einer Konzentration von Frischluft innerhalb der Gesamtströmung von Gasen auf Grundlage eines Betrags der Ventilöffnungsüberschneidung zwischen den Spülauslassventilen und Einlassventilen, und wobei Einstellen des Motorbetriebsparameters Einstellen des Motorbetriebsparameters auf Grundlage von einzelnen Strömungen von jedem von dem verbrannten Gas, den unverbrannten Kohlenwasserstoffen und der Frischluft, die auf den bestimmten Konzentrationen von verbranntem Gas, unverbrannten Kohlenwasserstoffen bzw. Frischluft beruhen, und der bestimmten Gesamtströmung von Gasen beinhaltet. Ein fünftes Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis vierten Beispiels und beinhaltet ferner, wobei Einstellen des Motorbetriebsparameters Einstellen einer Steuerzeit eines oder mehrerer der Spülauslassventile und der Einlassventile beinhaltet. Ein sechstes Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis fünften Beispiels und beinhaltet ferner, wobei Einstellen des Motorbetriebsparameters Einstellen einer Position eines Ventils beinhaltet, das in einem Kanal angeordnet ist, der zwischen dem Spülkrümmer und dem Ansaugkanal stromaufwärts des Verdichters gekoppelt ist. Ein siebtes Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis sechsten Beispiels und beinhaltet ferner, wobei Einstellen des Motorbetriebsparameters Einstellen einer Position eines Ventils beinhaltet, das in einem Umgehungskanal angeordnet ist, der zwischen dem Spülkrümmer und einem Abgaskanal stromabwärts der Turbine gekoppelt ist, wobei der Abgaskanal an den Abblaskrümmer gekoppelt ist.
Als noch eine andere Ausführungsform beinhaltet ein System für einen Motor eine Vielzahl von Zylindern, die jeweils ein Einlassventil, ein Spülauslassventil und ein Abblasauslassventil beinhalten; einen Ansaugkrümmer, der an das Einlassventil jedes Zylinders gekoppelt ist; einen Spülkrümmer, der an das Spülauslassventil jedes Zylinders und einen Ansaugkanal stromaufwärts eines Verdichters über einen Spülabgasrückführungskanal gekoppelt ist; einen Abblaskrümmer, der an das Abblasauslassventil jedes Zylinders und einen Abgaskanal, der eine Turbine beinhaltet, gekoppelt ist; und eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die auf nichttransitorischem Speicher gespeichert sind und bei Ausführung während des Motorbetriebs die Steuerung zu Folgendem veranlassen: Bestimmen einer Gesamtströmung von Gasen durch den Spülabgasrückführungskanal von dem Spülkrümmer zu dem Ansaugkrümmer stromaufwärts des Verdichters auf Grundlage einer Ventilöffnungsüberschneidungsfläche zwischen dem Spülauslassventil und dem Einlassventil; und Einstellen eines Betriebsparameters des Motors auf Grundlage der bestimmten Gesamtströmung von Gasen. In einem ersten Beispiel für das System wird die Gesamtströmung von Gasen ferner auf Grundlage eines gemessenen Drucks in dem Ansaugkrümmer und eines gemessenen Drucks in dem Spülkrümmer bestimmt. Ein zweites Beispiel für das System beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet ferner, wobei die Ventilöffnungsüberschneidungsfläche auf Grundlage eines Ventilhubs des Spülventils und eines Ventilhubs des Einlassventils bei einem aktuellen Kurbelwinkel bestimmt wird und wobei der Betriebsparameter, der eingestellt wird, eines oder mehrere von einer Steuerzeit des Spülventils, einer Steuerzeit des Einlassventils und einer Position eines Ventils, das in dem Spülabgasrückführungskanal angeordnet ist, beinhaltet.
Es ist anzumerken, dass die in dieser Schrift enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die in dieser Schrift offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in nichttransitorischem Speicher gespeichert und durch das Steuersystem einschließlich der Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und anderer Motorhardware ausgeführt werden. Die in dieser Schrift beschriebenen konkreten Routinen können eine oder mehrere aus einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. Demnach können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der in dieser Schrift beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, sondern wird zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Ein(e) oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen kann bzw. können in Abhängigkeit von der bestimmten verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen graphisch für Code stehen, der in einen nichttransitorischen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem einzuprogrammieren 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 in dieser Schrift offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinn aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die vorstehende Technik auf V6-, I4-, I6-, V12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motorarten angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die in dieser Schrift offenbart sind.
Im vorliegenden Zusammenhang ist der Ausdruck „ungefähr“ so auszulegen, dass er plus oder minus fünf Prozent des Bereichs bedeutet, es sei denn, es ist etwas anderes vorgegeben.
Die folgenden Patentansprüche heben bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen besonders hervor, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Patentansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Patentansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente beinhalten und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Patentansprüche oder durch Einreichung neuer Patentansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Patentansprüche werden unabhängig davon, ob sie einen weiteren, engeren, gleichen oder unterschiedlichen Umfang im Vergleich zu den ursprünglichen Patentansprüchen aufweisen, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren Folgendes: Einstellen des Motorbetriebs als Reaktion auf eine Strömung von Gasen zu einem Ansaugkanal stromaufwärts eines Verdichters aus einem Spülkrümmer, der an Spülauslassventile gekoppelt ist, wobei die Strömung von Gasen auf Grundlage einer Ventilöffnungsüberschneidung zwischen den Spülauslassventilen und Einlassventilen eines Motors bestimmt wird, wobei die Spülauslassventile zu einem anderen Zeitpunkt geöffnet werden als Abblasauslassventile, die an einen an eine Turbine gekoppelten Abblaskrümmer gekoppelt sind.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Strömung von Gasen eine Gesamtströmung von Gasen von dem Spülkrümmer zu dem Ansaugkanal stromaufwärts des Verdichters, und wobei die Gesamtströmung von Gasen auf Grundlage einer Ventilöffnungsüberschneidungsfläche zwischen den Spülauslassventilen und Einlassventilen bestimmt wird, wobei die Ventilöffnungsüberschneidungsfläche auf einem Ventilhub der Einlassventile und einem Ventilhub der Spülauslassventile bei einem aktuellen Kurbelwinkel beruht.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Gesamtströmung von Gasen ferner auf Grundlage eines Drucks eines Ansaugkrümmers und eines Drucks des Spülkrümmers bestimmt, wobei die Drücke in dem Ansaugkrümmer und dem Spülkrümmer gemessen und gemäß dem Kurbelwinkel abgestimmt werden, sodass sie dem aktuellen Kurbelwinkel zum Bestimmen der Ventilöffnungsüberschneidungsfläche entsprechen.
Gemäß einer Ausführungsform nimmt die bestimmte Strömung von Gasen mit zunehmender Ventilöffnungsüberschneidungsfläche zu und mit zunehmender Differenz zwischen dem Druck in dem Ansaugkrümmer und dem Druck in dem Spülkrümmer zu, und ferner umfassend Einstellen eines Motoraktors, um die Strömung von Gasen von dem Spülkrümmer zu dem Ansaugkanal stromaufwärts des Verdichters zu erhöhen, als Reaktion darauf, dass die bestimmte Strömung von Gasen geringer als eine gewünschte Strömung von Gasen ist.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Strömung von Gasen zu dem Ansaugkanal von dem Spülkrümmer einzelne Strömungen von jedem von verbrannten Gasen, unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Frischluft, und wobei die Ventilöffnungsüberschneidung ein Betrag der Ventilöffnungsüberschneidung zwischen den Spülauslassventilen und den Einlassventilen ist.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet Einstellen des Motorbetriebs Einstellen von einem oder mehreren von einer Position eines Ventils, das in einem Kanal angeordnet ist, der zwischen dem Spülkrümmer und dem Ansaugkanal stromaufwärts des Verdichters gekoppelt ist, einer Steuerzeit der Spülauslassventile und einer Steuerzeit der Einlassventile.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet Einstellen des Motorbetriebs Einstellen eines Motoraktors als Reaktion auf die bestimmte Strömung von Gasen und auf Grundlage einer gewünschten Strömung von verbrannten Gasen und einer gewünschten Strömung von frischer Durchblasluft zu dem Ansaugkanal stromaufwärts des Verdichters von dem Spülkrümmer.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch Bestimmen einer Konzentration von jedem von verbrannten Gasen, unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Frischluft in der bestimmten Strömung von Gasen auf Grundlage eines Betrags der Ventilöffnungsüberschneidung zwischen den Spülventilen und Einlassventilen, und ferner umfassend Einstellen eines Motorbetriebsparameters auf Grundlage der bestimmten Strömung von Gasen und der bestimmten Konzentration von jedem von verbrannten Gasen, unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Frischluft.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet Einstellen des Motorbetriebsparameters Einstellen von einem oder mehreren von einem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt oder einer Kraftstoffeinspritzmenge, einer Position eines Ventils, das in einem Kanal zwischen dem Spülkrümmer und dem Ansaugkanal stromaufwärts des Verdichters angeordnet ist, einer Position eines Ventils, das in einem Umgehungskanal angeordnet ist, der zwischen dem Spülkrümmer und einem Abgaskanal stromabwärts der Turbine gekoppelt ist, einer Auslassnockensteuerzeit und einer Einlassnockensteuerzeit.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren Folgendes: Einstellen eines Motorbetriebsparameters auf Grundlage einer Gesamtströmung von Gasen zu einem Ansaugkanal stromaufwärts eines Verdichters aus einem Spülkrümmer, der an Spülauslassventile gekoppelt ist, wobei die Gesamtströmung von Gasen auf Grundlage einer Ventilöffnungsüberschneidungsfläche zwischen den Spülauslassventilen und Einlassventilen eines Motors und von Drücken in jedem von einem Ansaugkrümmer und dem Spülkrümmer bestimmt wird, wobei die Spülauslassventile zu einem anderen Zeitpunkt geöffnet werden als Abblasauslassventile, die an einen an eine Turbine gekoppelten Abblaskrümmer gekoppelt sind.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Ventilöffnungsüberschneidungsfläche auf Grundlage eines Ventilhubs der Spülauslassventile und eines Ventilhubs der Einlassventile bei einem aktuellen Kurbelwinkel bestimmt.
Gemäß einer Ausführungsform werden die Drücke in jedem des Ansaugkrümmers und des Spülkrümmers bei dem aktuellen Kurbelwinkel gemessen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch Einstellen des gemessenen Drucks des Spülkrümmers auf Grundlage der Motordrehzahl.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch Bestimmen einer Konzentration von verbranntem Gas, einer Konzentration von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und einer Konzentration von Frischluft innerhalb der Gesamtströmung von Gasen auf Grundlage eines Betrags der Ventilöffnungsüberschneidung zwischen den Spülauslassventilen und Einlassventilen, und wobei Einstellen des Motorbetriebsparameters Einstellen des Motorbetriebsparameters auf Grundlage von einzelnen Strömungen von jedem von dem verbrannten Gas, den unverbrannten Kohlenwasserstoffen und der Frischluft, die auf den bestimmten Konzentrationen von verbranntem Gas, unverbrannten Kohlenwasserstoffen bzw. Frischluft beruhen, und der bestimmten Gesamtströmung von Gasen beinhaltet.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet Einstellen des Motorbetriebsparameters Einstellen einer Steuerzeit eines oder mehrerer der Spülauslassventile und der Einlassventile.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet Einstellen des Motorbetriebsparameters Einstellen einer Position eines Ventils, das in einem Kanal angeordnet ist, der zwischen dem Spülkrümmer und dem Ansaugkanal stromaufwärts des Verdichters gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet Einstellen des Motorbetriebsparameters Einstellen einer Position eines Ventils, das in einem Umgehungskanal angeordnet ist, der zwischen dem Spülkrümmer und einem Abgaskanal stromabwärts der Turbine gekoppelt ist, wobei der Abgaskanal an den Abblaskrümmer gekoppelt ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein System für einen Motor bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine Vielzahl von Zylindern, die jeweils ein Einlassventil, ein Spülauslassventil und ein Abblasauslassventil beinhalten; einen Ansaugkrümmer, der an das Einlassventil jedes Zylinders gekoppelt ist; einen Spülkrümmer, der an das Spülauslassventil jedes Zylinders und einen Ansaugkanal stromaufwärts eines Verdichters über einen Spülabgasrückführungskanal gekoppelt ist; einen Abblaskrümmer, der an das Abblasauslassventil jedes Zylinders und einen Abgaskanal, der eine Turbine beinhaltet, gekoppelt ist; und eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die auf nichttransitorischem Speicher gespeichert sind und bei Ausführung während des Motorbetriebs die Steuerung zu Folgendem veranlassen: Bestimmen einer Gesamtströmung von Gasen durch den Spülabgasrückführungskanal von dem Spülkrümmer zu dem Ansaugkrümmer stromaufwärts des Verdichters auf Grundlage einer Ventilöffnungsüberschneidungsfläche zwischen dem Spülauslassventil und dem Einlassventil; und Einstellen eines Betriebsparameters des Motors auf Grundlage der bestimmten Gesamtströmung von Gasen.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Gesamtströmung von Gasen ferner auf Grundlage eines gemessenen Drucks in dem Ansaugkrümmer und eines gemessenen Drucks in dem Spülkrümmer bestimmt.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Ventilöffnungsüberschneidungsfläche auf Grundlage eines Ventilhubs des Spülventils und eines Ventilhubs des Einlassventils bei einem aktuellen Kurbelwinkel bestimmt, und wobei der Betriebsparameter, der eingestellt wird, eines oder mehrere von einer Steuerzeit des Spülventils, einer Steuerzeit des Einlassventils und einer Position eines Ventils, das in dem Spülabgasrückführungskanal angeordnet ist, beinhaltet.

Claims

Verfahren, umfassend: Einstellen des Motorbetriebs als Reaktion auf eine Strömung von Gasen zu einem Ansaugkanal stromaufwärts eines Verdichters aus einem Spülkrümmer, der an Spülauslassventile gekoppelt ist, wobei die Strömung von Gasen auf Grundlage einer Ventilöffnungsüberschneidung zwischen den Spülauslassventilen und Einlassventilen eines Motors bestimmt wird, wobei die Spülauslassventile zu einem anderen Zeitpunkt geöffnet werden als Abblasauslassventile, die an einen an eine Turbine gekoppelten Abblaskrümmer gekoppelt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Strömung von Gasen eine Gesamtströmung von Gasen von dem Spülkrümmer zu dem Ansaugkanal stromaufwärts des Verdichters ist und wobei die Gesamtströmung von Gasen auf Grundlage einer Ventilöffnungsüberschneidungsfläche zwischen den Spülauslassventilen und Einlassventilen bestimmt wird, wobei die Ventilöffnungsüberschneidungsfläche auf einem Ventilhub der Einlassventile und einem Ventilhub der Spülauslassventile bei einem aktuellen Kurbelwinkel beruht.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Gesamtströmung von Gasen ferner auf Grundlage eines Drucks eines Ansaugkrümmers und eines Drucks des Spülkrümmers bestimmt wird, wobei die Drücke in dem Ansaugkrümmer und dem Spülkrümmer gemessen und gemäß dem Kurbelwinkel abgestimmt werden, sodass sie dem aktuellen Kurbelwinkel zum Bestimmen der Ventilöffnungsüberschneidungsfläche entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die bestimmte Strömung von Gasen mit zunehmender Ventilöffnungsüberschneidungsfläche zunimmt und mit zunehmender Differenz zwischen dem Druck in dem Ansaugkrümmer und dem Druck in dem Spülkrümmer zunimmt.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend Einstellen eines Motoraktors, um die Strömung von Gasen von dem Spülkrümmer zu dem Ansaugkanal stromaufwärts des Verdichters zu erhöhen, als Reaktion darauf, dass die bestimmte Strömung von Gasen geringer als eine gewünschte Strömung von Gasen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Strömung von Gasen zu dem Ansaugkanal von dem Spülkrümmer einzelne Strömungen von jedem von verbrannten Gasen, unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Frischluft beinhaltet und wobei die Ventilöffnungsüberschneidung ein Betrag der Ventilöffnungsüberschneidung zwischen den Spülauslassventilen und den Einlassventilen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Einstellen des Motorbetriebs Einstellen von einem oder mehreren von einer Position eines Ventils, das in einem Kanal angeordnet ist, der zwischen dem Spülkrümmer und dem Ansaugkanal stromaufwärts des Verdichters gekoppelt ist, einer Steuerzeit der Spülauslassventile und einer Steuerzeit der Einlassventile beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Einstellen des Motorbetriebs Einstellen eines Motoraktors als Reaktion auf die bestimmte Strömung von Gasen und auf Grundlage einer gewünschten Strömung von verbrannten Gasen und einer gewünschten Strömung von frischer Durchblasluft zu dem Ansaugkanal stromaufwärts des Verdichters von dem Spülkrümmer beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Bestimmen einer Konzentration von jedem von verbrannten Gasen, unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Frischluft in der bestimmten Strömung von Gasen auf Grundlage eines Betrags der Ventilöffnungsüberschneidung zwischen den Spülventilen und Einlassventilen.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend Einstellen eines Motorbetriebsparameters auf Grundlage der bestimmten Strömung von Gasen und der bestimmten Konzentration von jedem von verbrannten Gasen, unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Frischluft.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei Einstellen des Motorbetriebsparameters Einstellen von einem oder mehreren von einem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt oder einer Kraftstoffeinspritzmenge, einer Position eines Ventils, das in einem Kanal zwischen dem Spülkrümmer und dem Ansaugkanal stromaufwärts des Verdichters angeordnet ist, einer Position eines Ventils, das in einem Umgehungskanal angeordnet ist, der zwischen dem Spülkrümmer und einem Abgaskanal stromabwärts der Turbine gekoppelt ist, einer Auslassnockensteuerzeit und einer Einlassnockensteuerzeit beinhaltet.
System für einen Motor, umfassend: eine Vielzahl von Zylindern, die jeweils ein Einlassventil, ein Spülauslassventil und ein Abblasauslassventil beinhalten; einen Ansaugkrümmer, der an das Einlassventil jedes Zylinders gekoppelt ist; einen Spülkrümmer, der an das Spülauslassventil jedes Zylinders und einen Ansaugkanal stromaufwärts eines Verdichters über einen Spülabgasrückführungskanal gekoppelt ist; einen Abblaskrümmer, der an das Abblasauslassventil jedes Zylinders und einen Abgaskanal, der eine Turbine beinhaltet, gekoppelt ist; und eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die auf nichttransitorischem Speicher gespeichert sind und bei Ausführung während des Motorbetriebs die Steuerung zu Folgendem veranlassen: Bestimmen einer Gesamtströmung von Gasen durch den Spülabgasrückführungskanal von dem Spülkrümmer zu dem Ansaugkrümmer stromaufwärts des Verdichters auf Grundlage einer Ventilöffnungsüberschneidungsfläche zwischen dem Spülauslassventil und dem Einlassventil; und Einstellen eines Betriebsparameters des Motors auf Grundlage der bestimmten Gesamtströmung von Gasen.
System nach Anspruch 12, wobei die Gesamtströmung von Gasen ferner auf Grundlage eines gemessenen Drucks in dem Ansaugkrümmer und eines gemessenen Drucks in dem Spülkrümmer bestimmt wird.
System nach Anspruch 12, wobei die Ventilöffnungsüberschneidungsfläche auf Grundlage eines Ventilhubs des Spülventils und eines Ventilhubs des Einlassventils bei einem aktuellen Kurbelwinkel bestimmt wird.
System nach Anspruch 14, wobei der Betriebsparameter, der eingestellt wird, eines oder mehrere von einer Steuerzeit des Spülventils, einer Steuerzeit des Einlassventils und einer Position eines Ventils, das in dem Spülabgasrückführungskanal angeordnet ist, beinhaltet.