DE102021103654A1

DE102021103654A1 - Verfahren und system zum reduzieren von kohlenwasserstoffemissionen eines verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102021103654A1
Application number: DE102021103654.2A
Authority: DE
Inventors: Leon Hu; James Yi
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2020-02-21
Filing date: 2021-02-16
Publication date: 2021-08-26
Also published as: US20210262401A1; CN113294254A; US11131258B2

Abstract

Diese Offenbarung stellt ein Verfahren und System zum Reduzieren von Kohlenwasserstoffemissionen eines Verbrennungsmotors bereit. Ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, der einen Turbolader mit einem Wastegate beinhaltet, wird beschrieben. In einem Beispiel beinhaltet das Verfahren Oszillieren einer Position des Wastegates während eines Verbrennungsmotorkaltstarts in Abhängigkeit von einer Drehzahl eines Verbrennungsmotors. Die Wastegate-Position kann dazu eingestellt werden, einer Rechteckwelle, Sinuswelle oder Dreieckwelle zu folgen.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Beschreibung betrifft Verfahren und ein System zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, der einen Turbolader aufweist. Die Verfahren und Systeme können während Verbrennungsmotorkaltstarts angewendet werden, um Kohlenwasserstoffemissionen des Verbrennungsmotors zu reduzieren.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Ein Verbrennungsmotor kann von Zeit zu Zeit kalt gestartet werden, um ein Fahrzeug für die Wartung vorzubereiten. Kohlenwasserstoffemissionen aus dem Verbrennungsmotor können, wenn der Verbrennungsmotor kalt gestartet wird, im Vergleich zu dem Fall, dass der Verbrennungsmotor seine Betriebstemperatur aufweist, aufgrund des Spiels zwischen den Verbrennungsmotorkomponenten und weil die Verbrennung in den Verbrennungsmotorzylindern weniger vollständig sein kann, höher sein. Während es möglich sein kann, von einem Verbrennungsmotor ausgestoßene Kohlenwasserstoffe über einen Katalysator zu verbrennen, wenn der Verbrennungsmotor und der Katalysator warm sind, kann die Umwandlungseffizienz eines Katalysators niedrig sein, wenn der Verbrennungsmotor und der Katalysator relativ kalt sind. Daher kann es wünschenswert sein, eine Möglichkeit zum Reduzieren von Kohlenwasserstoffemissionen des Verbrennungsmotors unter Bedingungen bereitzustellen, bei denen ein Verbrennungsmotor und ein Katalysator kalt sind.
KURZDARSTELLUNG
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben die vorstehend erwähnten Probleme erkannt und haben ein Verbrennungsmotorbetriebsverfahren entwickelt, das Folgendes umfasst: Oszillieren einer Position eines Turbolader-Wastegates mit einer vorbestimmten Rate als Reaktion auf einen Verbrennungsmotorkaltstart über eine Steuerung.
Durch Oszillieren einer Position eines Turbolader-Wastegates zwischen einer ersten offenen Position und einer zweiten offenen Position kann es möglich sein, das Mischen von Gasen in einem Abgassystem zu erhöhen, sodass Kohlenwasserstoffe innerhalb eines Turboladergehäuses und nahegelegener Abgaskanäle oxidiert werden können. Insbesondere können Turbulenzen des Abgasstroms innerhalb des Turboladers und stromaufwärts des Turboladers durch Oszillieren der Position des Turbolader-Wastegates erhöht werden. Die erhöhte Turbulenz kann das Mischen von O₂ und Kohlenwasserstoffen innerhalb und stromaufwärts des Turboladergehäuses erhöhen, um die Kohlenwasserstoffoxidation innerhalb des Abgassystems des Verbrennungsmotors zu verbessern. Folglich können Kohlenwasserstoffemissionen eines Verbrennungsmotors reduziert werden.
Die vorliegende Beschreibung kann mehrere Vorteile bereitstellen. Insbesondere kann der Ansatz Kohlenwasserstoffemissionen eines Verbrennungsmotors während Verbrennungsmotorkaltstarts reduzieren. Ferner kann der Ansatz für eine Vielzahl von Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen angepasst werden. Zusätzlich kann der Ansatz Kohlenwasserstoffemissionen reduzieren, ohne Probleme mit dem Fahrverhalten des Fahrzeugs zu erzeugen. Ferner können Kohlenwasserstoffemissionen reduziert werden, ohne die Verbrennungsmotorleistung zu beeinträchtigen.
Die vorstehenden Vorteile sowie andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung erschließen sich ohne Weiteres aus der folgenden detaillierten Beschreibung, wenn diese für sich oder in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird.
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 sind. Sie ist nicht dazu gedacht, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Umfang einzig durch die Ansprüche im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Des Weiteren ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung angeführte Nachteile beseitigen.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine;
2 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Wastegate-Ventils und Wastegate-Ventil-Aktors;
3 zeigt prophetische Verbrennungsmotorstartsequenzen;
4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Verbrennungsmotors; und
5 und 6 zeigen beispielhafte Wastegate-Steuerfunktionen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Beschreibung betrifft das Betreiben eines turboaufgeladenen Fahrzeugs. Insbesondere wird ein Turbolader-Wastegate-Ventil auf eine Weise eingestellt, die das Mischen von Sauerstoff und Kohlenwasserstoffen während und kurz nach einem Verbrennungsmotorkaltstart begünstigen kann, sodass Kohlenwasserstoffemissionen des Verbrennungsmotors reduziert werden können. Durch Einstellen einer Position eines Wastegates können Turbulenzen in einem Abgassystem erzeugt werden, sodass Kohlenwasserstoffe effizienter oxidiert werden können. Der Verbrennungsmotor kann von der in 1 gezeigten Art sein. Das Wastegate-Ventil kann von der in 2 beschriebenen und gezeigten Art sein. Eine Verbrennungsmotorbetriebssequenz, die Kohlenwasserstoffemissionen des Verbrennungsmotors reduzieren kann, ist in 3 gezeigt. Ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Reduzieren von Kohlenwasserstoffemissionen des Verbrennungsmotors ist in 4 gezeigt. Beispielhafte Turbolader-Wastegate-Steuerfunktionen sind in 5 und 6 gezeigt.
Unter Bezugnahme auf 1 wird eine Brennkraftmaschine 10, die eine Vielzahl von Zylindern umfasst, von der ein Zylinder in 1 gezeigt ist, durch eine elektronische Verbrennungsmotorsteuerung 12 gesteuert. Der Verbrennungsmotor 10 besteht aus einem Zylinderkopf 35 und einem Block 33, die eine Brennkammer 30 und Zylinderwände 32 beinhalten. Ein Kolben 36 ist darin positioniert und bewegt sich über eine Verbindung mit einer Kurbelwelle 40 hin und her. Ein Schwungrad 97 und ein Hohlrad 99 sind an die Kurbelwelle 40 gekoppelt. Ein Anlasser 96 (z. B. eine elektrische Niederspannungsmaschine (mit weniger als 20 Volt betrieben)) beinhaltet eine Ritzelwelle 98 und ein Ritzel 95. Die Ritzelwelle 98 kann das Ritzel 95 selektiv vorantreiben, damit es das Hohlrad 99 in Eingriff nimmt. Der Anlasser 96 kann direkt an den vorderen Teil des Verbrennungsmotors oder den hinteren Teil des Verbrennungsmotors montiert sein. In einigen Beispielen kann der Anlasser 96 der Kurbelwelle 40 über einen Riemen oder eine Kette selektiv Drehmoment zuführen. In einem Beispiel befindet sich der Anlasser 96 in einem Grundzustand, wenn er nicht in Eingriff mit der Verbrennungsmotorkurbelwelle steht.
Es ist gezeigt, dass die Brennkammer 30 über ein jeweiliges Einlassventil 52 und Auslassventil 54 mit einem Ansaugkrümmer 44 und einem Abgaskrümmer 48 kommuniziert. Jedes Einlass- und Auslassventil kann durch einen Einlassnocken 51 und einen Auslassnocken 53 betätigt werden. Die Position des Einlassnockens 51 kann durch einen Einlassnockensensor 55 bestimmt werden. Die Position des Auslassnockens 53 kann durch einen Auslassnockensensor 57 bestimmt werden. Eine Phase oder Position des Einlassventils 52 kann über eine Ventilphasenänderungsvorrichtung 59 relativ zu einer Position der Kurbelwelle 40 eingestellt werden. Eine Phase oder Position des Auslassventils 54 kann über eine Ventilphasenänderungsvorrichtung 58 relativ zu einer Position der Kurbelwelle 40 eingestellt werden. Die Ventilphasenänderungsvorrichtungen 58 und 59 können elektromechanische Vorrichtungen, hydraulische Vorrichtungen oder mechanische Vorrichtungen sein.
Der Verbrennungsmotor 10 beinhaltet ein Kurbelgehäuse 39, in dem die Kurbelwelle 40 untergebracht ist. Eine Ölwanne 37 kann eine untere Begrenzung des Kurbelgehäuses 39 bilden und der Verbrennungsmotorblock 33 und der Kolben 36 können eine obere Begrenzung des Kurbelgehäuses 39 bilden. Das Kurbelgehäuse 39 kann ein Kurbelgehäuseentlüftungsventil (nicht gezeigt) beinhalten, das Gase über den Ansaugkrümmer 44 in die Brennkammer 30 entlüften kann. Eine Temperatur des Öls im Kurbelgehäuse 39 kann über den Temperatursensor 38 erfasst werden.
Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 ist derart positioniert gezeigt, dass Kraftstoff direkt in den Zylinder 30 eingespritzt wird, was dem Fachmann als Direkteinspritzung bekannt ist. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 führt proportional zur Impulsbreite von der Steuerung 12 flüssigen Kraftstoff zu. Der Kraftstoff wird durch ein Kraftstoffsystem (nicht gezeigt), das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und einen Kraftstoffverteiler (nicht gezeigt) beinhaltet, an die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 geliefert. In einem Beispiel kann ein zweistufiges Hochdruckkraftstoffsystem verwendet werden, um höhere Kraftstoffdrücke zu erzeugen.
Zusätzlich steht der Ansaugkrümmer 44 der Darstellung nach mit einem Turboladerverdichter 162 und einem Verbrennungsmotorlufteinlass 42 in Kommunikation. In anderen Beispielen kann der Verdichter 162 ein Kompressorverdichter sein. Eine Welle 161 koppelt eine Turboladerturbine 164 mechanisch an den Turboladerverdichter 162. Eine optionale elektronische Drossel 62 stellt eine Position einer Drosselklappe 64 ein, um einen Luftstrom von dem Verdichter 162 zu dem Ansaugkrümmer 44 zu steuern. Der Druck in einer Ladedruckkammer 45 kann als Drosseleinlassdruck bezeichnet werden, da sich der Einlass der Drossel 62 in der Ladedruckkammer 45 befindet. Der Drosselauslass befindet sich in dem Ansaugkrümmer 44. In einigen Beispielen können die Drossel 62 und die Drosselklappe 64 zwischen dem Einlassventil 52 und dem Ansaugkrümmer 44 positioniert sein, sodass die Drossel 62 eine Einlasskanaldrossel ist. Ein Verdichterrückführungsventil 47 kann selektiv auf eine Vielzahl von Positionen zwischen vollständig offen und vollständig geschlossen eingestellt werden. Das Wastegate 163 kann über die Steuerung 12 eingestellt werden, um zu ermöglichen, dass Abgase die Turbine 164 über den Umgehungskanal 165 selektiv umgehen, um die Drehzahl des Verdichters 162 zu steuern. Das Luftfilter 43 reinigt Luft, die in den Verbrennungsmotorlufteinlass 42 eintritt.
Ein verteilerloses Zündsystem 88 stellt der Brennkammer 30 als Reaktion auf die Steuerung 12 über eine Zündkerze 92 einen Zündfunken bereit. Der Darstellung nach ist eine Breitbandlambda-(UEGO)-Sonde 126 an den Abgaskrümmer 48 gekoppelt, der dem Katalysator 70 vorgelagert ist. Alternativ dazu kann die UEGO-Sonde 126 durch eine binäre Lambdasonde ersetzt werden.
In einem Beispiel kann der Katalysator 70 mehrere Katalysatorwabenkörper beinhalten. In einem weiteren Beispiel können mehrere Emissionssteuervorrichtungen, jeweils mit mehreren Bausteinen, verwendet werden. In einem Beispiel kann der Katalysator 70 ein Dreiwegekatalysator sein. Die Temperatur des Wandlers 70 kann über den Temperatursensor 71 oder über Ableiten aus Verbrennungsmotordrehzahl, Verbrennungsmotorlast, Zündzeitpunkt und Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors bestimmt werden.
Die Steuerung 12 ist in 1 als herkömmlicher Mikrocomputer gezeigt, der Folgendes beinhaltet: eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 104, einen Festwertspeicher 106 (z. B. nicht transitorischen Speicher), einen Direktzugriffsspeicher 108, einen Keep-Alive-Speicher 110 und einen herkömmlichen Datenbus. Die Steuerung 12 ist als verschiedene Signale von mit dem Verbrennungsmotor 10 gekoppelten Sensoren empfangend gezeigt, über die vorhergehend erörterten Signale hinaus, beinhaltend: eine Zylinderkopftemperatur von einem an den Zylinderkopf 35 gekoppelten Temperatursensor 112; einen Positionssensor 134, der an ein Gaspedal 130 gekoppelt ist, um eine durch einen menschlichen Fuß 132 aufgebrachte Kraft zu erfassen, einen Positionssensor 154, der an ein Bremspedal 150 gekoppelt ist, um eine durch einen Fuß 132 aufgebrachte Kraft zu erfassen, eine Messung eines Verbrennungsmotorkrümmerdrucks (MAP - manifold pressure) von einem Drucksensor 122, der an den Ansaugkrümmer 44 gekoppelt ist; einen Verbrennungsmotorpositionssensor von einem Halleffektsensor 118, der eine Position der Kurbelwelle 40 erfasst; eine Messung einer Luftmasse, die in den Verbrennungsmotor eintritt, von einem Sensor 120; und eine Messung einer Drosselklappenposition von einem Sensor 68. Der Luftdruck kann ebenfalls zum Verarbeiten durch die Steuerung 12 erfasst werden (Sensor nicht gezeigt). In einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Beschreibung erzeugt der Verbrennungsmotorpositionssensor 118 eine vorgegebene Anzahl gleichmäßig beabstandeter Impulse bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle, anhand derer die Verbrennungsmotordrehzahl (RPM) bestimmen werden kann.
Während des Betriebs durchläuft jeder Zylinder innerhalb des Verbrennungsmotors 10 typischerweise einen Viertaktzyklus: Der Zyklus beinhaltet den Ansaugtakt, den Verdichtungstakt, den Arbeitstakt und den Ausstoßtakt. Während des Ansaugtakts schließt sich im Allgemeinen das Auslassventil 54, und das Einlassventil 52 öffnet sich. Luft wird über den Ansaugkrümmer 44 in die Brennkammer 30 eingebracht und der Kolben 36 bewegt sich zum Boden des Zylinders, um das Volumen innerhalb der Brennkammer 30 zu erhöhen. Die Position, auf der sich der Kolben 36 nahe dem Boden des Zylinders und am Ende seines Takts befindet (z. B. wenn die Brennkammer 30 ihr größtes Volumen aufweist), wird vom Fachmann typischerweise als unterer Totpunkt (UT) bezeichnet.
Während des Verdichtungstakts sind das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 geschlossen. Der Kolben 36 bewegt sich in Richtung des Zylinderkopfes, um so die Luft in der Brennkammer 30 zu verdichten. Der Punkt, an dem sich der Kolben 36 am Ende seines Taktes und dem Zylinderkopf am nächsten befindet (z. B., wenn die Brennkammer 30 ihr geringstes Volumen aufweist), wird vom Fachmann üblicherweise als oberer Totpunkt (OT) bezeichnet. In einem im Folgenden als Einspritzung bezeichneten Prozess wird Kraftstoff in die Brennkammer eingebracht. In einem im Folgenden als Zündung bezeichneten Prozess wird der eingespritzte Kraftstoff durch bekannte Zündmittel, etwa die Zündkerze 92, gezündet, was zur Verbrennung führt.
Während des Arbeitstakts drücken die sich ausdehnenden Gase den Kolben 36 zurück zu dem UT. Die Kurbelwelle 40 wandelt die Kolbenbewegung in ein Drehmoment der Drehwelle um. Schließlich öffnet sich während des Ausstoßtakts das Auslassventil 54, um das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch an den Abgaskrümmer 48 freizusetzen, und der Kolben kehrt zum OT zurück. Es ist zu beachten, dass Vorstehendes lediglich als Beispiel gezeigt ist und dass die Zeitpunkte für das Öffnen und/oder Schließen des Einlass- und Auslassventils variieren können, wie etwa, um eine positive oder negative Ventilüberschneidung, ein spätes Schließen des Einlassventils oder verschiedene andere Beispiele bereitzustellen.
2 zeigt eine detaillierte Ansicht des Wastegates 163. Der Wastegate-Aktor 202 kann das Wastegate 163 drehen, wie durch den Pfeil 210 angegeben, um den Umgehungskanal 165 selektiv zu öffnen oder zu blockieren. Im Wesentlichen alle Abgase strömen durch die Turbine 164, wenn das Wastegate 163 vollständig geschlossen ist. Der Wastegate-Aktor 202 kann ein Elektromotor, ein hydraulischer Aktor, ein pneumatischer Aktor oder ein elektrohydraulischer Aktor oder ein elektropneumatischer Aktor sein. In diesem Beispiel ist das Wastegate 163 als Drosselventil konfiguriert, aber in anderen Beispielen kann das Wastegate 163 als eine alternative Art von Ventil konfiguriert sein.
Somit kann das System aus 1 und 2 ein Verbrennungsmotorsystem bereitstellen, das Folgendes umfasst: einen Verbrennungsmotor, der einen Turbolader beinhaltet, wobei der Turbolader ein Wastegate beinhaltet; und eine Steuerung, die in nichttransitorischem Speicher gespeicherte ausführbare Anweisungen beinhaltet, die die Steuerung dazu veranlassen, eine Position eines Wastegates mit einer vorbestimmten Frequenz einzustellen, wenn eine Temperatur geringer als eine Schwellentemperatur ist. Das Verbrennungsmotorsystem beinhaltet, dass die Temperatur eine Verbrennungsmotortemperatur ist. Das Verbrennungsmotorsystem beinhaltet, dass die Temperatur eine Katalysatortemperatur ist. Das Verbrennungsmotorsystem umfasst ferner zusätzliche Anweisungen zum Einstellen eines Arbeitszyklus des Wastegates. Das Verbrennungsmotorsystem beinhaltet, dass der Arbeitszyklus als eine Funktion der Verbrennungsmotordrehzahl eingestellt ist. Das Verbrennungsmotorsystem umfasst ferner zusätzliche Anweisungen zum Beenden des Einstellens der Position des Wastegates mit der vorbestimmten Frequenz als Reaktion darauf, dass die Temperatur über der Schwellentemperatur liegt. Das Verbrennungsmotorsystem umfasst ferner zusätzliche Anweisungen zum Einstellen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Verbrennungsmotors bei einer Harmonischen der vorbestimmten Frequenz. Das Verbrennungsmotorsystem beinhaltet, dass die vorbestimmte Frequenz eine Funktion der Verbrennungsmotordrehzahl ist.
Unter Bezugnahme auf 3 wird nun eine Verbrennungsmotorbetriebssequenz gemäß dem Verfahren aus 4 gezeigt. Die in 3 gezeigte Verbrennungsmotorbetriebssequenz kann durch das System aus den 1 und 2 zusammen mit dem Verfahren aus 4 bereitgestellt werden. Die in 3 gezeigten Verläufe sind zeitlich ausgerichtet und erfolgen gleichzeitig. Die vertikalen Linien stellen relevante Zeitpunkte während der Sequenz dar. Die SS-Markierungen auf der horizontalen Achse stellen zeitliche Unterbrechungen dar, und die Unterbrechungen können von kurzer oder langer Dauer sein.
Der erste Verlauf von oben in 3 ist ein Verlauf des Verbrennungsmotorbetriebszustands im Zeitverlauf. Die vertikale Achse stellt den Betriebszustand des Verbrennungsmotors dar und der Verbrennungsmotor wird betrieben (z. B. dreht sich und verbrennt Kraftstoff), wenn sich die Kurve 302 auf einem Niveau von „ON“ (EIN) befindet. Der Verbrennungsmotor ist nicht in Betrieb (z. B. verbrennt keinen Kraftstoff), wenn sich die Kurve 302 auf dem Niveau von „OFF“ (AUS) befindet. Die horizontale Achse stellt die Zeit dar und die Zeit erhöht sich von der linken Seite der Figur zur rechten Seite der Figur. Die Kurve 302 stellt den Betriebszustand des Verbrennungsmotors dar.
Der zweite Verlauf von oben aus 3 ist ein Verlauf der Turbolader-Wastegate-Position im Zeitverlauf. Die vertikale Achse stellt die Turbolader-Wastegate-Position dar und die Turbolader-Wastegate-Position nimmt in Richtung des Pfeils der vertikalen Achse zu. Die Öffnungsmenge des Turbolader-Wastegates nimmt mit zunehmender Wastegate-Position zu. Das Wastegate ist vollständig offen, wenn sich die Kurve 304 auf dem Niveau der Markierung „FO“ befindet (z. B. vollständig offen). Das Wastegate ist vollständig geschlossen, wenn sich die Kurve 304 auf dem Niveau der Markierung „FC“ befindet (z. B. vollständig geschlossen). Die horizontale Achse stellt die Zeit dar und die Zeit erhöht sich von der linken Seite der Figur zur rechten Seite der Figur. Die Kurve 304 stellt die Position des Turbolader-Wastegates dar. Die horizontale Linie 350 stellt eine Position dar, an der das Turbolader-Wastegate vollständig offen ist.
Der dritte Verlauf von oben in 3 ist ein Verlauf der Katalysatortemperatur im Zeitverlauf. Die vertikale Achse stellt die Temperatur des Katalysators dar, und die Katalysatortemperatur schreitet in Richtung des Pfeils der vertikalen Achse fort. Die horizontale Achse stellt die Zeit dar und die Zeit erhöht sich von der linken Seite der Figur zur rechten Seite der Figur. Die Kurve 306 stellt die Temperatur des Katalysators dar. Die horizontale Linie 352 stellt eine Katalysatorschwellentemperatur dar (z. B. eine Katalysatoranspringtemperatur, bei der die Katalysatoreffizienz größer als eine Schwelleneffizienz ist).
Der vierte Verlauf von oben aus 3 ist ein Verlauf der Verbrennungsmotordrehzahl in Abhängigkeit der Zeit. Die vertikale Achse stellt die Verbrennungsmotordrehzahl dar und die Verbrennungsmotordrehzahl nimmt in der Richtung des Pfeils der vertikalen Achse zu. Die horizontale Achse stellt die Zeit dar und die Zeit erhöht sich von der linken Seite der Figur zur rechten Seite der Figur. Die Kurve 308 stellt die Verbrennungsmotordrehzahl dar. Die horizontale Linie 354 stellt eine Grundleerlaufdrehzahl eines warmen Verbrennungsmotors dar.
Der fünfte Verlauf von oben in 3 ist ein Verlauf eines Luft-Kraftstoffverhältnisses des Verbrennungsmotors im Zeitverlauf. Die vertikale Achse stellt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors dar und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors nimmt in der Richtung des Pfeils der vertikalen Achse zu. Die horizontale Achse stellt die Zeit dar und die Zeit erhöht sich von der linken Seite der Figur zur rechten Seite der Figur. Die Kurve 310 stellt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors dar. Die horizontale Linie 356 stellt ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis dar.
Zum Zeitpunkt t0 ist der Verbrennungsmotor ausgeschaltet (z. B. er dreht sich nicht und verbrennt keinen Kraftstoff), und das Turbolader-Wastegate ist nicht vollständig geschlossen. Die Katalysatortemperatur ist geringer als die Schwellenkatalysatortemperatur und die Verbrennungsmotordrehzahl ist null. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors ist sehr mager.
Zum Zeitpunkt t1 wird der Verbrennungsmotor kalt gestartet und das Turbolader-Wastegate wird als Reaktion darauf, dass der Verbrennungsmotor kalt gestartet wird, geöffnet. Die Katalysatortemperatur ist niedrig, beginnt jedoch zu steigen, nachdem der Verbrennungsmotor gestartet wurde. Der Verbrennungsmotor wird bei einer erhöhten Drehzahl im Leerlauf betrieben, um eine Rate der Katalysatorerwärmung zu erhöhen. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors ist mager.
Zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 arbeitet der Verbrennungsmotor weiter und die Position des Turbolader-Wastegates oszilliert sinusförmig, um das Mischen von Sauerstoff und Kohlenwasserstoffen im Abgassystem zu erhöhen. Das erhöhte Mischen kann die Oxidation von Kohlenwasserstoffen ermöglichen, sodass Endrohrkohlenwasserstoffe reduziert werden können. Ferner können, da der Katalysator unter der Schwellentemperatur 352 liegt, die Kohlenwasserstoffe zu einem Zeitpunkt oxidiert werden, zu dem die Katalysatoreffizienz gering ist, wodurch die Bedeutung des Oxidierens von Kohlenwasserstoffen in dem Abgaskrümmer und dem Turboladergehäuse erhöht wird. Die Katalysatortemperatur nimmt zu, wenn der Verbrennungsmotor weiter betrieben wird und die Verbrennungsmotordrehzahl auf der erhöhten Leerlaufdrehzahl gehalten wird. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors wird mager gehalten.
Zum Zeitpunkt t2 arbeitet der Verbrennungsmotor weiter und die Oszillationsfrequenz des Turbolader-Wastegates wird reduziert, wenn die Verbrennungsmotordrehzahl reduziert wird. Die Verbrennungsdrehzahl wird reduziert, um die Verbrennungsmotoreffizienz zu erhöhen, wenn sich die Katalysatortemperatur der Schwellentemperatur 352 nähert. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors wird ebenfalls in Richtung eines stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses angereichert, wenn die Katalysatortemperatur zunimmt.
Zwischen Zeitpunkt t2 und Zeitpunkt t3 wird die Verbrennungsmotordrehzahl als Reaktion auf die steigende Katalysatortemperatur reduziert. Die Oszillationsfrequenz des Turbolader-Wastegates wird als Reaktion auf die abnehmende Verbrennungsmotordrehzahl ebenfalls reduziert. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors wird in Richtung eines stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses reduziert.
Bei Zeitpunkt t3 arbeitet der Verbrennungsmotor weiter und die Katalysatortemperatur erreicht die Schwellentemperatur 352. Das Turbolader-Wastegate hört auf zu oszillieren und das Turbolader-Wastegate wird als Reaktion darauf, dass die Katalysatortemperatur den Schwellenwert 352 überschreitet, vollständig geschlossen. Der Verbrennungsmotor läuft mit einer warmen Leerlaufdrehzahl im Leerlauf und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors ist stöchiometrisch. Der Verbrennungsmotor wird nach Zeitpunkt t3 und vor Zeitpunkt t10 gestoppt.
Somit kann, wenn der Verbrennungsmotor kalt gestartet wird, das Turbolader-Wastegate oszilliert werden, um das Mischen von Abgasen in dem Abgaskrümmer des Verbrennungsmotors und dem Turboladergehäuse zu verbessern, um die Oxidation von Kohlenwasserstoffen zu erhöhen. Die Oszillation der Wastegate-Position hört auf, wenn der Katalysator eine Schwellentemperatur erreicht.
Zum Zeitpunkt t10 ist der Verbrennungsmotor ausgeschaltet (z. B. er dreht sich nicht und verbrennt keinen Kraftstoff), und das Turbolader-Wastegate ist nicht vollständig geschlossen. Die Katalysatortemperatur ist größer als die Temperatur 352 und die Verbrennungsmotordrehzahl ist null. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors ist sehr mager, da der Verbrennungsmotor nicht läuft.
Zum Zeitpunkt 111 wird der Verbrennungsmotor gestartet. Der Verbrennungsmotor wird in diesem Beispiel warm gestartet. Das Turbolader-Wastegate bleibt vollständig geschlossen und die Katalysatortemperatur bleibt über der Schwellentemperatur 352. Der Verbrennungsmotor läuft mit einer warmen Grundleerlaufdrehzahl im Leerlauf und der Verbrennungsmotor wird mit einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben.
Auf diese Weise kann ein Verbrennungsmotor über eine Prozedur, die sich von dem unterscheidet, wenn der Verbrennungsmotor warm gestartet wird, kalt gestartet werden. Die Verbrennungsmotorkaltstartprozedur nutzt Positionsänderungen des Wastegates des Turboladers, um die Kohlenwasserstoffoxidation über zunehmende Turbulenzen im Abgassystem des Verbrennungsmotors zu ermöglichen. Die Verbrennungsmotorwarmstartprozedur verzichtet auf Positionsänderungen des Wastegates des Turboladers, da der Katalysator warm ist und Kohlenwasserstoffe mit einem hohen Wirkungsgrad umwandeln kann.
Unter Bezugnahme auf 4 wird nun ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors gezeigt. Zumindest Teile des Verfahrens 400 können als ausführbare Steueranweisungen umgesetzt sein, die in einem nicht-transitorischen Speicher gespeichert sind. Das Verfahren 400 kann unter Mitwirkung des Systems der 1 und 2 funktionieren. Zusätzlich können Teile des Verfahrens 400 Maßnahmen sein, die in der realen Welt ergriffen werden, um einen Betriebszustand eines Aktors oder einer Vorrichtung umzuwandeln. Das Verfahren der 4 kann als ausführbare Anweisungen, die in einem nicht-transitorischen Speicher gespeichert sind, in das System der 1 und 2 integriert sein.
Bei 402 bestimmt das Verfahren 400 Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen. Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen können unter anderem Verbrennungsmotortemperatur, Katalysatortemperatur, Verbrennungsmotordrehzahl, Verbrennungsmotorlast, Fahrerbedarfsdrehmoment und barometrischen Druck beinhalten. Die Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen können über die Sensoren und Aktoren, die hierin beschrieben werden, bestimmt oder geschätzt werden. Das Verfahren 400 geht zu 404 über.
Bei 404 beurteilt das Verfahren 400, ob ein Verbrennungsmotorkaltstart angefordert wird. Das heißt, das Verfahren 400 bestimmt, ob der Verbrennungsmotor und der Katalysator kalt sind (z. B. unter einer warmen stabilisierten Verbrennungsmotorbetriebstemperatur und/oder unter einer Schwellenkatalysatortemperatur liegen) und ein Verbrennungsmotorstart angefordert wird. Wenn dies der Fall ist, lautet die Antwort Ja und das Verfahren 400 geht zu 406 über. Andernfalls lautet die Antwort Nein und das Verfahren 400 geht zu 420 über.
Bei 420 stellt das Verfahren 400 ein Turbolader-Wastegate auf eine Position ein, die einen gewünschten Ladedruck im Verbrennungsmotoransaugsystem bereitstellt. Der gewünschte Ladedruck kann eine Funktion der Verbrennungsmotordrehzahl und des Fahrerbedarfsdrehmoments sein. Befindet sich der Verbrennungsmotor im Leerlauf, kann das Wastegate vollständig geschlossen sein. Das Wastegate kann geöffnet werden, wenn Verbrennungsmotordrehzahl und -last zunehmen, da höhere Abgasströmungsraten höhere Ladedrücke erzeugen können, indem der Turbolader bei höheren Drehzahlen gedreht wird. Das Wastegate wird nicht oszilliert oder getaktet, wenn der Verbrennungsmotor warm ist. Das Verfahren 400 geht zu 422 über.
Bei 422 betreibt das Verfahren 400 den Verbrennungsmotor mit einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem Basiszündzeitpunkt. Der Basiszündzeitpunkt wird empirisch als eine Funktion der Verbrennungsmotordrehzahl und der Verbrennungsmotorlast bestimmt. Das Verfahren 400 geht zum Ende über.
Bei 406 öffnet das Verfahren 400 das Turbolader-Wastegate teilweise. Zum Beispiel kann das Verfahren 400 das Turbolader-Wastegate auf 85 % von vollständig offen. Durch Öffnen des Turbolader-Wastegates kann Abgasenergie zu dem Katalysator geleitet werden, ohne durch die Turboladerturbine zu strömen, sodass der Katalysator eine Schwellentemperatur (z. B. Anspringtemperatur) früher erreichen kann. Das Verfahren 400 geht zu 408 über.
Bei 408 startet das Verfahren 400 den Verbrennungsmotor durch Drehen des Verbrennungsmotors mit dem Anlasser und durch Zuführen von Kraftstoff und Zündfunken zu dem Verbrennungsmotor. Das Verfahren 400 geht zu 410 über.
Bei 410 beschleunigte das Verfahren 400 den Verbrennungsmotor auf eine Leerlaufdrehzahl eines kalten Verbrennungsmotors. Die Leerlaufdrehzahl eines kalten Verbrennungsmotors ist höher als eine Leerlaufdrehzahl eines warmen Verbrennungsmotors oder eine Grundleerlaufdrehzahl eines Verbrennungsmotors. Der Verbrennungsmotor wird mit der Leerlaufdrehzahl eines kalten Verbrennungsmotors betrieben, um die Katalysatorerwärmung zu erhöhen. Die Leerlaufdrehzahl eines kalten Verbrennungsmotors kann von einer Verbrennungsmotortemperatur und/oder einer Katalysatortemperatur abhängig sein. Das Verfahren 400 geht zu 410 über.
Bei 412 betreibt das Verfahren 400 den Verbrennungsmotor mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem Zündzeitpunkt, der gegenüber dem Basiszündzeitpunkt verzögert ist. Das Betreiben des Verbrennungsmotors mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann Verbrennungsmotorkohlenwasserstoffe reduzieren und das Betreiben des Verbrennungsmotors mit verzögertem Zündzeitpunkt kann eine Rate der Katalysatorerwärmung erhöhen. Das Verfahren 400 geht zu 414 über.
Bei 414 oszilliert das Verfahren 400 eine Position des Turbolader-Wastegates mit einer vorbestimmten Frequenz. Zum Beispiel kann das Verfahren 400 das Turbolader-Wastegate von 85 % der vollständig offenen Position auf 95 % der vollständig offen Position hin und her bewegen, um einer Wellenform zu folgen und eine variierende Position zu erzeugen, die Turbulenzen innerhalb des Abgassystems des Verbrennungsmotors erhöhen kann. Durch Bewegen der Position des Turbolader-Wastegates kann Turbulenz im Abgassystem erzeugt werden, um die Oxidation von Kohlenwasserstoffen, die sich im Verbrennungsmotorabgaskrümmer und Turboladerkrümmer befinden können, zu fördern.
In einem Beispiel kann die Position des Turbolader-Wastegates sinusförmig eingestellt werden, wie in 6 gezeigt. Alternativ kann die Position des Turbolader-Wastegates eingestellt werden, um eine Rechteckwelle bereitzustellen oder dieser zu folgen, wie in 6 gezeigt. In noch einem anderen Beispiel kann das Verfahren 400 die Position des Turbolader-Wastegates einstellen, um eine Dreieckswelle bereitzustellen oder dieser zu folgen, wie in 6 gezeigt.
Die Frequenz der Wastegate-Positionseinstellungen kann eine Funktion der Verbrennungsmotordrehzahl sein, da die Verbrennungsmotordrehzahl eine Frequenz angeben kann, mit der Abgas in das Abgassystem des Verbrennungsmotors gedrückt wird. Durch das Einstellen der Wastegate-Position in Abhängigkeit von der Verbrennungsmotordrehzahl kann die Bewegung des Turbolader-Wastegates eine Harmonische einer Frequenz sein, mit der Abgase aus Verbrennungsmotorzylindern in das Abgassystem des Verbrennungsmotors ausgestoßen werden, was die Kohlenwasserstoffoxidation im Abgassystem durch Erhöhen der Turbulenz im Inneren des Abgassystems des Verbrennungsmotors erhöhen kann. In einem Beispiel kann die Frequenz der Wastegate-Positionsanpassung empirisch bestimmt werden, indem der Verbrennungsmotor an einem Dynamometer betrieben wird und die Frequenz von Wastegate-Positionsbewegungen eingestellt wird, um eine Frequenz zu bestimmen, mit der ein größerer Prozentsatz von Kohlenwasserstoffen in dem Abgassystem oxidiert werden kann.
Das Verfahren 400 kann auch die Amplitude der Position des Turbolader-Wastegates einstellen. In einem Beispiel kann die Amplitudenposition des Turbolader-Wastegates als eine Funktion der Verbrennungsmotordrehzahl und -last oder der Verbrennungsmotorluftstrommenge eingestellt werden. Zum Beispiel kann die Amplitude der Wastegate-Position bei niedrigeren Verbrennungsmotordrehzahlen und -lasten 10 % einer Endposition betragen, wenn das Wastegate vollständig offen ist. Folglich kann das Turbolader-Wastegate zum Beispiel von 75 % der vollständig offenen Position auf 85 % der vollständig offenen Position bewegt werden. Bei höheren Verbrennungsmotordrehzahlen und -lasten kann die Amplitude der Wastegate-Position 5 % einer Endposition betragen, wenn das Wastegate vollständig offen ist. Somit kann das Turbolader-Wastegate zum Beispiel von 85 % der vollständig offenen Position auf 90 % der vollständig offenen Position bewegt werden. Durch Einstellen der Amplitude der Turbolader-Wastegate-Position kann es möglich sein, die Kohlenwasserstoffoxidation für einen Bereich von Verbrennungsmotordrehzahlen und -lasten zu verbessern, sodass die Verbrennungsmotorendrohremissionen reduziert werden können. In einem Beispiel kann die Amplitude der Wastegate-Positionsanpassung empirisch bestimmt werden, indem der Verbrennungsmotor an einem Dynamometer betrieben wird und die Amplitude von Wastegate-Positionsbewegungen eingestellt wird, um eine Amplitude der Wastegate-Position zu bestimmen, mit der ein größerer Prozentsatz von Kohlenwasserstoffen in dem Abgassystem oxidiert werden kann.
In einigen Beispielen kann das Verfahren 400 das Turbolader-Wastegate einstellen, um die Position bei einer festen Frequenz zu ändern, während der Arbeitszyklus der Bewegung des Turbolader-Wastegates als Reaktion auf die Verbrennungsmotordrehzahl eingestellt werden kann. Zum Beispiel kann dem Wastegate befohlen werden, die Positionen bei einer Frequenz von 1,5 Hertz zu ändern, und der Arbeitszyklus kann von 55 % auf 75 % geändert werden, wie in der Beschreibung von 6 detaillierter erläutert.
Das Turbolader-Wastegate kann oszilliert werden, um einer Rechteckwelle, einer Dreieckwelle, einer Sinuswelle oder einer Zufallswelle zu folgen, um die Turbulenz innerhalb des Abgassystems zu erhöhen. Beispielhafte Wellenformen sind in 6 gezeigt. Das Verfahren 400 geht zu 416 über.
Bei 418 beurteilt das Verfahren 400, ob eine Temperatur des Katalysators über einer Schwellentemperatur (z. B. einer Anspringtemperatur des Katalysators) liegt oder das Fahrerbedarfsdrehmoment über einem Schwellenwert liegt. Gegebenenfalls kann das Verfahren 400 beurteilen, ob eine Temperatur des Verbrennungsmotors über einer Schwellentemperatur liegt oder das Fahrerbedarfsdrehmoment über einem Schwellenwert liegt. Wenn das Verfahren 400 beurteilt, dass eine Temperatur des Katalysators über einer Schwellentemperatur liegt oder das Fahrerbedarfsdrehmoment über einem Schwellenwert liegt, lautet die Antwort Ja und das Verfahren 400 geht zu 420 über. Andernfalls lautet die Antwort Nein und das Verfahren 400 kehrt zu 406 zurück. Wenn das Verfahren 400 alternativ beurteilt, dass eine Temperatur des Verbrennungsmotors über einer Schwellentemperatur liegt oder das Fahrerbedarfsdrehmoment über einem Schwellenwert liegt, lautet die Antwort Ja und das Verfahren 400 geht zu 420 über. Andernfalls lautet die Antwort Nein und das Verfahren 400 kehrt zu 406 zurück.
Somit stellt das Verfahren 400 eine Position eines Wastegates ein, um zwischen zwei verschiedenen Wastegate-Öffnungspositionen zu oszillieren. Die Frequenz und der Umfang der Wastegate-Positionseinstellungen können eingestellt werden, um die Oxidation von Kohlenwasserstoffen innerhalb des Abgassystems und des Turboladergehäuses zu optimieren.
Das Verfahren aus 4 stellt ein Verbrennungsmotorbetriebsverfahren bereit, das Folgendes umfasst: Oszillieren einer Position eines Turbolader-Wastegates mit einer vorbestimmten Rate als Reaktion auf einen Verbrennungsmotorkaltstart über eine Steuerung. Das Verfahren beinhaltet, dass das Oszillieren der Position des Turbolader-Wastegates ein Befehlen der Position des Turbolader-Wastegates in eine erste Position und eine zweite Position beinhaltet. Das Verfahren beinhaltet, dass die erste Position weniger als vollständig offen ist und dass die zweite Position weniger als vollständig offen ist. Das Verfahren beinhaltet, dass die erste Position eine Position ist, in der das Wastegate weiter offen ist als in der zweiten Position. Das Verfahren umfasst ferner Betreiben eines Verbrennungsmotors, der den Turbolader beinhaltet, mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis als Reaktion auf den Verbrennungsmotorkaltstart. Das Verfahren umfasst ferner Betreiben des Verbrennungsmotors mit einem Zündzeitpunkt, der von einem Basiszündzeitpunkt als Reaktion auf den Verbrennungsmotorkaltstart verzögert ist. Das Verfahren beinhaltet, dass das Oszillieren der Position des Wastegates ein sinusförmiges Bewegen des Wastegates beinhaltet. Das Verfahren beinhaltet, dass das Oszillieren der Position des Wastegates ein Bewegen des Wastegates beinhaltet, um einer Rechteckwelle zu folgen.
Das Verfahren aus 4 stellt zudem ein Verbrennungsmotorbetriebsverfahren bereit, das Folgendes umfasst: über eine Steuerung, Anpassen einer Position eines Turbolader-Wastegates mit einer vorbestimmten Rate als Reaktion darauf, dass eine Temperatur unter einer Schwellentemperatur liegt, wobei das Anpassen der Position des Turbolader-Wastegates ein Einstellen einer Amplitude Position des Turbolader-Wastegates als eine Funktion der Verbrennungsmotorluftmasse beinhaltet. Das Verfahren beinhaltet, dass die vorbestimmte Rate von einer Drehzahl eines Verbrennungsmotors abhängig ist. Das Verfahren umfasst Beenden des Einstellens der Position des Turbolader-Wastegates mit der vorbestimmten Rate als Reaktion darauf, dass die Temperatur über der Schwellentemperatur liegt. Das Verfahren umfasst ferner Einstellen einer Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors auf eine Drehzahl, die größer als eine Grundleerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors ist.
Nun ist unter Bezugnahme auf 5 ein Verlauf der Wastegate-Oszillationsfrequenz gegenüber der Verbrennungsmotordrehzahl gezeigt. Die vertikale Achse stellt die Frequenz dar, mit der das Wastegate oszilliert werden kann. Die horizontale Achse stellt die Verbrennungsmotordrehzahl dar. Die Linie 502 stellt eine Beziehung zwischen der Verbrennungsmotordrehzahl und der Frequenz dar, mit der das Wastegate während Verbrennungsmotorkaltstarts oszillieren kann. Wenn der Verbrennungsmotor mit einer Drehzahl N1 betrieben wird, kann das Turbolader-Wastegate dazu eingestellt werden, einer Wellenform mit einer Frequenz von f1 über das Ändern einer Position des Turbolader-Wastegates zu folgen. Die über die Linie 502 dargestellte Beziehung kann durch Betreiben eines Verbrennungsmotors auf einem Dynamometer und Überwachen von Abgasemissionen des Auspuffrohrs bestimmt werden, während eine Frequenz eingestellt wird, mit der sich die Position des Turbolader-Wastegates ändert.
Nun sind unter Bezugnahme auf 6 beispielhafte Positionsbewegungen gezeigt, die ein Turbolader-Wastegate erzeugen kann. Die Positionsbewegungen können erzeugt werden, indem dem Turbolader-Wastegate befohlen wird, einer vorbestimmten Wellenform zu folgen, die im Speicher der Steuerung gespeichert ist, oder alternativ kann die Verbrennungsmotorsteuerung eine Wellenform erzeugen, der das Turbolader-Wastegate folgt.
Der erste Verlauf von oben aus 6 ist ein Verlauf der Turbolader-Wastegate-Position im Zeitverlauf. Die vertikale Achse stellt die Turbolader-Wastegate-Position dar und die Turbolader-Wastegate-Position nimmt in Richtung des Pfeils der vertikalen Achse zu. Die Öffnungsmenge des Turbolader-Wastegates nimmt mit zunehmender Wastegate-Position zu. Das Wastegate ist vollständig offen, wenn sich die Kurve 602 auf dem Niveau der Markierung „FO“ befindet (z. B. vollständig offen). Das Wastegate ist vollständig geschlossen, wenn sich die Kurve 602 auf dem Niveau der Markierung „FC“ befindet (z. B. vollständig geschlossen). Die horizontale Achse stellt die Zeit dar und die Zeit erhöht sich von der linken Seite der Figur zur rechten Seite der Figur. Die Kurve 602 stellt die Position des Turbolader-Wastegates dar.
In diesem Beispiel wird die Position des Turbolader-Wastegates eingestellt, um eine Rechteckwellenbewegung oder Änderung der Position des Turbolader-Wastegates zu erzeugen. Dem Turbolader-Wastegate kann über die Steuerung befohlen werden, einer Rechteckwelle zu folgen, die mit einer vorbestimmten Frequenz oszilliert. In diesem Beispiel ist die Periode der Bewegung der Position des Turbolader-Wastegates eine Zeitspanne von t20 bis Zeitpunkt t22. Die Frequenz der Bewegung der Turboladerposition beträgt 1/Periode der Bewegung der Position des Turbolader-Wastegates. Der Arbeitszyklus der Wastegate-Position kann als Reaktion auf die Verbrennungsmotordrehzahl geändert werden. Der Arbeitszyklus ist ein Abschnitt der Wastegate-Position, der während des Zeitraums der Wastegate-Bewegung um den größten Betrag offen ist. Zum Beispiel ist der Arbeitszyklus der Wastegate-Position 602 der Teil des Zeitraums zwischen Zeitpunkt t20 und Zeitpunkt t21. In diesem Beispiel beträgt der Arbeitszyklus etwa 75 %, da der Zeitraum der Wastegate-Position 602 zwischen Zeitpunkt t20 und Zeitpunkt t22 liegt; jedoch kann der Arbeitszyklus dazu eingestellt werden, die Kohlenwasserstoffoxidation innerhalb des Abgaskrümmers und des Turboladergehäuses zu optimieren.
Die Amplitude der Bewegung der Wastegate-Position kann ebenfalls eingestellt werden. Die Amplitude der Bewegung der Wastegate-Position ist zwischen den Pfeilen 610 angegeben. In einem Beispiel kann die Amplitude als Reaktion auf die Luftmassenströmungsrate des Verbrennungsmotors eingestellt werden. In einem anderen Beispiel kann die Amplitude als Reaktion auf die Drehzahl und die Last des Verbrennungsmotors eingestellt werden.
Der zweite Verlauf von oben aus 6 ist ein Verlauf der Turbolader-Wastegate-Position im Zeitverlauf. Die vertikale Achse stellt die Turbolader-Wastegate-Position dar und die Turbolader-Wastegate-Position nimmt in Richtung des Pfeils der vertikalen Achse zu. Die Öffnungsmenge des Turbolader-Wastegates nimmt mit zunehmender Wastegate-Position zu. Das Wastegate ist vollständig offen, wenn sich die Kurve 604 auf dem Niveau der Markierung „FO“ befindet (z. B. vollständig offen). Das Wastegate ist vollständig geschlossen, wenn sich die Kurve 604 auf dem Niveau der Markierung „FC“ befindet (z. B. vollständig geschlossen). Die horizontale Achse stellt die Zeit dar und die Zeit erhöht sich von der linken Seite der Figur zur rechten Seite der Figur. Die Kurve 604 stellt die Position des Turbolader-Wastegates dar.
In diesem Beispiel wird die Position des Turbolader-Wastegates eingestellt, um eine Dreieckwellenänderung der Position des Turbolader-Wastegates zu erzeugen. Dem Turbolader-Wastegate kann über die Steuerung befohlen werden, einer Dreieckwelle zu folgen, die mit einer vorbestimmten Frequenz oszilliert. Die Bewegung der Turbolader-Wastegate-Position 604 ist dreieckig.
Der dritte Verlauf von oben aus 6 ist ein Verlauf der Turbolader-Wastegate-Position im Zeitverlauf. Die vertikale Achse stellt die Turbolader-Wastegate-Position dar und die Turbolader-Wastegate-Position nimmt in Richtung des Pfeils der vertikalen Achse zu. Die Öffnungsmenge des Turbolader-Wastegates nimmt mit zunehmender Wastegate-Position zu. Das Wastegate ist vollständig offen, wenn sich die Kurve 606 auf dem Niveau der Markierung „FO“ befindet (z. B. vollständig offen). Das Wastegate ist vollständig geschlossen, wenn sich die Kurve 606 auf dem Niveau der Markierung „FC“ befindet (z. B. vollständig geschlossen). Die horizontale Achse stellt die Zeit dar und die Zeit erhöht sich von der linken Seite der Figur zur rechten Seite der Figur. Die Kurve 606 stellt die Position des Turbolader-Wastegates dar.
In diesem Beispiel wird die Position des Turbolader-Wastegates eingestellt, um eine sinusförmige Wellenänderung der Position des Turbolader-Wastegates zu erzeugen. Dem Turbolader-Wastegate kann über die Steuerung befohlen werden, einer sinusförmigen Welle zu folgen, die mit einer vorbestimmten Frequenz oszilliert. Die Bewegung der Turbolader-Wastegate-Position 606 ist sinusförmig.
Es ist zu beachten, dass die in dieser Schrift beinhalteten beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit unterschiedlichen Verbrennungsmotor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die in dieser Schrift offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in nichtflüchtigem Speicher gespeichert sein und durch das Steuersystem, das die Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und anderer Verbrennungsmotorhardware beinhaltet, ausgeführt werden. Die konkreten in dieser Schrift beschriebenen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen. Demnach können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der dargestellten 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 Ausführungsbeispiele zu erzielen, sondern zur Vereinfachung 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 kann mindestens ein Teil der beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen Code graphisch darstellen, der in einen nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Steuersystem programmiert werden soll. Die Steuerhandlungen können zudem den Betriebszustand von einem oder mehreren Sensoren oder Aktoren in der physischen Welt umwandeln, wenn die beschriebenen Handlungen ausgeführt werden, indem die Anweisungen in einem System ausgeführt werden, das die verschiedenen Verbrennungsmotorhardwarekomponenten in Kombination mit einer oder mehreren Steuerungen beinhaltet.
Damit ist die Beschreibung abgeschlossen. Beim Lesen derselben durch einen Fachmann werden viele Änderungen und Modifikationen vergegenwärtigt, ohne vom Geist und vom Schutzumfang der Beschreibung abzuweichen. Zum Beispiel könnten I3-, I4-, I5-, V6-, V8-, V10- und V12-Verbrennungsmotoren, die mit Erdgas, Benzin, Diesel oder alternativen Kraftstoffkonfigurationen betrieben werden, die vorliegende Beschreibung vorteilhaft nutzen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verbrennungsmotorbetriebsverfahren Folgendes: Oszillieren einer Position eines Turbolader-Wastegates mit einer vorbestimmten Rate als Reaktion auf einen Verbrennungsmotorkaltstart über eine Steuerung.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren Oszillieren der Position des Turbolader-Wastegates ein Befehlen der Position des Turbolader-Wastegates in eine erste Position und eine zweite Position beinhaltet.
In einem Aspekt der Erfindung ist die erste Position weniger als vollständig offen und die zweite Position ist weniger als vollständig offen.
In einem Aspekt der Erfindung ist die erste Position eine Position, in der das Wastegate weiter offen ist als in der zweiten Position.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren Betreiben eines Verbrennungsmotors, der den Turbolader beinhaltet, mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis als Reaktion auf den Verbrennungsmotorkaltstart.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren Betreiben des Verbrennungsmotors mit einem Zündzeitpunkt, der von einem Basiszündzeitpunkt als Reaktion auf den Verbrennungsmotorkaltstart verzögert ist.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Oszillieren der Position des Wastegates ein sinusförmiges Bewegen des Wastegates.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Oszillieren der Position des Wastegates ein Bewegen des Wastegates, um einer Rechteckwelle zu folgen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verbrennungsmotorsystem bereitgestellt, das Folgendes aufweist: einen Verbrennungsmotor, der einen Turbolader beinhaltet, wobei der Turbolader ein Wastegate beinhaltet; und eine Steuerung, die in nichttransitorischem Speicher gespeicherte ausführbare Anweisungen beinhaltet, die die Steuerung dazu veranlassen, eine Position eines Wastegates mit einer vorbestimmten Frequenz einzustellen, wenn eine Temperatur geringer als eine Schwellentemperatur ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Temperatur eine Verbrennungsmotortemperatur.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Temperatur eine Katalysatortemperatur.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch zusätzliche Anweisungen zum Einstellen eines Arbeitszyklus des Wastegates.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Arbeitszyklus als eine Funktion der Verbrennungsmotordrehzahl eingestellt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch zusätzliche Anweisungen zum Beenden des Einstellens der Position des Wastegates mit der vorbestimmten Frequenz als Reaktion darauf, dass die Temperatur über der Schwellentemperatur liegt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch zusätzliche Anweisungen zum Einstellen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Verbrennungsmotors bei einer Harmonischen der vorbestimmten Frequenz.
Gemäß einer Ausführungsform wird die vorbestimmte Frequenz als eine Funktion der Verbrennungsmotordrehzahl eingestellt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verbrennungsmotorbetriebsverfahren Folgendes: über eine Steuerung, Anpassen einer Position eines Turbolader-Wastegates mit einer vorbestimmten Rate als Reaktion darauf, dass eine Temperatur unter einer Schwellentemperatur liegt, wobei das Anpassen der Position des Turbolader-Wastegates ein Einstellen einer Amplitude Position des Turbolader-Wastegates als eine Funktion der Verbrennungsmotorluftmasse beinhaltet.
In einem Aspekt der Erfindung ist die vorbestimmte Rate eine Funktion einer Drehzahl eines Verbrennungsmotors.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren Beenden des Einstellens der Position des Turbolader-Wastegates mit der vorbestimmten Rate als Reaktion darauf, dass die Temperatur über der Schwellentemperatur liegt.
In einem Aspekt beinhaltet das Verfahren Einstellen einer Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors auf eine Drehzahl, die größer als eine Grundleerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors ist.

Claims

Verbrennungsmotorbetriebsverfahren, umfassend: Oszillieren einer Position eines Turbolader-Wastegates mit einer vorbestimmten Rate als Reaktion auf einen Verbrennungsmotorkaltstart über eine Steuerung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Oszillieren der Position des Turbolader-Wastegates ein Befehlen der Position des Turbolader-Wastegates in eine erste Position und eine zweite Position beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die erste Position weniger als vollständig offen ist und die zweite Position weniger als vollständig offen ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die erste Position eine Position ist, in der das Wastegate weiter offen ist als in der zweiten Position.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Betreiben eines Verbrennungsmotors, der den Turbolader beinhaltet, mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis als Reaktion auf den Verbrennungsmotorkaltstart.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend Betreiben des Verbrennungsmotors mit einem Zündzeitpunkt, der von einem Basiszündzeitpunkt als Reaktion auf den Verbrennungsmotorkaltstart verzögert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Oszillieren der Position des Wastegates ein sinusförmiges Bewegen des Wastegates beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Oszillieren der Position des Wastegates ein Bewegen des Wastegates beinhaltet, um einer Rechteckwelle zu folgen.
Verbrennungsmotorsystem, umfassend: einen Verbrennungsmotor, der einen Turbolader beinhaltet, wobei der Turbolader ein Wastegate beinhaltet; und eine Steuerung, die in nichttransitorischem Speicher gespeicherte ausführbare Anweisungen beinhaltet, die die Steuerung dazu veranlassen, eine Position eines Wastegates mit einer vorbestimmten Frequenz einzustellen, wenn eine Temperatur geringer als eine Schwellentemperatur ist.
Verbrennungsmotorsystem nach Anspruch 9, wobei die Temperatur eine Verbrennungsmotortemperatur ist.
Verbrennungsmotorsystem nach Anspruch 9, wobei die Temperatur eine Katalysatortemperatur ist.
Verbrennungsmotorsystem nach Anspruch 9, ferner umfassend zusätzliche Anweisungen zum Einstellen eines Arbeitszyklus des Wastegates.
Verbrennungsmotorsystem nach Anspruch 12, wobei der Arbeitszyklus als eine Funktion der Verbrennungsmotordrehzahl eingestellt ist.
Verbrennungsmotorsystem nach Anspruch 9, ferner umfassend zusätzliche Anweisungen zum Beenden des Einstellens der Position des Wastegates mit der vorbestimmten Frequenz als Reaktion darauf, dass die Temperatur über der Schwellentemperatur liegt.