DE102022110807A1 - Motorsystem mit elektrifizierten luftsystemkomponenten zum managen von stickoxidemissionen bei einem arbeitsfahrzeug - Google Patents

Motorsystem mit elektrifizierten luftsystemkomponenten zum managen von stickoxidemissionen bei einem arbeitsfahrzeug Download PDF

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Abstract

Ein Motorsystem umfasst einen Motor mit einem Einlasskrümmer und einem Auslasskrümmer, einen Turbolader, der eine Turbine, die mit dem Auslasskrümmer in Verbindung steht, und einen Verdichter, der mit dem Einlasskrümmer in Verbindung steht, umfasst, und einen Regler, der dazu konfiguriert ist, einen Abgasstrom durch die Turbine zu steuern. Eine Steuerung ist mit dem Regler wirkverbunden und dazu konfiguriert, eine Motorlast und eine Abgastemperatur während des Betriebs des Motors zu überwachen, verbotene Motorstickoxid(NOx)-Emissionswerte basierend auf der Motorlast und der Abgastemperatur zu identifizieren und, wenn die verbotenen Motorstickoxid(NOx)-Emissionswerte identifiziert wurden, den Abgasstrom durch die Turbine zu modifizieren, um die Energie, die von der Turbine aus dem Abgas extrahiert wird, zu reduzieren und eine dem Verdichter zugeführte Antriebskraft zu reduzieren, wodurch ein dem Einlasskrümmer von dem Verdichter zugeführter Einlassluftstrom reduziert wird.

Description

  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Verbrennungsmotoren und insbesondere auf Motorsysteme mit elektrifizierten Luftsystemkomponenten, die dahingehend betrieben werden, die Emissionen von Stickoxiden (NOx) zu managen.
  • Dieselmotorsysteme werden zum Antrieb vieler Arbeitsfahrzeuge verwendet und unterliegen Emissionsvorschriften hinsichtlich Werte von Stickoxiden (NOx), die während des Betriebs ausgestoßen werden. Existierende Dieselmotorsysteme können nicht zu überschreitende (NTE - Not-To-Exceed) Emissionsgrenzen und Testanforderungen, die einen großen Bereich an Drehzahl- und Lastkombinationen, die allgemein im Gebrauch angetroffen werden, abdecken, einhalten; jedoch ist es wahrscheinlich, dass zukünftige Emissionsvorschriften die geregelte NOx-Grenze herabsetzen und den Drehzahl- und Lastbetriebsbereich der geregelten oder NTE-Emissionsgrenzen ausweiten werden. Existierende Dieselmotorsysteme werden möglicherweise nicht in der Lage sein, diese gesteigerten NOx-Emissionsbeschränkungen zu erfüllen, zumindest zum Teil aufgrund der Art und Weise, auf die Luftsystemkomponenten in dem Motorsystem bei Motorbetriebsbedingungen bei niedriger Drehzahl und geringer Last arbeiten.
  • Ein Motorsystem umfasst einen Motor mit einer oder mehreren Kolben-Zylinder-Anordnungen, die mit einem Einlasskrümmer und einem Auslasskrümmer in Verbindung stehen, einen Turbolader, der eine Turbine, die mit dem Auslasskrümmer in Verbindung steht, und einen Verdichter, der von der Turbine angetrieben wird und mit dem Einlasskrümmer in Verbindung steht, umfasst, und einen Regler, der dazu konfiguriert ist, einen Abgasstrom durch die Turbine zu steuern. Das Motorsystem umfasst des Weiteren eine Steuerung, die eine Prozessor- und Speicherarchitektur aufweist und die mit dem Regler wirkverbunden ist, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, eine Motorlast und eine Abgastemperatur während des Betriebs des Motors zu überwachen, verbotene Motorstickoxid(NOx)-Emissionswerte basierend auf der Motorlast und der Abgastemperatur, bei denen die NOx-Emissionen innerhalb eines verbotenen Bereichs liegen, zu identifizieren und, wenn die verbotenen Motorstickoxid(NOx)-Emissionswerte identifiziert wurden, den Regler dahingehend zu steuern, den Abgasstrom durch die Turbine zu modifizieren. Durch das Modifizieren des Abgasstroms durch die Turbine wird eine Menge an Energie, die von der Turbine aus dem Abgas extrahiert wird, reduziert und wird die dem Verdichter zugeführte Antriebskraft reduziert, wodurch ein dem Einlasskrümmer von dem Verdichter zugeführter Einlassluftstrom reduziert wird.
  • Bei einer weiteren Implementierung umfasst ein Motorsystem für ein Arbeitsfahrzeug einen Motor mit einer oder mehreren Kolben-Zylinder-Anordnungen, die mit einem Einlasskrümmer und einem Auslasskrümmer in Verbindung stehen, einen Turbolader, der eine Turbine, die mit dem Auslasskrümmer in Verbindung steht, und einen Verdichter, der von der Turbine angetrieben wird und mit dem Einlasskrümmer in Verbindung steht, umfasst, und einen Regler, der dazu konfiguriert ist, einen Abgasstrom durch die Turbine zu steuern. Das Motorsystem umfasst des Weiteren eine Steuerung, die eine Prozessor- und Speicherarchitektur aufweist und die mit dem Regler wirkverbunden ist, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, eine Motorlast und eine Abgastemperatur während des Betriebs des Motors zu überwachen, zu bestimmen, ob die Motorlast und die Abgastemperatur unter einem Motorlastschwellenwert bzw. einem Abgastemperaturschwellenwert liegen, wodurch verbotene Motorstickoxid(NOx)-Emissionswerte angezeigt werden, und, wenn die Motorlast und die Abgastemperatur unter dem Motorlastschwellenwert und dem Abgastemperaturschwellenwert liegen, den Regler dahingehend zu steuern, den Abgasstrom durch die Turbine zu modifizieren. Durch das Modifizieren des Abgasstroms durch die Turbine wird eine Menge an Energie, die von der Turbine aus dem Abgas extrahiert wird, reduziert und wird die dem Verdichter zugeführte Antriebskraft reduziert, wodurch ein dem Einlasskrümmer von dem Verdichter zugeführter Einlassluftstrom reduziert wird.
  • Die Einzelheiten einer oder mehrerer Ausführungsformen werden in den beiliegenden Zeichnungen und der nachstehenden Beschreibung angeführt. Weitere Merkmale und Vorteile gehen aus der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen hervor.
  • Mindestens ein Beispiel für die vorliegende Offenbarung wird im Folgenden in Verbindung mit den folgenden Figuren beschrieben:
    • 1 ist eine vereinfachte Seitenansicht eines beispielhaften Arbeitsfahrzeugs, bei dem Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung implementiert werden können;
    • 2 ist ein Schemadiagramm eines beispielhaften Motorsystems mit elektrifizierten Luftsystemkomponenten zum Managen von NOx-Emissionen gemäß einer Ausführungsform;
    • 3 ist ein Schemadiagramm eines beispielhaften Motorsystems mit elektrifizierten Luftsystemkomponenten zum Managen von NOx-Emissionen gemäß einer weiteren Ausführungsform;
    • 4 ist ein Schemadiagramm eines beispielhaften Motorsystems mit elektrifizierten Luftsystemkomponenten zum Managen von NOx-Emissionen gemäß einer weiteren Ausführungsform;
    • 5 ist ein Schemadiagramm eines beispielhaften Motorsystems mit elektrifizierten Luftsystemkomponenten zum Managen von NOx-Emissionen gemäß einer weiteren Ausführungsform;
    • 6 ist ein Schemadiagramm eines beispielhaften Motorsystems mit elektrifizierten Luftsystemkomponenten zum Managen von NOx-Emissionen gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
    • 7 ist ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Betrieb eines Motorsystems mit elektrifizierten Luftsystemkomponenten zum Managen von NOx-Emissionen.
  • In den verschiedenen Zeichnungen zeigen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente an. Für eine einfache und deutliche Darstellung können Beschreibungen und Details wohlbekannter Merkmale und Techniken weggelassen sein, um eine unnötige Verschleierung des Beispiels und von nicht einschränkenden Ausführungsformen der Erfindung, die in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beschrieben werden, zu vermeiden. Ferner sollte auf der Hand liegen, dass Merkmale oder Elemente, die in den beigefügten Figuren erscheinen, nicht zwangsweise maßstäblich gezeichnet sind, sofern nicht etwas anderes angegeben wird.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden in den oben kurz beschriebenen beigefügten Figuren der Zeichnungen gezeigt. Für den Fachmann können verschiedene Modifikationen der beispielhaften Ausführungsformen in Betracht kommen, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie er in den angehängten Ansprüchen angeführt ist, abzuweichen.
  • Verbrennungsmotoren und insbesondere Dieselmotoren werden bei vielen Arbeitsfahrzeugen eingesetzt und unter sehr verschiedenen Drehzahl- und Lastbedingungen betrieben. Solche Dieselmotoren unterliegen Emissionsvorschriften hinsichtlich akzeptablen Werten von Stickoxiden (NOx), die während des Betriebs ausgestoßen werden, wobei diese Vorschriften einen großen Bereich an Drehzahl- und Lastkombinationen, die allgemein im Gebrauch angetroffen werden, d. h. einen „NTE-Bereich“, abdecken. Obgleich existierende Dieselmotorsysteme derzeitige Emissionsvorschriften in diesem NTE-Bereich einhalten können, werden zukünftige Emissionsvorschriften sowohl die akzeptable NOx-Grenze herabsetzen als auch den NTE-Bereich, in dem solch eine NOx-Grenze erforderlich ist, ausweiten. Das bedeutet, dass akzeptable NOx-Emissionswerte insgesamt gesenkt werden, möglicherweise um einen Faktor 10, und wahrscheinlich wird der NTE-Bereich, in dem NOx-Emissionsgrenzen geregelt werden, so ausgeweitet werden, dass er Motorbetriebsbedingungen bei geringer Last und niedriger Drehzahl umfasst.
  • Es versteht sich, dass die Struktur und der Betrieb von Luftsystemen bei existierenden Dieselmotorsystemen nicht gestatten, dass die Motorsysteme diese zukünftigen NOx-Emissionsvorschriften über einen ausgeweiteten NTE-Bereich hinweg erfüllen. Erstens führen die Luftsysteme bei existierenden Dieselmotorsystemen nicht genügend Abgas zurück (AGR), wenn der Motor unter derzeitigen NTE-Mindestdrehzahlwerten läuft, um Motor-NOx-Emissionen erheblich zu reduzieren. Dies liegt daran, dass der Druck des von dem Motor ausgegebenen Abgases nicht ausreichend höher als der Druck der dem Motor zugeführten Einlassluft ist, um eine positive Druckdifferenz zu erzeugen, die das Strömen des Abgases durch das AGR-System gestattet. Zweitens stellen, wenn der Motor unter derzeitigen NTE-Mindestlastwerten läuft, die Luftsysteme bei existierenden Dieselmotorsystemen ein Luft/Kraft-Verhältnis bereit, das höher als nötig ist, was zu einer niedrigen Abgastemperatur führt, die sich wiederum negativ auf den Umwandlungswirkungsgrad einer SCR-Behandlung (SCR - Selective Catalytic Reduction; selektive katalytische Reduktion) des Abgases auswirkt, die ansonsten NOx-Schadstoffemissionen auf ein Minimum reduzieren würde.
  • Zur Reduzierung von NOx-Emissionen auf ein Minimum über einen ausgeweiteten NTE-Bereich hinweg und in einem Maße, das zukünftige Emissionsvorschriften erfüllt, wird ein Motorsystem mit elektrifizierten Luftsystemkomponenten bereitgestellt, die selektiv dahingehend betreibbar sind, NOx-Emissionen besser zu managen. Durch den Betrieb der Luftsystemkomponenten kann sowohl die AGR verstärkt als auch der SCR-Umwandlungswirkungsgrad verbessert werden, insbesondere während Motorbetriebsbedingungen bei niedriger Drehzahl und geringer Last, so dass NOx-Emissionen über einen ausgeweiteten NTE-Bereich hinweg reduziert werden können.
  • Gemäß Ausführungsformen werden die Motorlast und die Abgastemperatur während des Betriebs des Motorsystems überwacht, um Betriebsbedingungen zu bestimmen, bei denen Motor-NOx-Emissionswerte in einen verbotenen Bereich fallen können. Die Motorlast und die Abgastemperatur werden mit einem Motorlastschwellenwert bzw. einem Abgastemperaturschwellenwert verglichen, und wenn die Motorlast und die Abgastemperatur unter ihren jeweiligen Schwellenwerten liegen, wird ein verbotener Motor-NOx-Emissionswert oder -zustand identifiziert. Bei solch einer Identifikation wird das Motorsystem dahingehend betrieben, selektiv einen Abgasstrom durch eine oder mehrere Turbinen einer Turboladeranordnung zu steuern, um die Abgastemperatur zu erhöhen und die Aufladung zu reduzieren. Das bedeutet, durch das Modifizieren des Abgasstroms durch die Turboladerturbine wird die Menge an Energie, die von der Turbine aus dem Abgas extrahiert wird, reduziert, wodurch eine höhere Temperatur des Abgases aufrechterhalten wird und für einen höheren Umwandlungswirkungsgrad bei einer SCR-Behandlung des Abgases zur Reduzierung von NOx-Emissionen gesorgt wird. Darüber hinaus wird durch Reduzieren der Menge an Energie, die von der Turbine aus dem Abgas extrahiert wird, der Turbolader mit einer geringeren Eingangskraft angetrieben, so dass die dem Motor zugeführte Einlassluftmenge reduziert wird. Die Reduzierung der dem Motor zugeführten Einlassluft senkt das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Motor und reduziert damit NOx-Emissionen.
  • Bei einer Ausführungsform ist ein elektrifiziertes Wastegate in dem Motorsystem zum selektiven Wegleiten von Abgas von der Turbine vorgesehen. Ein Regler ist zur Steuerung des Betriebs des Wastegates und damit selektiven Modifizierung des Abgasstroms zur Turbine vorgesehen. Wenn bestimmt wird, dass NOx-Emissionen bei verbotenen Motor-NOx-Emissionswerten liegen, kann der Regler das Öffnen des Wastegates bewirken, so dass Abgas die Turbine umgeht. Indem bewirkt wird, dass der Abgasstrom die Turbine umgeht, wird die Menge an Energie, die von der Turbine aus dem Abgas extrahiert wird, reduziert, und die NOx-Emissionswerte können auch reduziert werden.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform ist ein Turbolader mit variabler Geometrie (VG) in dem Motorsystem vorgesehen, der dazu konfiguriert sein kann, selektiv die Menge an von der Turbine aus dem Abgas extrahierter Energie zu reduzieren. Ein Regler ist vorgesehen, der dahingehend betrieben wird, das Seitenverhältnis der Turbine in dem VG-Turbolader einzustellen und damit selektiv den Abgasstrom durch die Turbine zu modifizieren. Wenn bestimmt wird, dass NOx-Emissionen bei verbotenen Motor-NOx-Emissionswerten liegen, kann der Regler bewirken, dass das Seitenverhältnis der Turbine derart eingestellt wird, dass die Menge an von der Turbine aus dem Abgas extrahierter Energie reduziert wird, so dass die NOx-Emissionswerte auch reduziert werden.
  • Bei einer Implementierung ist ein elektrifizierter Luftverstärker in dem Motorsystem enthalten, der dahingehend selektiv betreibbar ist, Einlassluft in den Einlasskrümmer zu verstärken, wenn er aktiviert ist, um ein verbessertes instationäres Ansprechverhalten in dem Motorsystem bereitzustellen. Der Luftverstärker kann basierend auf einer Änderungsrate der Motorlast selektiv betrieben werden, und wenn die Motorlaständerungsrate einen zugehörigen Motorlaständerungsratenschwellenwert überschreitet, wird der elektrifizierte Luftverstärker aktiviert. Der Luftverstärker kann als ein E-Verdichter vorgesehen sein, der einen eigenständigen Verdichter und eine elektrische Maschine, die den eigenständigen Verdichter antreibt, umfasst. Der Luftverstärker kann stattdessen als eine elektrische Maschine vorgesehen sein, die dahingehend mit dem Turbolader mechanisch gekoppelt ist, eine Welle anzutreiben, die die Turbine und den Verdichter koppelt, so dass der Turbolader als ein E-Turbolader konfiguriert ist. Bei beiden, dem E-Verdichter und dem E-Turbolader wird die elektrische Maschine dahingehend betrieben, ihren zugehörigen Verdichter (entweder direkt oder über die Turboladerwelle) anzutreiben, um zu bewirken, dass der Verdichter die Einlassluft in den Einlasskrümmer verstärkt.
  • Bei einer weiteren Implementierung ist eine Abgasrückführungs(AGR)-Pumpe in dem Motorsystem enthalten, die dahingehend selektiv betreibbar ist, einen Teil des Abgases, das von dem Auslasskrümmer ausgegeben wird, zu dem Einlasskrümmer zurückzuführen. Die AGR-Pumpe ist dahingehend betreibbar, von dem Auslasskrümmer ausgegebenes Abgas zu dem Einlasskrümmer zurückzuführen, selbst wenn der Motor bei niedriger Drehzahl läuft, wodurch die Werte der NOx-Emissionen aus dem Motor reduziert werden.
  • Es werden nun beispielhafte Ausführungsformen eines Motorsystems mit elektrifizierten Motorkomponenten, die dahingehend betrieben werden, das Motordrehmoment zu verstärken, in Verbindung mit 1-7 gemäß dieser Offenbarung beschrieben. Als nicht einschränkende Beispiele ist das Motorsystem gemäß der folgenden Beschreibung in ein Arbeitsfahrzeug integriert und umfasst eine Turboladeranordnung, die in Reihe geschaltete Hochdruck- und Niederdruck-Turbolader zur Verstärkung des Luftstroms in den Verbrennungsmotor umfasst. Ungeachtet der folgenden Beispiele würden auch alternative Arbeitsfahrzeuge und Motorsysteme mit Turboladeranordnungen, die andere Konstruktionen aufweisen, von darin integrierten elektrifizierten Luftsystemkomponenten gemäß Aspekten der Erfindung profitieren. Es versteht sich somit, dass Aspekte der Erfindung nicht auf lediglich die spezifischen Ausführungsformen, die nachstehend beschrieben werden, beschränkt sein sollen.
  • Gemäß Ausführungsformen wird ein Motorsystem offenbart, das elektrifizierte Luftsystemkomponenten umfasst, die dahingehend betrieben werden, NOx-Emissionen während des Betriebs des Motorsystems zu managen. Wie für den Fachmann aus der folgenden Beschreibung hervorgeht, ist die Anwendung des Motorsystems bei Arbeitsfahrzeugen, deren NOx-Emissionen geregelt sind, besonders geeignet, und somit wird bei den hier erörterten veranschaulichenden Beispielen solch eine Umgebung zur Unterstützung des Verständnisses der Erfindung herangezogen.
  • Unter zunächst erfolgender Bezugnahme auf 1 wird ein Arbeitsfahrzeug 10 gezeigt, bei dem Ausführungsformen der Erfindung implementiert werden können. In dem dargestellten Beispiel wird das Arbeitsfahrzeug 10 als ein landwirtschaftlicher Traktor dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass andere Konfigurationen möglich sein können, darunter Konfigurationen, bei denen das Arbeitsfahrzeug 10 eine andere Art von Traktor, ein Erntefahrzeug, ein Rückeschlepper, eine Planiermaschine, ein Baggerlader oder eine verschiedener anderer Arbeitsfahrzeugarten ist. Das Arbeitsfahrzeug 10 umfasst ein Chassis oder einen Rahmen 12, das bzw. der auf Vorder- und Hinterrädern 14 getragen wird. Auf einem vorderen Endbereich des Chassis 12 ist ein Gehäuse 16 positioniert, in dem sich ein Motorsystem 18 befindet. Das Motorsystem 18 versorgt über einen zugehörigen Antriebsstrang 20 ein Ausgangsglied (z. B. eine Ausgangswelle, nicht gezeigt) mit Leistung, das wiederum die Leistung dahingehend zu der Achse (den Achsen) des Arbeitsfahrzeugs 10 überträgt, für den Antrieb von dieser (diesen) zu sorgen und/oder eine Zapfwelle beispielsweise zum Antrieb eines Arbeitsgeräts, das sich an dem Arbeitsfahrzeug 10 befindet oder diesem zugeordnet ist, anzutreiben.
  • Ein Bediener steuert die Funktionen des Arbeitsfahrzeugs 10, darunter das Motorsystem 18, den Antriebsstrang 20 und ein Arbeitsgerät (Arbeitsgeräte), das (die) sich an dem Arbeitsfahrzeug 10 befindet (befinden) oder diesem zugeordnet ist (sind), von einer Bedienerstation 22 in dem Arbeitsfahrzeug. Obgleich dies in 1 nicht gezeigt wird, versteht sich, dass die Bedienerstation 22 eine Mensch-Maschine-Schnittstelle und verschiedene Betätigungseinrichtungen, die dazu konfiguriert sind, Eingabebefehle von dem Bediener zur Steuerung von beispielsweise verschiedenen mit dem Steuern der zuvor erwähnten Komponenten in Zusammenhang stehenden elektrischen oder hydraulischen Systemen zu empfangen, umfassen kann. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle kann verschiedenartig konfiguriert sein und kann einen oder mehrere Joysticks, verschiedene Schalter oder Hebel, eine oder mehrere Tasten, eine Touchscreenschnittstelle, die auf einer Anzeige eingeblendet sein kann, eine Tastatur, einen Lautsprecher, ein Mikrofon, das einem Spracherkennungssystem zugeordnet ist, oder verschiedene andere Mensch-Maschine-Schnittstellenvorrichtungen umfassen.
  • Unter nun erfolgender Bezugnahme auf 2 werden verschiedene Komponenten eines beispielhaften Motorsystems 18, das in dem Arbeitsfahrzeug 10 enthalten sein kann, gemäß einer beispielhaften Implementierung dargestellt. Das Motorsystem 18 umfasst einen Verbrennungsmotor 24 (im Folgenden „Motor“) in Form eines dieselbetriebenen Motors, es versteht sich jedoch, dass der Motor 24 auch mit anderen flüssigen Kraftstoffen, wie z. B. Benzin oder Ethanol, betrieben werden könnte. Der Motor 24 des Motorsystems 18 umfasst einen Motorblock 26 mit einer Kolben-Zylinder-Anordnung 28 darin, die dahingehend betreibbar ist, Verbrennungsereignisse zu erzeugen. Bei der dargestellten Implementierung ist der Motor 24 ein Reihen-Sechszylindermotor (R-6-Motor); bei alternativen Implementierungen können jedoch verschiedene Motorarten und -auslegungen verwendet werden.
  • Das Motorsystem 18 umfasst des Weiteren einen Einlasskrümmer 30, der mit dem Motor 24 strömungsverbunden ist, einen Auslasskrümmer 32, der mit dem Motor 24 strömungsverbunden ist, und eine Turboladeranordnung 34. Bei der dargestellten Ausführungsform umfasst die Turboladeranordnung 34 ein Paar in Reihe geschalteter Turbolader 36, 38, die mit dem Einlasskrümmer 30 und dem Auslasskrümmer 32 strömungsverbunden sind und mit diesen in Wirkverbindung stehen, obgleich es sich versteht, dass das Motorsystem 18 bei anderen Ausführungsformen stattdessen lediglich einen einzigen Turbolader umfassen könnte. Die Turboladeranordnung 34 umfasst gemäß der Darstellung in 2 einen Niederdruck(LP)-Turbolader 36 und einen Hochdruck(HP)-Turbolader 38, die in Reihe angeordnet sind - wobei jeder der Turbolader 36, 38 eine Turbine 40, 42 und einen Verdichter 44, 46, die über eine Drehwelle 48 mechanisch verbunden sind, umfasst. Im Betrieb jedes der Turbolader 36, 38 verursacht durch die Turbine 40, 42 strömendes Abgas eine Drehung der Turbine, wodurch wiederum eine Drehung der Welle 48 bewirkt wird. Die Drehung der Welle 48 bewirkt wiederum, dass sich auch der Verdichter 44, 46 dreht, wodurch zusätzliche Luft in die Verdichter 44, 46 gesaugt wird, um dadurch die Durchsatzrate von Luft zu dem Einlasskrümmer 30 über das Maß, bei dem sie ansonsten ohne die Turbolader 36, 38 liegen würde, hinaus zu erhöhen, und auf diese Weise führen die Turbolader 36, 38 dem Motor 24 sogenannte „Ladeluft“ zu.
  • Wie angegeben, sind der HP- und der LP-Turbolader 38, 36 in Reihe bezüglich einander angeordnet. Der HP-Turbolader 38 weist eine Turbine 42 (HP-Turbine) zum Empfangen von Abgas aus dem Auslasskrümmer 32 und einen Verdichter 46 (HP-Verdichter), der mit der HP-Turbine 42 zum Zuführen von Druckluft zu dem Einlasskrümmer 30 zur Verbrennung gekoppelt ist, auf. Der LP-Turbolader 36 weist eine Turbine 40 (LP-Turbine) zum Empfangen von Abgas von der HP-Turbine 42 und einen Verdichter 44 (LP-Verdichter), der mit der LP-Turbine 40 zum Zuführen von Druckluft zu dem HP-Verdichter 46 zur weiteren Druckbeaufschlagung gekoppelt ist, auf. Sowohl der LP- als auch der HP-Turbolader 36, 38 wirken dahingehend, einen Teil der Wärmeenergie aus dem Abgas mit ihren jeweiligen Turbinen 40, 42 zum Antrieb ihrer jeweiligen Verdichter 44, 46 zurückzugewinnen und dabei die Menge an Ladeluft, die dem Motor 24 zur Verbrennung zugeführt wird, zu erhöhen.
  • Gemäß der Darstellung in 2 steht der Einlasskrümmer 30 mit der Kolben-Zylinder-Anordnung 28 zum Leiten einer Luftzufuhrmenge dorthin in Strömungsverbindung. Frischluft wird dem Einlasskrümmer 30 aus der umliegenden Umgebung über einen Frischlufteinlasskanal 50 zugeführt. Frischluft wird in den Frischlufteinlasskanal 50 gesaugt, durch einen Luftfilter 52, der in Reihe mit dem Frischlufteinlasskanal 50 angeordnet ist, strömengelassen und dem LP-Verdichter 44 zugeführt. Der LP-Verdichter 44 führt eine erste Verdichtung der Frischluft durch und führt sie dem HP-Verdichter 46 über einen Ladeluftkanal 54 zu. Der Ladeluftkanal 54 verläuft dann von dem HP-Verdichter 46 zu dem Einlasskrümmer 30, um die verdichtete Ladeluft von dem HP-Verdichter 46 zuzuführen, wobei ein Ladeluftkühler 56 (d. h. ein Nachkühler) in Reihe mit dem Ladeluftkanal 54 positioniert ist, der die Temperatur der Ladeluft reduziert, bevor sie dem Motor 24 zugeführt wird, um die Einheit an Masse pro Volumeneinheit (d. h. Dichte) der Ladeluft für einen verbesserten volumetrischen Wirkungsgrad und eine höhere Leistungsabgabe zu erhöhen. Bei einer Ausführungsform ist auch eine Drosselklappe 57 in dem Ladeluftkanal 54 positioniert, um die Menge an verdichteter Ladeluft, die dem Einlasskrümmer 30 zugeführt wird, zu regulieren.
  • Der Auslasskrümmer 32 des Motorsystems 18 ist mit Einlässen der Turbinen 40, 42 der Turbolader 36, 38 über einen Abgaskanal 58 strömungsgekoppelt, wobei die Fluidauslässe der Turbinen 40, 42 über einen Entlüftungskanal 60 dann mit der umliegenden Umgebung strömungsgekoppelt sind. Durch den Motor 24 erzeugtes Abgas wird aus dem Auslasskrümmer 32 herausgeleitet und strömt durch den Abgaskanal 58 zu den Turbinen 40, 42, wobei das Abgas dann auf herkömmliche Weise über den Entlüftungskanal 60 die Turbinen 40, 42 in die umliegende Umgebung verlässt. Ein Nachbehandlungssystem 62 ist in Reihe mit dem Entlüftungskanal 60 zur Behandlung des Abgases vor der Entlüftung des Abgases an die umliegende Umgebung angeordnet. Das Nachbehandlungssystem 62 kann eine oder mehrere Komponenten oder Vorrichtungen, die das Abgas behandeln, wie z. B. eine Dieselpartikelfilter(DPF)-Vorrichtung 64 oder eine Vorrichtung 65 zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR-Vorrichtung), umfassen, wie in 2 dargestellt wird. Wie nachstehend genauer erläutert wird, hat die SCR-Vorrichtung 65 einen hohen SCR-Umwandlungswirkungsgrad (zur Reduzierung von NOx), wenn ihr Abgas mit einer ausreichend hohen Temperatur zugeführt wird, und somit ist es wünschenswert, die Temperatur des Abgases, das der SCR-Vorrichtung 65 zugeführt wird, über einem gewissen Temperaturschwellenwert zu halten.
  • Komponenten zum Modifizieren des Abgasstroms durch die Turboladeranordnung 34 - insbesondere zu der HP-Turbine 42 oder sowohl der HP- als auch der LP-Turbine 40, 42 - sind ferner in dem Motorsystem 18 vorgesehen, wobei es sich versteht, dass sich Modifizieren des Abgasstroms durch die Turboladeranordnung 34 auf Modifizieren des Abgasstroms, der der Turbine (den Turbinen) zugeführt wird, und/oder Modifizieren des Strömungsquerschnitts der Turbine(n) bezieht, wobei sich beide Ausführungsformen auf die Menge an aus dem Abgas extrahierter Energie auswirken. Bei der Ausführungsform von 2 sind diese Komponenten in Form eines elektronischen Wastegates 66 (d. h. „E-Wastegates“) und eines zugehörigen Reglers 68 vorgesehen, die dahingehend selektiv betreibbar sind, den der HP-Turbine 42 zugeführten Abgasstrom zu modifizieren. Es versteht sich auch, dass ein ähnliches E-Wastegate 66 für die LP-Turbine 40 vorgesehen sein könnte (wie in 2 in Durchsicht gezeigt wird), und somit ist die folgende Erörterung im Hinblick auf Betrieb/Steuerungen des E-Wastegates 66, die auf das Modifizieren des der HP-Turbine 42 zugeführten Abgasstroms gerichtet ist, so zu verstehen, dass sie das Modifizieren des der LP-Turbine 40 zugeführten Abgasstroms bei einer Ausführungsform beschreibt.
  • Das E-Wastegate 66 kann als ein elektronisch gesteuertes Ventil vorgesehen sein, das dahingehend zwischen geöffneten und geschlossenen Zuständen betätigbar ist, selektiv zu gestatten, dass Abgas die HP-Turbine 42 umgeht und direkt in das stromabwärtige Abgas geleitet wird. Das E-Wastegate 66 kann gemäß verschiedenen Implementierungen entweder innerhalb oder außerhalb des HP-Turboladers 38 sein. Der Regler 68 wird dahingehend betrieben, die dem E-Wastegate 66 zugeführte elektrische Leistung zu steuern, um dadurch zu bewirken, dass das E-Wastegate 66 in seinem geöffneten oder geschlossenen Zustand oder in einer Stellung zwischen dem geöffneten und dem geschlossenen Zustand (z. B. 10 % geöffnet) betrieben wird. Durch selektives Strömenlassen von Abgas durch die HP-Turbine 42 oder Umleiten des Abgases um die HP-Turbine 42 herum kann das E-Wastegate 66 die Menge an Leistung, die die HP-Turbine zum Antreiben des HP-Verdichters 46 durch Extrahieren von Energie aus dem Abgas, wenn es durch die HP-Turbine 42 strömt, erzeugen kann, steuern. Gleichermaßen kann das E-Wastegate 66 wie oben angegeben auch dahingehend vorgesehen sein, selektiv Abgas durch die LP-Turbine 40 strömen zu lassen oder das Abgas die LP-Turbine 40 umgehen lassen, um die Menge an Leistung, die die LP-Turbine zum Antreiben des LP-Verdichters 44 durch Extrahieren von Energie aus dem Abgas, wenn es durch die LP-Turbine 40 strömt, erzeugen kann, zu steuern.
  • Ein Abgasrückführungs(AGR)-System 70 ist ferner in dem Motorsystem 18 vorgesehen und funktioniert dahingehend, einen Teil des von dem Motor 24 erzeugten Abgases zurückzuführen und dabei die Bildung von NOx während der Verbrennung zu reduzieren. Abgas wird aus dem Auslasskrümmer 32 gesaugt und über das AGR-System 70 in den Einlasskrümmer 30 zurückgeführt. Das AGR-System 70 umfasst einen AGR-Kanal 72, einen AGR-Kühler 74, eine AGR-Pumpe 76 und einen AGR-Mischer 78. Der AGR-Kanal 72 saugt einen Teil des Abgases, das in dem Abgaskanal 58 strömt, zur Zirkulation durch das AGR-System 70 ein. Der AGR-Kühler 74 ist in Reihe mit dem AGR-Kanal 72 zum Zwecke der Kühlung des durch den AGR-Kanal 72 strömenden Abgases angeordnet. Abgas strömt zu der AGR-Pumpe 76, wobei die AGR-Pumpe 76 eine Einlassseite 79 in Strömungsverbindung mit dem Auslasskrümmer 32 und eine Auslassseite 80 in Strömungsverbindung mit dem Einlasskrümmer 30 aufweist. Die AGR-Pumpe 76 kann ein Verdrängungsverdichter, der zur Bereitstellung von physisch abgemessenen Luftdurchsatzraten in der Lage ist, wie z. B. ein Roots-, Schrauben-, Scroll- oder Flügelzellenverdichter, sein, oder kann alternativ dazu ein Radialverdichter ähnlich einem Turboladerverdichter sein. Bei einer Ausführungsform ist die AGR-Pumpe 76 so konstruiert, dass sie Rotoren 82 enthält, die von einem Elektromotor 84 angetrieben werden. Die AGR-Pumpe 76 kann dahingehend elektrisch gesteuert werden, selektiv den Strom des von dem Abgaskanal 58 zurückgeführten Abgases zu dem Motor 24 über den AGR-Kanal 72 zu steuern, einschließlich Sperrens des Abgasstroms dort hindurch und selektiven Beschränkens oder Steuerns des Abgasstroms dort hindurch in einem gewünschten Ausmaß. Abgas, das von der AGR-Pumpe 76 gepumpt wird, wird dem AGR-Mischer 78 zugeführt, der das Abgas mit der aus dem Ladeluftkanal 54 zugeführten Ladeluft zur Einleitung in den Einlasskrümmer 30 mischt, von dem das Gemisch aus Abgas und Ladeluft dann in den Motor 24 gespeist wird. Bei weiteren Implementierungen ist ein eigens vorgesehener AGR-Mischer 78 möglicherweise nicht in dem Motorsystem 18 enthalten, wobei Abgas stattdessen in Einlassrohre des Motors 24 und/oder des Einlasskrümmers 30 zur Vermischung mit der Ladeluft eingeleitet wird.
  • Gemäß der Darstellung in 2 umfasst das Motorsystem 18 ferner einen Luftverstärker 85, der dahingehend wirkt, die Menge an Einlass- oder Ladeluft, die dem Motor 24 zugeführt wird, zu verstärken. In dem dargestellten Beispiel ist der Luftverstärker 85 ein elektrischer Verdichter 86 (im Folgenden „E-Verdichter“), der einen Verdichter 87 umfasst, der von einer elektrischen Maschine 88 (d. h. dem Elektromotor) angetrieben wird. Der E-Verdichter 86 ist als eine eigenständige Komponente vorgesehen, die von der Turboladeranordnung 34 separat ist und an einer beliebigen einer Anzahl von Stellen bezüglich der Turboladeranordnung 34 positioniert sein kann. In dem dargestellten Beispiel ist der E-Verdichter 86 stromabwärts des Ladeluftkühlers 56 positioniert, es versteht sich jedoch, dass der E-Verdichter 86 stattdessen stromaufwärts der Verdichter 44, 46 der Turboladeranordnung 34, zwischen den Verdichtern 44, 46, zwischen dem HP-Verdichter 46 und dem Ladeluftkühler 56 oder stromabwärts des AGR-Mischers 78 positioniert sein könnte. Bei Aktivierung empfängt die elektrische Maschine 88 eine Eingangsleistung und treibt als Reaktion dazu den Verdichter 87 dahingehend an, dem Motor 24 einen verstärkten Ladeluftstrom zuzuführen. Während Zeiträumen, in denen der E-Verdichter 86 nicht in Betrieb ist, kann Einlassluft den E-Verdichter 86 über ein Bypassventil 89 des Luftverstärkers 85, das parallel zu dem E-Verdichter 86 angeordnet ist, umgehen. Das Bypassventil 89 kann ein mechanisch oder elektrisch betätigtes Ventil sein, das in Verbindung mit dem E-Verdichter 86 zur Steuerung des Einlassluftstroms dort hindurch betrieben wird.
  • Zum Zuführen von elektrischer Leistung zu dem E-Wastegate 66, der AGR-Pumpe 76 und dem E-Verdichter 86 ist ein elektrisches System 90 in dem Motorsystem 18 vorgesehen, das eine oder mehrere Energiespeichervorrichtungen, Umrichter, Wandler, Verkabelung und andere elektrische Komponenten umfassen kann. In einem Beispiel umfasst das elektrische System 90 eine Energiespeichervorrichtung 92 in Form einer Lithium-Ionen-Batterie, obgleich stattdessen andere Hochspannungs- oder Hochleistungs-Energiespeichervorrichtungen eingesetzt werden können, wie z. B. andere Batteriearten, ein Superkondensator oder eine Kombination aus Superkondensatoren und/oder Batterien. Die Energiespeichervorrichtung 92 führt Gleichstromleistung einem DC-DC-Wandler (nicht gezeigt), der Leistung an einen DC-Bus 94 ausgibt, zu, wobei der DC-Bus 94 mehreren Vorrichtungen, Auslässen usw. in dem Motorsystem 18, darunter dem E-Wastegate 66, der AGR-Pumpe 76 und dem E-Verdichter 86, Leistung zuführt. Bei einer Implementierung ist das elektrische System 90 zur Bereitstellung einer Spannung von 36 V oder mehr konfiguriert, z. B. ein 48V-System, das in Kombination mit dem Motor 24 ein „Mild-Hybrid“-Motorsystem für das Arbeitsfahrzeug 10 (1) bildet.
  • Gemäß der Darstellung in 2 umfasst das Motorsystem 18 ein Steuersystem 102, das eine Steuerung 104 oder ein elektronisches Steuergerät (ECU) umfasst. Die Steuerung 104 umfasst einen Prozessor 104a und einen Speicher 104b. Der Prozessor 104a führt die Berechnung und Steuerfunktionen der Steuerung 104 durch und kann eine beliebige Art von Prozessor oder mehrere Prozessoren, einzelne integrierte Schaltungen, wie z. B. einen Mikroprozessor oder eine beliebige geeignete Anzahl an integrierten Schaltvorrichtungen und/oder Schaltplatinen, die zur Vollbringung der Funktionen einer Verarbeitungseinheit zusammenwirken, umfassen. Während des Betriebs führt der Prozessor 104a ein oder mehrere Programme, die in dem Speicher 104b enthalten sein können, durch und steuert somit den allgemeinen Betrieb der Steuerung 104 und des Computersystems der Steuerung 104 bei der Durchführung der hier beschriebenen Funktionen. Bei der dargestellten Ausführungsform speichert der Speicher 104b das oben erwähnte Programme (die oben erwähnten Programme).
  • Im Allgemeinen wird die Steuerung 104 dazu verwendet, zumindest einige der hier beschriebenen Motorsystemoperationen und -funktionen bereitzustellen, und steuert insbesondere den Betrieb des E-Wastegates 66, des Luftverstärkers 85 und der AGR-Pumpe 76. Im Allgemeinen ist die Steuerung 104 mit Folgenden betreibbar gekoppelt: dem Motor 24; der AGR-Pumpe 76; dem E-Verdichter 86; dem E-Wastegate 66; einem Motordrehzahlsensor 106; einem Sensor (Sensoren) 108, der (die) Luftmassen-, Temperatur- und/oder Drucksensoren umfassen kann (können), in dem Einlasskrümmer 30, dem Ladeluftkanal 54 oder dem AGR-Kanal 72; einem Kraftstoffsensor 110 und einem Abgastemperatursensor 111. Obgleich die Sensoren 106, 108, 110, 111 in 2 als separate eigens vorgesehene Sensoren gezeigt werden, versteht sich, dass Erfassungsfähigkeiten für die Messung einiger Parameter in Komponenten des Motorsystems 18 integriert sein können. Die Steuerung 104 kann auch mit anderen Vorrichtungen, die zur Bereitstellung der gewünschten Systemsteuerfunktionen erforderlich sind, darunter verschiedene andere Aktuatoren und Sensoren, gekoppelt sein. Die Steuerung 104 empfängt Eingänge von den verschiedenen Sensoren, die Signale proportional zu verschiedenen physischen Parametern, die verschiedenen Komponenten in dem Motorsystem 18 und beliebigen anderen Quellen zugeordnet sind, erzeugen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Steuerung 104 dazu konfiguriert sein, zusätzlich zu den hier offenbarten Steuerfunktionen andere Funktionen des Arbeitsfahrzeugs 10 bereitzustellen.
  • Die Steuerung 104 betreibt das Steuern des Motorsystems 18 (und des Motors 24) in verschiedenen Steuermodi, wobei die Steuerung 104 den Motor in verschiedenen Modi basierend auf von ihr empfangenen Eingängen, die Sensoreingänge und/oder Bedienerbefehlseingaben umfassen können, betreibt. Die verschiedenen Betriebsmodi können beispielsweise einen Motorstartmodus, einen Motor-Stopp/Start-Modus, einen Kalter-Motor-Modus, einen Verstärkungsmodus und einen Niedriglast-Motoremissionen-Steuermodus (im Folgenden „Emissionssteuermodus“, wobei es sich versteht, dass Emissionen zumindest auf eine gewisse Art und Weise während eines/aller Motorbetriebsmodi gesteuert werden) umfassen, und die Steuerung 104 kann Steuersignale an eine oder mehrere Komponenten in dem Motorsystem 18 zur Steuerung des Betriebs des Motorsystems 18 in einem spezifischen Modus ausgeben.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung 104 dazu konfiguriert, beim Betrieb des Motorsystems 18 zur Steuerung von Emissionen, insbesondere wenn der Motor 24 bei einer geringen Last betrieben wird, das E-Wastegate 66 selektiv so zu betreiben, dass NOx-Emissionen von dem Motorsystem 18 begrenzt werden. Die Steuerung 104 kann bewirken, dass das Motorsystem 18 in dem Emissionssteuerbetriebsmodus betrieben wird, wenn die Steuerung 104 bestimmt oder identifiziert, dass NOx-Emissionen möglicherweise verbotene Werte (d. h. über akzeptablen Emissionswerten) erreichen, wobei die Steuerung 104 Eingänge zur Motorlast (beispielsweise bestimmt durch Luftstrom und Kraftstoff wie angefordert/erforderlich) und Motorlaständerungsrate, Abgastemperatur und Motordrehzahl empfängt, um zu bestimmen, ob die NOx-Emissionen bei dem derzeitigen Betriebszustand des Motorsystems 18 möglicherweise bei verbotenen Werten liegen. D. h., es wird erkannt, dass der Betrieb des Motors 24 mit einer niedrigen Motorlast zum Anstieg der NOx-Emissionswerte des Motorsystems 18 führen kann, was auf einem Anstieg des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in dem Motor 24 aufgrund von Niedriglastbetrieb basieren kann (was zu niedrigeren Abgastemperaturen und einem reduzierten Umwandlungswirkungsgrad in dem Nachbehandlungssystem 62, d. h. der SCR-Vorrichtung 65, führt). Dementsprechend steuert die Steuerung 104 den Betrieb des E-Wastegates 66 bei Eintritt in den Emissionssteuermodus dahingehend, NOx-Emissionen aus dem Motorsystem 18 zu reduzieren.
  • Wenn von der Steuerung 104 bestimmt wird, dass die Motorlast- und die Abgastemperaturwerte unter den jeweiligen vorbestimmten Motorlast- bzw. Abgastemperaturschwellenwert gefallen sind (oder dass eine (fallende) Motorlaständerungsrate derart ist, dass eine Motorlast unter dem Motorlastschwellenwert unmittelbar bevorsteht), bewirkt die Steuerung 104, dass das Motorsystem 18 im Emissionssteuerbetrieb betrieben wird, da solche Werte anzeigen, dass NOx-Emissionswerte bei verbotenen Werten liegen. Im Emissionssteuerbetriebsmodus bei einer niedrigen Last bewirkt die Steuerung 104, das dem Regler 68 und dem E-Wastegate 66 (wie z. B. über den DC-Bus 94) Leistung von der Energiespeichervorrichtung 92 zugeführt wird, wobei der Regler 68 dann die/den dem E-Wastegate 66 zugeführte/n Spannung/Strom dahingehend steuert, das Öffnen des E-Wastegates 66 (in eine vollständig geöffnete oder im Wesentlichen geöffnete Stellung) zu bewirken. Beim Öffnen des E-Wastegates 66 wird der Abgasstrom zu der HP-Turbine 42 modifiziert - wobei das Abgas durch das E-Wastegate 66 strömt und die HP-Turbine 42 umgeht, wenn das E-Wastegate 66 in seinem geöffneten (oder im Wesentlichen geöffneten) Zustand betrieben wird. Durch das Umgehen der HP-Turbine 42 wird die Menge an von der HP-Turbine 42 aus dem Abgas extrahierter Energie reduziert oder möglicherweise eliminiert. Dies gestattet, dass das Abgas mehr Wärmeenergie hält, so dass das Abgas danach mit einer höheren Temperatur zu dem Nachbehandlungssystem 62 (d. h. zu der SCR-Vorrichtung 65) strömt, wodurch ermöglicht wird, dass die SCR-Vorrichtung 65 die NOx-Behandlung mit einem höheren Umwandlungswirkungsgrad durchführt. Darüber hinaus wird durch Reduzieren oder Eliminieren der Extraktion von Energie aus dem Abgas durch die HP-Turbine 42 die Leistung zum Antreiben des HP-Verdichters 46 gesenkt, so dass der HP-Verdichter 46 weniger Ladeluft zu dem Einlasskrümmer 30 ausgibt. Dies führt zu einem niedrigeren Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Motor 24, was auch dazu dient, die von dem Motorsystem 18 erzeugten NOx-Emissionswerte zu senken.
  • In Kombination mit der Steuerung des E-Wastegates 66 während des Emissionssteuerbetriebsmodus steuert die Steuerung 104 auch den Betrieb der AGR-Pumpe 76 bei fortgesetztem Betrieb des Motorsystems 18, sowohl beim Betrieb in dem Emissionssteuermodus als auch beim Betrieb in anderen Modi. Die AGR-Pumpe 76 wird dahingehend betrieben, aus dem Abgaskrümmer 32 ausgegebenes Abgas nach dem Vermischen mit Ladeluft zu dem Einlasskrümmer 30 zurückzuführen, wodurch die NOx-Emissionswerte von dem Motor 24 reduziert werden. Besonders vorteilhaft kann die AGR-Pumpe 76 dahingehend betrieben werden, Abgas selbst bei niedrigen Motordrehzahlen zurückzuführen (im Vergleich zu Systemen, die ein AGR-Ventil, anstatt einer Pumpe umfassen), so dass der Betriebsbereich des Motorsystems 18, über den hinweg NOx-Emissionen gemanagt werden können, ausgeweitet wird.
  • Der Luftverstärker 85 wird auch von der Steuerung 104 selektiv betrieben und kann bei einer Implementierung auch mit dem Betrieb des E-Wastegates 66 verbunden sein. D. h., die Steuerung 104 kann bestimmen, dass eine Motorlaständerungsrate in solch einem Maße ansteigt, dass eine Aktivierung des Luftverstärkers 85 erforderlich ist, um instationäres Ansprechverhalten des Motors 24 zu verbessern. Wenn der Motor 24 bei instationärem Betrieb schnell von einem Niedriglastzustand zu einem Hochlastzustand wechselt, ermöglicht eine Aktivierung des Luftverstärkers 85, dass das Motorsystem 18 das Ansprechverhalten beibehält, indem der dem Motor 24 zugeführte Ladeluftstrom verstärkt wird. Unter solchen Bedingungen tritt das Motorsystem 18 aus dem Emissionssteuermodus aus, wobei die Steuerung 104 (und der Regler 68) bewirken, dass das E-Wastegate 66 in die geschlossene (oder eine im Wesentlichen geschlossene) Stellung betätigt wird. Gleichzeitig bewirkt die Steuerung 104, dass dem E-Verdichter 86 Leistung von der Energiespeichervorrichtung 92 zugeführt wird, so dass die elektrische Maschine 88 Leistung (beispielsweise von dem DC-Bus 94) empfängt und den Verdichter 87 entsprechend antreibt, wodurch die Einlassladeluft in den Motor 24 verstärkt wird und eine entsprechende Verstärkung des von dem Motor 24 ausgegebenen Drehmoments (wenn dies mit einem erhöhten Kraftstoffstrom, der dem Motor 24 zugeführt wird, einhergeht) bereitgestellt wird. Darüber hinaus wird bewirkt, dass das Bypassventil 89 schließt, um Luft durch den E-Verdichter 86 zu leiten.
  • Dementsprechend ist die Steuerung 104 basierend auf der Überwachung von Betriebsparametern des Motorsystems 18 - einschließlich der Motorlast, der Motorlaständerungsrate, der Abgastemperatur und der Motordrehzahl - in der Lage, einen geeigneten Betriebsmodus für das Motorsystem 18 zu bestimmen und nach Bedarf zwischen Betriebsmodi zu wechseln. Basierend auf jenen überwachten Betriebsparametern kann die Steuerung 104 bewirken, dass das Motorsystem 18 in den Emissionssteuermodus übergeht, wo das E-Wastegate 66 selektiv so betrieben wird, dass NOx-Emissionen von dem Motorsystem 18 begrenzt werden - d. h., das E-Wastegate 66 wird geöffnet (in eine vollständig geöffnete oder im Wesentlichen geöffnete Stellung). Des Weiteren kann die Steuerung 104 basierend auf jenen überwachten Betriebsparametern bewirken, dass das Motorsystem 18 aus dem Emissionssteuermodus austritt, wobei das E-Wastegate 66 geschlossen (oder im Wesentlichen geschlossen) wird und der E-Verdichter 86 dahingehend aktiviert wird, eine Verstärkung von Ladeluft in den Einlasskrümmer 30 bereitzustellen, um das Ansprechverhalten des Motors auf die zunehmende Last zu verbessern - d. h., das Schließen des E-Wastegates 66 ist mit dem Aktivieren/Starten des E-Verdichters 86 synchronisiert, um einen Doppelvorteil für das instationäre Ansprechverhalten des Motors 24 bereitzustellen. Darüber hinaus gestattet die AGR-Pumpe 76 weitere NOx-Emissionswertereduzierungen über einen großen Betriebsbereich des Motorsystems 18 hinweg, da die AGR-Pumpe 76 selbst dann AGR bereitstellt, wenn der Motor 24 bei einer niedrigen Drehzahl läuft.
  • Unter nun erfolgender Bezugnahme auf 3 wird ein Motorsystem 112 gemäß einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Das Motorsystem 112 hat mit dem Motorsystem 18 von 2 viele Komponenten gemein, und somit werden die Komponenten, die den Komponenten des Systems gemein sind, durchweg als jene in 2 identifiziert. Bei dem Motorsystem 112 sind jedoch alternative Komponenten zur Modifizierung des Abgasstroms durch die Turboladeranordnung 34 (anstatt des E-Wastegates 66 und des Reglers 68) und ein alternativer Luftverstärker 114 (anstatt des E-Verdichters 86) vorgesehen.
  • Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Komponenten zur Modifizierung des Abgasstroms durch die Turboladeranordnung 34 in Form eines Turboladers 116 mit variabler Geometrie (VG) (d. h. eines „VG-Turboladers“) und eines zugehörigen Reglers 118 vorgesehen, die dahingehend selektiv betreibbar sind, den Abgasstrom durch den VG-Turbolader 116 zu modifizieren. Der VG-Turbolader 116 kann den HP-Turbolader 38, der in der Turboladeranordnung 34 (2) enthalten ist, ersetzen, oder anders ausgedrückt kann der in der Turboladeranordnung 34 enthaltene HP-Turbolader 38 so modifiziert/konstruiert sein, dass er in Form eines VG-Turboladers 116 anstatt eines standardmäßigen Turboladers, der keine variable Geometrie aufweist, vorliegt. Der VG-Turbolader 116 ist so konfiguriert, dass das Seitenverhältnis der Turbine 120 (einer HP-Turbine) darin geändert werden kann, wodurch der Strömungsquerschnitt davon geändert wird (d. h. der Abgasstrom dort hindurch modifiziert wird), um die Menge an von der Turbine aus dem Abgas extrahierter Energie zu variieren, wodurch auch das Ausmaß, in dem der zugehörige Verdichter 122 (ein HP-Verdichter) angetrieben wird, variiert wird. Gemäß Ausführungsformen kann das Seitenverhältnis der Turbine 120 durch eine Anzahl geeigneter Mittel modifiziert werden, darunter (beispielsweise) Ändern der effektiven Breite der Schaufeln in der Turbine, wie zum Beispiel durch Bewegen der Turbine 120 entlang ihrer Achse, um die Schaufeln zum Teil in das Turbinengehäuse einzuziehen. Der Regler 118 kann dahingehend konfiguriert sein, das Seitenverhältnis der Turbine 120 durch Bewegen oder Betätigen von Komponenten darin, wie z. B. Bewegen der Turbine 120 entlang ihrer Achse zur Modifizierung der Schaufelbreite, zu ändern, und somit kann der Regler 118 in einem Beispiel als ein Servomotor oder ein anderer Aktuator vorgesehen sein, der dahingehend selektiv betreibbar ist, für solch eine Bewegung/Betätigung zu sorgen.
  • Des Weiteren ist der in dem Motorsystem 112 vorgesehene Luftverstärker 114 in Form eines elektrischen Turboladers 124 (im Folgenden „E-Turboladers“) vorgesehen, der dahingehend wirkt, die Menge an Einlass- oder Ladeluft, die dem Motor 24 zugeführt wird, zu verstärken. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der VG-Turbolader 116 ferner so modifiziert, dass er in Form eines E-Turboladers 124 vorliegt, wodurch ein VG-E-Turbolader 128 bereitgestellt wird, obgleich es sich versteht, dass ein E-Turbolader 124 in dem Motorsystem 112 vorgesehen sein könnte, bei dem es sich nicht um einen VG-Turbolader handelt. Darüber hinaus wirkt der E-Turbolader 124 in dem dargestellten Beispiel als ein HP-Turbolader in einer Turboladeranordnung 125 des Motorsystems 112, obgleich es sich versteht, dass es während des Betriebs des Motorsystems 112 dazu kommen kann, dass der E-Turbolader 124 betrieben wird, während der LP-Turbolader 36 nicht in Betrieb ist.
  • Im Unterschied zu dem HP-Turbolader 38 in 2 umfasst der E-Turbolader 124 ferner eine elektrische Maschine 126 (d. h. einen Elektromotor), die dahingehend mit der Welle 48 mechanisch gekoppelt ist, selektiv für ihre Drehung zu sorgen, wie z. B. während Zeiträumen, in denen Abgas zum Antrieb der Turbine 120 und damit der Welle 48 und des Verdichters 122 nicht in ausreichendem Maße vorhanden ist, und/oder wenn zusätzliche Leistung zum Antreiben der Welle 48 gewünscht wird. Der E-Turbolader 124 kann elektrische Leistung von dem elektrischen System 90 des Motorsystems 112 empfangen, wobei Leistung von der Energiespeichervorrichtung 92 über den DC-Bus 94 dem E-Turbolader 124 zugeführt wird. Bei Aktivierung empfängt die elektrische Maschine 126 eine Eingangsleistung und treibt als Reaktion darauf die Welle 48 und damit den Verdichter 122 dahingehend an, dem Motor 24 einen verstärkten Ladeluftstrom zuzuführen.
  • Wie zuvor unter Bezugnahme auf die Ausführungsform von 2 beschrieben, ist die Steuerung 104 dazu konfiguriert, den Betrieb des Motorsystems 112 in verschiedenen Betriebsmodi zu steuern, darunter in einem Emissionssteuerbetriebsmodus, wenn die Steuerung 104 bestimmt oder identifiziert, dass NOx-Emissionen möglicherweise verbotene Werte erreichen (d. h. über akzeptablen Emissionswerten liegen), wobei die Steuerung 104 Eingänge zur Motorlast (beispielsweise bestimmt durch Luftstrom und Kraftstoff wie angefordert/erforderlich) und Motorlaständerungsrate, der Abgastemperatur und der Motordrehzahl empfängt, um zu bestimmen, ob die NOx-Emissionen bei dem derzeitigen Betriebszustand des Motorsystems 112 möglicherweise bei verbotenen Werten liegen.
  • Wenn von der Steuerung 104 bestimmt wird, dass die Motorlast- und die Abgastemperaturwerte unter den jeweiligen vorbestimmten Motorlast- bzw. Abgastemperaturschwellenwert gefallen sind (oder dass eine (fallende) Motorlaständerungsrate derart ist, dass eine Motorlast unter dem Motorlastschwellenwert unmittelbar bevorsteht), bewirkt die Steuerung 104, dass das Motorsystem 112 im Emissionssteuerbetriebsmodus betrieben wird, um die NOx-Emissionen zu managen. Im Emissionssteuerbetriebsmodus bei einer niedrigen Last bewirkt die Steuerung 104, dass dem Regler 118 (wie z. B. über den DC-Bus 94) Leistung von der Energiespeichervorrichtung 92 zugeführt wird, wobei der Regler 118 dann das Seitenverhältnis der Turbine in dem VG-Turbolader 116 (d. h. der Turbine 120) dahingehend modifiziert, die Menge an von der Turbine 120 aus dem Abgas extrahierter Energie zu reduzieren. Dies gestattet, dass das Abgas mehr Wärmeenergie hält, so dass das Abgas danach mit einer höheren Temperatur zu dem Nachbehandlungssystem 62 (d. h. zu der SCR-Vorrichtung 65) strömt, wodurch ermöglicht wird, dass die SCR-Vorrichtung 65 die NOx-Behandlung mit einem höheren Umwandlungswirkungsgrad durchführt. Darüber hinaus wird durch Reduzieren der Extraktion von Energie aus dem Abgas durch die Turbine 120 die Leistung zum Antreiben des Verdichters 122 gesenkt, so dass der Verdichter 122 weniger Ladeluft zu dem Einlasskrümmer 30 ausgibt. Dies führt zu einem niedrigeren Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Motor 24, was auch dazu dient, die von dem Motorsystem 112 erzeugten NOx-Emissionswerte zu senken.
  • Des Weiteren kann die Steuerung 104 selektiv die Leistung, die der AGR-Pumpe 76 (wie z. B. über den DC-Bus 94) von der Energiespeichervorrichtung 92 zur Bereitstellung von AGR in dem Motorsystem 112 zugeführt wird, steuern. Wenn die AGR-Pumpe 76 aktiviert wird (z. B. der Elektromotor 84 die Rotoren 82 dreht), führt die AGR-Pumpe 76 Abgas nach dem Vermischen mit Ladeluft, was beispielsweise in dem AGR-Mischer 78 durchgeführt werden kann, aus dem Auslasskrümmer 32 zu dem Einlasskrümmer 30 zurück. Dieses Vermischen von rückgeführtem Abgas mit der Ladeluft dient auch dazu, die von dem Motorsystem 112 erzeugten NOx-Emissionswerte zu senken, sowohl während des Betriebs des Motors 24 bei niedriger Drehzahl als auch bei höheren Betriebsdrehzahlen.
  • Der Luftverstärker 114 wird auch von der Steuerung 104 selektiv betrieben und kann bei einer Implementierung auch mit einer Änderung des Seitenverhältnisses der Turbine in dem VG-Turbolader 116 verbunden sein. D. h., die Steuerung 104 kann bestimmen, dass eine Motorlaständerungsrate in solch einem Maße ansteigt, dass eine Aktivierung des Luftverstärkers 114 erforderlich ist. Wenn der Motor 24 bei instationärem Betrieb schnell von einem Niedriglastzustand zu einem Hochlastzustand wechselt, bewirkt die Steuerung 104, dass das Motorsystem 112 aus dem Emissionssteuermodus austritt, wobei die Steuerung 104 (und der Regler 118) eine derartige Änderung des Seitenverhältnisses der Turbine 120 in dem VG-Turbolader 116 bewirken, dass mehr Energie aus dem Abgas extrahiert wird. Gleichzeitig bewirkt die Steuerung 104, dass dem E-Turbolader 124 Leistung von der Energiespeichervorrichtung 92 zugeführt wird, so dass die elektrische Maschine 126 Leistung (beispielsweise von dem DC-Bus 94) empfängt und die Welle 48 und den Verdichter 122 entsprechend antreibt, wodurch die Menge an Ladeluft, die dem Motor 24 zugeführt wird, verstärkt wird und eine entsprechende Verstärkung des von dem Motor 24 ausgegebenen Drehmoments (wenn dies mit einem erhöhten Kraftstoffstrom, der dem Motor 24 zugeführt wird, einhergeht) bereitgestellt wird, um der erhöhten Last gerecht zu werden.
  • Obgleich die in 2 und 3 gezeigten Motorsysteme 18, 112 gemäß der Darstellung eine spezifizierte Kombination von Komponenten zur Modifizierung des Abgasstroms durch die Turboladeranordnung 34, 125 und Luftverstärkungskomponenten umfasst, versteht sich, dass die Motorsysteme mit verschiedenen Kombinationen von Komponenten versehen sein könnten. Beispielsweise könnte ein Motorsystem bereitgestellt werden, das ein E-Wastegate 66 zur Modifizierung des Abgasstroms durch die Turboladeranordnung 34 in Kombination mit einem E-Turbolader 124 zur Verstärkung der Ladeluft in den Einlasskrümmer 30 umfasst (4), oder ein Motorsystem könnte bereitgestellt werden, das einen VG-Turbolader 116 zur Modifizierung des Abgasstroms durch die Turboladeranordnung 125 in Kombination mit einem E-Verdichter 86 zur Verstärkung der Ladeluft in den Einlasskrümmer 30 umfasst (5). Bei noch einer weiteren Implementierung könnte ein Motorsystem bereitgestellt werden, das ein E-Wastegate 66, einen E-Verdichter 86 und einen VG-E-Turbolader 128 umfasst (6).
  • Unter nun erfolgender Bezugnahme auf 7 und unter weiterer Bezugnahme auf 1-6 wird ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren 130 zum Betrieb des Motorsystems 18, 112 gemäß der vorliegenden Offenbarung, das beispielsweise von der Steuerung 104 durchgeführt werden kann, bereitgestellt. Allgemein wird das Verfahren 130 während des Betriebs des Arbeitsfahrzeugs 10 implementiert. Wie nachstehend genauer erläutert wird, implementiert das Verfahren 130 eine Steuerstrategie zum selektiven Betreiben elektrifizierter Luftsystemkomponenten in dem Motorsystem 18, 112 zum Managen von NOx-Schadstoffemissionen.
  • Das Verfahren 130 beginnt bei Schritt 132 mit einer Bestimmung der Motorsystembetriebsbedingungen. Die Bestimmung der Motorsystembetriebsbedingungen kann basierend auf fortlaufendem Überwachen und Analysieren verschiedener Betriebsparameter des Motorsystems 18, 112 erfolgen, die beispielsweise Folgendes umfassen können: Motordrehzahl; Motorlast; Motorlaständerungsrate; Luftmassenstrom, Temperatur und Druck bei Einlass-/Ladeluft oder Abgas; Kraftstoffstrom; Abgastemperatur und/oder geschätzte NOx-Konzentration. Basierend auf dem bestimmten Motorbetriebsmodus und als Teil von Schritt 132 kann die Steuerung 104 dahingehend arbeiten, Befehls- und Steuersignale auszugeben, die an die Komponenten des Motorsystems 18, 112 gesendet und von diesen empfangen werden und den Betrieb des Motorsystems in einem geeigneten Betriebsmodus (z. B. Motorstartmodus, Motor-Stopp/Start-Modus, Kalter-Motor-Modus, Verstärkungsmodus oder Motoremissionen-Steuermodus) bewirken, wobei solche Befehls- und Steuersignale als nicht einschränkende Beispiele an den Motor 24, die AGR-Pumpe 76, den E-Verdichter 86 oder den E-Turbolader 124 und den Luftverstärker 85, 114 übertragen werden.
  • Während des fortlaufenden Betriebs des Motorsystems 18, 112 in einem bestimmten Modus geht das Verfahren 130 zu Schritt 134 über, bei dem eine Berechnung von Sollwerten der Abgasrückführung (AGR) und eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, die für den bestimmten Betriebsmodus geeignet sind, durchgeführt wird. Wiederum kann der Motorsystembetriebsmodus basierend auf einer fortlaufenden Überwachung und Analyse von beispielsweise Motordrehzahl; Motorlast und Luftmassenstrom, Temperatur und Druck bei Einlass-/Ladeluft oder Abgas; Kraftstoffstrom und/oder Abgastemperatur zusammen mit Anforderungen an das Motorsystem 18, 112 als Reaktion auf Bedienerbefehle bestimmt werden. Basierend auf dem derzeitigen Betriebsmodus werden geeignete AGR-Werte und ein geeignetes Luft/Kraftstoff-Verhältnis für den Betrieb in diesem Modus berechnet.
  • Während der fortlaufenden Überwachung und Analyse der Betriebsparameter des Motorsystems 18, 112 und zusammen mit der Berechnung der Sollwerte von AGR und Luft/Kraftstoff-Verhältnis überwacht das Verfahren 130 auch den Ladestand der Energiespeichervorrichtung 92, wie bei Schritt 136 angegeben wird. Basierend auf dieser Überwachung des Ladestands der Energiespeichervorrichtung erfolgt bei Schritt 138 eine Bestimmung darüber, ob das elektrische System 90 in dem Motorsystem 18, 112 aktiviert ist. Wenn bei Schritt 138 bestimmt wird, dass das elektrische System 90 nicht aktiviert ist, wie z. B. darauf basierend, dass die Energiespeichervorrichtung 92 keinen ausreichenden Ladestand aufweist, wie bei 140 angegeben wird, geht das Verfahren 130 zu Schritt 142 über, bei dem das Steuerschema verlassen wird und das Verfahren 130 erneut beginnt. Wenn bei Schritt 138 alternativ dazu bestimmt wird, dass das elektrische System 90 aktiviert ist, wie z. B. darauf basierend, dass die Energiespeichervorrichtung 92 einen ausreichenden Ladestand aufweist, wie bei 144 angegeben wird, wird das Verfahren 130 dadurch fortgesetzt, dass es sich entlang einer Anzahl an parallelen Betriebspfaden vorarbeitet.
  • Entlang zwei Betriebspfaden des fortgesetzten Verfahrens 130 werden Vergleiche zwischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis und zugehörigen positiven und negativen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Schwellenwerten durchgeführt, wie bei Schritt 146 und 147 angegeben wird. Spezifischer wird eine Differenz zwischen einem Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis und dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (d. h. eine „LKV-Abweichung“) mit dem positiven und dem negativen LKV-Abweichung-Schwellenwert bei Schritt 146 und 147 verglichen - wobei Schritt 146 bestimmt, ob die LKV-Abweichung größer als der positive LKV-Abweichung-Schwellenwert ist, und Schritt 147 bestimmt, ob die LKV-Abweichung kleiner als der negative LKV-Abweichung-Schwellenwert ist. Bei der Durchführung der Schritte 146 und 147 berechnet die Steuerung 104 zunächst die LKV-Abweichung durch Vergleichen eines Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses mit dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Das Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis kann von der Steuerung 104 basierend auf von dem Kraftstoffsensor 110 und dem Sensor (den Sensoren) 108 (die beispielsweise den Luftmassendurchsatz und/oder den Druck in dem Einlasskrümmer 30 oder dem Ladeluftkanal 54 messen) empfangenen Eingängen bestimmt werden. Bei Berechnung der LKV-Abweichung kann die Steuerung 104 dann die LKV-Abweichung mit dem vorbestimmten positiven und negativen LKV-Abweichung-Schwellenwert, die beispielsweise in dem Speicher 104b gespeichert sein können, vergleichen, um zu bestimmen, ob die LKV-Abweichung innerhalb einer akzeptablen Abweichungsbandbreite, innerhalb der die elektrifizierten Luftsystemkomponenten in dem Motorsystem 18, 112 arbeiten können, liegt.
  • In Bezug auf Schritt 147 geht das Verfahren 130, wenn bei Schritt 147 bestimmt wird, dass die LKV-Abweichung kleiner als der negative LKV-Abweichung-Schwellenwert ist, wie bei 148 angegeben wird, zu Schritt 149 über, wo zur Aktivierung des Systems Leistung an den Luftverstärker 85, 114 (d. h. an den E-Verdichter 86 oder den E-Turbolader 124, wie nachstehend genauer beschrieben wird) angelegt wird. D. h., wenn die LKV-Abweichung kleiner als der negative LKV-Abweichung-Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass die LKV-Abweichung nicht innerhalb einer akzeptablen Abweichungsbandbreite liegt und dass der Bedarf an Managen von NOx-Emissionen durch Modifizieren des Abgasstroms zu der/durch die Turboladeranordnung 34, 125 (was zu einer Verringerung der Menge an Ladeluft, die dem Motor 24 zugeführt wird, führen kann) somit gering ist. Dies kann auftreten, wenn der Motor 24 über einem vorbestimmten Mindestmotorlastschwellenwert betrieben wird und/oder wenn die Motorlast mit einer höheren Rate (über einem zugehörigen Änderungsratenschwellenwert) zunimmt. In solchen Fällen arbeitet die Steuerung 104 dahingehend, das Anlegen von Leistung an den Luftverstärker 85, 114 zu bewirken, so dass dem Einlasskrümmer 30 verstärkte Ladeluft zugeführt wird. Alternativ dazu geht das Verfahren 130, wenn stattdessen bei Schritt 147 bestimmt wird, dass die LKV-Abweichung nicht kleiner als der negative LKV-Abweichung-Schwellenwert ist (d. h. größer ist), wie bei 150 angegeben wird, zu Schritt 151 über, wo aus dem Steuerschema ausgetreten wird und das Verfahren 130 erneut beginnt.
  • Im Hinblick auf Schritt 146 geht das Verfahren 130, wenn bei Schritt 146 bestimmt wird, dass die LKV-Abweichung größer als der positive LKV-Abweichung-Schwellenwert ist, so dass sie nicht innerhalb einer akzeptablen Abweichung-Bandbreite liegt, wie bei 152 angegeben wird, zu Schritt 154 und 156 über, wo als Nächstes Bestimmungen darüber erfolgen, ob die Abgastemperatur unter einem vorbestimmten Abgastemperaturschwellenwert liegt (Schritt 154) und ob die Motorlast unter einem vorbestimmten Motorlastschwellenwert liegt (Schritt 156). Beim Bestimmen, ob die Abgastemperatur und die Motorlast unter dem vorbestimmten Abgastemperaturschwellenwert bzw. Motorlastschwellenwert liegen, kann die Steuerung 104 Eingänge von dem Abgastemperatursensor 111 und dem Sensor (den Sensoren) 108, 110 empfangen (die Steuerung 104 kann die Motorlast basierend auf von den Sensoren 108, 110 gemessenem Luftstrom und Kraftstoffstrom bestimmen/berechnen), wobei die gemessene Abgastemperatur und die bestimmte Motorlast mit den jeweiligen Schwellenwerten, die beispielsweise in dem Speicher 104b gespeichert sein können, verglichen werden. Wenn alternativ dazu bei Schritt 146 bestimmt wird, dass die LKV-Abweichung nicht größer als der positive LKV-Abweichung-Schwellenwert ist (d. h. kleiner ist), wie bei 157 angegeben wird, geht das Verfahren 130 zu Schritt 159 über, wo aus dem Steuerschema ausgetreten wird und das Verfahren 130 erneut beginnt.
  • Wenn bei Schritt 154 und 156 bestimmt wird, dass die Abgastemperatur über dem Abgastemperaturschwellenwert liegt (Schritt 154) oder dass die Motorlast über dem Motorlastschwellenwert liegt (Schritt 156), wie bei 158 angegeben wird, dann geht das Verfahren 130 zu Schritt 160 oder Schritt 162 über, wo aus dem Steuerschema ausgetreten wird und das Verfahren 130 erneut beginnt. Wenn alternativ dazu bei Schritt 154 und 156 bestimmt wird, dass die Abgastemperatur unter dem Abgastemperaturschwellenwert liegt (Schritt 154) und dass auch die Motorlast unter dem Motorlastschwellenwert liegt (Schritt 156), wie bei 164 angegeben wird, dann geht das Verfahren 130 zu Schritt 166 über, wo die Steuerung 104 dahingehend arbeitet, das derartige Modifizieren des Abgasstroms durch die Turboladeranordnung 34, 125 (d. h. die HP-Turbine 42, 120), dass weniger Energie aus dem Abgas extrahiert wird, zu bewirken.
  • Bei einer Ausführungsform bewirkt die Steuerung 104 bei Schritt 166, dass Leistung an das E-Wastegate 66 (gemäß der Steuerung über den Regler 68) angelegt wird, so dass das E-Wastegate 66 in eine geöffnete Stellung (in eine vollständig geöffnete oder eine im Wesentlichen geöffnete Stellung) betätigt wird. Beim Öffnen des E-Wastegates 66 wird der Abgasstrom zu der HP-Turbine 42 modifiziert - wobei das Abgas durch das E-Wastegate 66 strömt und die HP-Turbine 42 umgeht, wenn das E-Wastegate 66 in einem geöffneten (oder im Wesentlichen geöffneten) Zustand betrieben wird. Durch das Umgehen der HP-Turbine 42 wird die Menge an von der HP-Turbine aus dem Abgas extrahierter Energie reduziert (oder eliminiert), wodurch gestattet wird, dass das Abgas mehr Wärmeenergie hält (so dass ermöglicht wird, dass die SCR-Vorrichtung 65 die NOx-Behandlung mit einem höheren Umwandlungswirkungsgrad durchführt), und wodurch die Leistung, die den HP-Verdichter 46 antreibt, reduziert wird (so dass der Verdichter 46 weniger Ladeluft an den Einlasskrümmer 30 ausgibt, was zu einem geringeren Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Motor führt).
  • Bei einer weiteren Ausführungsform bewirkt die Steuerung 104 bei Schritt 166, dass Leistung an den Regler 118 angelegt wird, um das Seitenverhältnis der HP-Turbine 120 in einem VG-Turbolader 116 zu variieren, wobei der Regler 118 das Seitenverhältnis der HP-Turbine 120 durch Bewegen oder Betätigen von Komponenten darin, wie z. B. Bewegen der HP-Turbine 120 entlang ihrer Achse zur Modifizierung der Schaufelbreite, ändert. Durch Variieren des Seitenverhältnisses der HP-Turbine 120 wird die Menge an von der Turbine aus dem Abgas extrahierter Energie reduziert, wodurch gestattet wird, dass das Abgas mehr Wärmeenergie hält (so dass ermöglicht wird, dass die SCR-Vorrichtung die NOx-Behandlung mit einem höheren Umwandlungswirkungsgrad durchführt), und wodurch die Leistung, die den Verdichter 122 antreibt, reduziert wird (so dass der Verdichter 122 weniger Ladeluft an den Einlasskrümmer 30 ausgibt, was zu einem geringeren Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Motor 24 führt).
  • Durch Modifizieren (Reduzieren) des Abgasstroms durch die Turboladeranordnung 34, 125 (d. h. die HP-Turbine 42, 120) bei Schritt 166 kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Motor 24 reduziert werden. Die Steuerung 104 kann das E-Wastegate 66 oder den VG-Turbolader 116 dahingehend steuern, die Modifizierung des Abgasstroms durch die Turboladeranordnung 34, 125 fortzusetzen, bis bestimmt wird (durch fortlaufende Sensoreingänge in die Steuerung 104), dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis einen Zielwert erfüllt. Mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf einem Zielwert wird die Menge an überschüssiger Luft, die während der Verbrennung vorhanden ist, reduziert, wodurch die Werte der aus dem Motor 24 ausgegebenen NOx-Emissionen reduziert werden.
  • Nach dem Bewirken der Modifizierung des Abgasstroms durch die Turboladeranordnung 34, 125 bei Schritt 166 kann das Verfahren 130 die Überwachung einer Motorlaständerungsrate fortsetzen. Beim Überwachen der Motorlaständerungsrate erfolgt bei Schritt 168 eine Bestimmung darüber, ob die Motorlaständerungsrate einen Motorlaständerungsratenschwellenwert überschreitet, da es sich versteht, dass ein starker Anstieg der Motorlaständerungsrate schnelles instationäres Ansprechverhalten des Motors 24 (über eine Verstärkung der dem Motor 24 zugeführten Einlassluft) erfordern würde, um der erhöhten Last gerecht zu werden. Wenn bei Schritt 168 bestimmt wird, dass die Motorlaständerungsrate den Motorlaständerungsratenschwellenwert überschreitet, wie bei 170 angegeben wird, geht das Verfahren zu Schritt 172 über, wo der elektrifizierte Luftverstärker 85, 114 (d. h. der E-Verdichter 86 oder der E-Turbolader 124, wie nachstehend genauer beschrieben wird) aktiviert wird, so dass dem Einlasskrümmer 30 verstärkte Ladeluft zugeführt wird. Des Weiteren arbeitet die Steuerung 104 bei Schritt 172, wenn der elektrifizierte Luftverstärker 85, 114 aktiviert wird, dahingehend, die Modifizierung des Abgasstroms durch die Turboladeranordnung 34, 125 (d. h. die HP-Turbine 42, 120) zu beenden, wie z. B. durch Aktivieren des E-Wastegates 66 oder des VG-Turboladers 116. Wenn stattdessen bei Schritt 168 bestimmt wird, dass die Motorlaständerungsrate nicht den Motorlaständerungsratenschwellenwert überschreitet, wie bei 174 angegeben wird, geht das Verfahren 130 weiter - wobei die Steuerung 104 den dahingehenden Betrieb, den Abgasstrom durch die Turboladeranordnung 34, 125 (d. h. die HP-Turbine 42, 120) durch selektiven Betrieb des E-Wastegates 66 oder des VG-Turboladers 116 zu modifizieren, fortsetzt.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf das Voranschreiten des Verfahrens 130 nach der bei Schritt 138 durchgeführten Bestimmung und nun entlang dem anderen Betriebspfad des fortgesetzten Verfahrens 130, wird bei Schritt 176 Steuern der AGR-Pumpe 76 durchgeführt. Wie zuvor angegeben, wird bei Schritt 134 eine Berechnung im Hinblick auf ein Ausmaß an AGR, das für einen derzeitigen Betriebsmodus des Motorsystems 18, 112 gewünscht wird, durchgeführt - wobei der Betriebsmodus basierend auf fortlaufendem Überwachen und Analysieren verschiedener Motorsystembetriebsparameter, darunter Überwachen der Motordrehzahl, bestimmt wird. Bei Schritt 176 betreibt die Steuerung 104 die AGR-Pumpe 76 in einem gewünschten Ausmaß, um das Zielausmaß an AGR zu erfüllen, wie z. B. Steuern der dem Elektromotor 84 zugeführten Leistung zum Drehen der Rotoren 82 in der AGR-Pumpe 76. Die AGR-Pumpe 76 wird somit auf gesteuerte Art und Weise dahingehend betrieben, Abgas aus dem Auslasskrümmer 32 nach dem Vermischen mit Ladeluft zu dem Einlasskrümmer 30 zurückzuführen, wobei dieses Vermischen von rückgeführtem Abgas mit der Ladeluft dazu dient, die Werte der von dem Motorsystem 18, 112 erzeugten NOx-Emissionen zu senken. Vorteilhafterweise kann die AGR-Pumpe 76 selbst bei mit niedriger Drehzahl laufendem Motor 24 betrieben werden, so dass die Rückführung von Abgas und zugehöriges Managen von NOx-Emissionen über einen großen Bereich von Motorsystembetriebsbedingungen hinweg bereitgestellt werden können.
  • Bei Beendigung von Schritt 149 oder 166/172, zusammen mit Schritt 176, kann das Verfahren 130 dann enden, wie bei Schritt 178 angegeben wird, wobei es sich versteht, dass das Verfahren 130 bei fortlaufendem Betrieb des Motorsystems 18, 112 wiederholt wird, um fortlaufend die NOx-Emissionen davon zu managen. Vorteilhafterweise wird durch das Durchführen des Verfahrens 130 und die Struktur des Motorsystems 18, 112, das entsprechend diesem Verfahren betrieben wird, das Management von NOx-Emissionen aus dem Motorsystem 18, 112 über einen großen Betriebsbedingungsbereich hinweg, darunter Betrieb bei niedrigen Lasten und niedrigen Drehzahlen, gestattet. Der NTE-Bereich, in dem NOx-Emissionen gemanagt werden, ist somit im Vergleich zu existierenden Motorsystemen ausgeweitet, wodurch gestattet wird, dass das Motorsystem 18, 112 der offenbarten Erfindung strengere NOx-Emissionsvorschriften der Zukunft erfüllt. Elektrifizierte Luftsystemkomponenten in dem Motorsystem 12, 118 sind dahingehend selektiv betreibbar, NOx-Emissionen besser zu managen, wobei durch den Betrieb der Luftsystemkomponenten AGR gesteuert und der SCR-Umwandlungswirkungsgrad verbessert wird, insbesondere bei Motorbetriebsbedingungen bei niedriger Drehzahl und niedriger Last, so dass NOx-Emissionen über einen ausgeweiteten NTE-Bereich hinweg reduziert werden können. In Abhängigkeit von dem Fahrzyklus kann das Motorsystem 12, 118 für eine zehnfache Reduzierung der NOx-Emissionen im Vergleich zu existierenden Motorsystemen, wie z. B. eine Reduzierung von 0,4 g/kW-h bis 0,04 g/kW-h, sorgen.
  • Es werden die folgenden Beispiele bereitgestellt, die zur einfacheren Bezugnahme nummeriert sind.
    • 1. Ein Motorsystem umfasst einen Motor mit einer oder mehreren Kolben-Zylinder-Anordnungen, die mit einem Einlasskrümmer und einem Auslasskrümmer in Verbindung stehen, einen Turbolader, der eine Turbine, die mit dem Auslasskrümmer in Verbindung steht, und einen Verdichter, der von der Turbine angetrieben wird und mit dem Einlasskrümmer in Verbindung steht, umfasst, und einen Regler, der dazu konfiguriert ist, einen Abgasstrom durch die Turbine zu steuern. Das Motorsystem umfasst des Weiteren eine Steuerung, die eine Prozessor- und Speicherarchitektur aufweist und die mit dem Regler wirkverbunden ist, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, eine Motorlast und eine Abgastemperatur während des Betriebs des Motors zu überwachen, verbotene Motorstickoxid(NOx)-Emissionswerte basierend auf der Motorlast und der Abgastemperatur, bei denen die NOx-Emissionen innerhalb eines verbotenen Bereichs liegen, zu identifizieren und, wenn die verbotenen Motorstickoxid(NOx)-Emissionswerte identifiziert wurden, den Regler dahingehend zu steuern, den Abgasstrom durch die Turbine zu modifizieren. Durch das Modifizieren des Abgasstroms durch die Turbine wird eine Menge an Energie, die von der Turbine aus dem Abgas extrahiert wird, reduziert und wird die dem Verdichter zugeführte Antriebskraft reduziert, wodurch ein dem Einlasskrümmer von dem Verdichter zugeführter Einlassluftstrom reduziert wird.
    • 2. Das Motorsystem nach Beispiel 1, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis für den Betrieb des Motors zu bestimmen, zu bestimmen, ob ein Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis übereinstimmt, und, wenn das Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht mit dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis übereinstimmt oder nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereichs in Bezug auf das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis liegt, den Abgasstrom durch die Turbine zu modifizieren, so dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis für den Betrieb des Motors reduziert wird.
    • 3. Das Motorsystem nach Beispiel 1, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, die Motorlast und die Abgastemperatur mit einem zugehörigen Motorlastschwellenwert bzw. Abgastemperaturschwellenwert zu vergleichen, die verbotenen Motorstickoxid(NOx)-Emissionswerte zu identifizieren, wenn sowohl die Motorlast als auch die Abgastemperatur unter dem zugehörigen Motorlastschwellenwert bzw. Abgastemperaturschwellenwert liegen, und den Regler dahingehend zu steuern, den Abgasstrom durch die Turbine zu modifizieren, um die Menge an von der Turbine aus dem Abgas extrahierter Energie zu reduzieren und die dem Verdichter zugeführte Antriebsleistung zu reduzieren, bis die Abgastemperatur eine Zieltemperatur erreicht.
    • 4. Das Motorsystem nach Beispiel 1, wobei der Turbolader einen Turbolader mit variabler Geometrie (VG) umfasst, wobei die Turbine ein einstellbares Seitenverhältnis aufweist, durch das die Menge an Energie, die aus dem Abgas extrahiert wird, wenn das Abgas dort hindurchströmt, gesteuert wird, und wobei der Regler dazu konfiguriert ist, die Positionierung einer oder mehrerer Komponenten in der Turbine zur Einstellung des Seitenverhältnisses einzustellen.
    • 5. Das Motorsystem nach Anspruch 1, das ferner ein elektrifiziertes Wastegate umfasst, das zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung betreibbar ist, um zu bewirken, dass der Abgasstrom durch die Turbine hindurchströmt oder die Turbine umgeht, und wobei der Regler dazu konfiguriert ist, das elektrifizierte Wastegate zwischen der geöffneten Stellung und der geschlossenen Stellung zu betätigen.
    • 6. Das Motorsystem nach Beispiel 5, wobei der Turbolader ein Hochdruck(HP)-Turbolader ist und die Turbine und der Verdichter eine HP-Turbine und ein HP-Verdichter sind, wobei das elektrifizierte Wastegate zwischen der geöffneten Stellung und der geschlossenen Stellung dahingehend betreibbar ist, zu bewirken, dass der Abgasstrom durch die HP-Turbine hindurchströmt oder die HP-Turbine umgeht, und wobei das Motorsystem ferner einen Niederdruck(LP)-Turbolader umfasst, der eine LP-Turbine und einen LP-Verdichter und ein anderes elektrifiziertes Wastegate, das zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung dahingehend betreibbar ist, zu bewirken, dass der Abgasstrom durch die LP-Turbine hindurchströmt oder die LP-Turbine umgeht, aufweist, und wobei der Regler dazu konfiguriert ist, das andere elektrifizierte Wastegate zwischen der geöffneten Stellung und der geschlossenen Stellung zu betätigen.
    • 7. Das Motorsystem nach Beispiel 1, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, beim Überwachen der Motorlast sowohl eine Motorlasthöhe als auch eine Motorlaständerungsrate zu überwachen, und wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, eine Motordrehzahl des Motors zu überwachen.
    • 8. Das Motorsystem nach Beispiel 7, das ferner einen elektrifizierten Luftverstärker umfasst, der dazu konfiguriert ist, bei Aktivierung Einlassluft zu dem Einlasskrümmer zu verstärken.
    • 9. Das Motorsystem nach Beispiel 8, wobei der elektrifizierte Luftverstärker einen E-Verdichter umfasst, der einen eigenständigen Verdichter und eine elektrische Maschine, die den eigenständigen Verdichter zum Verstärken der Einlassluft in den Einlasskrümmer antreibt, umfasst.
    • 10. Das Motorsystem nach Beispiel 8, wobei der elektrifizierte Luftverstärker eine elektrische Maschine umfasst, die dahingehend mit dem Turbolader mechanisch gekoppelt ist, eine Welle, die die Turbine und den Verdichter koppelt, anzutreiben, wobei der Turbolader also einen E-Turbolader umfasst, der Einlassluft in den Einlasskrümmer verstärkt.
    • 11. Das Motorsystem nach Beispiel 8, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, zu identifizieren, wenn die Motorlaständerungsrate den Motorlaständerungsratenschwellenwert überschreitet, den elektrifizierten Luftverstärker zu aktivieren, wenn die Motorlaständerungsrate den Motorlaständerungsratenschwellenwert überschreitet, und bei Aktivierung des elektrifizierten Luftverstärkers den Regler dahingehend zu steuern, die Modifikation des Abgasstroms durch die Turbine zu beenden.
    • 12. Das Motorsystem nach Beispiel 1, das ferner eine Abgasrückführungs(AGR)-Pumpe umfasst, die dahingehend betreibbar ist, einen Teil des aus dem Auslasskrümmer ausgegebenen Abgases zu dem Einlasskrümmer zurückzuführen, wobei die AGR-Pumpe in Kombination mit der Steuerung, die den Abgasstrom durch die Turbine modifiziert, dahingehend betreibbar ist, NOx-Emissionen aus dem Motorsystem weiter zu reduzieren.
    • 13. Ein Motorsystem für ein Arbeitsfahrzeug umfasst einen Motor mit einer oder mehreren Kolben-Zylinder-Anordnungen, die mit einem Einlasskrümmer und einem Auslasskrümmer in Verbindung stehen, einen Turbolader, der eine Turbine, die mit dem Auslasskrümmer in Verbindung steht, und einen Verdichter, der von der Turbine angetrieben wird und mit dem Einlasskrümmer in Verbindung steht, umfasst, und einen Regler, der dazu konfiguriert ist, einen Abgasstrom durch die Turbine zu steuern. Das Motorsystem umfasst des Weiteren eine Steuerung, die eine Prozessor- und Speicherarchitektur aufweist und die mit dem Regler wirkverbunden ist, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, eine Motorlast und eine Abgastemperatur während des Betriebs des Motors zu überwachen, zu bestimmen, ob die Motorlast und die Abgastemperatur unter einem Motorlastschwellenwert bzw. einem Abgastemperaturschwellenwert liegen, wodurch verbotene Motorstickoxid(NOx)-Emissionswerte angezeigt werden, und, wenn die Motorlast und die Abgastemperatur unter dem Motorlastschwellenwert und dem Abgastemperaturschwellenwert liegen, den Regler dahingehend zu steuern, den Abgasstrom durch die Turbine zu modifizieren. Durch das Modifizieren des Abgasstroms durch die Turbine wird eine Menge an Energie, die von der Turbine aus dem Abgas extrahiert wird, reduziert und wird die dem Verdichter zugeführte Antriebskraft reduziert, wodurch ein dem Einlasskrümmer von dem Verdichter zugeführter Einlassluftstrom reduziert wird.
    • 14. Das Motorsystem nach Beispiel 13, wobei der Turbolader einen Turbolader mit variabler Geometrie (VG) umfasst, wobei die Turbine ein einstellbares Seitenverhältnis aufweist, das die Menge an Energie, die aus dem Abgas extrahiert wird, wenn das Abgas dort hindurchströmt, steuert, und wobei der Regler dazu konfiguriert ist, die Positionierung einer oder mehrerer Komponenten in der Turbine zur Einstellung des Seitenverhältnisses einzustellen.
    • 15. Das Motorsystem nach Beispiel 13, das ferner ein elektrifiziertes Wastegate umfasst, das zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung dahingehend betreibbar ist, zu bewirken, dass der Abgasstrom durch die Turbine hindurchströmt oder die Turbine umgeht, und wobei der Regler dazu konfiguriert ist, das elektrifizierte Wastegate zwischen der geöffneten Stellung und der geschlossenen Stellung zu betätigen.
  • Das Vorstehende hat also ein Motorsystem bereitgestellt, das NOx-Emissionen über einen großen Betriebsbereich des Motors, darunter Motorbetriebsbedingungen bei niedriger Drehzahl und niedriger Last, hinweg managt. Das Motorsystem ist mit elektrifizierten Luftsystemkomponenten versehen, die dahingehend selektiv betreibbar sind, die Abgasrückführung zu verstärken sowie den Umwandlungswirkungsgrad der selektiven katalytischen Reduktion in dem Motorsystem zu verbessern, um für Reduzierungen von NOx-Emissionen in Zylindern und außerhalb von Zylindern zu sorgen. Gemäß einem steuerungsimplementierten Verfahren oder Steuerschema können elektrifizierte Luftsystemkomponenten aktiviert werden, wenn bestimmt wird, dass NOx-Emissionswerte bei verbotenen Werten liegen, wie durch Überwachen von Luft/Kraftstoff-Verhältnis, Motorlast und Abgastemperatur in dem Motorsystem bestimmt wird, wobei der Abgasstrom durch die Turboladeranordnung in dem Motorsystem und durch eine Turbine in der Turboladeranordnung dahingehend modifiziert wird, eine Menge an von der Turbine aus dem Abgas extrahierter Energie zu reduzieren und dabei die NOx-Emissionen aus dem Motorsystem zu senken.
  • So wie sie hier verwendet werden, geben Listen mit Elementen, die durch Bindewörter (z. B. „und“) getrennt werden und denen des Weiteren die Formulierung „eines oder mehrere von“ oder „mindestens eines von“ vorangestellt ist, insofern sie nicht anderweitig beschränkt oder modifiziert werden, Konfigurationen oder Anordnungen an, die möglicherweise einzelne Elemente der Liste oder eine beliebige Kombination daraus umfassen. Beispielsweise geben „mindestens eines von A, B und C“ oder „eines oder mehrere von A, B und C“ die Möglichkeiten von lediglich A, lediglich B, lediglich C oder eine beliebige Kombination aus zwei oder mehr von A, B und C (z. B. A und B; B und C; A und C; oder A, B und C) an. Des Weiteren impliziert die Verwendung von „eines oder mehrere von“ oder „mindestens eines von“ in den Ansprüchen für gewisse Elemente nicht, dass andere Elemente in der Singularform vorliegen, noch hat es irgendeine andere Wirkung auf die anderen Anspruchselemente.
  • Die Singularformen „ein/e/r“ und „der/die/das“, wie hier verwendet, sollen auch die Pluralformen umfassen, es sei denn, der Kontext gibt deutlich etwas anderes an. Ferner versteht sich, dass jegliche Verwendung der Begriffe „umfasst“ und/oder „umfassend“ in dieser Schrift das Vorliegen angegebener Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Komponenten angibt, jedoch das Vorliegen oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließt.
  • Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung ist zur Veranschaulichung und Beschreibung dargelegt worden, soll für die Offenbarung in der offenbarten Form aber nicht erschöpfend oder einschränkend sein. Für den Durchschnittsfachmann sind viele Modifikationen und Variationen ohne Abweichung von dem Schutzbereich und Wesen der Offenbarung ersichtlich. Hier explizit angeführte Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Grundzüge der Offenbarung und ihre praktische Anwendung am besten zu erläutern und um anderen Durchschnittsfachleuten zu ermöglichen, die Offenbarung zu verstehen und viele Alternativen, Modifikationen und Variationen des bzw. der beschriebenen Beispiele zu erkennen. Demgemäß liegen verschiedene andere Ausführungsformen und Implementierungen als die explizit beschriebenen innerhalb des Schutzbereichs der folgenden Ansprüche.

Claims (15)

  1. Motorsystem (18, 112), das Folgendes umfasst: einen Motor (24) mit einer oder mehreren Kolben-Zylinder-Anordnungen (28), die mit einem Einlasskrümmer (30) und einem Auslasskrümmer (32) in Verbindung stehen; einen Turbolader (36, 38, 116, 124, 128), der eine Turbine (40, 42, 120), die mit dem Auslasskrümmer (32) in Verbindung steht, und einen Verdichter (44, 46, 122), der von der Turbine (40, 42, 120) angetrieben wird und mit dem Einlasskrümmer (30) in Verbindung steht, umfasst; einen Regler (68, 118), der dazu konfiguriert ist, einen Abgasstrom durch die Turbine (40, 42, 120) zu steuern; und eine Steuerung (104), die eine Architektur aus Prozessor (104a) und Speicher (104b) aufweist und die mit dem Regler (68, 118) wirkverbunden ist, wobei die Steuerung (104) zu Folgendem konfiguriert ist: eine Motorlast und eine Abgastemperatur während des Betriebs des Motors (24) zu überwachen; verbotene Motorstickoxid(NOx)-Emissionswerte basierend auf der Motorlast und der Abgastemperatur, bei denen die NOx-Emissionen innerhalb eines verbotenen Bereichs liegen, zu identifizieren; und wenn die verbotenen Motorstickoxid(NOx)-Emissionswerte identifiziert wurden, den Regler (68, 118) dahingehend zu steuern, den Abgasstrom durch die Turbine (40, 42, 120) zu modifizieren; wobei durch das Modifizieren des Abgasstroms durch die Turbine (40, 42, 120) eine Menge an Energie, die von der Turbine (40, 42, 120) aus dem Abgas extrahiert wird, reduziert wird und die dem Verdichter (44, 46, 122) zugeführte Antriebskraft reduziert wird, wodurch ein dem Einlasskrümmer (30) von dem Verdichter (44, 46, 122) zugeführter Einlassluftstrom reduziert wird.
  2. Motorsystem (18, 112) nach Anspruch 1, wobei die Steuerung (104) zu Folgendem konfiguriert ist: ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis für den Betrieb des Motors (24) zu bestimmen; zu bestimmen, ob ein Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis übereinstimmt; und wenn das Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht mit dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis übereinstimmt oder nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereichs in Bezug auf das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis liegt, den Abgasstrom durch die Turbine (40, 42, 120) zu modifizieren, so dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis für den Betrieb des Motors (24) reduziert wird.
  3. Motorsystem (18, 112) nach Anspruch 1, wobei die Steuerung (104) zu Folgendem konfiguriert ist: die Motorlast und die Abgastemperatur mit einem zugehörigen Motorlastschwellenwert bzw. Abgastemperaturschwellenwert zu vergleichen; die verbotenen Motorstickoxid(NOx)-Emissionswerte zu identifizieren, wenn sowohl die Motorlast als auch die Abgastemperatur unter dem zugehörigen Motorlastschwellenwert bzw. Abgastemperaturschwellenwert liegen; und den Regler (68, 118) dahingehend zu steuern, den Abgasstrom durch die Turbine (40, 42, 120) zu modifizieren, um die Menge an von der Turbine (40, 42, 120) aus dem Abgas extrahierter Energie zu reduzieren und die dem Verdichter (44, 46, 122) zugeführte Antriebsleistung zu reduzieren, bis die Abgastemperatur eine Zieltemperatur erreicht.
  4. Motorsystem (18, 112) nach Anspruch 1, wobei der Turbolader (36, 38, 116, 124, 128) einen Turbolader (116) mit variabler Geometrie (VG) umfasst, wobei die Turbine (120) ein einstellbares Seitenverhältnis aufweist, durch das die Menge an Energie, die aus dem Abgas extrahiert wird, wenn das Abgas dort hindurchströmt, gesteuert wird, und wobei der Regler (118) dazu konfiguriert ist, die Positionierung einer oder mehrerer Komponenten in der Turbine (120) zur Einstellung des Seitenverhältnisses einzustellen.
  5. Motorsystem (18, 112) nach Anspruch 1, das ferner ein elektrifiziertes Wastegate (66) umfasst, das zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung betreibbar ist, um zu bewirken, dass der Abgasstrom durch die Turbine (40, 42) hindurchströmt oder die Turbine (40, 42) umgeht, und wobei der Regler (68, 118) dazu konfiguriert ist, das elektrifizierte Wastegate (66) zwischen der geöffneten Stellung und der geschlossenen Stellung zu betätigen.
  6. Motorsystem (18, 112) nach Anspruch 5, wobei der Turbolader (36, 38, 116, 124, 128) einen Hochdruck(HP)-Turbolader (38) umfasst und die Turbine und der Verdichter eine HP-Turbine (42) und einen HP-Verdichter (46) umfassen, wobei das elektrifizierte Wastegate (66) zwischen der geöffneten Stellung und der geschlossenen Stellung dahingehend betreibbar ist, zu bewirken, dass der Abgasstrom durch die HP-Turbine (42) hindurchströmt oder die HP-Turbine (42) umgeht; und wobei das Motorsystem (18, 112) ferner Folgendes umfasst: einen Niederdruck(LP)-Turbolader (36), der eine LP-Turbine (40) und einen LP-Verdichter (44) umfasst; und ein anderes elektrifiziertes Wastegate (66), das zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung dahingehend betreibbar ist, zu bewirken, dass der Abgasstrom durch die LP-Turbine (40) hindurchströmt oder die LP-Turbine (40) umgeht, und wobei der Regler (68) dazu konfiguriert ist, das andere elektrifizierte Wastegate (66) zwischen der geöffneten Stellung und der geschlossenen Stellung zu betätigen.
  7. Motorsystem (18, 112) nach Anspruch 1, wobei die Steuerung (104) dazu konfiguriert ist, beim Überwachen der Motorlast sowohl eine Motorlasthöhe als auch eine Motorlaständerungsrate zu überwachen, und wobei die Steuerung (104) ferner dazu konfiguriert ist, eine Motordrehzahl des Motors (24) zu überwachen.
  8. Motorsystem (18, 112) nach Anspruch 7, das ferner einen elektrifizierten Luftverstärker (85, 114) umfasst, der dazu konfiguriert ist, bei Aktivierung Einlassluft zu dem Einlasskrümmer (30) zu verstärken.
  9. Motorsystem (18, 112) nach Anspruch 8, wobei der elektrifizierte Luftverstärker (85, 114) einen E-Verdichter (86) umfasst, der einen eigenständigen Verdichter (87) und eine elektrische Maschine (88), die den eigenständigen Verdichter (87) zum Verstärken der Einlassluft in den Einlasskrümmer (30) antreibt, umfasst.
  10. Motorsystem (18, 112) nach Anspruch 8, wobei der elektrifizierte Luftverstärker (85, 114) eine elektrische Maschine (126) umfasst, die dahingehend mit dem Turbolader (124) mechanisch gekoppelt ist, eine Welle (48), die die Turbine (120) und den Verdichter (122) koppelt, anzutreiben, wobei der Turbolader also einen E-Turbolader (124) umfasst, der Einlassluft in den Einlasskrümmer (30) verstärkt.
  11. Motorsystem (18, 112) nach Anspruch 8, wobei die Steuerung (104) zu Folgendem konfiguriert ist: zu identifizieren, wenn die Motorlaständerungsrate einen Motorlaständerungsratenschwellenwert überschreitet; den elektrifizierten Luftverstärker (85, 114) zu aktivieren, wenn die Motorlaständerungsrate den Motorlaständerungsratenschwellenwert überschreitet; und bei Aktivierung des elektrifizierten Luftverstärkers (85, 114) den Regler (68, 118) dahingehend zu steuern, die Modifikation des Abgasstroms durch die Turbine zu beenden.
  12. Motorsystem (18, 112) nach Anspruch 1, das ferner eine Abgasrückführungs(AGR)-Pumpe (76) umfasst, die dahingehend betreibbar ist, einen Teil des aus dem Auslasskrümmer (32) ausgegebenen Abgases zu dem Einlasskrümmer (30) zurückzuführen, wobei die AGR-Pumpe (76) in Kombination mit der Steuerung (104), die den Abgasstrom durch die Turbine (40, 42, 120) modifiziert, dahingehend betreibbar ist, NOx-Emissionen aus dem Motorsystem (18, 112) weiter zu reduzieren.
  13. Motorsystem (18, 112) für ein Arbeitsfahrzeug (10), wobei das Motorsystem (18, 112) Folgendes umfasst: einen Motor (24) mit einer oder mehreren Kolben-Zylinder-Anordnungen (28), die mit einem Einlasskrümmer (30) und einem Auslasskrümmer (32) in Verbindung stehen; einen Turbolader (36, 38, 116, 124, 128), der eine Turbine (40, 42, 120), die mit dem Auslasskrümmer (32) in Verbindung steht, und einen Verdichter (44, 46, 122), der von der Turbine (40, 42, 120) angetrieben wird und mit dem Einlasskrümmer (30) in Verbindung steht, umfasst; einen Regler (68, 118), der dazu konfiguriert ist, einen Abgasstrom durch die Turbine (40, 42, 120) zu steuern; und eine Steuerung (104), die eine Architektur aus Prozessor (104a) und Speicher (104b) aufweist und die mit dem Regler (68, 118) wirkverbunden ist, wobei die Steuerung (104) zu Folgendem konfiguriert ist: eine Motorlast und eine Abgastemperatur während des Betriebs des Motors (24) zu überwachen; zu bestimmen, ob die Motorlast und die Abgastemperatur unter einem Motorlastschwellenwert bzw. einem Abgastemperaturschwellenwert liegen, wodurch verbotene Motorstickoxid(NOx)-Emissionswerte angezeigt werden; und, wenn die Motorlast und die Abgastemperatur unter dem Motorlastschwellenwert und dem Abgastemperaturschwellenwert liegen, den Regler (68, 118) dahingehend zu steuern, den Abgasstrom durch die Turbine (40, 42, 120) zu modifizieren; wobei durch das Modifizieren des Abgasstroms durch die Turbine (40, 42, 120) eine Menge an Energie, die von der Turbine (40, 42, 120) aus dem Abgas extrahiert wird, reduziert wird und die dem Verdichter (44, 46, 122) zugeführte Antriebskraft reduziert wird, wodurch ein dem Einlasskrümmer (30) von dem Verdichter (44, 46, 122) zugeführter Einlassluftstrom reduziert wird.
  14. Motorsystem (18, 112) nach Anspruch 13, wobei der Turbolader (36, 38, 116, 124, 128) einen Turbolader (116) mit variabler Geometrie (VG) umfasst, wobei die Turbine (120) ein einstellbares Seitenverhältnis aufweist, das die Menge an Energie, die aus dem Abgas extrahiert wird, wenn das Abgas dort hindurchströmt, steuert, und wobei der Regler (118) dazu konfiguriert ist, die Positionierung einer oder mehrerer Komponenten in der Turbine (120) zur Einstellung des Seitenverhältnisses einzustellen.
  15. Motorsystem (18, 112) nach Anspruch 13, das ferner ein elektrifiziertes Wastegate (66) umfasst, das zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung dahingehend betreibbar ist, zu bewirken, dass der Abgasstrom durch die Turbine (40, 42) hindurchströmt oder die Turbine (40, 42) umgeht, wobei der Regler (68) dazu konfiguriert ist, das elektrifizierte Wastegate (66) zwischen der geöffneten Stellung und der geschlossenen Stellung zu betätigen.
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