DE112011105640T5 - AGR-System mit fester Rate - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Steuern der AGR-Strömung in einer Turbolader-Kraftmaschine bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Betreiben eines Niederdruck-Abgasrückführungssystems (LP-AGR-Systems) bei einem festen AGR-Prozentsatz der Frischluftströmung von der Mittellast herunter bis zu einer Minimallast der Kraftmaschine, selbst wenn sich die Last ändert. Auf diese Weise können die Fehler in der zugeführten LP-AGR-Rate während der Übergangsbedingungen abgeschwächt werden, indem ein fester AGR-Prozentsatz der Frischluftströmung bei allen Kraftmaschinenlasten innerhalb eines Bereichs des festen Modus bereitgestellt wird.

Description

  • Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf die Steuerung eines Abgasrückführungssystems in einem Kraftfahrzeug.
  • Abgasrückführungssysteme (AGR-Systeme) leiten einen Anteil der Abgase zurück in den Einlass, um die Verbrennungstemperaturen zu senken und um die Drosselklappenverluste zu verringern und folglich die Fahrzeugemissionen und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern. In Turbolader-Kraftmaschinen kann ein AGR-System einen Niederdruck-AGR-Kreislauf (LP-AGR-Kreislauf), einen Hochdruck-AGR-Kreislauf (HP-AGR-Kreislauf) oder beides enthalten. Der LP-AGR-Kreislauf leitet die Abgase um, nachdem die Gase durch die Turbine des Turboladers hindurchgegangen sind, und spritzt die Gase vor dem Kompressor ein, während der HP-AGR-Kreislauf die Abgase vor der Turbine umleitet und die Gase nach der Einlassdrosselklappe einspritzt. Traditionell wird die Menge der durch das AGR-System geleiteten LP-AGR und/oder HP-AGR basierend auf der Drehzahl und der Last der Kraftmaschine während des Kraftmaschinenbetriebs gemessen und eingestellt, um eine gewünschte Verbrennungsstabilität der Kraftmaschine aufrechtzuerhalten, während Emissions- und Kraftstoffwirtschaftlichkeits-Vorteile bereitgestellt werden.
  • Die Erfinder haben jedoch hier ein Problem bei der obigen Herangehensweise erkannt. Der LP-AGR-Kreislauf besitzt eine lange Transportverzögerung, da sich die Abgase durch den Turbokompressor, die Hochdruck-Luftansauginstallation, den Ladeluftkühler und den Einlasskrümmer bewegen müssen, bevor sie die Verbrennungskammer erreichen. Im Ergebnis kann es schwierig sein, die Sollmenge der AGR den Zylindern bereitzustellen, insbesondere während der Übergangsbedingungen. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass dann, wenn die AGR den Zylinder erreicht, sich der Drehzahl-/Lastzustand der Kraftmaschine geändert haben kann und eine andere AGR-Rate erwünscht sein kann.
  • Folglich können in einem Beispiel die obigen Probleme wenigstens teilweise durch ein Verfahren zum Steuern der AGR-Strömung in einer Turbolader-Kraftmaschine behandelt werden. Das Verfahren umfasst das Betreiben eines Niederdruck-Abgasrückführungssystems (LP-AGR-Systems) bei einem festen AGR-Prozentsatz der Frischluftströmung von der Mittellast herunter zu einer Minimallast der Kraftmaschine, selbst wenn sich die Last und folglich die Luftströmung oder die Luftladung ändern.
  • Auf diese Weise kann im Gegensatz zu dem ständigen Ändern der LP-AGR-Rate bezüglich der Luft der LP-AGR-Kreislauf einen festen AGR-Prozentsatz der Frischluftströmung über einen Bereich der Drehzahl-/Lastabbildung einschließlich einer Minimallast der Kraftmaschine, die einer geschlossenen Drosselklappe entspricht (z. B. aufgrund von Pedalfreigaben des Fahrpedals), besitzen. In einer Ausführungsform kann ein konstanter Prozentsatz der LP-AGR in den Bereichen bereitgestellt werden, die am wahrscheinlichsten eine problematische Übergangsteuerung der LP-AGR erfahren, wie z. B. die Minimallast, der während eines Pedalfreigabeereignisses des Fahrers begegnet wird.
  • Die vorliegende Beschreibung kann mehrere Vorteile bereitstellen. Weil die Übergangssteuerungsprobleme die Bereiche der Drehzahl-Last-Abbildung verringern können, unter denen die AGR effektiv verwendet werden kann, kann eine Verbesserung der Übergangssteuerung die Verwendung der AGR unter weiteren Betriebsbedingungen erweitern, was die Drosselungsverluste verringert und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit verbessert. Ferner verringert die AGR die Zylinder-Spitzentemperaturen, was die Erzeugung von NOx verringert. Folglich kann die Erweiterung der Verwendung der AGR in mehr Bereiche der Drehzahl-Last-Abbildung die Kraftmaschinen-Rohemissionen verringern. Außerdem kann das Betreiben des LP-AGR-Kreislaufs mit einem festen Prozentsatz der Frischluftströmung die Lebensdauer der Komponenten verbessern. Indem die LP-AGR während der Pedalfreigaben und der Pedaldrücke nicht ein- und ausgeschaltet wird, wird die Anzahl der thermischen Zyklen in dem AGR-Kühler verringert, was seine Lebensdauer verbessert. Außerdem kann die Anzahl der Schließereignisse des AGR-Ventils verringert werden, was die Lebensdauer des Ventils verbessert. Als Nächstes kann die AGR-Mischung verbessert werden, da das Strömen einer konsistenten LP-AGR-Menge eine optimierte Dimensionierung der AGR- und Luftstrom-Rohre ermöglichen kann, um eine gleichmäßige Dispersion der AGR in der Luft zu erzeugen. Schließlich kann das Strömen einer festen LP-AGR die Dynamikbereichsanforderungen für das AGR-Ventil und die AGR-Sensoren verringern und die Steuerstrategie für die AGR-Drosselklappe vereinfachen, was die Kosten und die Komplexität des Systems verringert.
  • Es sollte selbstverständlich sein, dass die obige Zusammenfassung bereitgestellt ist, in vereinfachter Form eine Auswahl der Konzepte einzuführen, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden. Sie ist nicht gemeint, die Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, dessen Umfang eindeutig durch die Ansprüche definiert ist, die der ausführlichen Beschreibung folgen. Außerdem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf die Implementierungen bAGRenzt, die irgendwelche der oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angegebenen Nachteile beseitigen.
  • 1 zeigt eine schematische graphische Darstellung einer Ausführungsform einer Kraftmaschine mit einem Turbolader und einem Abgasrückführungssystem.
  • 2 zeigt eine schematische graphische Darstellung einer Ausführungsform einer Kraftmaschine mit zwei Zylinderreihen, wobei die Kraftmaschine ein Abgasrückführungssystem enthält.
  • 3 zeigt einen Ablaufplan, der ein Beispielverfahren zum Bestimmen eines LP-AGR-Modus darstellt.
  • 4 zeigt einen Ablaufplan, der ein Verfahren zum Übergehen in einen Leerlauf-LP-AGR-Modus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
  • 5 zeigt einen Ablaufplan, der ein Verfahren zum Übergehen in einen Modus mit fester LP-AGR gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
  • 6 zeigt einen Ablaufplan, der ein Verfahren zum Übergehen in einen Modus mit variabler LP-AGR gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
  • 7 zeigt eine Drehzahl-Last-Beispielabbildung, die die Modi mit variabler und fester LP-AGR darstellt.
  • 8A und 8B zeigen graphische Beispieldarstellungen, die verschiedene Betriebsparameter der Kraftmaschine während der zwei LP-AGR-Betriebsmodi gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellen.
  • Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf ein AGR-System, das an eine Turbolader-Kraftmaschine in einem Kraftfahrzeug gekoppelt ist. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die Kraftmaschine als ein Teil des in 1 veranschaulichten Systems konfiguriert sein, wobei die Kraftmaschine unter anderen Merkmalen wenigstens einen Zylinder, ein Steuersystem, einen Turbolader und ein Abgasrückführungssystem enthält. Die Kraftmaschine kann mit mehreren Zylinderreihen konfiguriert sein, wie in 2 veranschaulicht ist. Die Systeme nach den 1 und 2 können mit einem Verfahren betrieben werden, wie z. B. den Beispielen, die in den 3–6 veranschaulicht sind. Die verschiedenen AGR-Betriebsmodi können durch Drehzahl-Last-Abbildungen der Kraftmaschine bestimmt werden, wie z. B. einer, die in 7 dargestellt ist. 8A und 8B veranschaulichen verschiedene Betriebsparameter der Kraftmaschine während der Ausführung der Verfahren nach den 3–6.
  • 1 zeigt eine schematische graphische Darstellung eines Zylinders einer Mehrzylinder-Kraftmaschine 10, die in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs enthalten sein kann. Die Kraftmaschine 10 kann wenigstens teilweise durch ein Steuersystem, das einen Controller 12 enthält, und eine Eingabe von einer Bedienungsperson 132 des Fahrzeugs über eine Eingabevorrichtung 130 gesteuert sein. In diesem Beispiel enthält die Eingabevorrichtung 130 ein Fahrpedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Die Verbrennungskammer (d. h. der Zylinder) 30 der Kraftmaschine 10 kann die Verbrennungskammerwände 32 enthalten, wobei der Kolben 36 darin positioniert ist. In einigen Ausführungsformen kann die Stirnfläche des Kolbens 36 innerhalb des Zylinders 32 eine Schale besitzen. Der Kolben 36 kann an eine Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, so dass die Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. Die Kurbelwelle 40 kann über ein dazwischenliegendes Getriebesystem an wenigstens ein Antriebsrad eines Fahrzeugs gekoppelt sein. Ferner kann ein Startermotor über ein Schwungrad an die Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, um eine Startoperation der Kraftmaschine 10 zu ermöglichen.
  • Die Verbrennungskammer 30 kann die Einlassluft von dem Einlasskrümmer 44 über einen Einlasskanal 42 empfangen und kann die Verbrennungsgase über den Auslasskanal 48 ablassen. Der Einlasskrümmer 44 und der Auslasskrümmer 48 können über ein Einlassventil 52 bzw. ein Auslassventil 54 selektiv mit der Verbrennungskammer 30 in Verbindung stehen. In einigen Ausführungsformen kann die Verbrennungskammer 30 zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile enthalten.
  • Das Einlassventil 52 kann über einen elektrischen Ventilaktuator (EVA) 51 durch den Controller 12 gesteuert sein. Ähnlich kann das Auslassventil 54 über einen EVA 53 durch den Controller 12 gesteuert sein. Alternativ kann ein variabler Ventilaktuator ein elektrohydraulischer oder irgendein anderer vorstellbarer Mechanismus sein, um die Ventilbetätigung zu ermöglichen. Während einiger Bedingungen kann der Controller 12 die den Aktuatoren 51 und 53 bereitgestellten Signale variieren, um das Öffnen und das Schließen der jeweiligen Einlass- und Auslassventile zu steuern. Die Position des Einlassventils 52 und des Auslassventil 54 kann durch die Ventilpositionssensoren 55 bzw. 57 bestimmt werden. In alternativen Ausführungsformen können eines oder mehrere der Einlass- und Auslassventile durch einen oder mehrere Nocken betätigt werden und können eines oder mehrere eines Nockenkurvenschaltsystems (CPS-Systems), eines Systems mit variabler Nockenzeitsteuerung (VCT-Systems), eines Systems mit variabler Ventilzeitsteuerung (VVT-Systems) und/oder eines Systems mit variablem Ventilhub (WL) verwenden, um den Ventilbetrieb zu variieren. Der Zylinder 30 kann z. B. alternativ ein Einlassventil, das über eine elektrische Ventilbetätigung gesteuert ist, und ein Auslassventil, das über eine Nockenbetätigung einschließlich der CPS und/oder der VCT gesteuert ist, enthalten.
  • Es ist gezeigt, dass die Kraftstoffeinspritzdüse 66 direkt an die Verbrennungskammer 30 gekoppelt ist, um den Kraftstoff proportional zu der Impulsbreite des Signals FPW, das von dem Controller 12 über den elektronischen Treiber 68 empfangen wird, direkt darin einzuspritzen. Auf diese Weise stellt die Kraftstoffeinspritzdüse 66 das bereit, was als die Direkteinspritzung des Kraftstoffs in die Verbrennungskammer 30 bekannt ist.
  • Die Kraftstoffeinspritzdüse kann z. B. an der Seite der Verbrennungskammer oder am Oberteil der Verbrennungskammer angebracht sein. Der Kraftstoff kann der Kraftstoffeinspritzdüse 66 über ein (nicht gezeigtes) Kraftstoffsystem, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und einen Kraftstoffverteiler enthält, zugeführt werden.
  • Ein Zündsystem 88 kann über eine Zündkerze 92 in Ansprechen auf ein Zündvorstellungssignal SA vom Controller 12 unter ausgewählten Betriebsmodi der Verbrennungskammer 30 einen Zündfunken bereitstellen. Obwohl Funkenzündungskomponenten gezeigt sind, können in einigen Ausführungsformen die Verbrennungskammer 30 oder eine oder mehrere andere Verbrennungskammern der Kraftmaschine 10 in einem Kompressionszündungsmodus mit einem oder ohne einen Zündfunken betrieben werden.
  • Der Einlasskanal 42 kann die Drosselklappen 62 und 63 enthalten, die die Drosselklappen-Platten 64 bzw. 65 aufweisen. In diesem speziellen Beispiel können die Positionen der Drosselklappen-Platten 64 und 65 durch den Controller 12 über Signale verändert werden, die einem Elektromotor oder einem Aktuator bereitgestellt werden, der in den Drosselklappen 62 und 63 enthalten ist, eine Konfiguration, die im Allgemeinen als eine elektronische Drosselklappensteuerung (ETC) bezeichnet wird. Auf diese Weise können die Drosselklappen 62 und 63 betrieben werden, um die der Verbrennungskammer 30 unter den anderen Kraftmaschinenzylindern bereitgestellte Einlassluft zu variieren. Die Positionen der Drosselklappen-Platten 64 und 65 können durch die Drosselklappen-Positionssignale TP dem Controller 12 bereitgestellt werden. Der Druck, die Temperatur und der Luftmassendurchfluss können an verschiedenen Punkten entlang dem Einlasskanal 42 und dem Einlasskrümmer 44 gemessen werden. Der Einlasskanal 42 kann z. B. einen Luftmassendurchflusssensor 120 zum Messen eines sauberen Luftmassendurchflusses, der durch die Drosselklappe 63 eintritt, enthalten. Der saubere Luftmassendurchfluss kann über das MAF-Signal zu dem Controller 12 übertragen werden.
  • Die Kraftmaschine 10 kann ferner eine Kompressionsvorrichtung, wie z. B. einen Turbolader oder einen Lader, enthalten, die wenigstens einen Kompressor 162 enthält, der stromaufwärts des Einlasskrümmers 44 angeordnet ist. Für einen Turbolader kann der Kompressor 162 wenigstens teilweise durch eine Turbine 164 (z. B. über eine Welle) angetrieben sein, die entlang des Auslasskanals 48 angeordnet ist. Für einen Lader kann der Kompressor 162 wenigstens teilweise durch die Kraftmaschine und/oder eine elektrische Arbeitsmaschine angetrieben sein und kann keine Turbine enthalten. Folglich kann der Betrag der Kompression, der dem einen oder den mehreren Zylindern der Kraftmaschine über einen Turbolader oder Lader bereitgestellt wird, durch den Controller 12 verändert werden. Ein Ladeluftkühler 154 kann stromabwärts von dem Kompressor 162 und stromaufwärts des Einlassventils 52 enthalten sein. Der Ladeluftkühler 154 kann konfiguriert sein, um die Gase zu kühlen, die z. B. durch die Kompression über den Kompressor 162 erwärmt worden sind. In einer Ausführungsform kann sich der Ladeluftkühler 154 stromaufwärts der Drosselklappe 62 befinden. Der Druck, die Temperatur und der Luftmassendurchfluss können stromabwärts des Kompressors 162 gemessen werden, wie Z. B. mit dem Sensor 145 oder 147. Die gemessenen Ergebnisse können von den Sensoren 145 und 147 über die Signale 148 bzw. 149 zu dem Controller 12 übertragen werden. Der Druck und die Temperatur können stromaufwärts des Kompressors 162 gemessen werden, wie z. B. mit einem Sensor 153, und über ein Signal 155 zu dem Controller 12 übertragen werden.
  • Ferner kann in den offenbarten Ausführungsformen das AGR-System einen Sollanteil des Abgases von dem Auslasskanal 48 zum Einlasskrümmer 44 leiten. 1 zeigt ein HP-AGR-System und ein LP-AGR-System, wobei aber eine alternative Ausführungsform nur ein LP-AGR-System enthalten kann. Die HP-AGR wird von einem Ort stromaufwärts der Turbine 164 durch den HP-AGR-Kanal zu einem Ort stromabwärts des Kompressors 162 geleitet. Die Menge der dem Einlasskrümmer 44 bereitgestellten HP-AGR kann über das HP-AGR-Ventil 142 durch den Controller 12 verändert werden. Die LP-AGR wird von einem Ort stromabwärts der Turbine 164 durch den LP-AGR-Kanal 150 zu einem Ort stromaufwärts des Kompressors 162 geleitet. Die Menge der dem Einlasskrümmer 44 bereitgestellten LP-AGR kann über das LP-AGR-Ventil 152 durch den Controller 12 verändert werden. Das HP-AGR-System kann einen HP-AGR-Kühler 146 enthalten und das LP-AGR-System kann einen LP-AGR-Kühler 154 enthalten, um die Wärme von den AGR-Gasen z. B. zu dem Kraftmaschinenkühlmittel abzuweisen.
  • Unter einigen Bedingungen kann das AGR-System verwendet werden, um die Temperatur des Luft- und Kraftstoffgemischs innerhalb der Verbrennungskammer 30 zu regeln. Folglich kann es erwünscht sein, den AGR-Massendurchfluss zu messen oder zu schätzen. Die AGR-Sensoren können innerhalb der AGR-Kanäle angeordnet sein und können eine Angabe des Massendurchflusses und/oder des Drucks und/oder der Temperatur und/oder der Konzentration des O2 und/oder der Konzentration des Abgases bereitstellen. Der HP-AGR-Sensor 144 kann z. B. innerhalb des HP-AGR-Kanals 140 angeordnet sein.
  • In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere Sensoren innerhalb des LP-AGR-Kanals 150 positioniert sein, um eine Angabe eines Drucks und/oder einer Temperatur und/oder eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases, das durch den LP-AGR-Kanal zurückgeführt wird, bereitzustellen. Das durch den LP-AGR-Kanal 150 umgeleitete Abgas kann an einem Mischpunkt, der sich an der Verbindung des LP-AGR-Kanals 150 und des Einlasskanals 42 befindet, mit frischer Einlassluft verdünnt werden. Spezifisch kann durch das Einstellen des LP-AGR-Ventils 152 in Abstimmung mit einer ersten Lufteinlass-Drosselklappe 63 (die in dem Lufteinlasskanal des Kraftmaschineneinlasses stromaufwärts des Kompressors positioniert ist) eine Verdünnung der AGR-Strömung eingestellt werden.
  • Eine prozentuale Verdünnung der LP-AGR-Strömung kann aus der Ausgabe eines Sensors 145 im Einlassgasstrom der Kraftmaschine gefolgert werden. Spezifisch kann der Sensor 145 stromabwärts der ersten Einlassdrosselklappe 63, stromabwärts des LP-AGR-Ventils 152 und stromaufwärts der zweiten Haupt-Einlassdrosselklappe 62 positioniert sein, so dass die LP-AGR-Verdünnung an der oder nah bei der Haupt-Einlassdrosselklappe genau bestimmt werden kann. Der Sensor 145 kann z. B. ein Sauerstoffsensor, wie z. B. ein UEGO-Sensor, sein.
  • Es ist gezeigt, dass der Abgassensor 126 stromabwärts der Turbine 164 an den Auslasskanal 48 gekoppelt ist. Der Sensor 126 kann irgendein geeigneter Sensor sein, um eine Angabe des Luft-/Kraftstoffverhältnisses des Abgases bereitzustellen, wie z. B. ein linearer Sauerstoffsensor oder UEGO (universeller oder Weitbereichs-Abgassauerstoffsensor), ein Zweizustands-Sauerstoffsensor oder EGO, ein HEGO (erwärmter EGO), ein NOx-, ein HC- oder ein CO-Sensor.
  • Es ist gezeigt, dass die Abgasreinigungsvorrichtungen 71 und 72 stromabwärts des Abgassensors 126 entlang des Abgaskanals 48 angeordnet sind. Die Vorrichtungen 71 und 72 können ein selektives katalytisches Reduktionssystem (SCR-System), ein Dreiwegekatalysator (TWC), eine NOx-Falle, verschiedene andere Abgasreinigungsvorrichtungen oder Kombinationen daraus sein. Die Vorrichtung 71 kann z. B. ein TWC sein, während die Vorrichtung 72 ein Partikelfilter (PF) sein kann. In einigen Ausführungsformen kann sich der PF 72 stromabwärts des TWC 71 befinden (wie in 1 gezeigt ist), während in anderen Ausführungsformen der PF 72 stromaufwärts des TWC 72 positioniert sein kann (was in 1 nicht gezeigt ist).
  • In 1 ist der Controller 12 als ein Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingabe-/Ausgabeports 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Eichwerte, das in diesem speziellen Beispiel als ein Festwertspeicher-Chip 106 gezeigt ist, einen Schreib-Lese-Speicher 108, einen Haltespeicher 110 und einen Datenbus enthält. Der Controller 12 kann zusätzlich zu jenen Signalen, die vorher erörtert worden sind, verschiedene Signale von den an die Kraftmaschine 10 gekoppelten Sensoren empfangen, einschließlich der Messung des eingeleiteten Luftmassendurchflusses (MAF) von einem Luftmassendurchflusssensor 120; der Kraftmaschinen-Kühlmitteltemperatur (ECT) vom Temperatursensor 112, der an eine Kühlhülse 114 gekoppelt ist; eines Profil-Zündungs-Ansprechsignals (PIP) von einem Hall-Effekt-Sensor 118 (oder einem anderen Typ), der an die Kurbelwelle 40 gekoppelt ist; einer Drosselklappenposition (TP) von einem Drosselklappen-Positionssensor; und eines Krümmer-Absolutdrucksignals MAP vom Sensor 122. Aus dem Signal PIP kann durch den Controller 12 ein Kraftmaschinen-Drehzahlsignal RPM erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von einem Krümmerdrucksensor kann verwendet werden, um eine Angabe des Unterdrucks oder des Drucks in dem Einlasskrümmer bereitzustellen. Es wird angegeben, dass verschiedene Kombinationen der obigen Sensoren verwendet werden können, wie z. B. ein MAF-Sensor ohne einen MAP-Sensor oder umgekehrt. Während des stöchiometrischen Betriebs kann der MAP-Sensor eine Angabe des Kraftmaschinendrehmoments liefern. Ferner kann dieser Sensor zusammen mit der detektierten Kraftmaschinendrehzahl eine Schätzung der in den Zylinder eingeführten Ladung (einschließlich der Luft) bereitstellen. In einem Beispiel kann der Sensor 118, der außerdem als ein Kraftmaschinen-Drehzahlsensor verwendet wird, eine vorgegebene Anzahl gleich beabstandeter Impulse bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle erzeugen.
  • Der Festwertspeicher 106 des Speichermediums kann mit computerlesbaren Daten programmiert sein, die durch den Prozessor 102 ausführbare Anweisungen repräsentieren, um sowohl die im Folgenden beschriebenen Verfahren als auch andere Varianten, die erwartet werden, aber nicht spezifisch aufgelistet sind, auszuführen.
  • Wie oben beschrieben worden ist, zeigt 1 nur einen Zylinder einer Mehrzylinder-Kraftmaschine, wobei oben beschrieben worden ist, dass jeder Zylinder ähnlich seinen eigenen Satz aus Einlass-/Auslassventilen, einer Kraftstoffeinspritzdüse, einer Zündkerze usw. enthalten kann. In 2 ist ein Beispiel eines Kraftmaschinensystems veranschaulicht, das mehrere Zylinderreihen und ein Abgasrückführungssystem enthält. In einer Ausführungsform kann die Kraftmaschine 10 einen Turbolader, der einen Kompressor 162 und eine Turbine 164 enthält, eine Drosselklappe 63 stromaufwärts des Kompressors 162 und ein Niederdruck-Abgasrückführungssystem (LP-AGR-System) umfassen. Das LP-AGR-System kann die AGR von einem Ort stromabwärts der Turbine 164 zu einem Ort stromaufwärts des Kompressors 162 und stromabwärts der Drosselklappe 63 leiten. Das Kraftmaschinensystem kann ferner ein HP-AGR-System umfassen, das die AGR von einem Ort stromaufwärts der Turbine 164 zu einem Ort stromabwärts der Drosselklappe 62 leitet.
  • In 2 kann die Luft durch einen Luftfilter 210 in die Kraftmaschine 10 eintreten. Der Luftfilter 210 kann konfiguriert sein, um feste Partikel aus der Luft zu entfernen, wobei deshalb eine saubere Luftmasse in die Kraftmaschine 10 eintreten kann. Der saubere Luftmassendurchfluss kann gemessen werden, wie er an dem Luftmassendurchflusssensor 120 vorbei und dann durch die Einlassdrosselklappe 63 strömt. Der durch den Luftmassendurchflusssensor 120 gemessene saubere Luftmassendurchfluss kann zu dem Controller 12 übertragen werden. In einer Ausführungsform kann die saubere Luftmasse zwischen den verschiedenen Zylinderreihen der Kraftmaschine 10 stromabwärts der Einlassdrosselklappe 63 und stromaufwärts des Turbolader-Kompressors 162 aufgeteilt werden. Ein AGR-System kann das Abgas stromaufwärts des Turbolader-Kompressors 162 einspritzen, so dass eine Kombination aus sauberer Luft und dem Abgas durch den Turbolader-Kompressor 162 komprimiert werden kann. In einer Ausführungsform kann der Turbolader-Kompressor 162 einen ersten Kompressor 162a für eine erste Zylinderreihe und einen zweiten Kompressor 162b für eine zweite Zylinderreihe enthalten.
  • Die komprimierte Kombination aus sauberer Luft und Abgas stromabwärts des Turbolader-Kompressors 162 kann durch einen Ladeluftkühler (CAC) 154 stromaufwärts einer zweiten Drosselklappe 62 gekühlt werden. In einer Ausführungsform kann der Sauerstoffgehalt der Luftströmung stromabwärts des Turbolader-Kompressors 162 durch einen Sensor 145 stromaufwärts des CAC 154 gemessen werden. In einer alternativen Ausführungsform kann der Sauerstoffgehalt der Luftströmung stromabwärts des Turbolader-Kompressors 162 durch einen Sensor 147 stromabwärts des CAC 154 gemessen werden. Die Messungen von den Sensoren 145 und/oder 147 können zu dem Controller 12 übertragen werden.
  • In einer Ausführungsform kann das Hochdruck-Abgas mit der komprimierten Kombination aus sauberer Luft und Abgas stromabwärts der Drosselklappe 62 und stromaufwärts des Einlasskrümmers 44 kombiniert werden. Die Kombination der Gase kann durch den Einlasskrümmer 44 zu einer oder mehreren Zylinderreihen geleitet werden. Nach der Verbrennung in den Zylindern kann das Abgas durch den Auslasskanal 48 geleitet werden. In einer Ausführungsform enthält der Auslasskanal 48 einen Auslasskrümmer für jede Reihe der Zylinder, wie z. B. den Auslasskrümmer 48a für eine erste Zylinderreihe und den Auslasskrümmer 48b für eine zweite Zylinderreihe.
  • Wenigstens ein Anteil des Abgases kann eine Turbine 164 des Turboladers antreiben. In einer Ausführungsform kann die Turbine 164 eine erste Turbine 164a für eine erste Zylinderreihe und eine zweite Turbine 164b für eine zweite Zylinderreihe enthalten. In einer Ausführungsform kann wenigstens ein Anteil der Abgase durch ein HP-AGR-System geleitet werden. Ein HP-AGR-System kann z. B. einen HP-AGR-Kühler 146 und ein HP-AGR-Ventil 142 enthalten, um die gekühlten Abgase zu einem Ort stromaufwärts des Einlasskrümmers 44 zu leiten. In einer Ausführungsform kann ein HP-AGR-System einen ersten HP-AGR-Kühler 146a und ein erstes HP-AGR-Ventil 142a für eine erste Zylinderreihe und einen zweiten HP-AGR-Kühler 146b und ein zweites HP-AGR-Ventil 142b für eine zweite Zylinderreihe enthalten.
  • Stromabwärts der Turbine 164 kann wenigstens ein Anteil der Abgase stromabwärts durch eine Abgasreinigungsvorrichtung 71 und einen Schalldämpfer 220 strömen. In einer Ausführungsform kann die Abgasreinigungsvorrichtung 71 einen ersten Anspringkatalysator 71a für eine erste Zylinderreihe und einen zweiten Anspringkatalysator 71b für eine zweite Zylinderreihe enthalten. Der Schalldämpfer 220 kann konfiguriert sein, um das Auspuffgeräusch der Kraftmaschine 10 zu dämpfen.
  • Wenigstens ein Anteil der Abgase von einem Ort stromabwärts der Turbine 164 kann durch ein LP-AGR-System zu einem Ort stromaufwärts des Turbolader-Kompressors 162 geleitet werden. Ein LP-AGR-System kann z. B. einen LP-AGR-Kühler 158 und ein LP-AGR-Ventil 152 für das Leiten der gekühlten Abgase zu einem Ort stromaufwärts des Kompressors 162 enthalten. In einer Ausführungsform kann ein LP-AGR-System einen ersten LP-AGR-Kühler 158a und ein erstes LP-AGR-Ventil 152a für eine erste Zylinderreihe und einen zweiten LP-AGR-Kühler 158b und ein zweites LP-AGR-Ventil 152b für eine zweite Zylinderreihe enthalten.
  • Folglich kann die Kraftmaschine 10 sowohl ein HP-AGR- als auch ein LP-AGR-System umfassen, um Abgase zurück zu dem Einlass zu leiten. In einigen Ausführungsformen kann das LP-AGR-System basierend auf den Betriebsparametern der Kraftmaschine gesteuert werden, gemäß verschiedenen Modi zu arbeiten. 3 ist ein Ablaufplan, der ein Verfahren 300 zum Bestimmen eines LP-AGR-Modus veranschaulicht. Das Verfahren 300 kann durch den Controller 12 ausgeführt werden. Das Verfahren 300 umfasst bei 302 das Bestimmen der Betriebsbedingungen der Kraftmaschine. Die Betriebsbedingungen der Kraftmaschine, wie z. B. die Kraftmaschinendrehzahl, die Kraftmaschinenlast, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Kraftmaschinentemperatur usw., können von Sensoren einschließlich des Drosselklappen-Positionssensors, des Pedalpositionssensors usw. gemessen und/oder geschätzt werden. Das Verfahren 300 bestimmt dann bei 304 basierend auf den bei 302 bestimmten Betriebsparametern der Kraftmaschine, ob die AGR freizugeben ist. Die AGR kann z. B. gesperrt sein, wenn die Kraftmaschinentemperatur unter einem Schwellenwert liegt oder wenn die Kraftmaschine während eines ausgedehnten Zeitraums im Leerlauf gewesen ist.
  • Falls bestimmt wird, dass die AGR nicht freigegeben ist, kehrt das Verfahren 300 zurück, falls bestimmt wird, dass die AGR freigegeben werden soll, geht das Verfahren 300 zu 306 weiter, um basierend auf der Drehzahl und der Last der Kraftmaschine eine HP-AGR-Rate zu bestimmen. Die Menge der dem Einlass zugeführten HP-AGR kann auf einer in dem Speicher des Controllers 12 gespeicherten Drehzahl-Last-Abbildung der Kraftmaschine basieren. Das Verfahren 300 geht zu 308 weiter, um basierend auf den bei 302 bestimmten Betriebsbedingungen einen LP-AGR-Modus zu bestimmen. In einigen Ausführungsformen können die LP-AGR-Modi basierend auf einer Drehzahl-Last-Tabelle bestimmt werden, die in dem Speicher des Controllers 12 gespeichert ist. Eine beispielhafte Drehzahl-Last-Abbildung der Kraftmaschine, die zwei LP-AGR-Betriebsmodi, fest und variabel, darstellt, ist in 7 gezeigt. Bei 310 wird bestimmt, ob die Drehzahl und die Last der Kraftmaschine in dem Bereich des festen Modus liegen. In einer Ausführungsform umfasst der Bereich des festen Modus alle Kraftmaschinenlasten von der Mittellast hinunter zur Minimallast und/oder die Kraftmaschinendrehzahlen, die kleiner als ein Schwellenwert, wie z. B. 3500 U/min, sind. Die Minimallast der Kraftmaschine, wie sie hier beschrieben ist, umfasst die niedrigste mögliche Last, die für die aktuellen Betriebsbedingungen zulässig ist, z. B. die niedrigste Last, die die Verbrennung für die aktuelle Kraftmaschinendrehzahl, -temperatur usw. aufrechterhält, wobei sie einer Kraftmaschinenlast bei geschlossener Drosselklappe für die aktuellen Kraftmaschinen-Drehzahlbedingungen entsprechen kann. In einigen Ausführungsformen kann die Minimallast niedriger als die Last im Leerlauf sein. Folglich kann der Minimallast während der Nicht-Leerlauf-Bedingungen begegnet werden, wobei sie die kleinste Luftladung enthalten kann, die möglich ist, um eine Kraftmaschinen-Fehlzündung zu vermeiden.
  • Falls bestimmt wird, dass die Drehzahl und die Last der Kraftmaschine im Bereich des festen Modus liegen, geht das Verfahren 300 zu 312 weiter, um in den Modus mit fester LP-AGR überzugehen oder weiterhin in dem Modus mit fester LP-AGR zu arbeiten. Ein Beispielverfahren zum Arbeiten in dem festen Modus wird bezüglich 4 im Folgenden ausführlicher beschrieben. Falls die Kraftmaschine nicht mit einer Drehzahl und einer Last im festen Bereich arbeitet, geht das Verfahren 300 zu 314 weiter, um zu bestimmen, ob die Kraftmaschine im Leerlauf arbeitet. Die Leerlaufbedingungen können sowohl die Kraftmaschinendrehzahl, die Kraftmaschinenlast und die Fahrzeuggeschwindigkeit, die unter einem Schwellenwert liegen, als auch die Bremspedalposition über einem Schwellenwert, das Getriebe in Parkstellung usw. enthalten. Falls bestimmt wird, dass die Kraftmaschine im Leerlauf arbeitet, geht das Verfahren 300 zu 316 weiter, um in den Leerlauf-LP-AGR-Modus überzugehen oder weiterhin im Leerlauf-LP-AGR-Modus zu arbeiten. Ein Beispielverfahren zum Arbeiten im Leerlaufmodus wird bezüglich 5 im Folgenden ausführlicher beschrieben. Falls die Kraftmaschine nicht im Leerlauf arbeitet, geht das Verfahren 300 zu 318 weiter, um in den Modus mit variabler LP-AGR überzugehen oder weiterhin in dem Modus mit variabler LP-AGR zu arbeiten. Der Modus mit variabler LP-AGR kann bei einer Drehzahl und den Lasten der Kraftmaschine freigegeben sein, die außerhalb des Bereichs des festen Modus liegen, wobei er in einigen Ausführungsformen alle Kraftmaschinenlasten über der Mittellast (z. B. über 50% Last) und alle Kraftmaschinendrehzahlen über einem Schwellenwert, wie z. B. 3500 U/min, umfassen kann. Ein Beispielverfahren zum Arbeiten in dem variablen Modus wird bezüglich 6 im Folgenden ausführlicher beschrieben.
  • Folglich sorgt das Verfahren 300 für das Bestimmen des Sollbetrags der HP-AGR, der dem Einlass zuzuführen ist, basierend auf der Drehzahl und der Last der Kraftmaschine, wobei es ferner für das Bestimmen des LP-AGR-Modus sorgt, in dem zu arbeiten ist. Der Modus mit fester LP-AGR kann die Zufuhr der LP-AGR während problematischer Übergangsbedingungen optimieren, indem weiterhin ein fester AGR-Prozentsatz der Frischluftströmung aufrechterhalten wird, d. h. ein fester AGR-Prozentsatz der Frischluftströmung innerhalb der Gesamtluftströmung aufrechterhalten wird, die die AGR und die Frischluftströmung enthält. Durch das Zuführen eines festen AGR-Prozentsatzes kann bei der Zufuhr der Sollmenge der LP-AGR ein potentieller Fehler aufgrund der Transportverzögerung des LP-AGR-Systems abgeschwächt werden. In einigen Ausführungsformen wird die Steuerung des LP-AGR-Systems unabhängig von dem HP-AGR-System aufrechterhalten. Folglich kann unter bestimmten Betriebsbedingungen die HP-AGR-Rate verändert werden, wie sich die Drehzahl und/oder die Last ändern, während der LP-AGR-Prozentsatz fest ist, selbst wenn sich die Last ändert. Unter anderen Bedingungen, wird z. B. während eines Übergangs aus dem festen in den variablen Modus, kann die HP-AGR-Rate in Ansprechen auf den Übergang eingestellt werden.
  • In 4 ist ein Verfahren 400 zum Arbeiten in einem Modus mit fester LP-AGR gezeigt. Das Verfahren 400 kann durch den Controller 12 in Ansprechen auf eine Bestimmung ausgeführt werden, in dem Modus mit fester LP-AGR zu arbeiten, wie z. B. bei 312 in dem Verfahren 300 angegeben ist. Das Verfahren 400 umfasst bei 402 das Bestimmen, ob ein LP-AGR-Ventil, wie z. B. das Ventil 152, offen ist. Falls bestimmt wird, dass das LP-AGR-Ventil nicht offen ist (falls z. B. die AGR vorher gesperrt gewesen ist), geht das Verfahren 400 zu 404 weiter, um den Modus mit fester LP-AGR freizugeben. Das Freigeben des Modus mit fester LP-AGR enthält bei 406 das Öffnen des LP-AGR-Ventils und das Einstellen des Ventils, so dass ein fester AGR-Prozentsatz der Frischluftströmung aufrechterhalten wird. Die Luftströmung kann in dem Einlasskanal stromabwärts eines Punktes, an dem die LP-AGR und die Frischluft gemischt werden, und stromaufwärts eines Ladeluftkühlers, wie z. B. des CAC 154, gemessen werden. Der Prozentsatz der AGR der Frischluftströmung kann durch einen Sauerstoffsensor, wie z. B. den Sensor 145, bestimmt werden. Das LP-AGR-Ventil kann eingestellt werden, um eine Menge der LP-AGR zuzuführen, so dass der AGR-Prozentsatz der Frischluftströmung im Einlasskanal ungeachtet der Änderungen der Drehzahl und der Last der Kraftmaschine auf einem festen Prozentsatz aufrechterhalten wird, während die Kraftmaschine im Bereich des festen Modus arbeitet. In einigen Ausführungsformen kann der feste AGR-Prozentsatz der Frischluftströmung eine Gesamtluftströmung sein, wobei 85% der Luftströmung Frischluft umfassen, während 15% eine AGR umfassen, während in anderen Ausführungsformen der Prozentsatz der Frischluftströmung 90% betragen kann. Es kann irgendein geeigneter Prozentsatz der Frischluftströmung, der die Kraftstoffwirtschaftlichkeit, die Emissionen, die Verbrennungsstabilität und die Leistungsausgabe auf den Sollniveaus aufrechterhält, verwendet werden.
  • Das Freigeben des Modus mit fester LP-AGR enthält außerdem das Einstellen der Drosselklappe bei 408. Wie das LP-AGR-Ventil geöffnet wird, kann die Drosselklappe außerdem eingestellt werden, um eine Luftströmung bereitzustellen, um das Drehmoment aufrechtzuerhalten. Falls z. B. der feste Modus aufgrund einer Zunahme der Kraftmaschinenlast freigegeben wird, kann die Drosselklappe geöffnet werden, um die Sollmenge der Luftströmung für die Zunahme der Last bereitzustellen. Außerdem kann die Drosselklappe mit einer entsprechenden Rate geöffnet werden, um das Kraftmaschinendrehmoment auf den Sollniveaus aufrechtzuerhalten, wie die Menge der LP-AGR über das Öffnen des LP-AGR-Ventils zunimmt. Außerdem kann die zeitliche Steuerung der Funken bei 410 vorgestellt werden, um sie an die vergrößerte AGR anzupassen.
  • Falls bei 402 bestimmt wird, dass das LP-AGR-Ventil gegenwärtig offen ist, geht das Verfahren 400 zu 412 weiter, um zu bestimmen, ob die Kraftmaschine vorher im variablen Modus gearbeitet hat. Falls die Kraftmaschine nicht im variablen Modus gearbeitet hat, arbeitet die Kraftmaschine deshalb gegenwärtig im festen Modus, wobei das Verfahren 400 zu 414 weitergeht, um weiterhin das LP-AGR-Ventil einzustellen, um einen festen AGR-Prozentsatz der Frischluftströmung aufrechtzuerhalten. Das LP-AGR-Ventil kann aufgrund der AGR-Fluktuationen eingestellt werden, die sich aus den Änderungen des Einlasskrümmerdrucks, den Auslassgegendruck-Fluktuationen usw. ergeben.
  • Falls bei 412 bestimmt wird, dass die Kraftmaschine vorher im variablen Modus gearbeitet hat, geht das Verfahren 400 zu 416 weiter, um aus dem variablen Modus in den Modus mit fester LP-AGR überzugehen. Das Übergehen in den festen Modus enthält bei 418 das Einstellen des LP-AGR-Ventils, um den festen AGR-Prozentsatz der Frischluftströmung zuzuführen. Unter einigen Betriebsbedingungen kann der variable Modus des Zuführen der LP-AGR bei einer Rate, die niedriger als in dem festen Modus ist, umfassen, wobei folglich das Übergehen in den festen Modus das Einstellen des LP-AGR-Ventils enthalten würde, um die LP-AGR-Rate zu vergrößern. Unter anderen Betriebsbedingungen kann der variable Modus das Zuführen der LP-AGR mit einer Rate enthalten, die höher als in dem festen Modus ist, wobei folglich das Übergehen in den festen Modus das Einstellen des Ventils enthalten würde, um die LP-AGR-Rate zu verringern. Der Übergang enthält außerdem das Einstellen der Drosselklappe bei 420 und das Einstellen der zeitlichen Steuerung der Funken bei 422. In Abhängigkeit von der Menge der LP-AGR, die vor dem Übergang zugeführt worden ist, kann die Drosselklappe geöffnet oder geschlossen werden. Falls z. B. die Menge der AGR vergrößert wird, kann die Drosselklappenposition so bewegt werden, dass die Drosselklappe weiter offen ist; falls die Menge der AGR verringert wird, kann die Drosselklappe in eine weiter geschlossene Position bewegt werden. Ähnlich kann die zeitliche Steuerung der Funken in Abhängigkeit vom vorhergehenden AGR-Prozentsatz vorgestellt oder verzögert werden.
  • 5 veranschaulicht ein Verfahren 500 zum Arbeiten in einem Leerlauf-LP-AGR-Modus. Das Verfahren 500 kann durch den Controller 12 in Ansprechen auf eine Bedingung ausgeführt werden, in dem Leerlauf-LP-AGR-Modus zu arbeiten, wie z. B. bei 316 im Verfahren 300 angegeben ist. Das Verfahren 500 umfasst bei 502 das Bestimmen, ob die Kraftmaschine vorher in dem Modus mit fester oder variabler LP-AGR gearbeitet hat. Falls bestimmt wird, dass die Kraftmaschine vorher weder in dem festen noch in dem variablen Modus gearbeitet hat, geht das Verfahren 500 zu 504 weiter, um die Kraftmaschine in dem Leerlauf-LP-AGR-Modus aufrechtzuerhalten. In einigen Ausführungsformen umfasst der Leerlauf-LP-AGR-Modus das Blockieren der Luftströmung durch das LP-AGR-System, wobei folglich das LP-AGR-Ventil während des Leerlaufmodus geschlossen ist. In weiteren Ausführungsformen umfasst der Leerlauf-LP-AGR-Modus das Zuführen eines verringerten AGR-Prozentsatzes der Frischluftströmung bezüglich des AGR-Prozentsatzes, der während des festen Modus aufrechterhalten wird. Falls bestimmt wird, dass die Kraftmaschine vorher entweder in dem festen oder in dem variablen Modus gearbeitet hat, geht das Verfahren 500 zu 506 weiter, um in den Leerlauf-LP-AGR-Modus überzugehen. Das Übergehen in den Leerlauf-LP-AGR-Modus enthält das Einleiten einer Leerlaufsteuerung bei 508. Die Leerlaufsteuerung kann ein zusätzliches System umfassen, um die Kraftmaschine auf der Leerlaufdrehzahl basierend auf einer Hilfsbelastung der Kraftmaschine aufrechtzuerhalten. In einigen Ausführungsformen kann die Leerlaufsteuerung das elektrische Einstellen der Öffnung des Drosselklappenventils enthalten, um die Sollluftströmung zuzulassen, um die Leerlaufdrehzahl aufrechtzuerhalten. In weiteren Ausführungsformen kann die für den Leerlaufbetrieb benötigte Luftströmung durch eine Drosselklappen-Umgehung bereitgestellt werden. Die Leerlaufsteuerung bei 508 wird eingeleitet, während sich die Kraftmaschine immer noch in dem festen oder dem variablen Modus befindet. Sobald die Leerlaufsteuerung beginnt, wird das LP-AGR-Ventil bei 510 geschlossen, wird die Drosselklappe bei 510 eingestellt und kann die zeitliche Steuerung der Funken bei 512 verzögert werden.
  • In 6 ist ein Verfahren 600 zum Arbeiten in einem Modus mit variabler LP-AGR gezeigt. Das Verfahren 600 kann durch den Controller 12 in Ansprechen auf eine Bestimmung, in dem Modus mit variabler LP-AGR zu arbeiten, ausgeführt werden, wie z. B. bei 318 im Verfahren 300 angegeben ist. Das Verfahren 600 umfasst bei 602 das Bestimmen, ob ein LP-AGR-Ventil, wie z. B. das Ventil 152, offen ist. Falls bestimmt wird, dass das LP-AGR-Ventil nicht offen ist (falls z. B. die AGR vorher gesperrt gewesen ist), geht das Verfahren 600 zu 604 weiter, um den Modus mit variabler LP-AGR freizugeben. Das Freigeben des Modus mit variabler AGR enthält bei 606 bis Öffnen des LP-AGR Ventils und das Einstellen des Ventils, so dass der AGR-Sollprozentsatz der Frischluftströmung aufrechterhalten wird. Das LP-AGR-Ventil kann eingestellt werden, um eine Menge der LP-AGR zuzuführen, so dass der AGR-Prozentsatz der Frischluftströmung in dem Einlasskanal basierend auf den Änderungen der Drehzahl und der Last der Kraftmaschine verändert wird.
  • Das Freigeben des Modus mit variabler LP-AGR enthält außerdem bei 608 das Einstellen der Drosselklappe. Wie das LP-AGR-Ventil geöffnet wird, kann die Drosselklappe außerdem geöffnet werden, um die LP-AGR-Sollluftströmung zuzulassen. Außerdem kann die zeitliche Steuerung der Funken bei 610 vorgestellt werden, um einen zusätzlichen Zeitraum für die Zylinderverbrennung zu fördern.
  • Falls bei 602 bestimmt wird, dass das LP-AGR-Ventil gegenwärtig offen ist, geht das Verfahren 600 zu 612 weiter, um zu bestimmen, ob die Kraftmaschine vorher in dem festen Modus gearbeitet hat. Falls die Kraftmaschine nicht in dem festen Modus gearbeitet hat, arbeitet deshalb die Kraftmaschine gegenwärtig in dem variablen Modus, wobei das Verfahren 600 zu 614 weitergeht, um das LP-AGR-Ventil weiterhin basierend auf der Drehzahl und der Last der Kraftmaschine einzustellen, um einen variablen AGR-Prozentsatz der Frischluftströmung zuzuführen. Falls bei 612 bestimmt wird, dass die Kraftmaschine vorher in dem festen Modus gearbeitet hat, geht das Verfahren 600 zu 616 weiter, um aus dem festen Modus in den Modus mit variabler LP-AGR überzugehen. Das Übergehen in den variablen Modus enthält bei 618 das Einstellen des LP-AGR-Ventils, um den AGR-Sollprozentsatz der Frischluftströmung zuzuführen. Unter einigen Betriebsbedingungen kann der variable Modus das Zuführen der LP-AGR bei einer Rate umfassen, die niedriger als in dem festen Modus ist, wobei folglich das Übergehen in den variablen Modus das Einstellen des LP-AGR-Ventils enthalten kann, um die LP-AGR-Rate zu verringern. Unter anderen Betriebsbedingungen kann der variable Modus das Zuführen der LP-AGR mit einer Rate enthalten, die höher als in dem festen Modus ist, wobei folglich das Übergehen in den variablen Modus das Einstellen des Ventils enthalten würde, um die LP-AGR-Rate zu vergrößern. Der Übergang enthält außerdem das Einstellen der Drosselklappe bei 620 und des Einstellen der zeitlichen Steuerung der Funken bei 622. In Abhängigkeit von der Sollmenge der LP-AGR, die vor dem Übergang zugeführt worden ist, kann die Drosselklappe geöffnet oder geschlossen werden. Ähnlich kann in Abhängigkeit von dem vorhergehenden AGR-Prozentsatz die zeitliche Steuerung der Funken vorgestellt oder verzögert werden.
  • Deshalb sorgen die in den 3–6 dargestellten Verfahren für den Betrieb in den drei LP-AGR-Modi fest, Leerlauf und variabel, wobei sie außerdem für das Übergehen zwischen irgendwelchen der Betriebsmodi sorgen. Durch das Freigeben des Betriebs in den drei Modi kann in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Kraftmaschine, wie z. B. der Drehzahl und der Last der Kraftmaschine, der AGR-Prozentsatz der Frischluftströmung auf einer Sollmenge aufrechterhalten werden. In einer Ausführungsform kann das LP-AGR-System von wenigstens der Mittellast hinunter zu einer Minimallast der Kraftmaschine, selbst wenn sich die Last ändert, in dem festen Modus, d. h. bei einem festen AGR-Prozentsatz der Frischluftströmung, betrieben werden. In einem Beispiel kann das System im Volllastbereich, von der Volllast, die einem Zustand einer weit geöffneten Drosselklappe entspricht, hinunter zu einer Minimallast, die einer Position der geschlossenen Drosselklappe entspricht, im festen Modus betrieben werden.
  • Der Betrieb in dem festen Modus kann insbesondere die Minimierung der Fehler der LP-AGR-Rate während problematischer Übergangsbedingungen, wie z. B. während einer plötzlichen Zunahme oder Abnahme der Last, ermöglichen. Diese vorübergehenden Laständerungen haben herkömmlicherweise eine Einstellung der LP-AGR-Rate erfordert, um z. B. die Verbrennungsstabilität aufrechtzuerhalten oder um die Ausgabe der Spitzenleistung aufrechtzuerhalten. Der Modus mit fester LP-AGR führt jedoch weiterhin einen festen AGR-Prozentsatz der Frischluftströmung zu, sogar hinunter bis zu einer Minimallast der Kraftmaschine, wie z. B. der Kraftmaschinenlast bei geschlossener Drosselklappe. In einigen Ausführungsformen können verschiedene Kraftmaschinenparameter eingestellt werden, um es zu ermöglichen, dass die LP-AGR fest bleibt, und dennoch eine Verbrennungsinstabilität zu vermeiden. Es können zusätzliche Handlungen einschließlich einer Hochenergiezündung, einer vergrößerten Ladungsbewegung und/oder höherer Kompressionsverhältnisse verwendet werden, um bei niedrigen Lastpunkten eine annehmbare Verbrennungsstabilität bereitzustellen.
  • Unter den Bedingungen einer geringen Last und/oder Drehzahl können die Ladungsbewegungs-Steuerventile eingestellt werden, um die Geschwindigkeit und die Verwirbelung der in die Verbrennungskammern eintretenden Luft zu vergrößern, was die Verbrennung verbessert, während Systeme, die Fähigkeiten der variablen Zündenergie enthalten, gesteuert werden können, um die Zündenergie bei geringer Last zu vergrößern, um die Zündung zu verbessern.
  • In den 8A und 8B sind beispielhafte Betriebsparameter der Kraftmaschine während zweier Modi des LP-AGR-Betriebs dargestellt. 8A veranschaulicht Beispiele der Linien einer Pedalposition 810, einer Drosselklappenposition 820, einer Fahrzeuggeschwindigkeit 830, einer Kraftmaschinendrehzahl 840 und einer Kraftmaschinenlast 850 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Jede Linie stellt die Zeit entlang der x-Achse dar und stellt jeden entsprechenden Betriebsparameter von null am unteren Ende bis zum Maximum am oberen Ende auf der y-Achse dar. Am Anfang der Linien befinden sich die Kraftmaschinenlast, die Kraftmaschinendrehzahl und die Fahrzeuggeschwindigkeit unter den Bedingungen eines stabilen Zustands im niedrigen bis mittleren Bereich, wobei die Pedalposition und die Drosselklappenposition in einer konstanten Position aufrechterhalten werden. Bei 802 leitet die Bedienungsperson des Fahrzeugs durch das Drücken auf das Fahrpedal ein ”Pedaldruck”-Ereignis ein, wobei sich im Ergebnis die Drosselklappe weiter öffnet und sowohl die Kraftmaschinen last, die Kraftmaschinendrehzahl als auch die Fahrzeuggeschwindigkeit zunehmen. Bei 804 tritt ein ”Pedalfreigabe”-Ereignis auf, wenn die Bedienungsperson das Pedal lockerlässt, wobei die Drosselklappe, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Last und die Kraftmaschinendrehzahl zu ihren ursprünglichen Positionen und Raten zurückkehren.
  • Bei 806 tritt ein weiteres Pedalfreigabe-Ereignis auf, wobei die Fahrzeuggeschwindigkeit fällt. Bei dieser Geschwindigkeit bewegt sich die Drosselklappe in eine Position der im Wesentlichen geschlossenen Drosselklappe, wobei sich die Kraftmaschinenlast auf der Minimallast befindet. Bei 808 fällt die Fahrzeuggeschwindigkeit schließlich auf null, wobei die Kraftmaschine beginnt, im Leerlauf zu arbeiten, die Kraftmaschinendrehzahl und -last z. B. unter einem Schwellenwert liegen und die Fahrzeuggeschwindigkeit null ist.
  • 8B veranschaulicht Beispiele der Linien der Gesamtluftladung 860, der LP-AGR-Durchflussmenge 870 und des LP-AGR-Prozentsatzes 880 während der Betriebsbedingungen der Kraftmaschine, die oben bezüglich 8A beschrieben worden sind. Die Gesamtluftladung umfasst alle durch das LP-AGR-System strömende Luft und enthält sowohl die Frischluftströmung von dem Einlass als auch die AGR. Die LP-AGR-Durchflussmenge umfasst die Rate der LP-AGR-Masse, die durch das System strömt. Der LP-AGR-Prozentsatz umfasst die relative Menge der AGR-Strömung, die die Gesamtluftströmung umfasst, d. h., den Prozentsatz der LP-AGR innerhalb der Gesamtluftladung.
  • Die Luftladung, die LP-AGR-Strömung und der LP-AGR-Prozentsatz werden bis 802, wenn die Bedienungsperson einen Pedaldruck einleitet, auf einem konstanten Betrag aufrechterhalten. Während bei 802 sowohl die Kraftmaschinenlast als auch die Kraftmaschinendrehzahl vergrößert sind (wie bezüglich 8A beschrieben worden ist), befinden sie sich immer noch auf einem Niveau, das innerhalb des Bereichs des festen Modus liegt, wobei im Ergebnis der AGR-Prozentsatz aufgrund dessen, dass die Kraftmaschine in dem festen Modus arbeitet, konstant bleibt. Ähnlich nehmen bei 804 sowohl die Gesamtluftladung als auch die AGR-Strömung bei der Pedalfreigabe ab, wobei der AGR-Prozentsatz auf dem festen Betrag bleibt. Bei 806, wenn die Kraftmaschinenlast auf die Minimallast der Kraftmaschine fällt, die einer Position der im Wesentlichen geschlossenen Drosselklappe entspricht, bleibt der AGR-Prozentsatz immer noch auf dem festen Betrag, wobei die Luftladung und die AGR-Strömung abnehmen. Bei 808, wenn das Fahrzeug beginnt, in dem Leerlaufmodus zu arbeiten, endet die AGR-Strömung, wie das LP-AGR-Ventil geschlossen wird, wobei der AGR-Prozentsatz auf null fällt.
  • Wie aus den 8A und 8B ersichtlich ist, enthält das Aufrechterhalten des festen AGR-Prozentsatzes der Frischluft das Koordinieren der Einstellung des LP-AGR-Ventils und der Drosselklappe unter Verwendung der Vorwärtsregelung, wobei es die Rückkopplungs-Einstellung enthält, um den Prozentsatz basierend auf der Messung der AGR-Rate, z. B. von einem Einlass-Sauerstoffsensor, aufrechtzuerhalten. Dies enthält das Ändern sowohl der Einlass-Luftdurchflussmenge als auch der AGR-Durchflussmenge auf eine koordinierte Weise, so dass der AGR-Prozentsatz auf einem konstanten Prozentsatz aufrechterhalten wird. Da Fehler in der Steuerung vorhanden sein können, kann das Aufrechterhalten des konstanten Prozentsatzes irgendeine kleine Variation des AGR-Prozentsatzes, z. B. 1–2% Variation, enthalten. Während des festen Modus wird, wenn die Luftströmung zunimmt, wie z. B. während des Pedaldruckereignisses bei 802, das LP-AGR-Ventil eingestellt, um eine entsprechende Zunahme der AGR-Strömung bereitzustellen, um den festen AGR-Prozentsatz aufrechtzuerhalten.
  • Es wird angegeben, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Konfigurationen des Kraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystems verwendet werden können. Die hier beschriebenen spezifischen Verfahren und Routinen können eine oder mehrere aus irgendeiner Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie z. B. ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, repräsentieren. Als solches können die veranschaulichten verschiedenen Handlungen, Operationen oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge ausgeführt werden, parallel ausgeführt werden, oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die hier beschriebenen Merkmale und Vorteile der Beispielausführungsformen zu erreichen, sondern sie ist für die Leichtigkeit der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine oder mehrere der veranschaulichten Handlungen oder Funktionen können in Abhängigkeit von der verwendeten besonderen Strategie wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen Code graphisch darstellen, der in ein computerlesbares Speichermedium in dem Kraftmaschinen-Steuersystem zu programmieren ist.
  • Es ist klar, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Verfahren beispielhafter Art sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinn zu betrachten sind, weil zahlreiche Variationen möglich sind. Die obige Technik kann Z. B. auf V-6, 1-4, 1-6, V-12, Boxer-4 und andere Kraftmaschinentypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthält alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderen Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart sind.
  • Die folgenden Ansprüche legen bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen besonders dar, die als neuartig und nicht offensichtlich betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf ”ein” Element oder ”ein erstes” Element oder dessen Äquivalent beziehen. Derartige Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente enthalten und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Weitere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Darstellung neuer Ansprüche in dieser oder einer in Beziehung stehenden Anmeldung beansprucht werden. Derartige Ansprüche, ob ihr Umfang umfassender als der, enger als der oder gleich dem Umfang der ursprünglichen Ansprüche ist oder vom Umfang der ursprünglichen Ansprüche verschieden ist, werden außerdem als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.

Claims (20)

  1. Verfahren zum Steuern der AGR-Strömung in einer Turbolader-Kraftmaschine, das Folgendes umfasst: Betreiben eines Niederdruck-Abgasrückführungssystems (LP-AGR-Systems) mit einem festen AGR-Prozentsatz der Frischluftströmung von der Mittellast bis zu einer Minimallast der Kraftmaschine selbst bei Laständerungen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Minimallast der Kraftmaschine einer im Wesentlichen geschlossenen Position der Drosselklappe entspricht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Betreiben des LP-AGR-Systems bei einem variablen AGR-Prozentsatz der Frischluftströmung bei mittleren bis hohen Kraftmaschinenlasten umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, das ferner das Einstellen einer Hochdruck-Abgasrückführungsrate (HP-AGR-Rate) basierend auf einem Übergang zwischen dem festen und dem variablen Modus umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Einstellen einer Hochdruck-Abgasrückführungsrate (HP-AGR-Rate) basierend auf der Drehzahl und der Last der Kraftmaschine umfasst, während der feste AGR-Prozentsatz aufrechterhalten wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Betreiben des LP-AGR-Systems bei einem variablen AGR-Prozentsatz der Frischluftströmung umfasst, wenn die Kraftmaschinendrehzahl über einem Schwellenwert liegt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schwellenwert 3500 U/min beträgt.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Verringern des AGR-Prozentsatzes der Frischluftströmung relativ zu dem festen Modus umfasst, wenn sich die Kraftmaschine im Leerlauf befindet.
  9. Verfahren zum Betreiben eines LP-AGR-Systems, das Folgendes umfasst: während eines Leerlauf-Modus, Blockieren der AGR-Strömung durch das LP-AGR-System; während eines festen Modus, Betreiben des LP-AGR-Systems, um einen festen AGR-Prozentsatz der Frischluftströmung bei allen Kraftmaschinenlasten innerhalb eines ersten Bereichs aufrechtzuerhalten; und während eines variablen Modus, Betreiben des LP-AGR-Systems, um einen variablen AGR-Prozentsatz der Frischluftströmung basierend auf der Drehzahl und der Last der Kraftmaschine zuzuführen.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der erste Lastbereich die Mittellast hinunter bis zur Minimallast umfasst und wobei der feste Modus den Leerlauf-Modus ausschließt, wobei der erste Bereich Kraftmaschinenlasten hinunter bis zu Lasten enthält, die einem Zustand einer geschlossenen Drosselklappe entsprechen.
  11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der variable Modus bei mittleren bis hohen Kraftmaschinenlasten und/oder bei Kraftmaschinendrehzahlen über einem Schwellenwert freigegeben ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 9, das ferner während eines Übergangs aus dem Leerlauf-Modus in den festen oder variablen Modus das Öffnen eines LP-AGR-Ventils umfasst, um einen gewünschten AGR-Prozentsatz der Frischluftströmung zuzuführen, während eine Einlassdrosselklappe entsprechend geöffnet wird, um das Drehmoment aufrechtzuerhalten.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, das ferner während eines Übergangs aus dem festen oder dem variablen Modus in den Leerlauf-Modus während des festen oder des variablen Modus das Einleiten einer Leerlaufdrehzahlsteuerung und das Aufrechterhalten der Leerlaufdrehzahlsteuerung während des Schließens des LP-AGR-Ventils und das Einstellen der Einlassdrosselklappe, um die Leerlaufdrehzahl und das Leerlaufdrehmoment aufrechtzuerhalten, umfasst.
  14. Verfahren nach Anspruch 9, das ferner das Betreiben eines HP-AGR-Systems basierend auf der Drehzahl und der Last der Kraftmaschine sowohl während des festen als auch während des variablen Modus umfasst.
  15. System für eine Kraftmaschine eines Fahrzeugs, wobei das System Folgendes umfasst: einen Turbolader; ein Hochdruck-Abgasrückführungssystem (HP-AGR-System), das ein HP-AGR-Ventil enthält; ein Niederdruck-Abgasrückführungssystem (LP-AGR-System), das ein LP-AGR-Ventil enthält, wobei das LP-AGR-System konfiguriert ist, gemäß einem Leerlauf-, einem festen oder einem variablen Modus zu arbeiten; und ein Steuersystem, das ein computerlesbares Speichermedium umfasst, das Anweisungen umfasst, um: während des festen Modus den Betrieb des LP-AGR-Ventils zu steuern, um einen festen AGR-Prozentsatz der Frischluftströmung durch das LP-AGR-System bei allen Kraftmaschinenlasten innerhalb eines ersten Lastbereichs aufrechtzuerhalten; und den Betrieb des HP-AGR-Ventils basierend auf der Drehzahl und der Last der Kraftmaschine sowohl während des festen als auch während des variablen Modus des LP-AGR-Systems zu steuern.
  16. System nach Anspruch 15, wobei der erste Lastbereich von der Mittellast bis zur Minimallast reicht, wobei die Minimallast der Kraftmaschine einer Position der im Wesentlichen geschlossenen Drosselklappe entspricht.
  17. System nach Anspruch 15, wobei die Anweisungen ferner während des Leerlauf-Modus das Schließen des LP-AGR-Ventils umfassen.
  18. System nach Anspruch 15, wobei die Anweisungen während des variablen Modus ferner das Betreiben des LP-AGR-Ventils umfassen, um einen variablen AGR-Prozentsatz der Frischluftströmung zuzuführen.
  19. System nach Anspruch 18, wobei der variable AGR-Prozentsatz auf der Drehzahl und der Last der Kraftmaschine basiert.
  20. System nach Anspruch 18, wobei die Anweisungen ferner das Steuern des Betriebs des HP-AGR-Ventils basierend auf einem Übergang zwischen dem festen und dem variablen Modus umfassen.
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