DE112013002205T5

DE112013002205T5 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung in einem Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE112013002205T5
Application number: DE112013002205.2T
Authority: DE
Inventors: Roy Primus; Luke Henry; Paul Gerard Nistler; James Robert Mischler; John Stephen Roth
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2013-04-10
Publication date: 2015-01-15
Also published as: WO2013162890A1; CN104254681B; WO2013162890A8; CN104254681A; US8857156B2; US20130283766A1

Abstract

Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist ein Motor offenbart. Der Motor enthält wenigstens einen Geberzylinder und wenigstens einen Nicht-Geberzylinder, der mit einem Ansaugkrümmer, der Ansaugluft speist, und einem Abgaskrümmer verbunden ist. Der Abgaskrümmer ist eingerichtet, um Motorabgasemissionen aus dem Geberzylinder und dem Nicht-Geberzylinder zu führen. Der Motor enthält ferner eine Abgasrückführungsleitung, die sich von dem Geberzylinder zu dem Ansaugkrümmer erstreckt, um Geberzylinderabgasemissionen von dem Geberzylinder zu dem Geber- und Nicht-Geberzylinder über den Ansaugkrümmer zurückzuführen. Der Motor enthält ferner ein Abgasnachbehandlungssystem und einen Sensor, der eingerichtet ist, um eine Temperatur der Motorabgasemissionen zu erfassen, und eine Vorrichtung, die eingerichtet ist, um ein Sensorsignal von dem Sensor zu empfangen und um einen Parameter des Motors und einer Komponente des Motors in Abhängigkeit von dem Sensorsignal zu steuern.

Description

HINTERGRUND
Die Erfindung betrifft allgemein Motoren und insbesondere Motoren, die ein Abgasnachbehandlungssystem (ATS, After-Treatment System) verwenden.
Ein ATS zur Steuerung von partikelförmigen Emissionen sammelt auf seiner Oberfläche im Laufe der Zeit Partikel (PM, Particulate Matter) an. Das Ausmaß der Partikelbelastung an dem ATS hängt im Allgemeinen von der Temperatur des durch das ATS strömenden Abgases ab. Wenn ein derartiges ATS-System für eine längere Zeitdauer bei einer Bedingung mit geringer Abgastemperatur, wie beispielsweise während eines Leerlaufbetriebs, betrieben wird, kann die Partikelmasse ein inakzeptables Niveau erreichen. In einem derartigen Fall wird ein Übermaß an Partikeln an dem ATS gewöhnlich verringert, indem diese abgebrannt werden. Dieser Prozess zur Beseitigung übermäßiger Partikel wird als Regeneration des ATS bezeichnet. Dies wird gewöhnlich durch Erhöhung der Temperatur des Abgases, das in das ATS eintritt, bewerkstelligt.
Für einen ordnungsgemäßen Betrieb und eine ordentliche Steuerung des ATS durch Beseitigung überschüssiger Partikel (PM) ist es erforderlich, ein verbessertes Verfahren und System zu schaffen, um die Vorrichtung in einer gesteuerten Weise zu regenerieren.
KURZBESCHREIBUNG
Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist ein Motor offenbart. Der Motor enthält wenigstens einen Geberzylinder, der mit einem Ansaugkrümmer verbunden ist, wobei der Ansaugkrümmer eingerichtet ist, um Ansaugluft dem wenigstens einen Geberzylinder zuzuführen. Der Motor enthält ferner wenigstens einen Nicht-Geberzylinder, der mit dem Ansaugkrümmer und einem Abgaskrümmer verbunden ist; wobei der Ansaugkrümmer ferner eingerichtet ist, um die Ansaugluft dem wenigstens einen Nicht-Geberzylinder zuzuführen, und der Abgaskrümmer eingerichtet ist, um Motorabgasemissionen von dem wenigstens einen Geberzylinder und dem wenigstens einen Nicht-Geberzylinder zu führen. Der Motor enthält ferner eine Abgasrückführungsleitung, die sich von dem wenigstens einen Geberzylinder zu dem Ansaugkrümmer erstreckt, um Geberzylinderabgasemissionen von dem wenigstens einen Geberzylinder zu dem wenigstens einen Geber- und Nicht-Geberzylinder über den Ansaugkrümmer zurückzuführen. Der Motor enthält ferner ein Abgasnachbehandlungssystem, das mit dem Abgaskrümmer in Strömungsverbindung steht und eingerichtet ist, um zweite Abgasemissionen von dem Abgaskrümmer zu empfangen. Der Motor enthält wenigstens einen Sensor, der eingerichtet ist, um eine Temperatur der Motorabgasemissionen zu erfassen, und eine Vorrichtung, die eingerichtet ist, um ein Sensorsignal von dem wenigstens einen Sensor zu empfangen und um einen Parameter wenigstens entweder des Motors und/oder einer Komponente des Motors in Abhängigkeit von dem Sensorsignal zu steuern, wobei der Parameter der Komponente mit der Temperatur der Motorabgasemissionen in Beziehung steht.
Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Motors offenbart.
Das Verfahren enthält ein Empfangen von Ansaugluft in einem Ansaugkrümmer und Verbrennen eines ersten Gemisches aus der Ansaugluft und einem Brennstoff in wenigstens einem Geberzylinder, wobei der wenigstens eine Geberzylinder eingerichtet ist, um die Ansaugluft von dem Ansaugkrümmer zu empfangen. Das Verfahren enthält ferner ein Verbrennen eines zweiten Gemisches aus der Ansaugluft und dem Brennstoff in wenigstens einem Nicht-Geberzylinder, wobei der wenigstens eine Nicht-Geberzylinder eingerichtet ist, um die Ansaugluft von dem Ansaugkrümmer zu empfangen und einen ersten Teil von Geberzylinderabgasemissionen von dem wenigstens einen Geberzylinder zu einem Abgaskrümmer zu leiten. Das Verfahren enthält ferner ein Rückführen eines zweiten Teils der Geberzylinderabgasemissionen von dem wenigstens einen Geberzylinder zu dem Ansaugkrümmer über eine Abgasrückführungsleitung. Das Verfahren enthält ferner ein Ausstoßen von Motorabgasemissionen aus dem Abgaskrümmer, Nachbehandeln der Motorabgasemissionen aus dem Abgaskrümmer und Bestimmen einer Temperatur der Motorabgasemissionen; und Steuern eines Parameters des Motors in Abhängigkeit von der Temperatur, wobei der Parameter mit der Temperatur in Beziehung steht.
Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist ein Motor offenbart. Der Motor enthält wenigstens einen Geberzylinder, der mit einem Ansaugkrümmer verbunden ist, wobei der Ansaugkrümmer eingerichtet ist, um Ansaugluft dem wenigstens einen Geberzylinder und wenigstens einem Nicht-Geberzylinder zuzuführen, der mit dem Ansaugkrümmer und einem Abgaskrümmer verbunden ist, wobei der Ansaugkrümmer ferner eingerichtet ist, um das Ansauggemisch dem wenigstens einen Nicht-Geberzylinder zuzuführen, und der Abgaskrümmer eingerichtet ist, um Motorabgasemissionen aus dem wenigstens einen Geberzylinder und dem wenigstens einen Nicht-Geberzylinder zu führen. Der Motor enthält ferner eine Abgasrückführungsleitung, die sich von dem wenigstens einen Geberzylinder zu dem Ansaugkrümmer erstreckt, um Geberzylinderabgasemissionen aus dem wenigstens einen Geberzylinder zu dem wenigstens einen Geber- und Nicht-Geberzylinder über den Ansaugkrümmer zurückzuführen. Der Motor enthält ferner ein Abgasnachbehandlungssystem, das mit dem Abgaskrümmer in Strömungsverbindung steht und eingerichtet ist, um zweite Abgasemissionen aus dem Abgaskrümmer zu empfangen, und wenigstens einen Sensor, der eingerichtet ist, um eine Temperatur der Abgasemissionen an einer Stelle in der Nähe des Abgasnachbehandlungssystems zu erfassen. Der Motor enthält ferner ein erstes Steuerventil, das mit der Abgasrückführungsleitung und dem Abgaskrümmer verbunden und eingerichtet ist, um eine Strömung eines ersten Teils der Geberzylinderabgasemissionen zwischen der Abgasrückführungsleitung und dem Abgaskrümmer zu steuern, und ein zweites Steuerventil, das mit der Abgasrückführungsleitung und dem Ansaugkrümmer verbunden und eingerichtet ist, um eine Strömung eines zweiten Teils der Geberzylinderabgasemissionen zwischen der Abgasrückführungsleitung und dem Ansaugkrümmer zu steuern, wobei das erste Steuerventil und das zweite Steuerventil voneinander unabhängig sind. Der Motor enthält ferner eine Steuereinheit, die mit dem Motor verbunden und konfiguriert ist, um einen Parameter, der mit der Temperatur der Motorabgasemissionen in Beziehung steht, zu steuern, um ein Gemisch aus der Ansaugluft und dem zweiten Teil der Geberzylinderabgasemissionen zu dem Ansaugkrümmer zu optimieren.
ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Bezugszeichen überall in den Zeichnungen gleiche Teile bezeichnen, worin:
1 zeigt ein System zur Regeneration eines ATS unter Verwendung von Abwärme aus Abgasen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt ein Flussdiagramm der Steuerlogik zum Betrieb des Systems nach 1 zur Regeneration eines ATS unter Verwendung von Abwärme aus Abgasen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine schematische Darstellung der Funktionsbeziehung zwischen der Temperatur des Abgasstroms und dem Öffnen des ersten Steuerventils gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt eine schematische Darstellung der Funktionsbeziehung zwischen der Temperatur des Abgasstromes und der Brennstoffdurchflussrate durch den Motor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine schematische Darstellung der Funktionsbeziehung zwischen der Temperatur des Abgasstroms und dem Druck in der Abgasrückführungsleitung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt eine schematische Darstellung der Funktionsbeziehung zwischen dem Druck in der Abgasrückführungsleitung und dem Öffnen des ersten Steuerventils gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt eine schematische Darstellung der Funktionsbeziehung zwischen der Temperatur des Abgasstroms und einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch den Motor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt eine schematische Darstellung der Funktionsbeziehung zwischen der Temperatur des Abgasstroms und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Nicht-Geberzylinders durch den Motor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt in schematisierter Weise die Funktionsbeziehung zwischen der Temperatur des Abgasstroms und dem Öffnen des ersten Steuerventils für eine bestimmte Einstellung des dritten Steuerventils gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 zeigt in schematisierter Weise die Funktionsbeziehung zwischen der Temperatur des Abgasstroms und dem Öffnen des ersten Steuerventils für eine alternative Einstellung des dritten Steuerventils gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 zeigt eine schematische Darstellung der Funktionsbeziehung zwischen der Temperatur des Abgasstroms und der Kraftstoffdurchflussrate durch den Motor für eine bestimmte Einstellung des dritten Steuerventils gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12 zeigt eine schematische Darstellung der Funktionsbeziehung zwischen der Temperatur des Abgasstroms und dem Druck in der Abgasrückführungsleitung für eine bestimmte Einstellung des dritten Steuerventils gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
13 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Regenerieren eines ATS unter Verwendung von Abwärme aus Abgasen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Wenn Elemente verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingeführt werden, sollen die Artikel „ein”, „eine”, „der”, „die” und „das” bedeuten, dass ein oder mehrere der Elemente vorhanden sind. Die Ausdrücke „aufweisen”, „enthalten” und „haben” sollen einschließlich bedeuten und meinen, dass außer den aufgeführten Elementen weitere Elemente vorhanden sein können. Jegliche Beispiele für Betriebsparameter schließen andere Parameter der offenbarten Ausführungsformen nicht aus.
Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist ein Motor, das ein ATS und mehrere Steuerventile verwendet, offenbart. Der beispielhafte Motor enthält wenigstens einen Geberzylinder, wenigstens einen Nicht-Geberzylinder, einen Ansaugkrümmer, einen Abgaskrümmer und ein ATS. Der wenigstens eine Geberzylinder und der wenigstens eine Nicht-Geberzylinder sind mit dem Ansaugkrümmer gekoppelt. Der Ansaugkrümmer ist eingerichtet, um Luft in den wenigstens einen Geberzylinder und den Nicht-Geberzylinder einzuspeisen. Ferner ist eine Abgasrückführungsleitung mit dem wenigstens einen Geberzylinder gekoppelt, und sie wird zur Rückführung eines Teils der Abgasemissionen aus dem wenigstens einen Geberzylinder verwendet. Es kann eine Anzahl von Steuerventilen in Verbindung mit der Abgasrückführungsleitung verwendet werden, um die Abgasemissionen aus den Geberzylindern zu den Geber- und Nicht-Geberzylindern über den Ansaugkrümmer zurückzuführen. Der wenigstens eine Geber- und Nicht-Geberzylinder sind mit dem Abgaskrümmer verbunden, und das endgültige Motorverbrennungsabgas, das aus dem Abgaskrümmer heraustritt, wird in einem ATS zur Emissionssteuerung behandelt.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen der Erfindung sind ein System und ein Verfahren, die mit dem beispielhaften Motor im Zusammenhang stehen, offenbart. Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen einen Betrieb des Motors in einem Modus bei geringer Leistung oder einem Leerlaufmodus, während gleichzeitig Emissionen, wie beispielsweise Stickoxide (NO_x), Partikelteilchen (PM), Kohlenmonoxid (CO) und unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC), kontrolliert werden. Außerdem kann die Regenerationseffizienz eines ATS-Systems unter geringen Leistungs- oder Leerlaufbedingungen verbessert werden, indem die Geberzylinder unter Gegendruck gesetzt werden und das Kraftstoff-Lust-Verhältnis in den Nicht-Geberzylindern erhöht wird und dadurch die Temperatur an dem ATS erhöht wird. In einer Ausführungsform der Erfindung kann die geringe Leistung in einem Bereich von 0 bis 5% der maximalen Motorausgangsleistung liegen. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die geringe Leistung in einem Bereich von 0 bis 10% der maximalen Ausgangsleistung des Motors liegen.
1 zeigt ein System zur Regeneration eines ATS unter Verwendung von Abwärme der Abgase gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bezugnehmend auf 1 enthält eine Leistungseinheit 10 einen Turbolader 72, einen Luftkühler 84, einen Motor 74 und ein ATS 64 zur Emissionssteuerung. In einer Ausführungsform der Erfindung weist der Turbolader 72 einen einzigen einstufigen Turbolader mit einer Turbine und einem Verdichter auf. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann der Turbolader 72 zwei oder mehrere einstufige Turbolader aufweisen, die jeweils eine Turbine und einen Verdichter aufweisen. In einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Turbolader 72 zwei oder mehrere zweistufige Turbolader aufweisen, die jeweils zwei Turbinen und zwei Verdichter aufweisen. Gewöhnlich enthält der Turbolader 72 einen Verdichter 76 und eine Turbine 78, und er wird betrieben, um verdichtete Luft zu dem Ansaugkrümmer 42 zur Verbrennung im Innern des Motors 74 zu liefern.
Die Turbine 78 ist mit dem Abgaskrümmer 44 verbunden, um Energie den Abgasen zu entziehen, um eine Turboladerwelle 82 in Drehung zu versetzen, die mit dem Verdichter 76 verbunden ist. Die Turbine 78 ist mit einem Einlassanschluss 56 verbunden, der mit dem Abgaskrümmer 74 in Strömungsverbindung steht. Die Abgase expandieren in der Turbine 78 und strömen anschließend durch einen Auslass 58 der Turbine 78 zu der Atmosphäre aus.
Die Welle 82 treibt den Verdichter 76 zur Verdichtung einer angesaugten Frischluft an, die durch einen Einlass 52 aufgenommen wird. Der Verdichter 76 kann die angesaugte Umgebungsluft durch einen (nicht veranschaulichten) Filter einziehen, und nachfolgend wird die Temperatur der Luft aufgrund der Verdichtung erhöht. Die verdichtete Frischluft, die aus dem Verdichter 76 durch einen Auslass 54 ausströmt, wird durch einen Luftkühler 84 zur Abkühlung geleitet, bevor sie in den Einlasskrümmer 42 eingeleitet wird, der mit den Geberzylindern 12 und den Nicht-Geberzylindern 32 des Motors 74 in Strömungsverbindung steht. In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Luftkühler 84 ein Wärmetauscher, und er nutzt einen Strom von Kühlluft oder Wasser, um Wärme aus der verdichteten Frischluft zu ziehen, wodurch die verdichtete Frischluft gekühlt wird.
Der Motor 74 und zugehörige Emissionssteuerungseinrichtungen sind in größeren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren nachstehend erläutert. Ferner kann eine ATS-Vorrichtung 64, wie beispielsweise ein Dreiwegekatalysator, stromabwärts von dem Abgaskrümmer 44 und der Turbine 78 angeordnet sein, um Emissionen zu steuern. Das Motorverbrennungsabgas aus der Turbine 78 strömt durch die Leitung 58 in das ATS 64 hinein und strömt durch eine Leitung 62 heraus, nachdem es behandelt worden ist. Ein Temperatursensor 66, der an der Leitung 58 eingebaut ist, erfasst die Temperatur des Abgases, bevor dieses in das ATS 64 eintritt. In einer Ausführungsform der Erfindung kann die ATS-Vorrichtung 64 einen Diesel-Oxidationskatalysator oder einen harnstoffbasierten Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) enthalten.
Bezugnehmend auf 1 ist der Motor 74 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. In einer Ausführungsform ist der Motor 74 ein Kolbenmotor. In einem nicht beschränkenden Beispiel kann der Kolbenmotor ein Diesel-Motor einer Lokomotive oder eines Schiffs sein. In einer anderen Ausführungsform ist der Motor 74 ein Diesel- oder Gasmotor, der auf einem Zwei-Takt- oder einem Vier-Takt-Motorzyklus basiert. Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung arbeitet der Motor 74 unter Bedingung mit niedriger Leistung oder unter Leerlaufbedingung. Wie in weiteren Einzelheiten nachstehend erläutert, stellen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Emissionssteuerungseinrichtungen für den Motor 74 bereit. Es sollte hierin beachtet werden, dass, obwohl eine beispielhafte Leistungseinheit 10 mit Turbolader offenbart ist, der Motor 74 auch für andere Anwendungen, die eine Motorleistung benötigen, anwendbar ist. In ähnlicher Weise sind Aspekte der Erfindung für einen beliebigen Motor geeignet, der eine Steuerung von Abgasemissionen benötigt. Ferner verwendet der Motor 74 mehrere Kraftstoffe für den Betrieb. In einer Ausführungsform der Erfindung enthält der Kraftstoff einen gasförmigen Kraftstoff. Der gasförmige Kraftstoff kann einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, Erdgas, Stickstoff, Wasserstoff, Synthesegas, Benzin, Ethanol, Kohlenmonoxid und Propan umfassen. In einigen weiteren Ausführungsformen kann der Kraftstoff Flüssigkraftstoffe, wie beispielsweise Diesel, enthalten.
Der veranschaulichte Motor 74 enthält den Luftansaugkrümmer 42 und den Abgaskrümmer 44, zwei beispielhafte Geberzylinder 12 und vier Nicht-Geberzylinder 32. Es sollte hierin erwähnt werden, dass die Anzahl der Geberzylinder 12 und Nicht-Geberzylinder 32 in Abhängigkeit von der Anwendung variieren kann. Der Geberzylinder 12 ist mit dem Ansaugkrümmer 42 verbunden. Wie in größeren Einzelheiten nachstehend ausgeführt, sind die Geberzylinder 12 ferner auch mit dem Abgaskrümmer 44 über eine Anzahl von Steuerventilen und eine Abgasrückführungssammelleitung indirekt verbunden. Die Nicht-Geberzylinder 32 sind sowohl mit dem Ansaugkrümmer 42 als auch mit dem Abgaskrümmer 44 unmittelbar verbunden. Ein Kolben (nicht veranschaulicht) ist in jedem Zylinder gleitbar angeordnet und bewegt sich hin und her zwischen einer oberen Totpunkt- und einer unteren Totpunktposition.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden ein Luftstrom, der durch den Ansaugkrümmer 42 aufgenommen wird, und ein Brennstoff innerhalb der Geberzylinder 12 verbrannt. Somit tritt ein beispielhafter ankommender Strom 14 der Luft, der von dem Ansaugkrümmer 42 ankommt, in den Geberzylinder 12 ein, wird mit dem (nicht veranschaulichten) Brennstoff, der in die Zylinder unmittelbar eingespritzt wird, vermischt, und das Gemisch wird darin verbrannt. In einer Ausführungsform der Erfindung wird kein Brennstoff in die Geberzylinder 12 eingespritzt, und es ist nur die Luft, die in den Geberzylindern 12 verbrannt wird. Nach einer Verbrennung strömt das Abgas aus den Geberzylindern 12 heraus in einen Strom 16, um in die Abgasrückführungssammelleitung 46 einzutreten. Danach wird der Abgasstrom 16 in zwei Anteile aufgeteilt. Der erste Anteil 22 wird aus dem Motor 74 über den Abgaskrümmer 44 ausgestoßen. Dieser erste kontinuierliche Strömungspfad von dem Ansaugkrümmer 42 zu dem Abgaskrümmer 44 über den Geberzylinder 12 und die Abgasrückführungssammelleitung 46 bildet eine erste geschlossene Schleife 11.
Ein zweiter Anteil 24 des Geberzylinderabgases 16 verlässt die Abgasrückführungssammelleitung 46 und tritt durch einen Wärmetauscher 102 hindurch und tritt als ein Strom 46 aus, bevor er in den Ansaugkrümmer 42 eintritt, um sich mit dem ankommenden Luftstrom zu vermischen. Somit bildet dieser zweite kontinuierliche Strömungspfad von dem Ansaugkrümmer 42 zu dem Abgaskrümmer 44 über den Geberzylinder 12, die Abgasrückführungssammelleitung 46, den Wärmetauscher 102, den Ansaugkrümmer 42, die Geberzylinder 12 und die Nicht-Geberzylinder 32 eine zweite geschlossene Schleife 13. In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung kann keine Strömung des zweiten Teils 24 des Geberzylinderabgases 16 in der Schleife 13 und dadurch kein zweiter Anteil 24 des Geberzylinderabgases 16, das von der Abgasrückführungssammelleitung 46 zu dem Ansaugkrümmer 42 strömt, vorhanden sein.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden ein Luftstrom, der durch den Ansaugkrümmer 42 aufgenommen wird, und ein Brennstoff innerhalb der Nicht-Geberzylinder 32 verbrannt. Ein beispielhafter ankommender Strom 34 der Luft, die von dem Ansaugkrümmer 42 herkommt, tritt in den Nicht-Geberzylinder 32 ein, wird mit dem (nicht veranschaulichten) Brennstoff, der in die Zylinder unmittelbar eingespritzt wird, vermischt, und das Gemisch wird darin verbrannt. Nach der Verbrennung strömt das Abgas aus dem Nicht-Geberzylinder 32 in einem Strom 36 aus, um in den Abgaskrümmer 44 einzutreten. Dort wird der Abgasstrom 36 aus den Nicht-Geberzylindern 32 mit dem ersten Anteil 22 des Abgasstroms 16 von den Geberzylindern 12 vermischt, um ein Motorverbrennungsabgas 56 zu bilden. Schließlich wird das Motorverbrennungsabgas 56 aus dem Motor 74 ausgestoßen. Dieser dritte kontinuierliche Strömungspfad von dem Ansaugkrümmer 42 zu dem Abgaskrümmer 44 über den Nicht-Geberzylinder 32 bildet eine dritte geschlossene Schleife 37.
Es sollte verstanden werden, dass mehrere Steuerventile in den verschiedenen Strömungspfaden gemäß der vorliegenden Erfindung passend angeordnet werden können, um die Ströme für ein optimales Leistungsverhalten des Systems 10 zu steuern. In einer Ausführungsform enthält das System 10 mehrere Durchflusssteuerventile, die an mehreren Stellen angeordnet sind, um die Strömung der Abgase in den Abgasrückführungskanalschleifen 11, 13 und 37 zu steuern. Es sind drei Steuerventile 92, 94 und 96 in dieser Diagrammdarstellung veranschaulicht. Das erste Steuerventil 92 ist in den Strömungspfaden der Schleife 11 eingefügt, und es dient als ein Gegendruckventil zur Steuerung der Abgasrückführungsrate. Das zweite Steuerventil 94 ist in dem Strömungspfad der Schleife 13 eingefügt, und es steuert die Durchflussrate des Geberzylinderabgases zurück zu dem Ansaugkrümmer 42 durch den Wärmetauscher 102. In einer Ausführungsform der Erfindung ist das dritte Steuerventil 96 in dem Strömungspfad der Schleife 13 an einer Stelle eingefügt, bevor sich das Geberzylinderabgas mit der ankommenden Luft in dem Ansaugkrümmer 42 vermischt. In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung ist ein drittes Steuerventil 98 in dem Strömungspfad der Ansaugluft an einer Stelle eingefügt, nachdem sich das Geberzylinderabgas mit der ankommenden Luft in dem Ansaugkrümmer 42 vermischt.
In einem typischen Betriebszyklus des Motors 74 steuert die Kombination aus dem ersten Steuerventil 92 und dem zweiten Steuerventil 94 das Druckniveau in der Abgasrückführungssammelleitung 46, die wiederum als eine Abgasbremse wirkt, die den Motor belastet. In einem derartigen Betriebszyklus des Motors 74 bei geringer oder keiner Leistungsabgabe ist das zweite Steuerventil 94 vollständig geschlossen, und das erste Steuerventil 92 ist teilweise offen. In einer derartigen Konfiguration des ersten Steuerventils 92 und des zweiten Steuerventils 94 ist der Strom 26 in der Schleife 13 vollständig abgesperrt. Ferner wird der Strom 22 in der Schleife 11 auf seinem Weg in dem Abgaskrümmer 44 durch das erste Steuerventil 92 gedrosselt.
Da in einer gedrosselten Strömung, wie vorstehend beschrieben, ein voller Volumenstrom in der Schleife 11 nicht auftritt, gelangt ein Teil der Strömung in dem Strom 22 in die Abgasrückführungssammelleitung 46 zurück, und es entwickelt sich darin ein Gegendruck. Der Gegendruck innerhalb der Abgasrückführungssammelleitung 46 veranlasst den Motor, während einer Bedingung mit geringer oder keiner Nettoleistungsabgabe mehr Kraftstoff zu verbrennen. Ferner wird, wenn die Geberzylinder 12 mit der Abgasrückführungssammelleitung 46 mit Gegendruck belastet werden, auch der Systemluftdurchfluss reduziert. Die Kombination aus der gedrosselten Luftströmung und dem höheren Kraftstoffdurchfluss führt zu einem geringen Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Systems, was ein heißeres Abgas ergibt, das zur Regeneration des stromabwärts angeordneten ATS 64 erforderlich ist.
1 beschreibt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der das dritte Steuerventil 96 in Verbindung mit dem ersten Steuerventil 92 und dem zweiten Steuerventil 94 verwendet wird, um eine Strömungsmenge des Motorverbrennungsabgases 16 von dem Geberzylinder und eine Temperatur an dem Einlass des ATS 64 zu steuern. Falls das dritte Steuerventil 96 in das System eingeführt wird, kann dies zusätzlich dazu verwendet werden, den Motorluftdurchfluss weiter zu verringern. Indem dies in Verbindung mit den Geberzylindersteuerventilen und der Motordrehzahl genutzt wird, können die gewünschten Abgastemperaturen mit einem geringeren Kraftstoffmehrverbrauch als Kosten für die ATS-Regeneration erreicht werden.
Erneut bezugnehmend auf 1 wird das ATS 64 zur Partikelsteuerung verwendet, und die Geberzylinder zum Pumpen der Abgasrückführung zur NOx-Steuerung. Mit einem ATS ist es gewöhnlich erforderlich, ein Mittel zur Regeneration der Vorrichtung bei Bedarf bereitzustellen. Diese Aufgabe wird in einer Ausführungsform der Erfindung durch Erhöhung der Temperatur der Abgase, die durch das ATS 64 strömen, bewerkstelligt. Jedoch kann sich dies während eines Leerlaufmodus oder eines Betriebs bei geringer Leistungsabgabe als ineffizient erweisen. In einer Ausführungsform der Erfindung wird zunächst das Steuerventilsystem 92, 94, 96 und 98, das dem Geberzylindersystem 12 zugeordnet ist, effektiv dazu verwendet, die Geberzylinder zu Motorbremsen zu verwandeln, indem der Druck in der Abgasrückführungssammelleitung 46 gesteuert wird. Zweitens verringert sich infolge der Motorbremsung die Frischluftdurchflussrate, und die Kraftstoffdurchflussrate steigt ohne irgendeine Veränderung der Nettoleistungsabgabe des Motors. Drittens haben das resultierende niedrigere Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Systems und das höhere Kraftstoff-Luft-Verhältnis eine erhöhte Abgastemperatur zur Folge.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Abgastemperatur durch Steuerung der Kraftstoffmenge, die in die Geberzylinder 12 eingespritzt wird, weiter gesteuert werden. In einer derartigen Ausführungsform kann die Menge des in die Geberzylinder 12 eingespritzten Kraftstoffes derart reduziert werden, dass sie sehr gering ist. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Zufuhr des Kraftstoffs zu den Geberzylindern 12 vollständig unterbrochen werden. Die geringe oder Null-Menge der Kraftstoffzufuhr zu den Geberzylindern 12 erhöht das Kraftstoff-Luft-Verhältnis in den Nicht-Geberzylindern 32. Ferner ist es ausgelegt, dass während des ATS-Regenerationsbetriebs eine geringe Abgasströmungsmenge von den Geberzylindern 12 zurück zu dem Ansaugkrümmer 42 wandert. Dadurch strömt ein Großteil der Strömung aus den Geberzylindern 12 gewöhnlich in den Abgaskrümmer 44 hinein über die relative Drosselung durch die verschiedenen Steuerventile 92, 94, 96 und 98, die für die Abgasrückführungssammelleitung 46 der Geberzylinder 12 eingebaut sind.
Diese Konstruktion verringert gewöhnlich den Systemluftstrom durch Beschränkung der Strömung aus den Geberzylindern 12, sie vergrößert die Kraftstoffzufuhr zu den Nicht-Geberzylindern 32 aufgrund der Abgasbremswirkung der AGR-Leitung 46, und sie führt dazu, das Abgas 58 in das ATS 64 in einem Zustand eintritt, der einem niedrigeren Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Systems entspricht, und folglich eine höhere Temperatur aufweist. Jedoch kann in Abhängigkeit von der gegebenen Bedingung die maximale Gastemperatur, die bei Motorleerlaufdrehzahl erreicht werden kann, immer noch nicht zur ATS-Regeneration ausreichend sein. Falls dies der Fall ist, kann die Motordrehzahl erhöht werden, um noch höhere Niveaus der Abgastemperatur beim Eintritt in das ATS zu erreichen, während gleichzeitig keine Nettoleistungsabgabe aufrechterhalten wird. In einem derartigen Fall wird die Leistungsaufnahme der Abgasrückführungsleitungs-Motorbremse ebenfalls durch die Motordrehzahl erzielt. Eine höhere Motordrehzahl hat eine größere Leistungsaufnahme zur Folge, die eine höhere Kraftstoffrate erfordert, um einen Motorbetrieb mit Null-Leistung aufrechtzuerhalten. Dies wiederum führt zu einer höheren Temperatur des in das ATS eintretenden Gases.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann ein PM-ATS verwendet werden, und in diesem Fall ist es wichtig, ein Mittel bereitzustellen, um die Vorrichtung in einer gesteuerten Weise zu regenerieren. In einer Ausführungsform der Erfindung können nur das erste Steuerventil 92, das zweite Steuerventil 94 und eine Steuerung der Motordrehzahl zur Steuerung der Abgastemperatur verwendet werden, und es können keine zusätzlichen Bauteile erforderlich sein, um diese Funktion zu erfüllen, was ein kostengünstiges System zur Folge hat. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann in dem Fall, dass ein drittes Steuerventil 96 oder 98 zu dem System für die Zwecke der ATS-Regeneration hinzugefügt wird, dies die Kosten der Motorbauteile erhöhen, während durch Reduktion des Kraftstoffverbrauchs, der mit einer PM-ATS-Regeneration verbunden ist, geringere Betriebskosten erzielt werden. In einer noch weiteren Ausführungsform, wie in 1 dargestellt, enthält das System 10 eine Vorrichtung 104 zur Steuerung der Drehzahl des Motors 74. Bezugnehmend auf 1 arbeitet eine derartige Drehzahlsteuervorrichtung 104 gewöhnlich, indem sie eine Betriebserregung im Zusammenhang mit einem Generator, der die Drehzahl des Motors 74 steuert, verändert, und die veränderte Erregung verändert die Drehzahl des Motors 74.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wie in 1 dargestellt, enthält das System 10 eine Steuereinheit 106, die eingerichtet ist, um die mehreren Durchflusssteuerventile zu steuern. In einer Ausführungsform ist die Steuereinheit 106 eine elektronische Ventilsteuereinheit für den Motor 74. In einer anderen Ausführungsform ist die Steuereinheit 106 eine elektronische Logiksteuerung, die durch einen Benutzer programmiert werden kann. Die Steuereinheit 106 kann betreibbar sein, um die Betätigung der mehreren Steuerventile 92, 94, 96 und 98 und den Betrieb der Drehzahlsteuervorrichtung 104 zur Steuerung der Emissionen aus den Geberzylindern 12 des Motors 74 zu steuern, um so den Verbrennungsmodus zu optimieren. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Steuereinheit 106 die mehreren Steuerventile 92, 94, 96 und 98 und die Drehzahlsteuervorrichtung 104 auf der Basis einer Ausgabe von dem Temperatursensor 66 steuern.
In einigen weiteren Ausführungsformen kann die Steuereinheit 106 ferner eine Datenbank 108, einen Algorithmus 112 und einen Datenanalyseblock 114 enthalten. Die Datenbank 108 kann eingerichtet sein, um vordefinierte Informationen über den Motor 74 zu speichern. Z. B. kann die Datenbank 108 Informationen in Bezug auf die Motoremissionen, Temperatur und den Druck des Motors 74, die Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung, die Turboladerdrehzahl, Leistungsabgabe des Motors 74 oder dergleichen speichern. Ferner kann die Datenbank 108 eingerichtet sein, um momentane erfasste/detektierte Informationen von den vorstehend erwähnten Sensoren zu speichern. Der Algorithmus 112 kann die Verarbeitung der Signale von den vorstehend erwähnten mehreren Sensoren ermöglichen.
In einer Ausführungsform der Erfindung arbeiten der Temperatursensor 66, die Durchflusssteuerventile 92, 94, 96 und 98 und die Motordrehzahlsteuervorrichtung 104 und die Steuereinheit 106 als ein integraler Teil des Motors 74. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Kombination als eine nachrüstbare Gegendrucksteuervorrichtung 122 arbeiten. Ein derartiges Nachrüstsystem kann als ein eigenständiges System in Verbindung mit dem Betrieb des Systems eingebaut, betrieben und aufrechterhalten werden.
2 zeigt ein Flussdiagramm einer Steuerlogik 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Steuerlogik beschreibt, wie die Ströme in den verschiedenen Strömungspfaden unter Verwendung einer Steuerlogik, wie beispielsweise der einen (106), die in 1 dargestellt ist, gesteuert werden. Eine derartige Steuereinheit 106 steuert gewöhnlich mehrere Durchflusssteuerventile, die an mehreren Stellen des Systems 10 nach 1 angeordnet sind. Im Schritt 202 enthält die Logik eine Bestimmung der Temperatur (T_ATS) der Abgasströmung an dem Eintritt des ATS. Im Schritt 204 wird festgestellt, ob T_ATS größer ist als T*_ATS, der Schwellenminimumsollwert von T_ATS. Falls T_ATS größer ist als T*_ATS, wird ein weiter Betrieb im Schritt 206 fortgeführt. Falls T_ATS kleiner ist als T*_ATS, ist ein weiterer Temperaturanstieg wie im Schritt 208 erwünscht. Im Schritt 212 wird eine erste Kombination von Steuermaßnahmen durchgeführt. Als ein Teil der ersten Kombination von Steuermaßnahmen wird das zweite Steuerventil 94 (1) vollständig geschlossen, wie im Schritt 214; das erste Steuerventil 92 (1) wird teilweise geöffnet, wie im Schritt 216; und die Drehzahl des Motors 74 (1) wird angepasst, wie im Schritt 218. Diese Steuerkombination ist nachstehend in größeren Einzelheiten unter Zuhilfenahme der 3–8 weiter ausgeführt.
3 zeigt eine schematische Darstellung der Funktionsbeziehung zwischen der Temperatur des Abgasstroms 58 (1), wie durch den Temperatursensor 66 an der Eintrittsstelle des ATS 64 (1) aufgezeichnet, und der Öffnung des ersten Steuerventils 92 (1). Die Verbrennungsbedingungen werden derart aufrechterhalten, dass die Nettoleistungsausgabe des Motors zu Null festgesetzt wird, kein Kraftstoff zu den Geberzylindern geliefert wird, das zweite Steuerventil 94 vollständig geschlossen ist und das erste Steuerventil 92 vollständig offen ist. Die vorstehend erwähnte Funktionsbeziehung unter den vorstehend erwähnten Verbrennungsbedingungen kann durch eine zweidimensionale Grafik 300 in 3 dargestellt werden. Die horizontale Achse 302 kennzeichnet eine Öffnung des ersten Steuerventils in einer zunehmenden Richtung von dem Ursprung nach rechts. Die vertikale Achse 304 kennzeichnet die Temperatur des ATS (T_ATS) in einer zunehmenden Richtung vom Ursprung nach oben.
Gewöhnlich gibt es einen Schwellenminimumsollwert T_ATS, der mit T*_ATS (312) bezeichnet ist, an dem eine optimale Regeneration des ATS 64 (1) stattfindet. In einer Ausführungsform der Erfindung beträgt T*_ATS 265°C. Erneut bezugnehmend auf 3 variiert die Temperatur an dem ATS bei jeder speziellen Motordrehzahl mit dem Öffnen des ersten Steuerventils entlang einer entsprechenden Kurve. Es sind mehrere derartige Kurven 306, 307, 308 und 309 für verschiedene Werte der Motordrehzahl aufgezeichnet, so dass die Drehzahlwerte von 309 zu 308 zu 307 zu 306 monoton fallen. Gewöhnlich kann zum Zeitpunkt des Betriebs, für einen gegebenen Wert der Öffnung des ersten Steuerventils eine geeignete Motordrehzahl aufrechterhalten werden, um einen Sollwert T*_ATS (312) an dem ATS zu erreichen. Die Kurven 306, 307, 308 und 309 zeigen einen Kompromiss zwischen den Einstellungen des ersten Steuerventils 92 und der Motordrehzahl an. Wenn die Öffnung V* (316) des ersten Steuerventils für einen bestimmten Wert von T*_ATS (312) abnimmt, nimmt auch die erforderliche Drehzahl S* (314) des Motors ab.
4 zeigt eine schematische Darstellung der Funktionsbeziehung zwischen der Temperatur des Abgasstroms 58 (1), wie durch den Temperatursensor 66 an der Eintrittsstelle des ATS 64 (1) aufgezeichnet, und der Kraftstoffdurchflussrate durch den Motor 74 (1). Die Verbrennungsbedingungen werden derart aufrechterhalten, dass die Nettoleistungsabgabe des Motors zu Null gesetzt ist, kein Kraftstoff zu den Geberzylindern geliefert wird, das zweite Steuerventil 94 vollständig geschlossen ist und das erste Steuerventil 92 teilweise offen ist. Die vorstehend erwähnte Funktionsbeziehung unter den vorstehend erwähnten Verbrennungsbedingungen kann durch eine zweidimensionale Grafik 400 in 4 dargestellt werden. Die horizontale Achse 402 kennzeichnet die Kraftstoffdurchflussrate durch den Motor in einer zunehmenden Richtung von dem Ursprung nach rechts. Die vertikale Achse 404 kennzeichnet die Temperatur des ATS (T_ATS) in einer zunehmenden Richtung von dem Ursprung nach oben.
Gewöhnlich gibt es einen Schwellenminimumsollwert von T_ATS, der mit T*_ATS (412) bezeichnet ist, an dem eine optimale Regeneration des ATS 64 (1) stattfindet. In einer Ausführungsform der Erfindung beträgt T*_ATS 265°C. Erneut bezugnehmend auf 4 variiert die Temperatur an dem ATS bei jeder speziellen Motordrehzahl mit der Kraftstoffdurchflussrate entlang einer entsprechenden Kurve. Es sind mehrere derartige Kurven 406, 407, 408 und 409 für verschiedene Werte der Motordrehzahl aufgezeichnet, so dass die Drehzahlwerte von 409 zu 408 zu 407 zu 406 monoton fallen. Gewöhnlich kann eine geeignete Motordrehzahl zum Zeitpunkt des Betriebs für einen gegebenen Wert der Kraftstoffdurchflussrate aufrechterhalten werden, um einen gewünschten Wert T*_ATS (412) an dem ATS aufrechtzuerhalten. Die Kurven 406, 407, 408 und 409 zeigen einen Kompromiss zwischen der Kraftstoffdurchflussrate und der Motordrehzahl an. Wenn die Kraftstoffdurchflussrate F* (416) für einen bestimmten Wert von T*_ATS (412) abnimmt, nimmt auch die erforderliche Drehzahl S* (414) des Motors ab.
5 zeigt eine schematische Darstellung der Funktionsbeziehung zwischen der Temperatur des Abgasstroms 58 (1), wie durch den Temperatursensor 66 an der Eintrittsstelle des ATS 64 (1) aufgezeichnet, und dem Druck in der Abgasrückführungssammelleitung 46 (1). Die Verbrennungsbedingungen werden derart aufrechterhalten, dass die Nettoleistungsabgabe des Motors zu Null festgesetzt ist, kein Kraftstoff zu den Geberzylindern geliefert wird, das zweite Steuerventil 94 vollständig geschlossen ist und das erste Steuerventil 92 teilweise offen ist. Die vorstehend erwähnte Funktionsbeziehung unter den vorstehend erwähnten Verbrennungsbedingungen kann durch eine zweidimensionale Grafik 500 in 5 dargestellt werden. Die horizontale Achse 502 kennzeichnet den Druck in der Abgasrückführungssammelleitung in einer zunehmenden Richtung von dem Ursprung nach rechts. Die vertikale Achse 504 kennzeichnet die Temperatur des ATS (T_ATS) in einer zunehmenden Richtung von dem Ursprung nach oben.
Gewöhnlich gibt es einen Schwellenminimumsollwert von T_ATS, der mit T*_ATS (512) bezeichnet ist, bei dem eine optimale Regeneration des ATS 64 (1) stattfindet. In einer Ausführungsform der Erfindung beträgt T*_ATS 265°C. Erneut bezugnehmend auf 5 variiert die Temperatur an dem ATS bei jeder speziellen Motordrehzahl mit dem Druck in der Abgasrückführungsleitung entlang einer entsprechenden Kurve. Es sind mehrere derartige Kurven 506, 507, 508 und 509 für verschiedene Werte der Motordrehzahl aufgezeichnet, so dass die Drehzahlwerte von 506 zu 507 zu 508 zu 509 monoton fallen. Gewöhnlich kann eine geeignete Motordrehzahl zum Zeitpunkt des Betriebs, für einen gegebenen Wert des Drucks in der Abgasrückführungssammelleitung aufrechterhalten werden, um einen gewünschten Wert T*_ATS (512) an dem ATS zu erreichen. Die Kurven 506, 507, 508 und 509 deuten einen Kompromiss zwischen dem Druck in der Abgasrückführungssammelleitung und der Motordrehzahl an. Wenn der Druck in der Abgasrückführungssammelleitung P* (516) für einen bestimmten Wert von 512 steigt, verringert sich die Drehzahl S* (514) des Motors.
6 zeigt eine schematische Darstellung der Funktionsbeziehung zwischen dem Druck in der Abgasrückführungssammelleitung 46 (1) und der Öffnung des ersten Steuerventils 92 (1). Die Verbrennungsbedingungen werden derart aufrechterhalten, dass die Nettoleistungsabgabe des Motors zu Null festgesetzt ist, kein Kraftstoff zu den Geberzylindern geliefert wird, das zweite Steuerventil 94 vollständig geschlossen ist und das erste Steuerventil 92 teilweise offen ist. Die vorstehend erwähnte Funktionsbeziehung unter den vorstehend erwähnten Verbrennungsbedingungen kann durch eine zweidimensionale Grafik 600 in 6 dargestellt werden. Die horizontale Achse 602 kennzeichnet eine Öffnung des ersten Steuerventils in einer zunehmenden Richtung von dem Ursprung nach rechts. Die vertikale Achse 604 kennzeichnet den Druck in der Abgasrückführungssammelleitung in einer zunehmenden Richtung von dem Ursprung nach oben.
Erneut bezugnehmend auf 6 variiert der Druck in der Abgasrückführungssammelleitung bei jeder speziellen Motordrehzahl mit der Öffnung des ersten Steuerventils entlang einer entsprechenden Kurve. Es sind mehrere derartige Kurven 606, 607, 608 und 609 für verschiedene Werte der Motordrehzahl aufgezeichnet, so dass die Drehzahlwerte von 609 zu 608 zu 607 zu 606 monoton fallen. Gewöhnlich kann eine geeignete Motordrehzahl zum Zeitpunkt des Betriebs, für einen gegebenen Wert der Öffnung des ersten Steuerventils aufrechterhalten werden, um einen Solldruck in der Abgasrückführungssammelleitung zu erreichen. Die Kurven 606, 607, 608 und 609 zeigen einen Kompromiss zwischen den Einstellungen des ersten Steuerventils 92 und der Motordrehzahl in Bezug auf den Druck in der Abgasrückführungssammelleitung an. Wenn für einen bestimmten Wert des Drucks in der Abgasrückführungssammelleitung P* (612) die Öffnung V* (616) des ersten Steuerventils abnimmt, nimmt auch die erforderliche Drehzahl S* (614) des Motors ab.
7 zeigt eine schematische Darstellung der Funktionsbeziehung zwischen der Temperatur des Abgasstroms 58 (1), wie durch den Temperatursensor 66 an der Eintrittsstelle des ATS 64 (1) aufgezeichnet, und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch den Motor 74 (1). Die Verbrennungsbedingungen werden derart aufrechterhalten, dass die Nettoleistungsausgabe des Motors zu Null festgesetzt ist, kein Kraftstoff zu den Geberzylindern geliefert wird, das zweite Steuerventil 94 vollständig geschlossen ist und das erste Steuerventil 92 vollständig offen ist. Die vorstehend erwähnte Funktionsbeziehung kann unter den vorstehend erwähnten Verbrennungsbedingungen durch eine zweidimensionale Grafik 700 in 7 dargestellt werden. Die horizontale Achse 702 kennzeichnet das Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch den Motor in einer zunehmenden Richtung von dem Ursprung nach rechts. Die vertikale Achse 704 kennzeichnet die Temperatur des ATS (T_ATS) in einer zunehmenden Richtung von dem Ursprung nach oben.
Gewöhnlich gibt es einen Schwellenminimumsollwert von T_ATS, der mit T*_ATS (712) bezeichnet ist, an dem eine optimale Regeneration des ATS 64 (1) stattfindet. In einer Ausführungsform der Erfindung beträgt T*_ATS 265°C. Erneut bezugnehmend auf 7 variiert die Temperatur an dem ATS bei jeder speziellen Motordrehzahl mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis entlang einer entsprechenden Kurve. Es sind mehrere derartige Kurven 706, 707, 708 und 709 für verschiedene Werte der Motordrehzahl aufgezeichnet, so dass die Drehzahlwerte von 709 zu 708 zu 707 zu 706 monoton abnehmen. Gewöhnlich kann eine geeignete Motordrehzahl zum Zeitpunkt des Betriebs für einen gegebenen Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Systems aufrechterhalten werden, um einen gewünschten Wert T*_ATS (712) an dem ATS zu erreichen. Die Kurven 706, 707, 708 und 709 zeigen einen Kompromiss zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und der Motordrehzahl an. Wenn für einen bestimmten Wert von 712 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis R* (716) des Systems abnimmt, nimmt auch die Drehzahl S* (714) des Motors ab.
8 zeigt eine schematische Darstellung der Funktionsbeziehung zwischen der Temperatur des Abgasstroms 58 (1), wie durch den Temperatursensor 66 an der Eintrittsstelle des ATS 64 (1) aufgezeichnet, und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Nicht-Geberzylindern. Die Verbrennungsbedingungen werden derart aufrechterhalten, dass die Nettoleistungsausgabe des Motors zu Null festgesetzt ist, kein Kraftstoff zu dem Geberzylinder geliefert wird, das zweite Ventil 94 vollständig geschlossen ist und das erste Steuerventil 92 vollständig offen ist. Die vorstehend erwähnte Funktionsbeziehung unter den vorstehend erwähnten Verbrennungsbedingungen kann durch eine zweidimensionale Grafik 800 in 8 dargestellt werden. Die horizontale Achse 802 kennzeichnet das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Nicht-Geberzylinders durch den Motor 74 (1) in einer zunehmenden Richtung von dem Ursprung nach rechts. Die vertikale Achse 804 kennzeichnet die Temperatur des ATS (T_ATS) in einer zunehmenden Richtung von dem Ursprung nach oben. Gewöhnlich gibt es einen Schwellenminimumsollwert von T_ATS, der mit T*_ATS (812) bezeichnet ist, an dem eine optimale Regeneration des ATS 64 (1) stattfindet. In einer Ausführungsform der Erfindung beträgt T*_ATS 265°C.
Erneut bezugnehmend auf 8 variiert die Temperatur an dem ATS bei jeder speziellen Motordrehzahl mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Nicht-Geberzylinders entlang einer entsprechenden Kurve. Es sind mehrere derartige Kurven 806, 807, 808 und 809 für verschiedene Werte der Motordrehzahl aufgezeichnet, so dass die Drehzahlwerte von 806 zu 807 zu 808 zu 909 monoton fallen. Gewöhnlich kann eine geeignete Motordrehzahl zum Zeitpunkt des Betriebs für einen gegebenen Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Nicht-Geberzylinders aufrechterhalten werden, um einen Sollwert T*_ATS (812) an dem ATS zu erreichen. Die Kurven 806, 807, 808 und 809 zeigen einen Kompromiss zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Nicht-Geberzylinders und der Motordrehzahl an. Wenn für einen bestimmten Wert von 812 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis R* (816) des Nicht-Geberzylinders abnimmt, steigt die Drehzahl S* (814) des Motors. 7 und 8 geben Einblick in die Gründe für die Änderung der Abgastemperatur hinsichtlich einer Änderung der Luft-Kraftstoff-Verhältnisse.
Erneut bezugnehmend auf 2 und die Steuerlogik 200 wird im Schritt 222 T_ATS bestimmt, nachdem die erste Kombination von Steuermaßnahmen durchgeführt worden ist. Anschließend wird im Schritt 224 erneut festgestellt, ob T_ATS größer ist als T*_ATS. Falls T_ATS größer ist als T*_ATS, wird ein weiterer Betrieb fortgeführt, wie im Schritt 206. Wenn T_ATS kleiner ist als T*_ATS, ist ein weiterer Temperaturanstieg erwünscht, wie im Schritt 226. Im Schritt 232 wird eine zweite Kombination von Steuermaßnahmen durchgeführt. Als ein Teil der zweiten Kombination von Steuermaßnahmen wird das zweite Steuerventil 94 (1) vollständig geschlossen, wie im Schritt 234; das erste Steuerventil 92 (1) und das dritte Steuerventil 96 (1) werden teilweise geöffnet, wie im Schritt 236; und die Drehzahl des Motors 74 (1) wird angepasst, wie im Schritt 238. Diese Steuerungskombination ist nachstehend in größeren Einzelheiten unter Zuhilfenahme der 9–12 weiter ausgeführt.
9 zeigt in schematisierter Weise die Funktionsbeziehung zwischen der Temperatur des Abgasstroms 58 (1), wie durch den Temperatursensor 66 an der Eintrittsstelle des ATS 64 (1) aufgezeichnet, und der Öffnung des ersten Steuerventils 92 (1) für eine bestimmte Einstellung des dritten Steuerventils 96. Die Verbrennungsbedingungen werden derart aufrechterhalten, dass die Nettoleistungsausgabe des Motors zu Null gesetzt ist, kein Kraftstoff zu den Geberzylindern geliefert wird, das zweite Steuerventil 94 vollständig geschlossen ist und das erste Steuerventil 92 teilweise offen ist. Zusätzlich ist das dritte Steuerventil 96 betriebsbereit und die Öffnung des Ventils 96 lässt sich in variabler Weise steuern. Die vorstehend erwähnte Funktionsbeziehung unter den vorstehend erwähnten Verbrennungsbedingungen kann durch eine zweidimensionale Grafik 900 in 9 dargestellt werden. Die horizontale Achse 902 kennzeichnet eine Öffnung des ersten Steuerventils in einer zunehmenden Richtung von dem Ursprung nach rechts. Die vertikale Achse 904 kennzeichnet die Temperatur des ATS (T_ATS) in einer zunehmenden Richtung von dem Ursprung nach oben. Gewöhnlich gibt es einen Schwellenminimumsollwert von T_ATS, der mit T*_ATS (912) bezeichnet ist, an dem eine optionale Regeneration des ATS 64 (1) stattfindet. In einer Ausführungsform der Erfindung beträgt T*_ATS 265°C.
Erneut bezugnehmend auf 9 variiert die Temperatur an dem ATS bei jeder speziellen Motordrehzahl und jeder speziellen Öffnung des dritten Steuerventils 96 mit dem Öffnen des ersten Steuerventils entlang einer entsprechenden Kurve. Es sind mehrere derartige Kurven 924, 926, 928; 934, 936, 938; und 944, 966 für verschiedene Werte der Motordrehzahl und verschiedene Werte der Öffnung des dritten Steuerventil aufgezeichnet. Insbesondere enthält ein Bündel 922, das eine bestimmte Motordrehzahl kennzeichnet, die Kurven 924, 926 und 928, die verschiedenen Öffnungswerten des dritten Steuerventils 96 entsprechen. Die Öffnungswerte des dritten Steuerventils 96 nehmen von 928 zu 926 zu 924 monoton ab. In ähnlicher Weise kennzeichnen die Bündel 932 und 942 andere spezielle Motordrehzahlwerte, und sie enthalten die Kurven 924, 936, 938 und 944, 946, die verschiedenen Öffnungswerten des dritten Steuerventils 96 entsprechen. Die Öffnungswerte des dritten Steuerventils 96 nehmen von 938 zu 936 zu 934 und von 946 zu 944 monoton ab. Wie bei der Motordrehzahl nehmen die Werte, die den Bündeln 922, 932 und 942 zugeordnet sind, von 942 zu 932 zu 922 monoton ab.
Gewöhnlich können zum Zeitpunkt des Betriebs für einen gegebenen Wert der Öffnung des ersten Steuerventils eine geeignete Motordrehzahl und eine entsprechende geeignete Öffnungsgröße des dritten Steuerventils aufrechterhalten werden, um einen Sollwert T*_ATS (912) an dem ATS zu erreichen. Die Kurven 924, 926, 928; 934, 936, 938; und 944, 966 zeigen einen Kompromiss zwischen den Einstellungen der Steuerventile 92 und 96 und der Motordrehzahl an. Wenn für einen bestimmten Wert von T*_ATS (912) die Öffnung V1* (956) des ersten Steuerventils abnimmt, nimmt die erforderliche Drehzahl S* (954) des Motors ab, und die Öffnungsgröße des dritten Steuerventils V3* (958) nimmt ebenfalls ab. Ferner kann aus 9 ersehen werden, dass die relative Auswirkung des dritten Steuerventils bei höheren Öffnungsgrößen des ersten Steuerventils (rechte Seite der horizontalen Achse 902) größer ist als bei niedrigeren Öffnungsgrößen des ersten Steuerventils (linke Seite der horizontalen Achse 902). Da höhere Öffnungsgrößen des ersten Steuerventils einen geringeren Druck in der Abgasrückführungssammelleitung 46 (6) zur Folge haben, kann daraus geschlossen werden, dass die Empfindlichkeit der Öffnung des dritten Steuerventils für eine gewünschte Veränderung des T_ATS bei geringerer Abgasbremsung, die durch eine Gegendruckbelastung der Abgasrückführungssammelleitung 46 (1) hervorgerufen ist, höher ist.
10 stellt in schematisierter Weise die Funktionsbeziehung zwischen der Temperatur des Abgasstroms 58 (1), wie durch den Temperatursensor 66 an der Eintrittsstelle des ATS 64 (1) aufgezeichnet, und der Öffnung des ersten Steuerventils 92 (1) für eine alternative Einstellung des dritten Steuerventils 96 dar. Bezugnehmend auf 1 ist das dritte Steuerventil 98 in dem Ansaugkrümmer 42 an einer Stelle platziert, nachdem der Abgasrückführungsstrom in der Schleife 13 sich mit dem Ansauggemisch 54 vermischt. Die Verbrennungsbedingungen werden derart aufrechterhalten, dass die Nettoleistungsausgabe des Motors zu Null festgesetzt ist, kein Kraftstoff zu den Geberzylindern geliefert wird, das zweite Steuerventil 94 vollständig geschlossen ist und das erste Steuerventil 92 teilweise offen ist. Zusätzlich ist das dritte Steuerventil 98 betriebsbereit, und die Öffnung des Ventils 98 lässt sich variabel steuern. Die vorstehend erwähnte Funktionsbeziehung unter den vorstehend erwähnten Verbrennungsbedingungen kann durch eine zweidimensionale Grafik 1000 in 10 dargestellt werden. Die horizontale Achse 1002 kennzeichnet eine Öffnung des ersten Steuerventils in einer zunehmenden Richtung von dem Ursprung nach rechts. Die vertikale Achse 1004 kennzeichnet eine Temperatur des ATS (T_ATS) in einer zunehmenden Richtung von dem Ursprung nach oben. Gewöhnlich gibt es einen Schwellenminimumsollwert von T_ATS, der mit T*_ATS (1012) bezeichnet ist, an dem eine optimale Regeneration des ATS 64 (1) stattfindet. In einer Ausführungsform der Erfindung beträgt T*_ATS 265°C.
Erneut bezugnehmend auf 10 variiert die Temperatur an dem ATS bei jeder speziellen Drehzahl und jeder speziellen Öffnung des dritten Steuerventils 98 mit der Öffnung des ersten Steuerventils entlang einer entsprechenden Kurve. Es sind mehrere derartige Kurven 1024, 1026, 1028; 1034, 1036, 1038; und 1044, 1066 für verschiedene Werte der Motordrehzahl und verschiedene Werte der Öffnung des dritten Steuerventils aufgezeichnet. Insbesondere enthält ein Bündel 1022, das eine spezielle Motordrehzahl kennzeichnet, die Kurven 1024, 1026 und 1028, die verschiedenen Öffnungswerten des dritten Steuerventils 98 entsprechen. Die Öffnungswerte des dritten Steuerventils 98 nehmen von 1028 zu 1026 zu 1024 monoton ab. In ähnlicher Weise kennzeichnen die Bündel 1032 und 1042 andere spezielle Motordrehzahlwerte und sie enthalten die Kurven 1034, 1036, 1038 und 1044, 1046, die verschiedenen Öffnungswerten des dritten Steuerventils 98 entsprechen. Die Öffnungswerte des dritten Steuerventils 98 nehmen von 1038 zu 1036 zu 1034 und von 1046 zu 1044 monoton ab. Wie bei der Motordrehzahl nehmen die Werte, die den Bündeln 1022, 1032 und 1042 zugeordnet sind, von 1042 zu 1032 zu 1022 monoton ab.
Gewöhnlich können zum Zeitpunkt des Betriebs für einen gegebenen Wert der Öffnung des ersten Steuerventils eine geeignete Motordrehzahl und eine zugehörige geeignete Öffnungsgröße des dritten Steuerventils aufrechterhalten werden, um einen Sollwert T*_ATS (1012) an dem ATS zu erreichen. Die Kurven 1024, 1026, 1028; 1034, 1036, 1038; und 1044, 1046 zeigen einen Kompromiss zwischen den Einstellungen der Steuerventile 92 und 98 und der Motordrehzahl an. Wenn für einen bestimmten Wert von T*_ATS (1012) die Öffnung V1* (1056) des ersten Steuerventils abnimmt, nimmt die erforderliche Drehzahl S* (1054) des Motors ab, und die Öffnungsgröße des dritten Steuerventils V3* (1058) nimmt ebenfalls ab. Ferner kann aus 10 ersehen werden, dass die relative Auswirkung des dritten Steuerventils bei höheren Öffnungsgrößen des ersten Steuerventils (rechte Seite der horizontalen Achse 1002) größer ist als bei geringen Öffnungsgrößen des ersten Steuerventils (linke Seite der horizontalen Achse 1002). Da höhere Öffnungsgrößen des ersten Steuerventils einen geringen Druck in der Abgasrückführungssammelleitung 46 (6) zur Folge haben, kann daraus geschlossen werden, dass die Empfindlichkeit der Öffnung des dritten Steuerventils für eine gewünschte Änderung des T_ATS bei geringerer Motorbremsung, die durch eine Gegendruckbelastung der Abgasrückführungssammelleitung 46 (1) hervorgerufen ist, höher ist. Es kann ferner aus den 9 und 10 geschlossen werden, dass die Auswirkung der alternativen Konfigurationen 96 und 98 des dritten Steuerventils auf die Manipulation der Abgastemperatur unabhängig von der Lage des dritten Steuerventils an dem Ansaugkrümmer 42 (1) annähernd gleich ist. Deshalb sind die Verbrennungseigenschaften des Systems 10 (1) in den nachfolgenden Absätzen nur für die Einstellung 96 des dritten Steuerventils beschrieben.
11 zeigt eine schematische Darstellung der Funktionsbeziehung zwischen der Temperatur des Abgasstroms 58 (1), wie durch den Temperatursensor 66 an einer Eintrittsstelle des ATS 64 (1) aufgezeichnet, und der Kraftstoffdurchflussrate durch den Motor 74 (1) für eine bestimmte Einstellung des dritten Steuerventils 96. Die Verbrennungsbedingungen werden derart aufrechterhalten, dass die Nettoleistungsausgabe zu Null festgesetzt ist, kein Kraftstoff zu den Geberzylindern geliefert wird, das zweite Steuerventil 94 vollständig geschlossen ist und das erste Steuerventil 92 teilweise offen ist. Zusätzlich ist das dritte Steuerventil 96 betriebsbereit, und die Öffnung des Ventils 96 lässt sich in variabler Weise steuern. Die vorstehend erwähnte Funktionsbeziehung unter den vorstehend erwähnten Verbrennungsbedingungen kann durch eine zweidimensionale Grafik 1100 in 11 dargestellt werden. Die horizontale Achse 1102 kennzeichnet die Kraftstoffdurchflussrate in einer zunehmenden Richtung von dem Ursprung nach rechts. Die vertikale Achse 1104 kennzeichnet die Temperatur des ATS (T_ATS) in einer zunehmenden Richtung von dem Ursprung nach oben. Gewöhnlich gibt es einen Schwellenminimumsollwert von T_ATS, der mit T*_ATS (1112) bezeichnet ist, an dem eine optimale Regeneration des ATS 64 (1) stattfindet. In einer Ausführungsform der Erfindung beträgt T*_ATS 265°C.
Erneut bezugnehmend auf 11 variiert die Temperatur an dem ATS bei jeder speziellen Motordrehzahl und jeder speziellen Öffnung des dritten Steuerventils 96 mit der Kraftstoffrate entlang einer entsprechenden Kurve. Es sind mehrere derartige Kurven 1124, 1126, 1128; 1134, 1136, 1338 und 1144, 1166 für verschiedene Werte der Motordrehzahl und verschiedene Werte der Öffnung des dritten Steuerventils aufgezeichnet. Insbesondere enthält ein Bündel 1122, das eine bestimmte Motordrehzahl kennzeichnet, die Kurven 1124, 1126 und 1128, die verschiedenen Öffnungswerten des dritten Steuerventils 96 entsprechen. Die Öffnungswerte des dritten Steuerventils 96 nehmen von 1124 zu 1126 zu 1128 monoton ab. In ähnlicher Weise kennzeichnen die Bündel 1132 und 1142 andere spezielle Motordrehzahlwerte, und sie enthalten die Kurven 1134, 1136, 1138 und 1144, 1146, die verschiedenen Öffnungswerten des dritten Steuerventils 96 entsprechen. Die Öffnungswerte des dritten Steuerventils 96 nehmen von 1134 zu 1136 zu 1138 und von 1144 zu 1146 monoton ab. Wie bei der Motordrehzahl nehmen die Werte, die mit den Bündeln 1122, 1132 und 1142 verbunden sind, von 1142 zu 1132 zu 1122 monoton ab.
Gewöhnlich können zum Zeitpunkt des Betriebs, für einen gegebenen Wert der Kraftstoffrate eine geeignete Motordrehzahl und eine zugehörige geeignete Öffnungsgröße des dritten Steuerventils aufrechterhalten werden, um einen Sollwert T*_ATS (1112) an dem ATS zu erreichen. Die Kurven 1124, 1126, 1128; 1134, 1136, 1138; und 1144, 1166 zeigen einen Kompromiss zwischen der Kraftstoffrate, der Einstellung des Steuerventils 96 und der Motordrehzahl an. Wenn für einen bestimmten Wert von T*_ATS (1112) die Kraftstoffrate F1* (1158) abnimmt, nimmt die erforderliche Drehzahl S* (1154) des Motors ab, und die Öffnungsgröße des dritten Steuerventils V3* (1156) nimmt ebenfalls ab. Ferner kann aus 11 ersehen werden, dass die relative Auswirkung des dritten Steuerventils bei höheren Kraftstoffraten (rechte Seite der horizontalen Achse 1102) höher ist als bei geringeren Kraftstoffraten (linke Seite der horizontalen Achse (1102). Da höhere Kraftstoffraten eine höhere T_ATS (4) zur Folge haben, kann daraus geschlossen werden, dass die Empfindlichkeit der Öffnung des dritten Steuerventils für eine gewünschte Veränderung des T_ATS bei höheren Kraftstoffraten höher ist.
12 zeigt eine schematische Darstellung der Funktionsbeziehung zwischen der Temperatur des Abgasstroms 58 (1), wie durch den Temperatursensor 66 an einer Eintrittsstelle des ATS 64 (1) aufgezeichnet, und dem Druck in der Abgasrückführungssammelleitung 46 (1) für eine bestimmte Einstellung des dritten Steuerventils 96. Die Verbrennungsbedingungen werden derart aufrechterhalten, dass die Nettoleistungsausgabe des Motors zu null festgesetzt ist, kein Kraftstoff zu den Geberzylindern geliefert wird, das zweite Steuerventil 94 vollständig geschlossen ist und das erste Steuerventil 92 teilweise offen ist. Zusätzlich ist das dritte Steuerventil 96 betriebsbereit, und die Öffnung des Ventils 96 lässt sich variabel steuern. Die vorstehend erwähnte Funktionsbeziehung unter den vorstehend erwähnten Verbrennungsbedingungen kann durch eine zweidimensionale Grafik 1200 in 12 dargestellt werden. Die horizontale Achse 1202 kennzeichnet den Druck in der Abgasrückführungssammelleitung 46 in einer zunehmenden Richtung von dem Ursprung nach rechts. Die vertikale Achse 1204 kennzeichnet die Temperatur des ATS (T_ATS) in einer zunehmenden Richtung von dem Ursprung nach oben. Gewöhnlich gibt es einen Schwellenminimumsollwert von T_ATS, der mit T*_ATS (1212) bezeichnet ist, an dem eine optimale Regeneration des ATS 64 (1) stattfindet. In einer Ausführungsform der Erfindung beträgt T*_ATS 265°C.
Erneut bezugnehmend auf 12 variiert die Temperatur an dem ATS bei jeder bestimmten Motordrehzahl und jeder bestimmten Öffnung des dritten Steuerventils 96 mit dem Druck in der Abgasrückführungssammelleitung 46 entlang einer entsprechenden Kurve. Es sind mehrere derartige Kurven 1224, 1226, 1228; 1234, 1236, 1238; und 1244, 1266 für verschiedene Werte der Motordrehzahl und verschiedene Werte der Öffnung des dritten Steuerventils aufgezeichnet. Insbesondere enthält ein Bündel 1222, das eine spezielle Motordrehzahl kennzeichnet, die Kurven 1224, 1226 und 1228, die verschiedenen Öffnungswerten des dritten Steuerventils 96 entsprechen. Die Öffnungswerte des dritten Steuerventils 96 nehmen von 1224 zu 1226 zu 1228 monoton ab. In ähnlicher Weise kennzeichnen die Bündel 1232 und 1242 andere spezielle Motordrehzahlwerte, und sie enthalten die Kurven 1234, 1236, 1238 und 1244, 1246, die verschiedenen Öffnungswerten des dritten Steuerventils 96 entsprechen. Die Öffnungswerte des dritten Steuerventils 96 nehmen von 1234 zu 1236 zu 1238 und von 1244 zu 1246 monoton ab. Wie bei der Motordrehzahl nehmen die Werte, die mit den Bündeln 1222, 1232 und 1242 verbunden sind, von 1242 zu 1232 zu 1222 monoton ab.
Gewöhnlich können zum Zeitpunkt des Betriebs, für einen gegebenen Wert des Drucks in der Abgasrückführungssammelleitung 46 eine geeignete Motordrehzahl und eine zugehörige geeignete Öffnungsgröße des dritten Steuerventils aufrechterhalten werden, um einen Sollwert T*_ATS (1212) an dem ATS zu erreichen. Die Kurven 1224, 1226, 1228; 1234, 1236, 1238; und 1244, 1266 zeigen einen Kompromiss zwischen dem Druck in der Abgasrückführungssammelleitung 36, der Einstellung des Steuerventils 96 und der Motordrehzahl an. Wenn für einen bestimmten Wert von T*_ATS (1212) der Druck in der Abgasrückführungssammelleitung 46 P1* (1258) steigt, nimmt die erforderliche Drehzahl S* (1254) des Motors ab, und die Öffnungsgröße des dritten Steuerventils V3* (1256) nimmt ebenfalls ab. Ferner kann aus 12 ersehen werden, dass die relative Auswirkung des dritten Steuerventils bei einem geringeren Druck in der Abgasrückführungssammelleitung 46 (linke Seite der horizontalen Achse 1202) größer ist als bei einem höheren Druck in der Abgasrückführungssammelleitung 46 (rechte Seite der horizontalen Achse 1202). Ein geringerer Druck in der Abgasrückführungssammelleitung 46 entspricht gewöhnlich einem geringeren Maß der Abgasbremsung. Ferner kann, da ein geringerer Druck in der Abgasrückführungssammelleitung 46 einen geringeren T_ATS (5) zur Folge hat, geschlossen werden, dass die Empfindlichkeit der Öffnung des dritten Steuerventils für eine gewünschte Veränderung des T_ATS bei einem geringeren Druck in der Abgasrückführungssammelleitung 46 höher ist.
Erneut bezugnehmend auf 2 und die Steuerlogik 200 wird im Schritt 242 T_ATS bestimmt, nachdem die zweite Kombination der Steuermaßnahmen durchgeführt worden ist. Anschließend wird im Schritt 244 festgestellt, ob T_ATS größer ist als T*_ATS. Falls T_ATS größer ist als T*_ATS, wird der Betrieb fortgesetzt, wie im Schritt 206. Wenn T_ATS kleiner ist als T*_ATS, wie im Schritt 244, wird auf alternative Konfigurationen zugegriffen, um T_ATS weiter zu erhöhen. In einer Ausführungsform der Erfindung wird eine alternative Konfiguration der ersten Kombination von Steuermaßnahmen versucht, wie im Schritt 212, bis die gewünschte Temperatur erreicht ist. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird eine alternative Konfiguration der zweiten Kombination von Steuerungsmaßnahmen versucht, wie im Schritt 232, bis die gewünschte Temperatur erreicht ist.
13 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 1300 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 1300 sieht eine Wärmerückgewinnung aus einem Teil der Abgase aus den Geberzylindern eines Motors vor, die verwendet wird, um ein Abgasnachbehandlungssystem zu regenerieren, das zur Steuerung von NO_x-Emissionen aus dem Motor verwendet wird. Das Verfahren enthält ein Empfangen von Luft in einem Ansaugkrümmer, wie im Schritt 1302, und Verbrennen der Ansaugluft, die mit Brennstoff vermischt wird, in wenigstens einem Geberzylinder und in wenigstens einem Nicht-Geberzylinder, wie im Schritt 1304. Das Verfahren enthält ferner ein Leiten eines ersten Teils der Geberzylinderabgasemissionen von dem wenigstens einen Geberzylinder zu einem Abgaskrümmer, wie in Schritt 1306. Das Verfahren enthält ferner ein Rückführen eines zweiten Teils der Geberzylinderabgasemissionen von dem wenigstens einen Geberzylinder zu der Abgasrückführungsleitung, wie im Schritt 1308. Das Verfahren enthält ferner ein Ausstoßen von Motorverbrennungsabgasemissionen aus dem Nicht-Geberzylinder und dem Geberzylinder über den Abgaskrümmer, wie im Schritt 1312, und Nachbehandeln der Motorverbrennungsabgasemissionen aus dem Abgaskrümmer, wie im Schritt 1314. Das Verfahren enthält ferner ein Bestimmen einer Temperatur der Motorverbrennungsabgasemissionen, wie im Schritt 1316. Das Verfahren enthält anschließend ein Steuern eines Parameters des Motors in Abhängigkeit von der Temperatur, wie im Schritt 1318. Das Verfahren zur Steuerung enthält ferner ein Steuern eines Druckniveaus in der Abgasrückführungsleitung, wie im Schritt 1322, Abgasbremsen des Motors bei dem Druckniveau, wie im Schritt 1324, Gegendruckbelastung des wenigstens einen Geberzylinders bei dem Druckniveau, wie im Schritt 1326, und Erhöhen des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses in den Zylindern, wie im Schritt 1328.
Zusammenfassend kann in einer Ausführungsform der Erfindung die Abgastemperatur des Motors 74 durch Verwendung des ersten Steuerventils 92 und des zweiten Steuerventils 94 erhöht werden, um die Abgasrückführungsleitung 46, die mit den Geberzylindern 12 verbunden ist, zu einer Abgasbremsvorrichtung zu verwandeln. Es muss ein zugehöriger Kompromiss getroffen/eine Optimierung zwischen der Motordrehzahl und den Einstellungen der Steuerventile 92 und 94 vorgenommen werden, um die gewünschte Bedingung zu erreichen. Außerdem ermöglicht die Hinzufügung des dritten Steuerventils 96 oder seiner alternativen Konfiguration 98 eine weitere Optimierung.
Außerdem wird der Fachmann die Austauschbarkeit verschiedener Merkmale aus verschiedenen Ausführungsformen erkennen. In ähnlicher Weise können die verschiedenen Verfahrensschritte und Merkmale, wie sie beschrieben sind, sowie andere bekannte Äquivalente für jedes derartige Verfahren und Merkmal durch einen Fachmann auf dem Gebiet gemischt und angepasst werden, um weitere Anordnungen und Methoden gemäß den Prinzipien dieser Offenbarung zu schaffen. Natürlich sollte verstanden werden, dass nicht notwendigerweise all derartige Aufgaben oder Vorteile, wie sie vorstehend beschrieben sind, gemäß jeder speziellen Ausführungsform erreicht werden können. Somit werden Fachleute auf dem Gebiet beispielsweise erkennen, dass die Anordnungen und Methoden, wie sie hierin beschrieben sind, in einer Weise realisiert oder ausgeführt werden können, die einen Vorteil oder eine Gruppe von Vorteilen, wie sie hierin gelehrt werden, erreicht oder optimiert, ohne notwendigerweise andere Aufgaben oder Vorteile, wie sie hierin gelehrt oder nahegelegt sein können, zu erreichen.
Während lediglich bestimmte Merkmale der Erfindung hierin veranschaulicht und beschrieben sind, werden Fachleuten auf dem Gebiet viele Modifikationen und Veränderungen einfallen. Es sollte folglich verstanden werden, dass die beigefügten Ansprüche dazu vorgesehen sind, alle derartige Modifikationen und Veränderungen, wie sie in den wahren Rahmen der Erfindung fallen, zu umfassen.

Claims

Motor, der aufweist: wenigstens einen Geberzylinder, der mit einem Ansaugkrümmer verbunden ist; wobei der Ansaugkrümmer eingerichtet ist, um Ansaugluft dem wenigstens einen Geberzylinder zuzuführen, und wobei der Geberzylinder eingerichtet ist, um ein Gemisch aus der Ansaugluft und einer ersten Zufuhr eines Verbrennungskraftstoffs zu verbrennen; wenigstens einen Nicht-Geberzylinder, der mit dem Ansaugkrümmer und einem Abgaskrümmer verbunden ist; wobei der Ansaugkrümmer ferner eingerichtet ist, um die Ansaugluft dem wenigstens einen Nicht-Geberzylinder zuzuführen; wobei der Nicht-Geberzylinder eingerichtet ist, um ein Gemisch aus der Ansaugluft und einer zweiten Zufuhr des Verbrennungskraftstoffs zu verbrennen; und wobei der Abgaskrümmer eingerichtet ist, um Motorabgasemissionen aus dem wenigstens einen Geberzylinder und dem wenigstens einen Nicht-Geberzylinder zu führen; eine Abgasrückführungsleitung, die sich von dem wenigstens einen Geberzylinder zu dem Ansaugkrümmer erstreckt, um Geberzylinderabgasemissionen von dem wenigstens einen Geberzylinder zu dem wenigstens einen Geber- und Nicht-Geberzylinder über den Ansaugkrümmer zurückzuführen; ein Abgasnachbehandlungssystem, das mit dem Abgaskrümmer in Strömungsverbindung steht und eingerichtet ist, um die Motorabgasemissionen von dem Abgaskrümmer zu empfangen; Wenigstens einen Sensor, der eingerichtet ist, um eine Temperatur der Motorabgasemissionen zu erfassen; und eine Vorrichtung, die eingerichtet ist, um ein Sensorsignal von dem wenigstens einen Sensor zu empfangen und um einen Parameter wenigstens entweder des Motors und/oder einer Komponente des Motors in Abhängigkeit von dem Sensorsignal zu steuern, wobei der Parameter der Komponente mit der Temperatur der Motorabgasemissionen in Beziehung steht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Komponente ein erstes Steuerventil aufweist, das mit der Abgasrückführungsleitung und dem Abgaskrümmer verbunden ist und eingerichtet ist, um eine Strömung eines ersten Teils der Geberzylinderabgasemissionen zwischen der Abgasrückführungsleitung und dem Abgaskrümmer zu steuern, und wobei der Parameter eine erste Öffnung des ersten Steuerventils aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Komponente ferner ein zweites Steuerventil aufweist, das mit der Abgasrückführungsleitung und dem Ansaugkrümmer verbunden und eingerichtet ist, um eine Strömung eines zweiten Teils der Geberzylinderabgasemissionen zwischen der Abgasrückführungsleitung und dem Ansaugkrümmer zu steuern, wobei das erste Steuerventil und das zweite Steuerventil voneinander unabhängig sind und wobei der Parameter ferner eine zweite Öffnung des zweiten Steuerventils aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Komponente ferner ein drittes Steuerventil aufweist, das mit dem Ansaugkrümmer verbunden und eingerichtet ist, um eine Strömung eines Gemisches aus der Ansaugluft und dem zweiten Teil der Geberzylinderabgasemissionen zu dem Ansaugkrümmer zu steuern, und wobei der Parameter ferner eine dritte Öffnung des dritten Steuerventils aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Komponente ferner ein drittes Steuerventil aufweist, das mit dem Ansaugkrümmer verbunden und eingerichtet ist, um eine Strömung der Ansaugluft zu dem Ansaugkrümmer zu steuern, und wobei der Parameter ferner eine dritte Öffnung des dritten Steuerventils aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei Parameter eine Drehzahl des Motors aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Steuereinheit aufweist, die eingerichtet ist, um mehrere der Parameter zur Optimierung eines Gemisches aus der Ansaugluft und den Geberzylinderabgasemissionen zu dem Ansaugkrümmer zu steuern.
Motor nach Anspruch 1, wobei eine Leistungsabgabe aus dem Motor wenigstens entweder Null und/oder gering ist.
Motor nach Anspruch 1, wobei der Verbrennungskraftstoff mehrere Kraftstoffe aufweist.
Motor nach Anspruch 1, wobei der Motor wenigstens entweder einen Lokomotivenmotor und/oder einen Schiffsmotor aufweist.
Motor nach Anspruch 1, wobei eine Menge der ersten Zufuhr des Verbrennungskraftstoffs auf wenigstens entweder Null und/oder einen geringen Wert reduziert wird, um ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis in dem Nicht-Geberzylinder zu erhöhen.
Verfahren zum Betreiben eines Motors, wobei das Verfahren aufweist: Empfangen von Ansaugluft in einem Ansaugkrümmer; Verbrennen eines ersten Gemisches aus der Ansaugluft und einer ersten Zufuhr eines Verbrennungskraftstoffs in wenigstens einem Geberzylinder, wobei der wenigstens eine Geberzylinder eingerichtet ist, um die Ansaugluft von dem Ansaugkrümmer zu empfangen; Verbrennen eines zweiten Gemisches aus der Ansaugluft und einer zweiten Zufuhr des Verbrennungskraftstoffs in wenigstens einem Nicht-Geberzylinder, wobei der wenigstens eine Nicht-Geberzylinder eingerichtet ist, um die Ansaugluft von dem Ansaugkrümmer zu empfangen; Leiten eines ersten Teils von Geberzylinderabgasemissionen von dem wenigstens einen Geberzylinder zu einem Abgaskrümmer; Rückführen eines zweiten Teils der Geberzylinderabgasemissionen von dem wenigstens einen Geberzylinder zu dem Ansaugkrümmer über eine Abgasrückführungsleitung; Ausstoßen von Abgasemissionen aus dem Abgaskrümmer; Nachbehandeln der Abgasemissionen aus dem Abgaskrümmer; Bestimmen einer Temperatur der Abgasemissionen; und Steuern eines Parameters des Motors in Abhängigkeit von der Temperatur, wobei der Parameter mit der Temperatur in Beziehung steht.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner aufweist: Steuern eines Druckniveaus in der Abgasrückführungsleitung; Abgasbremsen des Motors bei dem Druckniveau; Gegendruckbelasten des wenigstens einen Geberzylinders bei dem Druckniveau; und Erhöhen eines Kraftstoff-Luft-Verhältnisses in dem Nicht-Geberzylinder.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner aufweist: Reduzieren einer Menge der ersten Zufuhr des Verbrennungskraftstoffs auf wenigstens entweder Null und/oder einen geringen Wert, um das Kraftstoff-Luft-Verhältnis in dem Nicht-Geberzylinder weiter zu erhöhen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Parameter eine erste Öffnung eines ersten Steuerventils aufweist, das mit der Abgasrückführungsleitung und dem Abgaskrümmer verbunden und eingerichtet ist, um einen Durchfluss des ersten Teils der Geberzylinderabgasemissionen zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Parameter eine zweite Öffnung eines zweiten Steuerventils aufweist, das mit der Abgasrückführungsleitung und dem Ansaugkrümmer verbunden und eingerichtet ist, um einen Durchfluss des zweiten Teils der Geberzylinderabgasemissionen zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Parameter eine dritte Öffnung eines dritten Steuerventils aufweist, das mit dem Ansaugkrümmer verbunden und eingerichtet ist, um einen Durchfluss eines Gemisches aus der Ansaugluft und dem zweiten Teil der Geberzylinderabgasemissionen zu dem Ansaugkrümmer zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Parameter eine dritte Öffnung eines dritten Steuerventils aufweist, das mit dem Ansaugkrümmer verbunden und eingerichtet ist, um einen Durchfluss der Ansaugluft zu dem Einlass zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Parameter eine Drehzahl des Motors aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der wenigstens eine Geberzylinder eingerichtet ist, um das Gemisch aus der Luft, dem Kraftstoff und dem zweiten Teil der Geberzylinderabgasemissionen aus dem wenigstens einen Geberzylinder zu verbrennen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Betrieb einen Betrieb entweder unter einer Bedingung ohne Leistungsabgabe und/oder unter einer Bedingung mit geringer Leistungsabgabe aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Verbrennungskraftstoff Diesel aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Motor wenigstens entweder einen Lokomotivenmotor und/oder einen Schiffsmotor aufweist.
Motor, der aufweist: wenigstens einen Geberzylinder, der mit einem Ansaugkrümmer verbunden ist; wobei der Ansaugkrümmer eingerichtet ist, um Ansaugluft dem wenigstens einen Geberzylinder zuzuführen, und wobei der Geberzylinder eingerichtet ist, um ein Gemisch aus der Ansaugluft und einer ersten Zufuhr eines Verbrennungskraftstoffs zu verbrennen; wenigstens einen Nicht-Geberzylinder, der mit dem Ansaugkrümmer und einem Abgaskrümmer verbunden ist; wobei der Ansaugkrümmer ferner eingerichtet ist, um das Ansauggemisch dem wenigstens einen Nicht-Geberzylinder zuzuführen; wobei der Nicht-Geberzylinder eingerichtet ist, um ein Gemisch aus der Ansaugluft und einer zweiten Zufuhr des Verbrennungskraftstoffs zu verbrennen; und wobei der Abgaskrümmer eingerichtet ist, um Motorabgasemissionen aus dem wenigstens einen Geberzylinder und dem wenigstens einen Nicht-Geberzylinder zu führen; eine Abgasrückführungsleitung, die sich von dem wenigstens einen Geberzylinder zu dem Ansaugkrümmer erstreckt, um Geberzylinderabgasemissionen von dem wenigstens einen Geberzylinder zu dem wenigstens einen Geber- und Nicht-Geberzylinder über den Ansaugkrümmer zurückzuführen; ein Abgasnachbehandlungssystem, das mit dem Abgaskrümmer in Strömungsverbindung steht und eingerichtet ist, um zweite Abgasemissionen von dem Abgaskrümmer zu empfangen; wenigstens einen Sensor, der eingerichtet ist, um eine Temperatur der Motorabgasemissionen an einer Stelle in der Nähe des Abgasnachbehandlungssystems zu erfassen; ein erstes Steuerventil, das mit der Abgasrückführungsleitung und dem Abgaskrümmer verbunden und eingerichtet ist, um einen Durchfluss eines ersten Teils der Geberzylinderabgasemissionen zwischen der Abgasrückführungsleitung und dem Abgaskrümmer zu steuern; ein zweites Steuerventil, das mit der Abgasrückführungsleitung und dem Ansaugkrümmer verbunden und eingerichtet ist, um einen Durchfluss eines zweiten Teils der Geberzylinderabgasemissionen zwischen der Abgasrückführungsleitung und dem Ansaugkrümmer zu steuern, wobei das erste Steuerventil und das zweite Steuerventil voneinander unabhängig sind; und eine Steuereinheit, die mit dem Motor verbunden und eingerichtet ist, um einen Parameter zu steuern, der mit der Temperatur der Motorabgasemissionen in Beziehung steht, um ein Gemisch aus der Ansaugluft und dem zweiten Teil der Geberzylinderabgasemissionen zu dem Ansaugkrümmer zu optimieren.
Motor nach Anspruch 24, wobei der Parameter wenigstens eines aufweist von: einer ersten Öffnung des ersten Steuerventils; einer zweiten Öffnung des zweiten Steuerventils; und einer Drehzahl des Motors.
Motor nach Anspruch 24, wobei der Motor ferner ein drittes Steuerventil aufweist, das mit dem Ansaugkrümmer verbunden und eingerichtet ist, um einen Durchfluss eines Gemisches aus der Ansaugluft und den Geberzylinderabgasemissionen zu dem Ansaugkrümmer zu steuern, und wobei der Parameter wenigstens eine aufweist von: einer ersten Öffnung des ersten Steuerventils; einer zweiten Öffnung des zweiten Steuerventils; einer dritten Öffnung des dritten Steuerventils; und einer Drehzahl des Motors.
Motor nach Anspruch 24, wobei eine Menge der ersten Zufuhr des Verbrennungskraftstoffs auf wenigstens entweder Null und/oder einen geringen Wert reduziert ist, um ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis in dem Nicht-Geberzylinder zu erhöhen.
Motor nach Anspruch 24, wobei der Verbrennungskraftstoff Diesel aufweist.
Motor nach Anspruch 24, wobei eine Leistungsausgabe aus dem Motor wenigstens entweder Null und/oder gering ist.