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Gebiet
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Die
vorliegende Beschreibung betrifft die Verbesserung der Abgasrückführung
für einen Verbrennungsmotor.
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Hintergrund
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Ein
System und Verfahren zur Steuerung der Abgasrückführung
(AGR) eines Verbrennungsmotors wird in dem
US-Patent 7 043 914 beschrieben. Das Patent
beschreibt ein AGR-System, das eine Hochdruckschleife und eine Niederdruckschleife
besitzt. Das System verwendet zwei getrennte AGR-Ventile und zwei
getrennte AGR-Kühler zur Bereitstellung von Abgasen von
stromaufwärts einer Turboladerturbine zu einer stromabwärts
des Turboladerverdichters gelegenen Stelle oder einer stromaufwärts
des Turboladerverdichters gelegenen Stelle. Des Weiteren enthält
das System einen Partikelfilter zum Schützen des Turboladerverdichters
vor Motorruß. Man sagt, dass das System ein hohes Ausmaß an AGR
gestattet, wenn der Motor mit einer hohen Motordrehzahl und einer
hohen Motorlast betrieben wird, wodurch Motor-NOx reduziert wird.
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Das
oben erwähnte System kann auch mehrere Nachteile aufweisen.
Das System erfordert nämlich die Steuerung zweier verschiedener
AGR-Ventile. Die Steuerung von zwei verschiedenen AGR-Ventilen kann
schwierig sein, da die beiden Ventile aufgrund von Ablagerungen
und Herstellungstoleranzen verschiedene Strömungseigenschaften
aufweisen können. Infolgedessen können die AGR-Rate
und das Motordrehmoment variieren oder instabil sein, wenn beide
Ventile gleichzeitig gesteuert werden, da das Motorsteuersystem
möglicherweise nicht genügend Informationen besitzt,
um zu bestimmen, welches Ventil zu verstellen ist. Darüber
hinaus kann durch Wechseln von stromaufwärts des Verdichters gelieferter
AGR zu stromabwärts des Verdichters gelieferter AGR eine
AGR-Strömungsänderung in einem AGR-Ventil verursacht
werden, wenn das andere AGR-Ventil geöffnet oder geschlossen
wird. Des Weiteren erfordert das System zwei AGR-Kühler. Darüber
hinaus ermöglicht das System eine AGR-Strömung
durch den Verdichter einfach als Reaktion auf einen Temperatursensor
und gestattet nur AGR-Strömung in dem Weg, wenn die Temperaturen hoch
genug sind, um den Partikelfilter zu regenerieren. Infolgedessen
könnte der Motor für einen Zeitraum betrieben
werden, wenn wenig AGR zu dem Motor strömt, weil der gewünschte
AGR-Durchsatz nur in dem Vorturbine-zu-Vorverdichter-Weg erzeugt werden
kann; jedoch verursachen geringe Abgastemperaturen eine Unterbindung
der Strömung.
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Die
Erfinder haben die oben genannten Nachteile erkannt und ein System
und ein Verfahren entwickelt, das wesentliche Verbesserungen bietet.
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Kurzdarstellung
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Eine
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält
ein System zur Bereitstellung von AGR für einen Verbrennungsmotor,
wobei das System Folgendes umfasst:
einen Verbrennungsmotor;
einen Turbolader, der einen Verdichter und eine Turbine umfasst;
ein AGR-Ventil, das Abgase von dem Motorauslass zu einer Stelle
im Motoreinlasssystem stromaufwärts des Verdichters oder
zu einer Stelle im Motoreinlasssystem stromabwärts des
Verdichters leiten kann; und eine Steuerung, die für einen
Ausgleich sorgt, wenn sich der Zustand des AGR-Ventils von einem Abgase
nach stromabwärts des Verdichters zuführenden
Zustand zu einem Abgase zu stromaufwärts des Verdichters
zuführenden Zustand ändert. Dieses System überwindet
mindestens einige Nachteile des oben genannten Systems.
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Das
Zuführen von AGR zu einem turboaufgeladenen Motor kann
durch Verwendung eines einzigen AGR-Ventils anstelle von zwei getrennten,
unabhängig gesteuerten AGR-Ventilen verbessert werden.
Ein AGR-Ventil, das mehrere Strömungswege aufweist, beseitigt
das Erfordernis der gleichzeitigen Steuerung zweier Ventile und
mehrerer AGR-Kühler. Da ein einziges Ventil mit mehreren
Strömungswegen immer nur in einer Richtung zur Zeit durchlässt, ist
es des Weiteren einfach zu bestimmen, wann Abgasströmung
zu einem AGR-Weg aufhört und wann Abgasströmung
zu einem anderen AGR-Weg beginnt. Somit kann ein Ausgleich bereitgestellt
werden, um Motordrehmomentschwankungen und Motor-NOx zu verringern.
Ebenso kann das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Motors verbessert
werden, weil Übergänge zwischen AGR-Wegen wiederholbarer
sein können.
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Die
vorliegende Beschreibung kann mehrere Vorteile bereitstellen. Das
vorliegende System kann nämlich die Komplexität
und die Kosten des Systems verringern. Des Weiteren kann das vorliegende
System Kraftstoff-Luft-Abweichungen des Motors, wenn der Motor-AGR-Strömungsweg
geändert wird, verringern. Darüber hinaus kann
das vorliegende System die Zuverlässigkeit verbessern,
da es weniger Komponenten als andere Systeme aufweist.
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Die
obigen Vorteile und andere Vorteile sowie Merkmale der vorliegenden
Beschreibung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung
leicht hervor, wenn diese alleine oder in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen betrachtet wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
hier beschriebenen Vorteile werden durch Lesen eines Beispiels einer
Ausführungsform, die hierin als die ausführliche
Beschreibung bezeichnet wird, bei alleiniger Betrachtung oder unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen, verständlicher, wobei:
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1 ein
Schemadiagramm eines beispielhaften Motors mit einem Turbolader
und seines Steuersystems ist;
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2 ein
Strömungsdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Verbesserung
von AGR für einen turboaufgeladenen Verbrennungsmotor ist;
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3A ein
Motorkennfeld ist, das ein Beispiel anderer AGR-Strömungsmodi
beschreibt;
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3B ein
alternatives Motorkennfeld ist, das ein Beispiel anderer AGR-Strömungsmodi
beschreibt;
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4 ein
beispielhaftes Diagramm ist, das Motorbedingungen während
eines simulierten Motorbetriebsplans darstellt.
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Ausführliche Beschreibung
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Auf 1 Bezug
nehmend, wird der mehrere Zylinder, von denen ein Zylinder in 1 gezeigt wird,
umfassende Verbrennungsmotor 10 durch die elektronische
Motorsteuerung 12 gesteuert. Der Motor 10 enthält
eine Brennkammer 30 und Zylinderwände 32 mit
einem darin positionierten Kolben 36, der mit einer Kurbelwelle 40 verbunden
ist. In der Darstellung ist die Brennkammer 30 über
ein Einlassventil 52 bzw. ein Auslassventil 54 mit
dem Einlasskrümmer 44 (Einlassventil 52 und
Einlasskrümmer 44 und Einlasskanal 42 können
als Einlasssystem des Motors bezeichnet sein) und dem Auslasskrümmer 48 verbunden.
Jedes Einlass- und Auslassventil wird mechanisch betätigt,
und die Ventilöffnungs- und -schließzeiten sind
bezüglich der Kurbelwellenposition variabel. Als Alternative
dazu können die Einlass- und/oder Auslassventile elektrisch
oder hydraulisch bedient werden.
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Weiterhin
weist der Einlasskrümmer 44 in der Darstellung
ein damit verbundenes Kraftstoffeinspritzventil 66 zur
Abgabe von flüssigem Kraftstoff im Verhältnis
zur Pulsbreite des Signals FPW von der Steuerung 12 auf.
Kraftstoff wird dem Kraftstoffeinspritzventil 66 durch
das (nicht gezeigte) Kraftstoffsystem zugeführt, das einen
Kraftstoffbehälter, eine Kraftstoffpumpe und eine (nicht
gezeigte) Kraftstoff-Verteilerleitung enthält. Als Alternative
dazu kann der Motor so konfiguriert sein, dass der Kraftstoff direkt
in den Motorzylinder eingespritzt wird, was der Fachmann als Direkteinspritzung
bezeichnet.
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Die
verteilerlose Zündanlage 88 führt der Brennkammer 30 als
Reaktion auf die Steuerung 12 über eine Zündkerze 92 einen
Zündfunken zu. In der Darstellung ist ein Universal-Lambdasensor 76 (UEGO-Sensor,
UEGO – Universal Exhaust Gas Oxygen, Universal-Abgas-Sauerstoffgehalt)
stromaufwärts eines Katalysators 70 mit dem Auslasskrümmer 48 verbunden.
Als Alternative dazu kann anstelle des UEGO-Sensors 76 ein
Zweizustands-Lambdasensor eingesetzt werden. Der Zweizustands-Lambdasensor 98 ist
in der Darstellung stromabwärts des Katalysators 70 mit
dem Auslasskrümmer 48 verbunden. Als Alternative
dazu kann der Sensor 98 auch ein UEGO-Sensor sein. Die
Katalysatortemperatur wird durch den Temperatursensor 77 gemessen und/oder
auf Grundlage von Betriebsbedingungen, wie zum Beispiel der Motordrehzahl,
der Last, der Lufttemperatur, der Motortemperatur und/oder dem Luftstrom,
oder Kombinationen davon, geschätzt.
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Der
Katalysator 70 kann in einem Beispiel mehrere Katalysator-Bricks
enthalten. In einem anderen Beispiel können mehrere Abgasreinigungsvorrichtungen,
jede mit mehreren Bricks, verwendet werden. Der Katalysator 70 kann
in einem Beispiel ein Dreiwege-Katalysator sein.
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In
der Darstellung ist der Turbolader 47 mit dem Auslasskrümmer 48 und
dem Einlasskrümmer 44 verbunden. Frischluft kann
durch den Turboladerverdichter 46 komprimiert, dem Drosselkörper 125 zugeführt
und zum Einlasskrümmer 44 geleitet werden. Als
Alternative dazu kann sich der Drosselkörper 125 stromaufwärts
des Turboladerverdichters 46 befinden. Wenn sich der Drosselkörper
stromaufwärts des Verdichters befindet, können
im Einlasskrümmer sowie zwischen dem Verdichter und der Drosselklappe
Druck- und Temperaturaufnehmer installiert sein (für die
Ermittlung von Ladedruck und -temperatur).
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Die
Turboladerturbine 43 ist durch eine Welle mit dem Turboladerverdichter 46 verbunden.
Im Betrieb können Abgase von dem Auslasskrümmer 48 zum
Turbolader 47 strömen, wo (expandierende) Abgase
die Abgasturbine (oder Turbine) 43 und den Turboladerverdichter
(oder Verdichter) 46 drehen können. Abgase werden
von der Turbine 43 zum Katalysator 70 zur Verarbeitung
geleitet. Die Leistung des Turboladers kann eingestellt werden, indem
das Leitschaufelpositionsstellglied 45 des Turboladers mit
Verstellgeometrie verstellt wird. Als Alternative dazu kann es sich
bei dem Turbolader um einen Wastegate-Turbolader (z. B. mit Klappenventil)
handeln. Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass der Turbolader,
falls gewünscht, durch einen Auflader ersetzt werden kann.
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Das
AGR-Ventil 75 leitet Abgase von dem Auslasskrümmer 48 zu
einer Stelle des Einlasssystem des Motors welche stromabwärts
des Verdichters 46 oder stromaufwärts des Verdichters 46 liegt (die
Strömungsrichtung ist schematisch durch Pfeile dargestellt).
Ein Kanal 72 leitet Abgase von dem Auslasssystem zum AGR-Ventil 75.
Falls gewünscht, kann ein Abgaskühler und/oder
Katalysator (zum Beispiel ein Dreiwege- oder Oxidationskatalysator) entlang
dem Kanal 72 zwischen dem Auslasskrümmer (der
Abgasrohre oder -leitungen enthalten kann) und dem AGR-Ventil 75 angeordnet
sein. Ein Kanal 73 verbindet einen Auslass des AGR-Ventils 75 stromabwärts
des Verdichters 46 und der Drosselklappe 125 mit
dem Einlasssystem des Motors. Ein Kanal 74 verbindet einen
zweiten Auslass des AGR-Ventils 75 stromaufwärts
des Verdichters 46 mit dem Einlasssystem des Motors. Bei
einer alternativen Ausführungsform kann/können
ein Abgaskühler und/oder ein Katalysator entlang dem Kanal 74 und zwischen
dem AGR-Ventil 75 und einem Einlasskanal 42 angeordnet
sein. Bei noch einer anderen Ausführungsform kann ein Abgaskühler
und/oder ein Katalysator im Kanal 73 angeordnet sein.
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In 1 wird
die Steuerung 12 als ein herkömmlicher Mikrocomputer
gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit (CPU) 102, Eingangs-/Ausgangs-Ports
(I/O) 104 und einen Nur-Lese-Speicher (ROM) 106,
einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 108, einen Keep-Alive- Speicher
(KAM) 110 (in dem Daten auch bei Abschaltung des Betriebsstroms
aufbewahrt werden) sowie einen herkömmlichen Datenbus enthält.
In der Darstellung empfängt die Steuerung 12 neben
jenen Signalen, die zuvor besprochen wurden, verschiedene Signale
von mit dem Motor 10 verbundenen Sensoren, darunter Motorkühlmitteltemperatur
(ECT) von dem Temperatursensor 112, der mit dem Wassermantel 114 verbunden
ist; ein Lagesensor 119, der mit einem Fahrpedal verbunden
ist; eine Messung der Motorluftmasse vom Luftmassensensor 130;
die AGR-Ventilposition von einem (nicht gezeigten) Sensor; Abgasdifferenzdruck
an der Öffnung vom Sensor 85; eine Messung des
Motorkrümmerdrucks (MAP) von dem mit dem Einlasskrümmer 44 verbundenen
Drucksensor 122; eine Messung (ACT) der Motorlufttemperatur
oder Krümmertemperatur vom Temperatursensor 117 und
die Motorposition von einem Hall-Sensor 118, der die Stellung
der Kurbelwelle 40 erfasst. Gemäß einem
bevorzugten Aspekt der vorliegenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
erzeugt der Motorlagesensor 118 eine vorbestimmte Anzahl
von gleichmäßig beabstandeten Impulsen bei jeder
Umdrehung der Kurbelwelle, aus der sich die Motordrehzahl (U/min)
bestimmen lässt. Die Steuerung kann insbesondere auch das Ausmaß der Überschneidung
zwischen Einlass- und Auslassventilen sowie die Kraftstoffzeitsteuerung, die
Zündzeitpunktsteuerung die Drosselklappenstellung bzw Motordrehmomentanforderung
und die Umgebungstemperatur und die Zeit seit Motorstart bestimmen.
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Das
ROM-106-Speichermedium kann mit rechnerlesbaren Daten programmiert
sein, die von dem Prozessor 102 auszuführende
Anweisungen zur Durchführung der unten beschriebenen Verfahren sowie
andere Varianten darstellen, die in Betracht kommen, aber nicht
speziell angeführt sind.
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Nunmehr
auf 2 Bezug nehmend, wird ein Flussdiagramm einer
beispielhaften Routine zur Steuerung von AGR zu einem turboaufgeladenen Motor
dargestellt. In Schritt 201 werden die Motorbetriebsbedingungen
bestimmt. Bei einer Ausführungsform werden die Motorkühlmitteltemperatur,
die seit dem Start vergangene Zeit, die Umgebungstemperatur, die
Motordrehmomentanforderung, die Motordrehzahl, die AGR-Ventilposition
und der Einlasskrümmerdruck aus Sensordateneingabe in eine
Motorsteuerung oder aus Daten, die die Stellgliedleistung beschreiben,
siehe zum Beispiel die Motorsteuerung 12 in 1,
bestimmt. Es können jedoch, falls gewünscht, zusätzliche
oder weniger Betriebsbedingungen bestimmt werden. Nach der Bestimmung
der Motorbetriebsbedingungen geht die Routine zu Schritt 203 über.
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Nunmehr
auf Schritt 203 Bezug nehmend, wählt die Routine
als Reaktion auf die Motorbetriebsbedingungen den gewünschten
AGR-Strömungsweg aus. Das AGR-Ventil kann einen Abgasstrom
verhindern oder dazu verwendet werden, die Menge an in einem ersten
Weg oder in einem zweiten Weg strömender AGR zu regulieren,
jedoch kann die AGR-Strömung immer nur jeweils im ersten
oder im zweiten Weg reguliert werden. Das heißt, die AGR-Strömung
wird im ersten Weg angehalten, wenn sich die AGR-Strömung
im zweiten Weg befindet, und umgekehrt.
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Bei
einer Ausführungsform wird der AGR-Strömungsweg
als Reaktion auf Motordrehzahl und Motordrehmomentanforderung bestimmt.
Wenn die Motordrehzahl und das Drehmoment in einem bestimmten Betriebsbereich
liegen, wird Abgas aus dem Auslasskrümmer oder -rohr des
Fahrzeugs von einer Stelle im Auslasssystem abgezogen und einer Stelle
im Motoreinlasssystem stromabwärts des Verdichters zugeführt.
Zum Beispiel können bei mittleren Motordrehzahlen (zum
Beispiel einer Motordrehzahl, die nahe 2500 U/min, 3000 U/min, 3500
U/min, 4000 U/min, 4500 U/min liegen kann) Abgase aus dem Auslasskrümmer/-rohr
zu einer Stelle im Einlasssystem stromabwärts des Verdichters
geleitet werden. Des Weiteren können Abgase aus dem Auslasskrümmer/-rohr
zu einer Stelle im Einlasssystem stromabwärts des Verdichters
geleitet werden, wenn die Motordrehzahl niedrig ist (zum Beispiel
bei einer Motordrehzahl, die nahe 800 U/min, 900 U/min, 1000 U/min,
1200 U/min, 1500 U/min, 2000 U/min, 2500 U/min liegen kann) und
bei niedrig-zu-mittel-Motordrehzahlanforderungen (zum Beispiel einer
Motordrehzahlanforderung, die nahe 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%
des gesamten Wertebereichs des Motorausgangsdrehmoments liegt).
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Wenn
die Motordrehzahl und das Drehmoment andererseits in einem zweiten,
verschiedenen Betriebsbereich liegen, wird Abgas für AGR
von dem Auslasskrümmer oder -rohr des Fahrzeugs extrahiert und
zu einer stromaufwärts des Motorverdichters liegenden Stelle
im Motoreinlasssystem geliefert. Wenn zum Beispiel die Motordrehzahlen
niedrig sind und ein hohes Motordrehmoment angefordert wird (zum Beispiel
eine Motordrehzahlanforderung, die nahe 40%, 50%, 60%, 75%, 80%,
95%, 100% des gesamten Wertebereichs des Motorausgangsdrehmoments liegt),
können Abgase aus dem Auslasskrümmer/-rohr zu
einer stromaufwärts des Verdichters liegenden Stelle im
Einlasssystem geleitet werden. Die 3a und 3b liefern
Beispiele für zwei erwartete AGR-Strömungswegbestimmungskennfelder,
die zur Bestimmung des AGR-Ventilzustands verwendet werden können.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform kann der AGR-Strömungsweg
als Reaktion auf einen erfassten Differentialdruck zwischen dem
Druck im Auslasskrümmer/-rohr und dem Druck im Einlasssystem
bestimmt werden. Wenn das AGR-Ventil zum Beispiel Abgase zu einer
stromabwärts des Verdichters liegenden Stelle im Einlasssystem
leitet und das Druckverhältnis zwischen dem Auslasskrümmer/-rohr
und dem Einlasskrümmer stromabwärts des Verdichters
weniger als eine vorbestimmte Höhe oder Schwelle beträgt,
entscheidet die Routine, den AGR-Ventilzustand zu ändern.
Insbesondere wird der AGR-Ventilzustand so eingestellt, dass Abgase aus
dem Auslasskrümmer/-rohr zu einer stromaufwärts
des Verdichters liegenden Stelle im Einlasssystem geleitet werden.
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Wenn
das AGR-Ventil andererseits zur Lieferung von Abgasen stromaufwärts
des Verdichters positioniert ist und die Druckdifferenz zwischen
dem Auslasskrümmer/-rohr und dem Einlasskrümmer stromabwärts
des Verdichters größer ist als eine vorbestimmte
Höhe, dann kann das AGR-Ventil neu positioniert werden,
so dass Abgas von dem Auslasskrümmer/-rohr zu einer stromabwärts
des Verdichters liegenden Stelle im Einlasssystem geleitet wird.
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Bei
noch einer anderen Ausführungsform werden die Motordrehzahl,
die Motordrehmomentanforderung und die Druckdifferenz zwischen dem
Auslasskrümmer/-rohr und dem Motoreinlasssystem dazu verwendet,
die AGR-Ventilposition zu bestimmen. Insbesondere werden die Motordrehzahl
und das angeforderte Drehmoment dazu verwendet, eine Tabelle oder
eine Funktion zu indexieren, die einen bestimmten AGR-Strömungsweg
indexiert, wenn die Druckdifferenz zwischen dem Auslasskrümmer/-rohr und
dem Einlasssystem in einem vorgegebenen Bereich liegt, dann ändert
sich der AGR-Ventilzustand. Wenn die Druckdifferenz nicht in dem
vorgegebenen Bereich liegt, dann wird der AGR-Ventilzustand konstant
gehalten. Auf diese Weise wird der AGR-Ventilzustand auf Grundlage
der Motordrehzahlanforderung und des Differenzdrucks zwischen dem
Auslasssystem und dem Einlasssystem bestätigt. Die Routine
geht zu Schritt 205 über.
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Bei
einer Ausführungsform wird bei niedriger Motordrehzahl
und geringem Drehmomentbedarf Abgas aus dem Auslasskrümmer/-rohr
zu einer Stelle im Einlasssystem geleitet, die stromabwärts
des Verdichters liegt. Wenn sich das angeforderte Motordrehmoment
erhöht, ändert sich der Zustand der AGR-Ventilposition
auf Grundlage der Entscheidung in Schritt 203. Nach der Änderung
des AGR-Ventils zu seinem neuen Zustand, werden Abgase aus dem Auslasskrümmer/-rohr
zu einer stromaufwärts des Verdichters liegenden Stelle
im Einlasssystem geleitet.
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In
Schritt 205 bestimmt die Routine, ob null-AGR-Strömung
erwünscht ist. Wenn AGR deaktiviert werden soll, dann stellt
die Routine das AGR-Ventil in die geschlossene Position ein und
endet. Ansonsten geht die Routine zu Schritt 207 über.
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In
Schritt 207 bestimmt die Routine, ob Schritte durchgeführt
werden sollen, um Abgas zu einer Einlasssystemstelle zu leiten,
die stromabwärts des Verdichters liegt, oder ob Schritte
durchgeführt werden sollen, um Abgas zu einer Einlasssystemstelle
zu leiten, die stromaufwärts des Verdichters liegt. Wenn
in Schritt 203 die Routine bestimmte, Abgas zu einer stromabwärts
des Turboladerverdichters liegenden Einlasssystemsstelle zu leiten,
dann geht die Routine zu Schritt 215 über. Ansonsten
geht die Routine zu Schritt 209 über.
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In
Schritt 209 bestimmt die Routine, ob eine Änderung
des AGR-Ventilzustands angefordert wird. Das heißt, die
Routine bestimmt, ob das AGR-Ventil neu positioniert wird, um Abgase
vom Eintreten in das Einlasssystem von stromabwärts des
Verdichters dahingehend zu regeln, dass Abgase von stromaufwärts
des Verdichters in das Einlasssystem eintreten.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die Neupositionierung des AGR-Ventils
zur Erhöhung oder Verringerung des Abgasstroms zu einem
einzelnen AGR-Strömungsweg keine AGR-Ventilzustandsänderung
für den Zweck der Identifikation von AGR-Ventilzustandsänderungen
darstellt. Stattdessen kommt es zu einer AGR-Ventilzustandsänderung,
wenn die AGR-Ventilposition geändert wird, und infolgedessen ändert
sich die Richtung der Abgasströmung von einem Strömungsweg
zu einem anderen Strömungsweg (zum Beispiel Änderung
der Abgaseinleitungsstelle im Einlasssystem von stromaufwärts
des Verdichters zu einer stromabwärts des Verdichters liegenden
Stelle. Wenn eine AGR-Ventilzustandänderung gerade durchgeführt
wird, geht die Routine zu Schritt 211. Wenn nicht, geht
die Routine zu Schritt 213.
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In
Schritt 211 stellt die Routine verschiedene Stellglieder
ein, um die AGR-Ventilzustandsänderung auszugleichen. Bei
einer Ausführungsform werden die Motordrosselklappe, die
AGR-Ventilposition und die Zündungs-Frühverstellung
dazu verwendet, eine Änderung des AGR-Ventilzustands auszugleichen.
Die Drosselklappen- und die Zündzeitpunkteinstellungen
werden dazu verwendet, Drehmomentänderungen auszugleichen,
die auftreten können, wenn die Richtung der Abgasströmung
von einem ersten Strömungsweg zu einem zweiten Strömungsweg
geändert wird. Die AGR-Ventilposition wird nach der Zustandsänderung
des AGR-Ventils eingestellt, um dem Teil des Einlass systemvolumens
Rechnung zu tragen, der eine Abgasfraktion aufweist, die sich von der
gewünschten Abgasfraktion unterscheidet.
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Wenn
der AGR-Ventilzustand geändert wird, um Abgas zu einer
stromaufwärts des Verdichters liegenden Stelle zu schicken,
werden Abgase von dem Auslasskrümmer/-rohr zu einer stromaufwärts
des Verdichters liegenden Stelle im Einlasssystem geleitet. Anfangs
nach der Zustandsänderung des AGR-Ventils ist das AGR-Ventil
zu einer Position geöffnet, die die Position übertrifft,
in der der Abgasdurchsatz durch das AGR-Ventil die gewünschte AGR-Höhe
unter im Wesentlichen äquivalenten stationären
Motor- und AGR-Ventilbetriebsbedingungen bereitstellt. Dann wird
das AGR-Ventil zu einer Position geschlossen, die die gewünschte
AGR-Höhe unter den vorliegenden Motorbetriebsbedingungen
liefert. Somit öffnet sich das AGR-Ventil zu einer ersten Position
und schließt sich dann zu einer zweiten Position, die weniger
geöffnet ist als die erste Position. Das Motorfüllungsgemisch
wird während einer AGR-Ventilzustandsänderung
durch Überschreiten der gewünschten stationären
AGR-Ventilposition und dann Bewegen zu der gewünschten
stationären AGR-Ventilposition verbessert.
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Durch
Bereitstellung der AGR-Ventilpositionsüberschreitung während
der AGR-Ventilzustandsänderung wird die Abgasströmung
in den Einlasskrümmer stromaufwärts des Verdichters
vergrößert. Folglich wird die Abgasströmung
in das Luftvolumen im Einlasssystem, das zwischen den stromaufwärtigen
und stromabwärtigen AGR-Einspritzstellen besteht, vergrößert.
Infolgedessen tritt die neu vermischte Luft und Abgas auf einem
Niveau in den Einlasskrümmer ein, das näher an
dem Gemisch liegt, das vor der AGR-Ventilzustandsänderung
im Einlasskrümmer vorlag.
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Wenn
die Abgaszufuhr zu dem Einlasssystem von einer stromabwärts
des Verdichters liegenden Stelle zu einer stromaufwärts
des Verdichters liegenden Stelle geändert wird, dann kann
auch die Drosselplattenposition eingestellt werden, indem das Ausmaß der
Drosselklappenöffnung kurz verringert wird. Durch Verringern
des Ausmaßes der Drosselklappenöffnung kann nach
der AGR-Ventilzustandsänderung im Wesentlichen die gleiche
Luftladung in die Motorzylinder gesaugt werden wie vor der AGR-Ventilzustandsänderung.
Wenn die Drosselklappenstellung während der AGR-Ventilzustandsänderung
in im Wesentlichen der gleichen Position bleiben würde,
dann könnte aufgrund des Verteilerdruckabfalls, der durch
Deaktivierung der AGR-Strömung erzeugt werden könnte,
zusätzliche Luft in den Motor eintreten. Die Änderung
der Drosselklappenstellung kann in empirisch erstellten Tabellen
nachgeschlagen werden, in denen die Drosselklappenstellung als Funktion
der Zeit seit Übergang des AGR-Ventilzustands, des Motordrehmomentbedarfs
und der Motordrehzahl angegeben wird. Als Alternative dazu kann
die Drosselklappenstellung anhand eines Modells bestimmt werden,
das die Krümmerfüllung beschreibt, wie zum Beispiel
in der US-Patentanmeldung 11/293729 beschrieben, auf die hiermit
in ihrer Gänze Bezug genommen wird.
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Zylinderzündungs-Frühverstellung
kann auch während eines AGR-Ventilzustandsübergangs eingestellt
werden, wenn die Abgaszufuhrstelle im Einlasssystem von einer stromabwärts
des Verdichters liegenden Stelle zu einer stromaufwärts
des Verdichters liegenden Stelle geändert wird. Während des
AGR-Ventilzustandsübergangs kann der Kurbelwellenwinkel,
bei dem einem Zylinder ein Funken zugeführt wird, verzögert
werden, um das Motordrehmoment während des Ventilübergangs
zu steuern.
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Dies
gewährleistet einen Motordrehmomentausgleich, wenn sich
die in die Motorzylinder eintretende Abgasmenge möglicherweise
kurzzeitig ändert. Durch Zündverzug werden das
Motordrehmoment und der Spitzenzylinderdruck verringert, wodurch
die Motor-NOx-Bildung während der AGR-Ventilzustandsänderung
gesteuert wird. Das Ausmaß und die Dauer des Zündverzugs
können empirisch bestimmt und in Tabellen oder Funktionen festgehalten
werden, die während eines AGR-Ventilzustandsübergangs
interpretiert werden. Die Tabellen können durch Motorbetriebsbedingungen
indexiert werden, so dass verschiedene Ausmaße und Dauern
von Zündverzug für verschiedene Motorbetriebsbedingungen
implementiert werden können.
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Bei
anderen Ausführungsformen können zusätzliche
oder weniger Stellglieder verwendet werden, um das Motordrehmoment
und die Motoremissionen während AGR-Ventilzustandsübergängen
zu steuern. Zum Beispiel kann Ventilsteuerung durch Bewegen der
Nockenwellensteuerzeit bezüglich der Kurbelwellensteuerzeit
eingestellt werden. Es ist jedoch offensichtlich, dass einige verstellbare
Ventilsteuervorrichtungen in einem längeren Zeitmaßstab arbeiten
können als Drosselklappen- oder Zündzeitpunkteinstellung.
Es kann variable Ventilsteuerung verwendet werden, um Motordrehmoment
und innere AGR (das heißt AGR im Zylinder) in Systemen
einzustellen, die große Einlasskrümmer besitzen.
In einem Beispiel werden Einlassventilzeitsteuerung und Auslassventilzeitsteuerung
verzögert, wenn sich die Eintrittsstelle des in das Einlasssystem
eintretenden Abgases von einer stromabwärts des Verdichters
liegenden Stelle zu einer stromaufwärts des Verdichters
liegenden Stelle bewegt. Des Weiteren können Auslassventilzeitsteuerung
und Einlassventilzeitsteuerung frühverstellt werden, wenn
die Eintrittsstelle des in das Einlasssystem eintretenden Abgases von
einer stromaufwärts des Verdichters liegenden Stelle zu
einer stromabwärts des Verdichters liegenden Stelle bewegt
wird.
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Die
Turboladerleistung kann des Weiteren während eines AGR-Ventilzustandsübergangs
eingestellt werden. Wenn das AGR-Ventil zum Beispiel von Zuführen
von Abgas von einer stromabwärts des Drosselkörpers
und Verdichters liegenden Stelle im Einlasssystem zu einer stromaufwärts
des Drosselkörpers und Verdichters liegenden Stelle gewechselt wird,
kann die Turboladerleistung vorübergehend verringert werden.
Durch Verringerung der Turboladerleistung wird die Möglichkeit
verringert, dass sich die Zylinderluftladung erhöht, wenn
die AGR-Strömung zum Einlasssystem vorübergehend
aufgehoben wird.
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Des
Weiteren kann Kraftstoffeinspritzsteuerung während eines
AGR-Ventilzustandsübergangs geändert werden. In
einem Beispiel kann sich die Kraftstoffeinspritzsteuerung von Kraftstoffeinspritzung,
während das Einlassventil geschlossen ist, zu einem Zeitpunkt,
zu dem das Einlassventil geöffnet ist, bewegen. Nach Einstellung
der Motorstellglieder zum Ausgleich des AGR-Ventilzustandsübergangs endet
die Routine.
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Wenn
die Routine von Schritt 209 zu Schritt 213 übergeht,
bestimmt die Routine das Ausmaß der Einstellung des AGR-Ventils
als Reaktion auf vorliegende, in Schritt 201 bestimmte
Motorbetriebsbedingungen. Bei einer Ausführungsform wird
ein AGR-Ausmaß anhand von in einer Tabelle gespeicherten
empirischen Daten nachgeschlagen. Die Tabellenangabe ist zum Beispiel
ein AGR-Massendurchsatz, der bei der vorliegenden Motordrehzahl und
dem vorliegenden Drehmomentbedarf in das Einlasssystem eintritt.
Das AGR-Ventil wird zu einer abgebildeten Position bewegt, die als
Reaktion auf Motordrehzahl und Drehmomentbedarf nachgeschlagen wird.
Dann bestimmt die Routine den Druckabfall an einer Öffnung,
um die tatsächliche Strömung durch den AGR-Weg
zu bestimmen. Dann wird die AGR-Ventilposition als Reaktion auf
die Differenz zwischen dem gewünschten AGR-Durchsatz und dem
tatsächlichen AGR-Durchsatz eingestellt. Nach Einstellung
der AGR-Position, endet die Routine.
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Wenn
die Routine von Schritt 207 zu Schritt 215 überging,
dann bestimmt die Routine, ob gerade ein AGR-Ventilzustandsübergang
stattfindet. Wenn gerade ein Zustandsübergang stattfindet,
dann geht die Routine zu Schritt 217 über. Wenn
nicht, dann geht die Routine zu Schritt 219 über.
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In
Schritt 217 ändert sich der AGR-Ventilzustand
gerade von einem Zustand, in dem Abgas von einer stromaufwärts
des Verdichters und des Drosselkörpers liegenden Stelle
zu einer stromabwärts des Verdichters und Drosselkörpers
liegenden Stelle geliefert wird, und das AGR-Ventil kann kurz in
dem geschlossenen Zustand oder in einer Position, in der dem Einlasssystem
weniger Abgas zugeführt wird, als wenn der Motor unter
im Wesentlichen ähnlichen Bedingungen in Betrieb ist, positioniert
werden. Kurzes Anhalten oder Verringerung des Abgasstroms von dem
Auslasskrümmer/-rohr während eines Zustands, in
dem der Zustand des AGR-Ventils von Zuführung von Abgas
stromaufwärts des Verdichters zu einer stromabwärts
des Verdichters liegenden Stelle geändert wird, erlaubt
Zeit, während der zusätzliche Luft in der Nähe
der neuen AGR-Strömungseintrittsstelle in das Einlasssystem
eintreten kann. Dann kann die zusätzliche Luft an der stromabwärtigen AGR-Einleitungsstelle
mit der AGR kombiniert werden, so dass die Luft und das Abgas, die
bzw. das in den Zylinder eintritt, im Wesentlichen genauso ist wie vor
dem AGR-Ventilzustandsübergang. Wenn zu dem Zeitpunkt der
AGR-Ventilzustandsänderung die gleiche Abgasmenge zu der
stromabwärtigen AGR-Einleitungsstelle strömen
würde, dann würde sich die Menge des in den Zylinder
eintretenden Abgases vorübergehend erhöhen, was
moglicherweise zu weniger Motordrehmoment und einer Kraftstoff-Luft-Verhältnisabweichung
führt.
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Wenn
die Abgaszufuhr zu dem Einlasssystem von einer stromaufwärts
des Drosselkörpers und Verdichters gelegenen Stelle zu
einer stromabwärts des Drosselkörpers und Verdichters
gelegenen Stelle gewechselt wird, kann auch die Drosselplattenposition
durch kurzes Vergrößern des Drosselklappenöffnungsausmaßes
kurzzeitig eingestellt werden. Das Vergrößern
des Drosselklappenöffnungsausmaßes gestattet das
Saugen im Wesentlichen der gleichen Luftladung in die Motorzylinder
nach der AGR-Ventilzustandsänderung wie vor der AGR-Ventilzustandsänderung.
Wenn die Drosselklappenstellung während der AGR-Ventilzustandsänderung
im Wesentlichen in der gleichen Position bleiben würde,
dann könnte aufgrund der Krümmerdruckerhöhung,
die durch Aktivierung der AGR-Strömung stromabwärts der
Drosselklappe erzeugt werden könnte, weniger Luft in den
Motor eintreten. Wie zuvor beschrieben, kann die Änderung
der Drosselklappenstellung in empirisch erstellten Tabellen oder
anhand von Modellen nachgeschlagen werden.
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Des
Weiteren kann Zylinderfrühzündung während
eines AGR-Ventilzustandsübergangs eingestellt werden, wenn
die Abgaszuführungsstelle im Einlasssystem von einer stromaufwärts
des Verdichters und Drosselkörpers liegenden Stelle zu
einer stromabwärts des Drosselkörpers und Verdichters liegenden
Stelle geändert wird. Während des AGR-Ventilzustandsübergangs
kann der Kurbelwellenwinkel, bei dem der Funken einem Zylinder zugeführt
wird, vorverstellt oder aufrechterhalten werden, um das Motordrehmoment
während des Ventilübergangs zu steuern, wenn die
in die Motorzylinder eintretende Abgasmenge kurzzeitig geändert
werden würde. Das Ausmaß und die Dauer der Zündungs-Frühverstellung
können empirisch bestimmt und in Tabellen oder Funktionen
festgehalten werden, die während eines AGR-Ventilzustandsübergangs
interpretiert werden. Die Tabellen können durch Motorbetriebsbedingungen
indexiert werden, so dass verschiedene Ausmaße und Dauern
der Zündungs-Frühverstellung für verschiedene
Motorbetriebsbedingungen implementiert werden können.
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Die
Turboladerleistung kann erhöht werden, wenn der AGR-Ventilzustand
von Abgaszuführung von einer Einlasssystemstelle, die stromaufwärts
des Drosselkörpers und Verdichters liegt, zu einer Stelle, die
stromabwärts des Drosselkörpers und Verdichters
liegt, geändert wird. In diesem Beispiel kann die Turboladerleistung
während des AGR-Ventilzustandsübergangs erhöht
werden.
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Nunmehr
auf Schritt 219 Bezug nehmend, bestimmt die Routine das
Ausmaß der Verstellung des AGR-Ventils als Reaktion auf
die vorliegenden, in Schritt 201 bestimmten Motorbetriebsbedingungen. Bei
einer Ausführungsform wird das AGR-Ausmaß anhand
von in einer Tabelle gespeicherten empirischen Daten nachgeschlagen.
Die Tabellenangabe ist zum Beispiel ein AGR-Massendurchsatz in das Einlasssystem
bei der vorliegenden Motordrehzahl und bei dem vorliegenden Drehmomentbedarf.
Das AGR-Ventil wird zu einer abgebildeten Position bewegt, die als
Reaktion auf die Motordrehzahl und den Motordrehmomentbedarf nachgeschlagen
wird. Dann bestimmt die Routine den Druckabfall an einer Öffnung,
um die tatsächliche Strömung durch den AGR-Weg
zu bestimmen. Die AGR-Ventilposition wird dann als Reaktion auf
die Differenz zwischen dem erwünschten AGR-Durchsatz und
dem tatsächlichen AGR-Durchsatz eingestellt. Nach der Einstellung
der AGR-Position endet die Routine.
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Nunmehr
auf 3a Bezug nehmend, wird ein Diagramm eines Motor-AGR-Modus-Kennfeldes gezeigt,
das in Bezug auf die Motorbetriebsbedingungen beschrieben wird.
Das Diagramm weist eine X-Achse auf, die Motorbetriebsdrehzahl (N)
zeigt, wobei sich die Motordrehzahl von links nach rechts erhöht.
Die Y-Achse zeigt das gewünschte oder angeforderte Motordrehmoment
(Drehmomentbedarf). Die Höhe des angeforderten Motordrehmoments
vergrößert sich von unten nach oben im Diagramm.
Es sei darauf hingewiesen, dass die zur Verfügung stehende
Motordrehzahl und die zur Verfügung stehende Motordrehmomentanforderung
mit der Motoranwendung variieren. Somit soll das dargestellte Diagramm
AGR-Strömungsmodi beschreiben und das System und Verfahren
nicht auf irgendeinen bestimmten Motor beschränken.
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Das
Motor-AGR-Modus-Kennfeld weist in der Darstellung zwei getrennte
Bereiche 301 und 302 auf. Wenn der Motor in dem
Bereich 302 betrieben wird, dann werden Motorabgase zu
einer stromaufwärts eines Verdichters liegenden Stelle
im Einlasssystem geleitet. Wenn der Motor in dem Bereich 301 betrieben
wird, werden die Motorabgase zu einer stromabwärts des
Verdichters liegenden Stelle im Einlasssystem geleitet.
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Der
Bereich 302 stellt Motorbetriebsbedingungen dar, unter
denen die Motordrehzahl niedrig ist und der Bedarf an Motorlast
(Motorlast steht mit der theoretischen Luftmenge in Beziehung, die
ein Zylinder bei einem gegebenen Druck halten kann; sie ist in der
Regel von 0–1 skaliert, wobei 1 bedeutet, dass der Zylinder
die theoretische Luftmengengrenze enthält) und Motordrehmoment
hoch ist. Die Größe und die Form des Bereichs 302 können
in Abhängigkeit von der Motorausführung und -konfiguration
variieren. Bei einer Ausführungsform werden die Bereichsgrenzen
durch Betrieb des Motors mit AGR-Strömung zu einer in dem
Einlasssystem stromabwärts des Verdichters liegenden Stelle
bestimmt. Die Grenze ist unter Motorbedingungen erstellt worden,
unter denen AGR-Strömung auf einen Wert begrenzt ist, der
kleiner als gewünscht ist, oder unter denen die AGR-Strömung
um mehr als ein bestimmtes Ausmaß variiert. Wenn der Bediener
anfordert, dass sich der Motor über die Grenze zwischen
Bereich 301 und 302 bewegt, dann wird die Stelle,
an der AGR in das Einlasssystem eintritt, von stromabwärts
des Verdichters zu stromaufwärts des Verdichters bewegt.
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Durch Änderung
der Stelle, an der AGR in das Motoreinlasssystem eintritt, können
Motoremissionen und Kraftstoffverbrauch reduziert werden. Zum Beispiel
kann AGR dem Einlasssystem an einer stromaufwärts eines
Verdichters liegenden Stelle zugeführt werden, wenn Druck
im Einlasskrümmer über Druck im Auslasssystem
ansteigt. Somit können die Vorteile von AGR unter Motorbetriebsbedingungen, die
ansonsten möglicherweise nicht das Einleiten von AGR in
den Motor gestatten, weiter genutzt werden.
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Nunmehr
auf 3b Bezug nehmend, wird ein Diagramm eines alternativen
Motor-AGR-Modus-Kennfelds gezeigt. Die X- und Y-Achsen ähneln den
in 3a beschriebenen.
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Das
Motor-AGR-Modus-Kennfeld weist in der Darstellung zwei getrennte
Bereiche, 310 und 311, auf.
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Wenn
der Motor in Bereich 311 betrieben wird, werden Motorabgase
zu einer stromaufwärts eines Verdichters liegenden Stelle
im Einlasssystem geleitet. Wenn der Motor in Bereich 310 betrieben wird,
werden Motorabgase zu einer Stelle im Einlasssystem stromabwärts
des Verdichters geleitet.
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Bereich 311 stellt
Motorbetriebsbedingungen dar, unter denen die Motorlast oder der
Drehmomentbedarf groß sind. Der Drehmomentbedarf an der Grenze
zwischen dem Bereich 310 und 311 kann in Abhängigkeit
von der Motorausführung- und -konstruktion variieren. Die
Grenze an Bereich 311 enthält hohe und niedrige
Motordrehzahlen, wo der Motor über einem vorbestimmten
Drehmomentbedarf betrieben wird. Wenn AGR gemäß den
Grenzen von Bereich 311 zugeführt wird, ist es
möglich, AGR dem Motor zuzuleiten, wenn der Einlasskrümmerdruck hoch
ist. Somit kann die dem Motor bei hoher Last zugeführte
AGR-Menge im Gegensatz zu einem System, das eine einzige Eintrittsstelle
in das Motoreinlasssystem verwendet, erhöht werden.
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Nunmehr
auf 4 Bezug nehmend, wird ein Diagramm von Signalen
gezeigt, die während einer AGR-Ventilzustandsänderung
von Interesse sind. Die X-Achse stellt die Zeit für alle
Unterdiagramme dar. Die Zeit beginnt bei null und erhöht
sich von links nach rechts. Beginnend von oben und sich nach unten
bewegend, zeigt das erste Unterdiagramm ein simuliertes Beispiel
für eine AGR-Ventilposition während eines Betriebszyklus
eines Motors. Die Null entspricht einer Ventilposition, in der im
Wesentlichen null Abgasrückführungsströmung
vorliegt. Die untere Bezeichnung 100 zeigt die Stelle,
an der das AGR-Ventil ganz geöffnet ist und an der Abgase
an einer stromabwärts des Verdichters liegenden Stelle dem
Einlasssystem zugeleitet werden. Die obere Bezeichnung 100 zeigt
die Stelle, an der das AGR-Ventil ganz geöffnet ist und
an der Abgase an einer stromaufwärts des Verdichters liegenden
Stelle dem Einlasssystem zugeleitet werden. Das nächste
Unterdiagramm zeigt die AGR-Strömung in den Motor während
des gleichen Zeitraums. Das folgende Unterdiagramm zeigt den Motordrehmomentbedarf
(wobei 0 null Drehmomentbedarf und 1 100% Drehmomentbedarf ist)
während des gleichen Zeitraums, gefolgt von Zündungs-Frühverstellung
und Drosselklappenstellung (wobei 0 der Verdichterhub am oberen
Totpunkt und 35 frühverstellte 35-Kurbelwellenwinkelgrad
vom Verdichterhub am oberen Totpunkt sind).
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Zum
Zeitpunkt null ist die AGR-Ventilposition teilweise geöffnet
zur Zuführung von Abgas zu einer Stelle im Einlasskrümmer,
die stromabwärts des Verdichters liegt. Die AGR-Ventilposition öffnet
sich weiter, während die vertikale Markierung 401 in
der Zeit erreicht wird. Die zum Zeitpunkt null in den Motor eintretende
Abgasmenge ist gering und erhöht sich, während
sich die Zeit der vertikalen Markierung 401 nähert.
Ebenso sind der Motordrehmomentbedarf und die Drosselklappe zum
Zeitpunkt null gering und erhöhen sich, wenn sich die Zeit
der vertikalen Markierung 401 nähert. Zündung
wird anfangs frühverstellt und verzögert, wenn
sich die Motorlast erhöht.
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Die
vertikale Markierung 401 stellt einen Zeitpunkt dar, zu
dem der Motordrehmomentbedarf eine vorbestimmte Höhe erreicht.
Wenn der Motordrehmomentbedarf die vorbestimmte Höhe erreicht, wechselt
das AGR-Ventil den Zustand. Die AGR-Ventilzustandsänderung
wird durch die AGR-Ventilbahn identifiziert, die sich von unterhalb der
Nullposition bis zu oberhalb der Nullposition bewegt. In das Einlasssystem
strömendes Abgas bewegt sich von einer Eintrittsstelle
stromabwärts des Verdichters zu einer Stelle stromaufwärts
des Verdichters. Es sei darauf hingewiesen, dass das AGR-Ventil
einen Nullströmungszustand durchläuft, bevor Abgas
damit beginnt, stromaufwärts des Verdichters zu strömen.
Folglich hören Abgase während des AGR-Ventilzustandsübergangs
vorübergehend auf, vom Auslasskrümmer/-rohr zum
Einlasssystem zu strömen. Das AGR-Ventilöffnungsausmaß ist
so ausgelegt, dass es, wenn die AGR-zustandsposition geändert
ist, die Position absichtlich überschreitet, die den gewünschten
Abgasdurchsatz unter stationären Bedingungen ergibt. Durch
Auffordern des AGR-Ventils, den gewünschten, stationären
Abgasdurchsatz zu überschreiten, können zusätzliche
Abgase stromaufwärts des Verdichters eingeleitet werden.
Das Einleiten zusätzlicher Abgase in das Einlasssystem
gestattet, dass sich mehr Abgas mit Luft, die das Einlasskanalvolumen
zwischen den stromaufwärtigen und stromabwärtigen
Abgaseintrittsstellen einnimmt, vermischt.
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Der
Prozentanteil von Abgas, das in den Zylinder eintritt, erhöht
sich bei Annäherung an die vertikale Markierung 401.
Die verstärkte Abgasströmung entspricht einem
größeren AGR-Ventilöffnungsausmaß.
Ebenso vergrößern sich in der Darstellung der Motordrehmomentbedarf
und die Drosselklappenstellung, wenn sich die Zeit der vertikalen
Markierung 401 annähert. Die dargestellte Abfolge
stellt einen Zustand dar, in dem der Bediener den Motordrehmomentbedarf
bei niedriger Motordrehzahl erhöht.
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Bei
der vertikalen Markierung 401 ändert das AGR-Ventil
seinen Zustand und durch Einstellung der Drosselklappenstellung
und der Zündungs-Frühverstellung wird für
einen Ausgleich gesorgt. Die Drosselklappenstellung wird verringert
und dann kurz danach vergrößert. Die Drosselklappenstellung
wird eingestellt, um die Änderung des Einlasskrümmerdrucks
auszugleichen, zu der es kommen kann, wenn die Abgaseinleitungsstelle
geändert wird. Das Ausmaß der Drosselklappenöffnung
wird eingestellt, um das Motordrehmoment während der AGR-Ventilzustandsänderung
zu steuern. Durch Einstellen der Drosselklappe wird in die Zylinder
eintretende Luft eingestellt, so dass die Drehmomentabgabe von dem Motor
nahe dem gewünschten Motordrehmoment liegt.
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Die
in die Motorzylinder eintretende Abgasmenge erhöht sich
vom Zeitpunkt null zu dem Zeitpunkt an der vertikalen Markierung 401.
Wenn der AGR-Ventilzustand gewechselt wird, wird die in die Zylinder
eintretende Abgasmenge kurzzeitig verringert, weil sich in das Einlasssystem
von stromaufwärts des Verdichters eintretende Abgase nicht
sofort mit der Luft vermischen können, die das Einlasssystemvolumen
zwischen den stromaufwärtigen und stromabwärtigen
Abgaseintrittsstellen einnimmt.
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Des
Weiteren kann die Motorzündung während der AGR-Ventilzustandsänderung
eingestellt werden. Die Zündwinkel-Frühverstellung
nimmt in der Darstellung zu der sich der vertikalen Markierung 401 annähernden
Zeit ab. Wenn der AGR-Ventilzustand geändert wird, kommt
es zu einer Zündungs-Spätverstellung. Eine Spätverstellung
der Zündung stellt eine Art und Weise der Einstellung des Motordrehmoments
bereit, wenn der AGR-Ventilzustand geändert wird. Wie zuvor
beschrieben, kann sich das Motordrehmoment erhöhen, wenn
stromabwärts des Verdichters in das Einlasssystem eintretendes
Abgas deaktiviert wird. Eine Spätverstellung des Zündwinkels
kann verwendet werden, um eine Erhöhung der Zylinderluftladung,
die eine AGR-Ventilzustandsänderung begleiten kann, auszugleichen.
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Zwischen
der vertikalen Markierung 401 und 403 werden die
in den Unterdiagrammen abgebildeten Signale in Bezug auf die Motorbetriebsbedingungen
eingestellt. Das Beispiel in der Figur stellt die Motorbetriebsbedingungen
dar, die zwischen der vertikalen Markierung 401 und 403 im
Wesentlichen konstant bleiben.
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An
der vertikalen Markierung 403 wird der Motordrehmomentbedarf
erhöht, und der AGR-Ventilzustand ändert sich
kurz danach. Einlasskrümmerdruck wird reduziert, wenn der
Motordrehmomentbedarf reduziert wird, wodurch das Leiten von Abgas
in das Einlasssystem an einer stromabwärts des Verdichters
liegenden Stelle erleichtert wird. Während der AGR-Ventilzustandsänderung
kann das AGR-Ventil kurzzeitig in einer geschlossenen Position gehalten
werden, in der Abgasströmung durch das Ventil im Wesentlichen
null ist, siehe Kennzeichnung 407. Die Zeitdauer, die das
Ventil in der Nullströmungsposition bleibt, kann von Motorbetriebsbedingungen
und dem Volumen des Einlasssystems zwischen den stromaufwärtigen
und stromabwärtigen Abgaseintrittsstellen abhängen.
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Die
in die Zylinder eintretende Abgasmenge ändert sich nicht
sofort, wenn sich der AGR-Ventilzustand ändert. Abgas strömt
weiter von der stromaufwärts des Verdichters liegenden
Abgaseintrittsstelle, bis das Abgas in den Motorzylinder eingeleitet
wird und Frischluft das Abgas verdrängt. Die in die Motorzylinder
eintretende Abgasmenge wird dann auf eine Höhe reduziert,
die mit der AGR-Ventilposition in Beziehung steht.
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Das
Ausmaß der Motordrosselklappenöffnung wird mit
dem Motordrehmomentbedarf reduziert. Das Ausmaß der Drosselklappenöffnung
wird jedoch hinter der vertikalen Markierung 403 und während
des AGR-Ventilzustandsübergangs kurzzeitig erhöht,
so dass das Motordrehmoment gleichmäßiger wird.
Das Öffnen der Motordrosselklappe gestattet, dass Frischluft
sich mit dem abgasangereicherten Ladungsgemisch vermischt, so dass
sich die in die Motorzylinder eintretende Abgasmenge nicht wesentlich
vergrößert. Das Öffnen der Drosselklappe kann
die Möglichkeit eines Motoraussetzers verringern, wenn
der Motordrehmomentbedarf reduziert ist und wenn eine AGR-Ventilzustandsänderung
vorliegt.
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Motorzündungs-Frühverstellung
wird mit abnehmender Motorlast verstärkt. Obgleich dies
nicht gezeigt wird, ist es möglich, die Zündung
kurzzeitig nach früh oder nach spät zu verstellen,
so dass Motoremissionen oder -drehmoment gesteuert werden können.
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Motordrehmoment
wird zwischen den vertikalen Markierungen 403 und 405 allmählich
erhöht. An der vertikalen Markierung 405 erreicht
das angeforderte Motordrehmoment eine vorbestimmte Höhe, und
der AGR-Ventilzustand wird geändert, so dass Abgas weiter
in die Motorzylinder strömen kann. Ebenso werden die Motorstellglieder
eingestellt, wie an der vertikalen Markierung 403 gezeigt.
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Die
hier offenbarten Verfahren, Routinen und Konfigurationen sind beispielhaft
und sollten nicht als einschränkend betrachtet werden,
da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann
die obige Offenbarung auf I3-, I4-, I5-, V6-, V8-, V10- und V12-Motoren
angewandt werden, die in Erdgas-, Benzin-, Diesel- oder alternativen
Kraftstoffkonfigurationen betrieben werden können.
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Die
folgenden Ansprüche geben bestimmte Kombinationen an, die
als neu und nicht offensichtlich angesehen werden. Gewisse Ansprüche
können sich jedoch auf ”ein” Element
oder ”ein erstes” Element oder dergleichen beziehen.
Solche Ansprüche sollten jedoch als auch ein oder mehrere
Elemente umfassend verstanden werden, wobei zwei oder mehr solche
Elemente weder erforderlich sind noch ausgeschlossen werden. Andere
Variationen oder Kombinationen von Ansprüchen können
durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder
durch Präsentation neuer Ansprüche in einer verwandten
Anmeldung beansprucht werden. Der Gegenstand dieser Ansprüche
sollte als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung mit enthalten
angesehen werden.
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Insbesondere
umfasst die Erfindung ein System zur Bereitstellung von AGR für
einen Verbrennungsmotor, wobei das System Folgendes:
einen
Verbrennungsmotor;
einen Turbolader, der einen Verdichter und
eine Turbine;
ein AGR-Ventil, das Abgase von dem Motorauslass zu
einer Stelle im Motoreinlasssystem stromaufwärts des Verdichters
oder zu einer Stelle im Motoreinlasssystem stromabwärts
des Verdichters leiten kann; und
eine Steuerung, die für
einen Ausgleich sorgt, wenn sich der Zustand des AGR-Ventils von
einem Abgase nach stromabwärts des Verdichters zuführenden
Zustand zu einem Abgase zu stromaufwärts des Verdichters
zuführenden Zustand ändert. Zusätzlich kann
das System weiterhin ein Steuerung für einen Ausgleich
bereitstellen, wenn sich der Zustand des AGR-Ventils von einem Abgase
zu stromaufwärts des Verdichters zuführenden Zustand
zu einem Abgase stromabwärts des Verdichters zuführenden
Zustand ändert.
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Dabei
kann ein Ausgleich z. B. das Einstellen der Zündzeitpunktverstellung
des Verbrennungsmotors umfassen.
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In
Kombination mit dieser Art des Ausgleich oder unabhängig
davon kann der Ausgleich das Einstellen der Position des AGR-Ventils
zur Erhöhung und dann Verringerung der AGR-Strömung
durch das AGR-Ventil während der AGR-Ventilzustandsänderung
umfassen. Weiterhin kann der Ausgleich das Einstellen der Motorventilsteuerung
und/oder das Einstellen des Zeitpunkts der Kraftstoffeinspritzung zum
Motor und/oder das Einstellen des Ladedrucks des Turboladers umfassen.
In das System kann ein Dreiwegekatalysator in einem Kanal zwischen
dem Auslasssystem des Motors und der stromaufwärtigen Seite
des Verdichters installiert ist. Zusätzlich oder alternativ
kann ein Dreiwegekatalysator in einem Auslasskanal stromaufwärts
des AGR-Ventils und/oder stromaufwärts des Verdichters
installiert sein.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst das System zur
Bereitstellung von AGR für einen Verbrennungsmotor, wobei
das System Folgendes:
einen Verbrennungsmotor mit einem Auslasskanal und
einem Einlasskanal;
einen Turbolader mit einem Verdichter und
einer Turbine, wobei der Turbolader über den Auslasskanal und
den Einlasskanal mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist;
ein
AGR-Ventil, das so konfiguriert ist, dass der Einlass des AGR-Ventils
mit dem Auslasskanal stromaufwärts des Turboladers in Verbindung
steht, und so, dass ein Auslass des AGR-Ventils mit dem Einlasskanal
stromabwärts des Verdichters in Verbindung steht, und so,
dass ein anderer Auslass des AGR-Ventils mit dem Einlasskanal stromaufwärts des
Verdichters in Verbindung steht; und
eine Steuerung, die die
Position des AGR-Ventils als Reaktion auf eine Druckdifferenz einstellt.
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Die
Druckdifferenz kann bevorzugt eine Druckdifferenz zwischen einem
Einlasskrümmer und einem Auslasskanal sein. Die Druckdifferenz
kann einer Öffnung eines Sensors in einem Kanal, der z.
B. zwischen Auslasskanal und dem AGR-Ventil angeordnet ist bestimmt
werden. In Kombination damit oder unabhängig davon kann
die Steuerung die Öffnungs- und/oder Schließzeiten
der Motorventile in Bezug auf die Position des AGR-Ventils einstellen. Des
weiteren kann die Leistung des Turboladers eingestellt werden, wenn
der Zustand der AGR von Zuführung von Abgasen zu dem Einlasskanal
stromaufwärts des Verdichters zu Zuführung von
Abgasen zu dem Einlasskanal stromabwärts des Verdichters
geändert wird. Insbesondere kann die Position des AGR-Ventils
als Reaktion auf Motordrehzahl und -last eingestellt werden. In
das System kann ein Katalysator integriert sein, der stromaufwärts
des AGR-Ventileinlasses oder stromabwärts des Auslasses
des AGR-Ventils angeordnet ist, das mit dem Einlasskanal stromaufwärts
des Verdichters in Verbindung steht.
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Ein
bevorzugtes Verfahren zur Bereitstellung von AGR für einen
Verbrennungsmotor, umfasst Folgendes:
Einstellen der Position
eines AGR-Ventils in eine erste Position zur Zuführung
von Abgasen stromaufwärts eines Verdichters bei einer ersten
Druckdifferenz zwischen einem Motoreinlasskrümmer und einem
Motorauslasskanal; und
Einstellen der Position des AGR-Ventils
in eine zweite Position zur Zuführung von Abgasen stromabwärts des
Verdichters bei einer zweiten Druckdifferenz zwischen dem Motoreinlasskrümmer
und dem Motorauslasskanal.
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Dabei
kann ein Katalysator mit einem Auslass des AGR-Ventils und der stromaufwärtigen
Seite des Verdichters in Verbindung stehen. Das Verfahren kann weiterhin
das Einstellen der Ventilsteuerung des Motors, wenn das AGR-Ventil
von Zuführung von Abgasen stromaufwärts des Verdichters
zu Zuführung von Abgasen stromabwärts des Verdichters wechselt,
umfassen. In Kombination damit oder alternativ kann das Verfahren
das Einstellen von Motorzündungs-Frühverstellung
umfassen, wenn das AGR-Ventil von Zuführung von Abgasen
stromaufwärts des Verdichters zu Zuführung von
Abgasen stromabwärts des Verdichters wechselt. In Kombination
damit oder alternativ kann das Verfahren das Einstellen der Motordrosselklappenstellung
umfassen, wenn das AGR-Ventil von Zuführung von Abgasen
stromaufwärts des Verdichters zu Zuführung von Abgasen
stromabwärts des Verdichters wechselt.
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In
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel kann das
Verfahren zur Bereitstellung von AGR für einen Verbrennungsmotor
Folgendes umfassen:
Einstellen der Position des AGR-Ventils
derart, dass Abgas in ein Motoreinlasssystem zu einer stromaufwärts
eines Verdichters liegenden ersten Position strömt, wenn
die Motordrehzahl niedrig ist und der Motordrehmomentbedarf groß ist;
und Einstellen der Position des AGR-Ventils derart, dass Abgas in
ein Motoreinlasssystem zu einer stromabwärts des Verdichters
liegenden zweiten Position strömt, wenn die Motordrehzahl
hoch ist oder wenn der Motordrehmomentbedarf gering ist.
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Dabei
kann das AGR-Ventil Abgas zu mindestens zwei Wegen leiten. Bevorzugt
wird die Position des AGR-Ventils als Reaktion auf die Motordrehzahl
auf den Motordrehmomentbedarf eingestellt, wobei bevorzugt das AGR-Ventil
elektrisch gesteuert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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