DE102012204047A1

DE102012204047A1 - Verfahren und System zur Zufuhr von Luft zu einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102012204047A1
Application number: DE102012204047A
Authority: DE
Inventors: Joseph Norman Ulrey; Jeffrey Allen Doering; Donald Lewis; Ross Dykstra Pursifull
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2012-10-04
Also published as: CN102733959A; US8161746B2; US20110209690A1; US8783031B2; CN102733959B; US20120247101A1

Abstract

Es werden Systeme und Verfahren zur Zufuhr von Luft an einen Motor offenbart. In einem Beispiel wird eine Lufteinlaßdrossel als Reaktion auf eine Änderung der Motordrehmomentanforderung zumindest teilweise geschlossen. In einem anderen Beispiel wird die Lufteinlaßdrossel zusammen mit der Anpassung einer Motordrossel angepaßt. Derart kann ein Verdichtergeräusch und die Möglichkeit eines Verdichter-Pumpens verringert werden.

Description

Der Wirkungsgrad einer Brennkraftmaschine kann bei gleicher Motorleistung und reduziertem Hubraum erhöht werden zur bei zusätzlicher Verdichtung der zugeführten Luft. Das Reduzieren des Hubraums kann Pumpverluste des Motors verringern, und die Verdichtung der Ansaugluft des Motors kann die Ausgangsleistung eines Motors mit kleinerem Hubraum erhöhen. Folglich kann ein Motor mit kleinerem Hubraum im Vergleich zu einem Motor mit größerem Hubraum bei annähernd gleicher Leistung einen verbesserten Kraftstoffverbrauch aufweisen. Verdichter bzw. Kompressoren neigen aber zum Pumpen, wenn die Strömung durch den Verdichter niedrig und die Druckdifferenz über den Verdichter relativ hoch ist. Ein Pumpen kann aus verschiedenen Gründen unerwünscht sein, einschließlich dessen, dass ein Pumpen ein unerwünschtes Geräusch des Motor-Luftansaugsystems erzeugen kann.
Die Erfinder haben die obigen Nachteile erkannt und ein Verfahren entwickelt, um einem Motor Luft zuzuführen, aufweisend: Regeln des Luftstroms zu einem Verdichter über eine erste Drossel; Regeln des Luftstroms vom Verdichter zu den Motorzylindern über eine zweite Drossel; und mindestens teilweises Schließen der ersten Drossel während eines Pumpzustands des Verdichters.
Durch Schließen einer Drossel vor einem Verdichter während eines Verdichterpumpens kann es möglich sein, den Geräuschpegel zu verringern, der für einen Fahrzeugführer wahrnehmbar ist. Wenn zum Beispiel ein Verdichter-Bypaßventil geöffnet wird, um ein Pumpen zu verringern, kann das Geräusch der den Verdichter umgehenden und zum Verdichtereinlaß zurückkehrenden Luft weniger wahrnehmbar sein, wenn eine Drossel, die vor dem Bypaßventil und dem Verdichter in einer Richtung des Luftstroms in den Motor angeordnet ist, zumindest teilweise geschlossen ist. Das Schließen der Drossel kann die Ausbreitung von Schallwellen vom Bypaßventil zum Luftfilterkasten behindern, um den vom Luftfilterkasten ausgehende Geräuschpegel zu verringern. Als Ergebnis kann die Menge von durch das Verdichterpumpen induziertem Geräusch verringert werden. Zusätzlich kann Aufladedruck beibehalten werden, indem eine Lufteinlaßdrossel während der Pumpzustände geschlossen wird. So kann, anstatt Druckluft über den Luftfilterkasten in die Atmosphäre abzulassen, die Druckluft innerhalb des Motorluftansaugsystems gehalten werden, wo sie vom Motor verbraucht werden kann.
Die vorliegende Beschreibung zählt mehrere vorteilhafte Ausführungen auf. Speziell kann das Motorgeräusch durch Begrenzung von vom Luftfilterkasten kommendem Geräusch verringert werden. Weiterhin kann Druckluft zur Verwendung im Motor verbleiben, anstatt die Druckluft in die Atmosphäre abzulassen. So kann die aufgewendete Verdichtungsarbeit reduziert werden. Als Ergebnis wird der Kraftstoffverbrauch verbessert, da die in die Verdichtung der Luft gesteckte Arbeit wiedergewonnen werden kann.
Die obigen und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung gehen klar aus der folgenden ausführlichen Beschreibung alleine oder in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen hervor.
Es ist klar, dass die obige Kurzfassung geliefert wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten zu liefern, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden. Sie soll keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands bestimmen, dessen Umfang nur durch die auf die ausführliche Beschreibung folgenden Patentansprüche definiert wird. Außerdem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Ausführungen beschränkt, die irgendwelche oben oder in einem Teil dieser Offenbarung erwähnten Nachteile beseitigen.
Die Figuren zeigen:
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Motors;
2–5 zeigen während eines Motorbetriebs simulierte relevante Signalverläufe;
6 zeigt ein detailliertes Flußdiagramm eines Verfahrens zur Luftzufuhr zu einem Motor.
Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf die Luftzufuhr eines Motors. Insbesondere liefert die vorliegende Beschreibung einen Lösungsvorschlag zur Verringerung der Möglichkeit der Geräuscherzeugung während Zuständen eines geringen Durchflusses und eines höheren Druckverhältnisses in einem Verdichter. 1 zeigt ein beispielhaftes System zum Liefern von Luft an einen Motor. Die 2 bis 5 zeigen simulierte relevante Signalverläufe, wenn Luft an einen Motor geliefert wird. 6 zeigt ein Verfahren zum Liefern von Luft an einen Motor und die in den 2–5 veranschaulichte Regelung.
Unter Bezug auf 1 wird ein Verbrennungsmotor 10, der eine Vielzahl von Zylindern aufweist, von denen ein Zylinder in 1 gezeigt ist, von einem elektronischen Motorregler 12 geregelt. Der Motor 10 enthält den Brennraum 30 und Zylinderwände 32 mit dem darin positionierten Kolben 36 der mit der Kurbelwelle 40 verbunden ist. Der Brennraum 30 ist mit dem Ansaugkrümmer 44 und dem Abgaskrümmer 48 über ein Ansaugventil 52 bzw. ein Abgasventil 54 verbunden gezeigt. Jedes Ansaug- und Abgasventil kann von einer Ansaugnocke 51 und einer Abgasnocke 53 betrieben werden. Alternativ können eines oder mehr der Ansaug- und Abgasventile von einer -elektromagnetischen Anordnung betrieben werden. Die Stellung der Ansaugnocke 51 kann durch den Ansaugnockensensor 55 bestimmt werden. Die Stellung der Abgasnocke 53 kann durch den Abgasnockensensor 57 bestimmt werden.
Die Kraftstoffeinspritzdüse 66 ist zum Einspritzen von Kraftstoff direkt in den Zylinder 30 positioniert gezeigt, was dem Fachmann als Direkteinspritzung bekannt ist. Alternativ kann Kraftstoff in eine Ansaugöffnung eingespritzt werden, was dem Fachmann als Saugrohreinspritzung bekannt ist. Die Kraftstoffeinspritzdüse 66 liefert flüssigen Kraftstoff proportional zur Impulsbreite des Signals FPW vom Regler 12. Der Kraftstoff wird an die Kraftstoffeinspritzdüse 66 von einem Kraftstoffsystem (nicht gezeigt) geliefert, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und einen Kraftstoffverteiler (nicht gezeigt) enthält. Die Kraftstoffeinspritzdüse 66 wird mit Betriebsstrom vom Antrieb 68 beliefert, der auf den Regler 12 anspricht. Zusätzlich ist der Ansaugkrümmer 44 in Verbindung mit einer optionalen elektronischen Drossel 62 gezeigt, die eine Stellung der Drosselklappe 64 anpaßt, um den Luftstrom vom Ansaugrohr 46 zum Motorzylinder 30 zu regeln.
Die Abgasrückführung (AGR) wird über den AGR-Kanal 135 und das AGR-Ventil 138 an das Motorluftansaugsystem an einer Stelle hinter der Drossel 82 des Luftansaugsystems (LAS) von einer Stelle im Abgassystem hinter der Turbine 164 geliefert. Die AGR kann vom Abgassystem zum Ansaugluftsystem gesaugt werden, wenn die LAS-Drossel 82 teilweise geschlossen ist. Die Drosselklappe 84 regelt den Luftstrom zum Verdichter 162. Das LAS kann elektrisch geregelt und seine Stellung auf der Basis eines optionalen Sensors 88 angepaßt werden. Ein optionales Rückschlagventil 60 ermöglicht das Umgehen der LAS-Drossel 82, sobald eine bestimmte Druckdifferenz in der LAS-Drossel 82 überschritten wird. So kann das Bypaßventil 60 verhindern, dass ein übermäßiges Vakuum zwischen der LAS-Drossel 82 und dem Verdichter 162 entsteht.
Der Verdichter 162 saugt Luft vom Lufteinlaß 42 an, um das Ansaugrohr 46 zu versorgen. In manchen Beispielen kann der Lufteinlaß 42 einen Luftfilterkasten (nicht gezeigt) enthalten. Die Abgase drehen eine Turbine 164, die mit dem Verdichter 162 über eine Welle 161 gekoppelt ist. Ein vakuumbetriebener Wastegate-Aktuator 72 ermöglicht es, dass die Abgase die Turbine 164 umgehen, so dass der Ladedruck unter variierenden Betriebszuständen geregelt werden kann. Das Verdichter-Bypaßventil 158 (CBV) stellt einen Weg um den Verdichter herum bereit 162, so dass Luft sich vom Verdichterauslaß zum Verdichtereinlaß bewegen kann, um den Druck zu verringern, der sich im Verdichter 162 ausbilden kann. Das CBV 158 kann über ein elektrisches Signal vom Regler 12 geöffnet und geschlossen werden. In manchen Beispielen kann ein zusätzlicher Drucksensor (nicht gezeigt) zwischen der LAS-Drossel und einem Einlaß des Verdichters 162 positioniert sein, um eine Druckinformation an den Regler 12 zu liefern.
Ein verteilerloses Zündsystem 90 liefert einen Zündfunken an den Brennraum 30 über die Zündkerze 92 als Reaktion auf den Regler 12. Eine Breitbandsonde für Sauerstoff (UEGO) 126 ist mit dem Abgaskrümmer 48 vor dem Katalysator 70 gekoppelt gezeigt. Alternativ kann ein Abgassauerstoff-Sensor mit zwei Zuständen die UEGO-Sonde 126 ersetzen.
Der Katalysator 70 kann in einem Beispiel viele Katalysatorkörper enthalten. In einem anderen Beispiel können viele Emissionsregelungsvorrichtungen, jede mit vielen Körpern, verwendet werden. Der Katalysator 70 kann in einem Beispiel ein Drei-Wege-Katalysator sein.
Der Regler 12 ist in 1 als ein üblicher Mikrocomputer gezeigt, der enthält: eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangsports 104, einen Nur-Lese-Speicher 106, einen Schreib-Lese-Speicher 108, einen batteriestromgestützen Speicherchip 110 und einen üblichen Datenbus. Der Regler 12 ist als verschiedene Signale von mit dem Motor 10 gekoppelten Sensoren zusätzlich zu den vorher erörterten Signalen empfangend gezeigt, einschließlich: Motorkühlmitteltemperatur (ECT) vom Temperatursensor 112, der mit dem Kühlmantel 114 gekoppelt ist; ein Positionssensor 134, der mit einem Gaspedal 130 gekoppelt ist, um die vom Fuß 132 angepaßte Gaspedalstellung zu erfassen; ein Klopfsensor (nicht gezeigt); eine Messung des Motorkrümmerdrucks (MAP) vom Drucksensor 121, der mit dem Ansaugkrümmer 44 gekoppelt ist; eine Messung des Ladedrucks vom Drucksensor 122, der mit der Ansaugrohr 46 gekoppelt ist; ein Motorpositionssensor von einem Hall-Sensor 118, der die Stellung der Kurbelwelle 40 erfaßt; eine Messung einer in den Motor eintretenden Luftmasse vom Sensor 120 (z. B. ein Hitzdraht-Luftmengenmesser); und eine Messung der Drosselstellung vom Sensor 58. Auch der barometrische Druck kann erfaßt werden (Sensor nicht gezeigt), um vom Regler 12 verarbeitet zu werden. Bevorzugt erzeugt der Motorpositionssensor 118 eine vorbestimmte Anzahl von gleich beabstandeten Impulsen bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle, wodurch die Motordrehzahl (RPM) bestimmt werden kann.
In manchen Ausführungsformen kann der Motor mit einem Elektromotor/Batteriesystem in einem Hybridfahrzeug gekoppelt sein. Das Hybridfahrzeug kann eine parallele Konfiguration, eine Reihen-Konfiguration, oder Variationen oder Kombinationen davon haben. Weiter können in manchen Ausführungsformen andere Motorkonfigurationen verwendet werden, zum Beispiel ein Dieselmotor.
Im Betrieb erfährt jeder Zylinder im Motor 10 typischerweise einen Viertaktzyklus: der Zyklus enthält den Ansaugtakt, Verdichtungstakt, Arbeitstakt und Auspufftakt. Während des Ansaugtakts schließt sich allgemein das Abgasventil 54 und das Ansaugventil 52 öffnet sich. Luft wird in den Brennraum 30 über den Ansaugkrümmer 44 eingeführt, und der Kolben 36 bewegt sich zum Boden des Zylinders, um das Volumen im Brennraum 30 zu erhöhen. Die Stellung, in der der Kolben 36 nahe dem Boden des Zylinders und am Ende seines Takts ist (z. B. wenn der Brennraum 30 sein größtes Volumen hat), wird von den Fachleuten als unterer Totpunkt bezeichnet (BDC). Während des Verdichtungstakts sind das Ansaugventil 52 und das Abgasventil 54 geschlossen. Der Kolben 36 bewegt sich zum Zylinderkopf, um die Luft im Brennraum 30 zu verdichten. Der Punkt, an dem der Kolben 36 sich am Ende seines Takts und dem Zylinderkopf am nächsten befindet (z. B. wenn der Brennraum 30 sein kleinstes Volumen hat), wird von den Fachleuten typischerweise als oberer Totpunkt bezeichnet (TDC). In einem nachfolgend als Einspritzung bezeichneten Prozeß wird Kraftstoff in den Brennraum eingeführt. In einem nachfolgend als Zündung bezeichneten Prozeß wird der eingespritzte Kraftstoff durch bekannte Zündeinrichtungen wie die Zündkerze 92 gezündet, was zu einer Verbrennung führt. Während des Arbeitstakts drücken die sich ausbreitenden Gase den Kolben 36 zurück zum BDC. Die Kurbelwelle 40 wandelt die Kolbenbewegung in ein Drehmoment der Drehwelle um. Schließlich öffnet sich das Abgasventil 54 im Abgastakt, um das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch zum Abgaskrümmer 48 auszulassen, und der Kolben kehrt zum TDC zurück. Es ist anzumerken, dass Obiges nur ein Beispiel ist, und dass die Öffnungs- und/oder Schließeinstellungen des Ansaug- und Abgasventils variieren können, um eine positive oder negative Ventilüberlappung, ein spätes Schließen des Ansaugventils oder verschiedene andere Beispiele zu liefern.
Nun werden unter Bezug auf die 2 und 3 simulierte relevante Signalverläufe während einer Motorbetriebsfolge gezeigt. Die Signale in der Folge können gemäß dem Verfahren der 6 über das System der 1 geliefert werden. Die Signale der 2 und 3 finden während der gleichen Folge statt, und senkrechte Markierungen T₀–T₈ liefern Zeitbezüge für interessante Ereignisse.
Das erste Signal von oben in 2 stellt einen Motordrehmomentbefehl dar. Der Motordrehmomentbefehl kann über einen Antriebsbefehl oder einen Befehl eines Reglers (z. B. eines Hybridreglers) erzeugt werden. Die Y-Achse stellt das angeforderte Motordrehmoment dar. Ein angefordertes Motordrehmoment nimmt in Richtung des Y-Achse-Pfeils zu. Die X-Achse stellt die Zeit dar, und die Zeit nimmt von links nach rechts in 2 zu.
Das zweite Signal von oben in 2 stellt eine Stellung einer LAS-Drossel dar (z. B. Drossel 82 in 1). Die Öffnung der LAS-Drossel nimmt in Richtung des Y-Achse-Pfeils zu. Die X-Achse stellt die Zeit dar, und die Zeit nimmt von links nach rechts in 2 zu.
Das dritte Signal von oben in 2 stellt eine Stellung einer Motordrossel dar (z.B. der Drossel 62 in 1). Die Öffnung der Motordrossel nimmt in Richtung des Y-Achse-Pfeils zu. Die X-Achse stellt die Zeit dar, und die Zeit nimmt von links nach rechts in 2 zu.
Das vierte Signal von oben in 2 stellt den Zustand eines CBV dar (z. B. CBV 158 in 1). Das CBV ist offen, wenn das Signal in einem hohen Zustand ist, und geschlossen, wenn das Signal in einem niedrigen Zustand ist. Die X-Achse stellt die Zeit dar, und die Zeit nimmt von links nach rechts in 2 zu.
Das fünfte Signal von oben in 2 stellt den Motordrossel-Einlaßdruck dar. Zum Beispiel kann der Motordrossel-Einlaßdruck in dem Ansaugrohr 46 über den Drucksensor 122 erfaßt werden. Der Motor-Einlaßdruck nimmt in Richtung des Y-Achse-Pfeils zu. Die X-Achse stellt die Zeit dar, und die Zeit nimmt von links nach rechts in 2 zu.
Das erste Signal von oben in 3 stellt eine Turbolader-Wastegate-Stellung dar. Die Öffnung des Wastegates nimmt in Richtung des Y-Achse-Pfeils zu. Die X-Achse stellt die Zeit dar, und die Zeit nimmt von links nach rechts in 3 zu.
Das zweite Signal von oben in 3 stellt eine Stellung eines AGR-Ventils dar. Die Öffnung des AGR-Ventils nimmt in Richtung des Y-Achse-Pfeils zu. Die X-Achse stellt die Zeit dar, und die Zeit nimmt von links nach rechts in 3 zu.
Das dritte Signal von oben in 3 stellt den Druck in einem Luftansaugsystem vor einem Luftverdichter dar. Der Druck nimmt in Richtung des Y-Achse-Pfeils zu. Die X-Achse stellt die Zeit dar, und die Zeit nimmt von links nach rechts in 3 zu. Die waagrechte Linie 302 stellt den Atmosphärendruck dar. Ein Druck über der waagrechten Linie 302 stellt einen positiven Druck und ein Druck unter der waagrechten Linie 302 stellt ein Vakuum dar.
Zum Zeitpunkt T₀ ist der Motordrehmomentbefehl zwischen einem mittleren Pegel und einem höheren Pegel. In einem Beispiel stellt der Motordrehmomentpegel zum Zeitpunkt T₀ einen Motordrehmomentpegel bei einer Fahrzeug-Reisegeschwindigkeit dar (z. B. 60 MPH). Die LAS-Drossel ist teilweise geschlossen, um einen leichten Unterdruck zwischen der LAS-Drossel und dem Verdichter zu erzeugen. Da das AGR-Ventil auch teilweise offen ist, kann die AGR zum Zeitpunkt T₀ zum Motor fließen. Die Motordrossel ist auch teilweise offen, so dass der Motor eine Luftmenge empfängt, um das befohlene Motordrehmoment zu liefern. Der Motordrossel-Einlaßdruck ist teilweise erhöht, so das Luft zur Verfügung steht, um das befohlene Motordrehmoment zu liefern. Das Turbolader-Wastegate ist zum Zeitpunkt T₀ auch teilweise offen, und der Verdichter-Einlaßdruck ist etwas geringer als Atmosphärendruck.
Zum Zeitpunkt T₁ beginnt die Motordrehmomentanforderung abzunehmen. Die Motordrehmomentanforderung kann abnehmen, damit das Fahrzeug, das der Motor antreibt, seine Drehzahl verringern kann. Die Motordrosselstellung beginnt sich auch als Reaktion auf die abnehmende Motordrehmomentanforderung zu schließen. Das Schließen der Drossel verringert die Motorluftmenge und den Luftstrom in den Motor, um das Motordrehmoment zu verringern. Der Motordrossel-Einlaßdruck steigt, wenn die Motordrossel sich schließt. Die Durchflußmenge durch den Verdichter nimmt auch ab, da der Luftstrom in den Motor durch Schließen der Motordrossel verringert wird. Das AGR-Ventil beginnt auch sich schließen, wenn die Motordrehmomentanforderung abnimmt, so dass das Mischungsverhältnis im Zylinder nicht ändert.
Zum Zeitpunkt T₂ beginnt die LAS-Drossel sich zu schließen, und das CBV wird als Reaktion auf einen höheren Differentialdruck im Turbolader-Verdichter und einer geringen Durchflußmenge durch den Turbolader-Verdichter geöffnet. Solche Zustände können ein Turbolader-Verdichter-Pumpen anzeigen. Weiter wird das Turbolader-Wastegate geöffnet, so dass weniger Abgasenergie geliefert wird, um den Verdichter zu drehen. Durch Öffnen des Wastegates und des CBV kann das Verdichter-Pumpen verringert werden. Das Schließen der LAS-Drossel kann das Verdichtergeräusch und das Geräusch verringern, das durch das Öffnen des CBV erzeugt werden kann. Weiter, wie man vom Motordrossel-Einlaßdruck sehen kann, schließt das Schließen der LAS-Drossel Luft zwischen der LAS-Drossel und dem Verdichter ein, so dass die Luft zum Motor gesaugt werden kann anstatt über einen Luftkasten aus dem Motor-Ansaugluftsystem auszutreten. Dementsprechend wird Luft durch Pumpen der Motorzylinder aus dem Ansaugrohr 46 gesaugt, nachdem die LAS-Drossel geschlossen wurde. Das Öffnen des CBV ermöglicht den Ausgleich des Drucks am Einlaß und Auslaß des Verdichters.
Es ist anzumerken, dass die Druckdifferenz im Verdichter, wenn die Möglichkeit eines Pumpens verringert ist, für verschiedene Durchflußmengen und Verdichter variieren kann. Daher können das CBV und das Turbolader-Wastegate zu verschiedenen Zeiten geschlossen sein, abhängig von den Betriebszuständen des Verdichters.
Zum Zeitpunkt T₃ ist der Motordrossel-Einlaßdruck verringert, und eine Druckdifferenz über den Verdichter ist bei der vorliegenden Verdichter-Durchflußmenge ausreichend verringert, um ein Verdichter-Pumpen zu begrenzen. Daher sind das CBV und das Turbolader-Wastegate geschlossen. Kurz danach wird die LAS-Drossel geöffnet. Die LAS kann geöffnet werden, wenn der Drossel-Einlaßdruck, der Ansaugkrümmerdruck, oder der Verdichter-Einlaßdruck auf weniger als einen Druchschwellwert fällt (z. B. Atmosphärendruck). Indem erlaubt wird, dass ein Druck des Luftansaugsystems abnimmt, kann die in die Verdichtung der Luft gesteckte Arbeit wiedergewonnen werden. Weiter kann die Möglichkeit der Rückströmung durch den Verdichter verringert werden. In anderen Beispielen kann das LAS geöffnet werden, nachdem eine vorbestimmte Anzahl von gezählten Motorereignissen stattgefunden hat (z. B. Motor-Verbrennungsereignisse oder Motorzylinderzyklen). In noch anderen Beispielen kann das LAS geöffnet werden, nachdem eine vorbestimmte Zeitspanne vergangen ist, seit die LAS-Drossel geschlossen wurde. Das LAS kann auch geöffnet werden, wenn der Motordrehmomentbefehl zunimmt. Die LAS-Drossel ist als sich zu einer vollständig geöffneten Stellung bewegend gezeigt. Die LAS-Drossel kann aber zu einer weniger als vollständig geöffneten Stellung bewegt werden.
Zwischen dem Zeitpunkt T₃ und dem Zeitpunkt T₄ nimmt der Motordrehmomentbefehl zu, und das LAS wird teilweise geschlossen, nachdem es in einer ganz geöffneten Stellung war. Die Motordrosselstellung bewegt sich, wenn der Motordrehmomentbefehl sich ändert, um das befohlene Motordrehmoment zu liefern. Der Motordrossel-Einlaßdruck nimmt auch zu, so dass der Motor das befohlene Drehmoment liefern kann. Die Wastegate-Stellung ändert sich nach und nach und beginnt sich zu öffnen, wie auch das AGR-Ventil.
Zwischen dem Zeitpunkt T₄ und dem Zeitpunkt T₅ nimmt das Motordrehmoment ab, das Motordrehmoment wird aber nicht in dem Grad verringert, der die Verdichterströmung senkt, und erhöht die Druckdifferenz über den Verdichter, um ein Verdichter-Pumpen zu induzieren. Folglich bleibt die LAS-Drossel offen und das CBV bleibt geschlossen. Die Motordrosselstellung wird so angepaßt, dass das gewünschte Motordrehmoment geliefert wird.
Zum Zeitpunkt T₆ wird der Motordrehmomentbefehl wieder verringert. Die Motordrossel beginnt sich zu schließen, kurz nachdem der Motordrehmomentbefehl beginnt abzunehmen, wie es auch das AGR-Ventil tut. Der Motordrossel-Einlaßdruck nimmt zu, wenn die Motordrossel geschlossen wird. Der steigende Druck am Drosseleinlaß verringert die Strömung durch den Verdichter und erhöht die Druckdifferenz über den Verdichter. Als Ergebnis kommt der Verdichter in einen Pumpzustand.
Zum Zeitpunkt T₇ beginnt die LAS-Drossel sich als Reaktion darauf zu schließen. Das CBV öffnet sich auch, in dem Bemühen, die Druckdifferenz über den Verdichter zu verringern. Der Drossel-Einlaßdruck beginnt abzunehmen, wenn Luft vom Verdichterauslaß zum Verdichtereinlaß über das CBV strömt. Das Wastegate wird auch zum Zeitpunkt T₇ geöffnet, in dem Bemühen, die Verdichter-Drehzahl zu verringern.
Zum Zeitpunkt T₈ wird der Motordrehmomentbefehl erhöht. Der Motordrehmomentbefehl wird erhöht, ehe die Druckdifferenz über den Verdichter einen Pegel erreicht, auf dem das CBV geschlossen und die LAS-Drossel geöffnet werden kann. Die zunehmende Drehmomentanforderung führt dazu, dass das CBV sich schließt und die Motordrossel sich öffnet. Daher reagieren die Motordrossel und das CBV auf den zunehmenden Drehmomentbefehl. Das Öffnen der Motordrossel ermöglich die Verringerung des Drucks hinter der LAS-Drossel auf unter Atmosphärendruck zum Zeitpunkt T₉. So kann die Möglichkeit eines umgekehrten Luftstroms durch den Verdichter verringert werden. Die LAS-Drossel beginnt sich zum Zeitpunkt T₉ zu öffnen, um einen zusätzlichen Luftstrom in den Motor zu erlauben. In anderen Beispielen können die LAS und CBV als Reaktion auf die Verdichterströmung und den Differenzdruck über den Verdichter geöffnet bzw. geschlossen werden. In noch anderen Beispielen können die CBV und die LAS-Drossel als Reaktion auf die Motordrosselstellung angepaßt werden.
Im vorliegenden Beispiel wird die Motordrossel nahe dem Zeitpunkt T₈ geöffnet, so dass der Motor-Luftstrom und das Drehmoment als Reaktion auf die zunehmende Motordrehmomentanforderung zunehmen. Der zunehmende Motor-Luftstrom erhöht den Luftstrom durch den Verdichter, so dass der Verdichter den Pumpzustand verläßt. Daher bewegt sich das Wastegate in eine teilweise offene Stellung, und die AGR-Ventilöffnung nimmt zu, um es der AGR zu erlauben, mit der Strömung zum Motor zu beginnen.
Nun unter Bezug auf die 4 und 5 sind die grafischen Darstellungen und Signale die gleichen wie in den 2 und 3 beschriebenen. Daher wird die Beschreibung der 4 und 5 der Kürze halber auf die Unterschiede zwischen den Figuren beschränkt.
Zum Zeitpunkt T₀ befindet sich der Motordrehmomentbefehl zwischen einem mittleren Pegel und einem höheren Pegel. Die LAS-Drossel ist teilweise geschlossen, um einen geringen Unterdruck zwischen der LAS-Drossel und dem Verdichter zu erzeugen. Da das AGR-Ventil auch teilweise geöffnet ist, kann die AGR zum Zeitpunkt T₀ zum Motor strömen. Die Motordrossel ist auch teilweise offen, so dass der Motor eine Luftmenge empfängt, um das befohlende Motordrehmoment zu liefern. Der Motordrossel-Einlaßdruck ist teilweise hoch, so dass Luft zur Verfügung steht, um das befohlene Motordrehmoment zu liefern. Das Turbolader-Wastegate ist zum Zeitpunkt T₀ auch teilweise offen, und der Verdichter-Einlaßdruck ist etwas geringer als der Atmosphärendruck.
Zum Zeitpunkt T₁ ist das Motordrehmoment verringert, und die LAS-Drossel ist geschlossen. Das Schließen der LAS-Drossel verringert den Luftstrom in den Verdichter und den Motor. Das CBV ist auch als Reaktion auf den abnehmenden Motordrehmomentbefehl geöffnet. Das Schließen des LAS und das Öffnen des CBV verringert die Möglichkeit, dass der Verdichter in einen Pumpzustand kommt. Daher werden LAS und CBV angepaßt, um eine vorbeugende Maßnahme gegen die Möglichkeit eines Pumpens zu treffen. In einem Beispiel können CBV und LAS als Reaktion auf die Ableitung des Motordrehmomentbefehls während einer abnehmenden Motordrehmomentanforderung angepaßt werden. Weiter kann es erforderlich sein, den gewünschten Motordrehmomentbefehl um eine vorbestimmte Menge zu verringern, ehe CBV und LAS angepaßt werden. In noch anderen Beispielen können CBV und LAS basierend auf einem zunehmenden Differenzdruck über den Verdichter und eine verringerte Strömung durch den Verdichter angepaßt werden, ehe der Verdichter in einen Pumpzustand kommt. Wenn zum Beispiel die Verdichterströmung und der Differenzdruck sich einer Pumplinie nähern, kann das CBV geöffnet und das LAS geschlossen werden. Der Verdichter-Einlaßdruck erhöht sich auch, wenn Druckluft über das CBV vom Verdichterauslaß zum Verdichtereinlaß geleitet wird.
Zum Zeitpunkt T₂ beginnt die Motordrossel sich zu schließen, so dass das Motordrehmoment sich dem Motordrehmomentbefehl nähert. In diesem Beispiel wird die Motordrossel kurz nach der LAS-Drossel geschlossen, so dass die LAS-Drossel die Möglichkeit verringert, dass der Verdichter in einen Pumpzustand kommt. In anderen Beispielen kann die LAS-Drossel im Wesentlichen zur gleichen Zeit wie die Motordrossel beginnen zu schließen, aber die LAS-Drossel kann mit einer höheren Geschwindigkeit geschlossen werden als die Motordrossel. So können die Motordrossel und die LAS-Drossel im Wesentlichen zur gleichen Zeit zu schließen beginnen, aber die LAS-Drossel erreicht eine geschlossene Stellung vor der Motordrossel. Durch Schließen der LAS-Drossel vor der Motordrossel kann es möglich sein, den Druckanstieg am Drosseleingang wie zum Zeitpunkt T₁ bis T₃ gezeigt zu begrenzen. Wie zum Zeitpunkt T₁–T₂ gezeigt, steigt der Motordrossel-Einlaßdruck nicht, er nimmt eher ab, wenn die LAS-Drossel geschlossen wird. Das Turbolader-Wastegate wird geöffnet, um die Verdichterdrehzahl zu senken, und das AGR-Ventil wird geschlossen, um die Motor-AGR zu verringern.
Zum Zeitpunkt T₃ ist das CBV geschlossen, da die Drücke am Verdichtereinlaß und -auslaß im Wesentlichen gleich sind. In manchen Beispielen kann das CBV so lange offen bleiben, wie die LAS-Drossel geschlossen ist.
Zwischen dem Zeitpunkt T₃ und Zeitpunkt T₄ wird die LAS-Drossel geöffnet. In einem Beispiel kann die LAS-Drossel geöffnet werden, wenn ein Druck des Luftansaugsystems auf einen vorbestimmten Pegel abnimmt. In anderen Beispielen kann die LAS-Drossel nach einer vorbestimmten Zeitspanne oder nach einer vorbestimmten Anzahl von Motorereignissen (z. B. Verbrennungsereignisse oder Zylinderzyklen) geöffnet werden. Der Motordrehmomentbefehl wird langsam erhöht, und die Motordrossel folgt dem Motordrehmomentbefehl, um den gewünschten Pegel des Motordrehmoments zu liefern. Der Motordrossel-Einlaßdruck nimmt auch mit dem zunehmenden Motordrehmomentbefehl zu. Der Verdichter-Einlaßdruck nimmt auf einen Pegel etwas geringer als Atmosphärendruck ab.
Zwischen dem Zeitpunkt T₄ und dem Zeitpunkt T₅ nimmt der Motordrehmomentbefehl ab, aber wie im Beispiel der 2 und 3 wird der Motordrehmomentbefehl nicht auf einen Pegel gesenkt, auf dem die LAS-Drossel geschlossen ist.
Zum Zeitpunkt T₆ ist der Motordrehmomentbefehl verringert, so dass eine kurze Zeit später die LAS-Drossel zu schließen beginnt und das CBV geöffnet wird. Die LAS-Drossel kann auf der Basis eines Differenzdruckänderungsgrads über den Verdichter und der Verdichterströmung geschlossen werden. Alternativ kann die LAS-Drossel als Funktion eines Motordrehmomentänderungsgrads oder eines anderen Motorparameters geschlossen werden. Der Motordrossel-Einlaßdruck beginnt als Reaktion auf das Schließen der LAS-Drossel abzunehmen, während der Motor weiter Luft von vor der Motordrossel und hinter der LAS-Drossel saugt, während die LAS-Drossel geschlossen ist. Folglich kann die Möglichkeit eines Verdichter-Pumpens verringert werden.
Nahe dem Zeitpunkt T₇ beginnt die Motordrossel sich zu schließen. In diesem Beispiel beginnt die Motordrossel sich zu schließen, nachdem das LAS beginnt, sich zu schließen. In anderen Beispielen können die LAS-Drossel und die Motordrossel gleichzeitig beginnen sich zu schließen, aber die LAS-Drossel kann schneller geschlossen werden. Durch Verzögern des Schließens der Motordrossel kann es möglich sein, einen Druckanstieg am Motordrosseleinlaß zu verringern oder zu beseitigen, um die Möglichkeit eines Verdichter-Pumpens zu verringern.
Zum Zeitpunkt T₈ ist das CBV geschlossen. Das CBV kann als Reaktion auf eine Erhöhung oder Senkung eines Drucks im Ansaugsystem auf einen vorbestimmten Pegel geschlossen sein. Das CBV kann auch als Reaktion auf einen zunehmenden Drehmomentbefehl oder andere Motorbetriebszuständen geschlossen sein, wie sie bezüglich 2 und 3 beschrieben werden.
Nach dem Zeitpunkt T₈ wird die Lufteinlaßdrossel geöffnet. Die Lufteinlaßdrossel kann als Reaktion auf eine Erhöhung einer Motordrehmomentanforderung oder als Reaktion auf einen Druck im Luftansaugsystem geöffnet werden. Weiter kann in manchen Beispielen die Lufteinlaßdrossel als Reaktion auf eine vorbestimmte Zeitspanne oder eine vorbestimmte gezählte Anzahl von Motorereignissen (z. B. Verbrennungsereignisse oder Motorzyklen) geöffnet werden.
Nun wird unter Bezug auf 6 ein Verfahren zur Luftzufuhr zu einem Motor gezeigt. Das Verfahren der 6 kann über Anweisungen für den Regler 12 der 1 ausgeführt werden.
In 602 bestimmt das Verfahren 600 Motorbetriebszustände. In einem Beispiel können die Motorbetriebszustände die Motordrehzahl, den Motordrehmomentbefehl, die Motortemperatur, den Motor-Luftansaugsystemdruck, die Anzahl von Verbrennungsereignissen oder Zylinderzyklen von einem Motorereignis (z. B. Änderung des Motordrehmoments), Verdichterströmung, Verdichter-Differenzdruck (z. B. Druckverhältnis über einen Verdichter) enthalten. Das Verfahren 600 geht zu 604, nachdem die Motorbetriebszustände bestimmt sind.
In 604 beurteilt das Verfahren 600, ob das Motordrehmoment verringert wird oder nicht. In anderen Beispielen kann das Verfahren 600 auch beurteilen, ob ein Druck des Motor erhöht oder verringert wird oder nicht. Wenn das Verfahren 600 eine Änderung des Drucks (z. B. eine Erhöhung des Drossel-Einlaßdrucks oder eine Erhöhung des Verdichter-Differenzdrucks) oder eine Verringerung des Motordrehmoments beurteilt, geht das Verfahren 600 zu 606. Sonst endet das Verfahren 600.
In 606 beurteilt das Verfahren 600, ob ein Verdichter des Motors sich einem Pumpzustand nähert oder in ihm ist oder nicht. In alternativen Beispielen kann das Verfahren 600 erfordern, dass der Ansaugsystemdruck oder die Motordrehmomentanforderung um eine vorbestimmte Menge geändert wird, damit das Verfahren 600 zu 606 weitergeht. Wenn das Verfahren 600 beurteilt, dass entweder der Verdichter in einem Pumpzustand ist oder sich ihm nähert, oder eine Änderung des Motordrehmomentbefehls größer als eine vorbestimmte Menge ist, geht das Verfahren 600 zu 608.
In 608 schließt das Verfahren 600 die LAS-Drossel. Die LAS-Drossel kann ganz oder teilweise geschlossen werden. In einem Beispiel kann die LAS-Drossel auf eine Öffnungsmenge geschlossen werden, die das Geräusch des Motor-Luftansaugsystems auf weniger als einen vorbestimmten Schwellwert verringert. In anderen Beispielen kann die LAS-Drossel im Wesentlichen ganz geschlossen werden, um Druckluft innerhalb des Motor-Luftansaugsystems beizubehalten. Das Verfahren 600 geht nach dem Schließen der Lufteinlaßdrossel zu 610.
Die LAS-Drossel kann beginnen, sich zu schließen, ehe die Motordrossel beginnt, sich zu schließen. Alternativ kann das LAS sich schneller schließen als die Motordrossel. In anderen Beispielen kann die Motordrossel sich vor der LAS-Drossel schließen.
In 610 öffnet das Verfahren 600 das CBV. In einem Beispiel kann das CBV auf eine ganz geöffnete oder ganz geschlossene Stellung angepaßt werden. Das CBV kann elektrisch oder Vakuum-betrieben werden. Das Verfahren 600 geht zu 612, nachdem das CBV geöffnet wurde.
In 612 schließt das Verfahren 600 ein AGR-Ventil. Das AGR-Ventil kann elektrisch oder Vakuum-betrieben werden. In manchen Beispielen kann das AGR-Ventil im Wesentlichen gleichzeitig mit einer Abnahme der Motordrehmomentanforderung geschlossen werden.
In 614 öffnet das Verfahren 600 ein Turbolader-Wastegate. Das Turbolader-Wastegate kann elektrisch oder durch ein Vakuum betrieben werden. Weiter kann das Wastegate ganz oder teilweise geöffnet werden. Durch Öffnen des Wastegates wird möglicherweise weniger Abgasenergie geliefert, um den Verdichter zu drehen. Das Verfahren 600 geht zu 616, nachdem das Wastegate geöffnet wurde.
In 616 paßt das Verfahren 600 die Motordrossel an, um ein gewünschtes Motordrehmoment zu liefern. In einem Beispiel wird die Drosselstellung gemäß der Druckdifferenz über die Drossel und einer gewünschten Durchflußmenge von Luft durch die Drossel angepaßt. Die gewünschte Durchflußmenge von Luft durch die Drossel kann mit dem Motordrehmomentbefehl verbunden sein. Das Verfahren 600 geht zu 618, nachdem die Motordrosselstellung angepaßt wurde.
In 618 bestimmt das Verfahren 600, ob ein Motor-Lufteinlaß- oder Durchgangsdruck geringer als ein gewünschter Pegel ist, oder ob der Motordrehmomentbefehl zunimmt. Der Lufteinlaßdruck kann ein Verdichter-Einlaßdruck, ein Verdichter-Auslaßdruck, ein Differenzdruck über den Verdichter, oder ein Druck des Motor-Ansaugkrümmers sein. In manchen Beispielen muß die Motordrehmomentanforderung möglicherweise um eine vorbestimmte Menge geändert werden, damit das Verfahren 600 zu 620 weitergeht. In anderen Beispielen muß möglicherweise eine vorbestimmte Anzahl von Motorereignissen (z. B. Verbrennungsereignisse oder Zylinderzyklen) gezählt werden, nachdem in 608 in das Verfahren 600 eingetreten wurde, ehe zu 620 weitergegangen wird. In noch anderen Beispielen muß möglicherweise eine vorbestimmte Zeitspanne vergangen sein, seit in das Verfahren 600 in 608 eingetreten wurde, ehe zu 620 weitergegangen wird. Wenn ein Zustand oder eine Kombination oder ein Subkombination der Zustände bestimmt wird, geht das Verfahren 600 zu 620. Sonst geht das Verfahren 600 zu 616 zurück, so dass das gewünschte Motordrehmoment geliefert wird.
In 620 öffnet das Verfahren 620 die Motordrossel, schließt das CBV und öffnet das LAS. In manchen Beispielen wird die Motordrossel vor der LAS-Drossel geöffnet, und die LAS-Drossel wird nicht geöffnet, bis ein Druck des Luftansaugsystems geringer als ein vorbestimmter Pegel ist. Zum Beispiel kann die LAS-Drossel geöffnet werden, nachdem der Druck vor dem Verdichter geringer als Atmosphärendruck ist. Das LAS kann sich öffnen, nachdem das CBV geschlossen wurde oder umgekehrt. Weiter können das AGR-Ventil und das Turbolader-Wastegate in einen Betrieb zurückgebracht werden, der mit den Motordrehzahl- und Motorlastzuständen verbunden sein kann. Das Verfahren 600 endet nach dem Öffnen der LAS-Drossel.
Es ist anzumerken, dass die von 608 bis 616 beschriebenen Vorgänge in alternativen Reihenfolgen durchgeführt werden können. Zum Beispiel kann 616 zu 608 oder einer anderen Stelle verschoben werden, um die Reihenfolge des Betriebs zu ändern. Weiter können in manchen Beispielen zusätzliche oder weniger Vorgänge zusammen mit den Vorgängen 608–616 enthalten sein.
Wie ein Durchschnittsfachmann versteht, kann das in 6 beschriebene Verfahren eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Prozeßstrategien darstellen, wie ereignisgesteuert, interruptgesteuert, Multitasking, Multithreading, und dergleichen. An sich können verschiedene veranschaulichte Schritte oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel durchgeführt, oder in manchen Fällen weggelassen werden. Desgleichen ist die Ordnung der Verarbeitung nicht unbedingt notwendig, um die hier beschriebenen Gegenstände, Merkmale und Vorteile zu erhalten, sie wird aber zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung geliefert. Obwohl nicht explizit veranschaulicht, erkennt ein Durchschnittsfachmann, dass einer oder mehr der veranschaulichten Schritte oder Funktionen wiederholt durchgeführt werden kann, je nach der verwendeten besonderen Strategie.
Dies beendet die Beschreibung. Einem sie lesenden Fachmann wären viele Veränderungen und Änderungen bewusst, ohne den Schutzumfang der Beschreibung zu verlassen. Zum Beispiel könnten Einzylinder-, I2-, I3-, I4-, I5-, V6-, V8-, V10-, V12- und V16-Motoren, die mit Erdgas, Benzin, Diesel oder alternativen Kraftstoffkonfigurationen arbeiten, die vorliegende Beschreibung vorteilhaft nutzen.

Claims

Motorluftzufuhrsystem, das Folgendes aufweist: eine erste Drossel in einem Luftkanal; einen Verdichter, der hinter der ersten Drossel im Luftkanal positioniert ist; eine zweite Drossel, die hinter dem Verdichter im Luftkanal positioniert ist und den Luftstrom zu Motorzylindern regelt; und einen Regler, wobei der Regler Anweisungen enthält, um die erste Drossel während eines Pumpzustands des Verdichters zumindest teilweise zu schließen.
Motorluftzufuhrsystem nach Anspruch 1, das weiter einen AGR-Einlaß in den Luftkanal in einer Stellung zwischen der ersten Drossel und dem Verdichter aufweist, und weiter zusätzliche Regleranweisungen aufweist, um die erste Drossel zumindest teilweise zu schließen, um AGR an Motorzylinder zu liefern.
Motorluftzufuhrsystem nach Anspruch 2, das weiter ein Verdichter-Bypaßventil und zusätzliche Regleranweisungen aufweist, um das Verdichter-Bypaßventil während des Pumpzustands des Verdichters zu öffnen.
Motorluftzufuhrsystem nach Anspruch 3, das weiter zusätzliche Regleranweisungen aufweist, um die erste Drossel ganz zu schließen, bis ein Druck im Motorluftzufuhrsystem sich unter einem vorbestimmten Schwellwert befindet, oder bis eine Motordrehmomentanforderung einen Schwellwert überschreitet.
Motorluftzufuhrsystem nach Anspruch 1, das weiter ein Rückschlagventil aufweist, das pneumatisch parallel mit der ersten Drossel angeordnet ist.
Motorluftzufuhrsystem nach Anspruch 1, das weiter zusätzliche Regleranweisungen aufweist, um die zweite Drossel vor der ersten Drossel zu öffnen, und die erste Drossel zu öffnen, wenn ein Druck des Luftkanals geringer als ein vorbestimmter Pegel ist.
Verfahren zur Zufuhr von Luft an einen Motor, das Folgendes aufweist: Regeln eines Luftstroms zu einem Verdichter über eine erste Drossel; Regeln des Luftstroms vom Verdichter zu Motorzylindern über eine zweite Drossel; und mindestens teilweises Schließen der ersten Drossel während eines Pumpzustands des Verdichters.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die erste Drossel während des Pumpzustands des Verdichters im Wesentlichen ganz geschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 7, das weiter aufweist, dass die erste Drossel nicht geöffnet wird, bis ein Druck eines Luftansaugsystems des Motors geringer ist als ein vorbestimmter Pegel, oder bis eine Motordrehmomentanforderung größer ist als ein vorbestimmter Pegel.
Verfahren nach Anspruch 7, das weiter aufweist, dass die erste Drossel nicht geöffnet wird, bis eine vorbestimmte Zeitspanne vergangen ist, oder bis eine vorbestimmte Anzahl von Verbrennungsereignissen aufgetreten ist.