DE102014215180A1 - Verfahren und Systeme für die Aufladungssteuerung - Google Patents

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DE102014215180A1
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Julia Helen Buckland
Ralph Wayne Cunningham
Brad Alan Boyer
Jeffrey Allen Doering
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Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum Koordinieren der Einstellungen an einem Kompressor-Rückführungsventil mit den Einstellungen eines Spiralventils einer Turbine mit binärer Strömung bereitgestellt, um das Pumpen zu verringern. Das Spiralventil wird geschlossen, um die Turbinenenergie zu vergrößern, während das Kompressor-Rückführungsventil geöffnet wird, um die Kompressorströmung zu vergrößern. Gleichzeitige Einstellungen an einem Ladedrucksteuerventil können verwendet werden, um eine Ladedrucksteuerung bereitzustellen.

Description

  • Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf Verfahren und Systeme zum Verwenden der Kompressor-Rückführungsströmung, um die Pumpsteuerung zu verbessern.
  • Kraftmaschinen können mit Aufladungsvorrichtungen, wie z. B. Turboladern oder Ladern, konfiguriert sein, um eine aufgeladene Luftladung bereitzustellen und die Spitzenleistungsausgaben zu verbessern. Die Verwendung eines Kompressors erlaubt einer Kraftmaschine mit kleinerem Hubvolumen, soviel Leistung wie eine Kraftmaschine mit einem größeren Hubvolumen bereitzustellen, aber mit zusätzlichen Vorteilen der Kraftstoffwirtschaftlichkeit. Kompressoren sind jedoch für das Pumpen anfällig. Wenn z. B. eine Bedienungsperson ein Fahrpedal freigibt, schließt sich eine Einlassdrosselklappe der Kraftmaschine, was zu einer verringerten Vorwärtsströmung durch den Kompressor führt, die Kompressorleistung verschlechtert und potentiell das Kompressorpumpen verursacht. Das Kompressorpumpen kann zu NVH-Problemen führen, wie z. B. einem unerwünschten Geräusch vom Kraftmaschinen-Einlasssystem.
  • Ein Weg, um das Kompressorpumpen zu behandeln, umfasst das Zurückführen komprimierter Luft über einen Einlasskompressor, um das schnelle Zerfallen des Ladedrucks zu ermöglichen. Ein Beispiel einer derartigen Herangehensweise ist durch Blaiklock u. a. in US 2012/0014812 gezeigt. Darin befindet sich ein Kompressor-Umgehungsventil (das außerdem als ein Kompressor-Rückführungsventil oder CRV bekannt ist) in einem Kanal, der den Kompressorauslass an den Kompressoreinlass koppelt. Das Ventil wird während eines aufgeladenen Kraftmaschinenbetriebs im stationären Zustand geschlossen aufrechterhalten und in Reaktion auf eine Angabe des Pumpens offen in Betrieb gesetzt. Durch das Öffnen des Ventils wird ein Anteil der von dem Kompressor ausgestoßenen Luft zum Kompressoreinlass zurückgeführt, wobei dadurch das Druckdifferential über dem Kompressor verringert und die Kompressorströmung verbessert wird.
  • Die Erfinder haben hier jedoch potentielle Probleme bei einer derartigen Herangehensweise identifiziert. Während die Rückführung der aufgeladenen Luft über den Kompressor den Pumpspielraum verbessert, kann, um die Rückführung anzutreiben und den Kompressorbetrieb aus dem Pumpbereich zu bewegen, mehr Turbinenleistung erforderlich sein, als Turbinenleistung erforderlich ist, um das Betreiben des Kompressors ohne Rückführung fortzusetzen. Zusätzliche Turbinenleistung kann außerdem erforderlich sein, um den Ladedruck aufrechtzuerhalten. Während der Bedingungen schwachen Pumpens kann es z. B. sein, dass das Pumpen behandelt werden muss, ohne den Ladedruck abfallen zu lassen. Als solche kann es Bedingungen geben, unter denen die verfügbare Turbinenleistung unzureichend ist, um ausreichend Kompressorrückführung anzutreiben, um den Arbeitspunkt des Kompressors aus dem Pumpbereich weg zu bewegen. Außerdem kann die Turbinenleistung nicht ausreichend sein, um es zu ermöglichen, dass der Soll-Ladedruck aufrechterhalten wird. Während die verfügbare Turbinenleistung durch das Erhöhen eines Auslassdrucks stromaufwärts der Turbine (wie z. B. durch das Spezifizieren einer kleineren oder restriktiveren Turbine als Teil einer Turbinenanpassungsaufgabe) erhöht werden kann, vergrößert das Erhöhen des Turbineneinlassdrucks die Kraftmaschinen-Pumparbeit und verschlechtert dadurch die Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Fahrzeugs. Außerdem kann das Einschränken der Turbine, um eine bessere Wellenleistung unter den Bedingungen einer niedrigen Kraftmaschinenleistung zu erreichen, zu einer übermäßigen Einschränkung unter den Bedingungen einer hohen Kraftmaschinenleistung führen, was die maximale Leistungsausgabe der Kraftmaschine begrenzen kann.
  • Die Erfinder haben hier erkannt, dass ein an eine Turbine mit binärer Strömung (d. h. eine Turbine, die zwei getrennte Spiralen oder Schnecken aufweist) gekoppeltes Spiralventil vorteilhaft verwendet werden kann, um die Einschränkung der Turbine während der Pumpbedingungen zu ändern und die erhöhte Turbinenleistung bereitzustellen, die erforderlich ist, um die Kompressor-Rückführungsströmung anzutreiben. Das Ventil kann eingestellt werden, um es zu ermöglichen, dass das Abgas durch eine oder beide der Spiralen strömt, wobei dadurch die Turbineneinschränkung geändert wird. Wenn das Abgas z. B. zu einer Spirale strömt, wirkt die Turbine wie eine kleinere Turbine, die einen höheren Einlassdruck und mehr Wellenleistung für eine gegebene Wellendrehzahl erzeugt. Diese zusätzliche Wellenleistung kann vorteilhaft verwendet werden, um die Kompressorleistung bereitzustellen, die notwendig ist, um die zusätzliche zurückgeführte Luft strömen zu lassen. Wenn im Vergleich das Abgas durch beide Spiralen strömt, wirkt die Turbine wie eine größere Turbine, die die Auslass-Pumparbeit verringert, wenn eine zusätzliche Rückführungsleistung überflüssig ist, und die Spitzenleistungsausgabe der Kraftmaschine erhöht. Außerdem kann durch das Koordinieren der Einstellungen an der Position des Spiralventils mit den Einstellungen an einem Kompressor-Umgehungsventil und/oder einem Ladedrucksteuerventil-Aktuator ein Pumpspielraum verbessert werden.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Kompressorpumpen durch ein Verfahren für eine aufgeladene Kraftmaschine verringert werden, das Folgendes umfasst: Einstellen sowohl eines ersten Ventils, das sich in einem Kanal befindet, der einen Kompressorauslass an einen Kompressoreinlass koppelt, und eines zweiten Ventils, das an eine äußere Spirale (die hier außerdem als eine sekundäre Spirale bezeichnet wird) einer Abgasturbine mit mehreren Spiralen gekoppelt ist, in Reaktion auf eine Angabe des Pumpens. Die Turbine als solche kann außerdem innerhalb der sekundären Spirale eine primäre Spirale enthalten. Auf diese Weise kann das Spiralventil verwendet werden, um die Turbinenleistung bereitzustellen, die erforderlich ist, um die erhöhte Kompressorrückführung über ein Kompressor-Rückführungsventil anzutreiben, wobei die kombinierte Herangehensweise es ermöglicht, dass der Kompressorbetrieb aus einem Pumpbereich verschoben wird.
  • Als ein Beispiel kann ein Turbolader-Kraftmaschinensystem einen Kompressor enthalten, der durch eine Abgasturbine mit mehreren Spiralen angetrieben ist. Es kann ein Kompressor-Rückführungsweg zum Zurückführen eines Anteils der aufgeladenen Luftladung von einem Ort stromabwärts des Kompressors zum Kompressoreinlass bereitgestellt sein. Dieser kann warme, ungekühlte aufgeladene Luft von einem Ort stromabwärts des Kompressors und stromaufwärts eines Ladeluftkühlers oder gekühlte aufgeladene Luft von einem Ort stromabwärts des Kompressors und stromabwärts des Ladeluftkühlers enthalten. Eine Öffnung eines ersten Kompressor-Rückführungsventils (CRV), das sich in dem Rückführungsweg befindet, kann in Reaktion auf eine Angabe des Pumpens vergrößert werden, um eine Menge der komprimierten Luft zu vergrößern, die zum Kompressoreinlass zurückgeführt wird. Indem mehr Rückführung ermöglicht wird, wird ein Ladedruck stromabwärts des Kompressors verringert. Die Abgasturbine kann einen erste, äußere Spirale und einen zweite, innere Spirale enthalten. Ein zweites Spiralventil kann an die äußere Spirale, aber nicht an die innere Spirale gekoppelt sein. Eine Öffnung des Spiralventils kann eingestellt werden, um eine Menge des Abgases zu variieren, die durch jede der Spiralen geleitet wird. Während des Pumpbetriebs kann eine Turbinenleistung, die erforderlich ist, um die Rückführung über das erste Ventil anzutreiben, während der Ladedruck aufrechterhalten wird, bestimmt werden. Eine Öffnung des Spiralventils kann dann verringert werden, um die Abgasströmung durch die äußere Spirale zu begrenzen. Auf diese Weise werden ein Turbineneinlassdruck und dadurch eine Turbinen-Spitzenleistung erhöht. Die Einstellung des Spiralventils kann eingestellt werden, um eine Turbinenleistung bereitzustellen, die ausreichend hoch ist, um die Rückführung der komprimierten Luft über das erste Ventil anzutreiben. Ein über die Turbine gekoppeltes Ladedrucksteuerventil kann außerdem gleichzeitig eingestellt werden, um die Wellenleistung auszugleichen. Insbesondere kann eine Öffnung des Ladedrucksteuerventils verringert werden, um einen Anteil des Abgases, der vom Turbineneinlass zum Turbinenauslass abgeleitet wird, zu verringern und dadurch den Turbineneinlassdruck zu erhöhen und eine Kraftmaschinen-Luftströmung zu steuern.
  • Auf diese Weise können koordinierte Einstellungen der Position eines Spiralventils, eines Kompressor-Rückführungsventils und eines Ladedrucksteuerventils verwendet werden, um das Pumpen zu behandeln, während der Ladedruck und der Luftbedarf der Kraftmaschine aufrechterhalten werden. Unter Verwendung der Einstellungen des Kompressor-Rückführungsventils, um die Kompressorströmung zu verbessern, während die Einstellungen des Spiralventils verwendet werden, um die erforderliche Turbinenleistung bereitzustellen, wird der Spielraum für das Pumpen verbessert. Unter Verwendung der gleichzeitigen Einstellungen des Ladedrucksteuerventils, um die Turbineneinlassbedingungen innerhalb der Sollgrenzen aufrechtzuerhalten, kann sowohl unter den Bedingungen einer niedrigen Kraftmaschinenleistung als auch unter den Bedingungen einer hohen Kraftmaschinenleistung eine bessere Wellenleistung dem Kompressor bereitgestellt werden, was die Leistungsausgabe der Kraftmaschine verbessert. Durch das Koordinieren der Arbeitsweise des Spiralventils und des Kompressor-Rückführungsventils können ein größerer Kompressor und eine größere Turbine verwendet werden, um höhere Ladedrücke bereitzustellen, ohne bei geringen Kraftmaschinendrehzahlen häufige Pumpprobleme zu erleiden. Insgesamt ermöglicht die koordinierte Herangehensweise, dass der Pumpspielraum und die Leistung der aufgeladenen Kraftmaschine verbessert werden.
  • Es sollte selbstverständlich sein, dass die obige Zusammenfassung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl der Konzepte einzuführen, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden. Sie ist nicht beabsichtigt, um die Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, dessen Schutzumfang eindeutig durch die Ansprüche definiert ist, die der ausführlichen Beschreibung folgen. Außerdem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf die Implementierungen begrenzt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angegebenen Nachteile beseitigen.
  • 1 zeigt ein Beispiel eines Systems einer aufgeladenen Kraftmaschine, das ein Kompressor-Rückführungsventil und eine Turbine mit binärer Strömung enthält.
  • 2 zeigt ein Kompressorkennfeld, das die Grenzen des starken und des schwachen Pumpens zeigt.
  • 3 zeigt einen Ablaufplan auf hoher Ebene, der eine Routine veranschaulicht, die für das Einstellen der Position eines Kompressor-Rückführungsventils, eines Ladedrucksteuerventils und eines Spiralventils der Turbine mit binärer Strömung in Reaktion auf eine Angabe des Pumpens implementiert sein kann.
  • 4 zeigt eine beispielhafte Koordinierung der Ventileinstellungen während des Pumpens gemäß der vorliegenden Offenbarung.
  • Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zum Behandeln des Kompressorpumpens in einem aufgeladenen Kraftmaschinensystem, wie z. B. dem System nach 1, unter Verwendung eines Kompressor-Rückführungsventils (CRV), eines Turbinen-Spiralventils und eines Ladedrucksteuerventils. Ein Controller kann konfiguriert sein, um eine Steuerroutine, wie z. B. die Routine nach 3, auszuführen, um die Position des CRV in Reaktion auf eine Angabe des Pumpens einzustellen. Der Controller kann außerdem eine Position des Spiralventils basierend auf der CRV-Einstellung und eine Position des Ladedrucksteuerventils basierend auf den CRV- und Spiralventil-Einstellungen einstellen, um den Ladedruck aufrechtzuerhalten, während das Pumpen behandelt wird. Der Controller kann auf ein Kompressorkennfeld, wie z. B. das Kennfeld nach 2, Bezug nehmen, um die starken und schwachen Pumpbedingungen zu identifizieren. Beispielhafte Ventileinstellungen werden unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Auf diese Weise wird das Pumpen behandelt, ohne die Leistung der aufgeladenen Kraftmaschine zu verschlechtern.
  • 1 zeigt eine schematische graphische Darstellung einer Kraftmaschine 10, die in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs enthalten sein kann. Die Kraftmaschine 10 kann wenigstens teilweise durch ein Steuersystem, das einen Controller 12 enthält, und durch eine Eingabe von einer Bedienungsperson 14 des Fahrzeugs über eine Eingabevorrichtung 16 gesteuert sein. In diesem Beispiel enthält die Eingabevorrichtung 16 ein Fahrpedal und einen Pedalpositionssensor 18 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP.
  • Die Kraftmaschine 10 kann mehrere Verbrennungskammern (d. h. Zylinder) enthalten. In dem in 1 gezeigten Beispiel enthält die Kraftmaschine 10 die Verbrennungskammern 20, 22, 24 und 26, die in einer Reihen-4-Konfiguration angeordnet sind. Es sollte jedoch erkannt werden, dass, obwohl 1 vier Zylinder zeigt, die Kraftmaschine 10 irgendeine Anzahl von Zylindern in irgendeiner Konfiguration, z. B. V-6, I-6, V-12, Boxer-4 usw. enthalten kann.
  • Obwohl dies in 1 nicht gezeigt ist, kann jede Verbrennungskammer (d. h. jeder Zylinder) der Kraftmaschine 10 Verbrennungskammerwände enthalten, in denen ein Kolben positioniert ist. Die Kolben können an eine Kurbelwelle gekoppelt sein, so dass die Hin- und Herbewegungen der Kolben in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt werden. Die Kurbelwelle kann z. B. über ein Zwischengetriebesystem an wenigstens ein Antriebsrad eines Fahrzeugs gekoppelt sein. Ferner kann ein Startermotor über eine Schwungscheibe an die Kurbelwelle gekoppelt sein, um eine Startoperation der Kraftmaschine 10 zu ermöglichen.
  • Über einen Lufteinlasskanal 30 wird Luft in die Kraftmaschine gezogen und dann entlang dem Einlasskrümmer 28 jeder Verbrennungskammer zugeführt. Der Einlasskrümmer 28 kann über Einlassöffnungen an die Verbrennungskammern gekoppelt sein. Es ist z. B. in 1 gezeigt, dass der Einlasskrümmer 28 über die Einlassöffnungen 32, 34, 36 und 38 an die Zylinder 20, 22, 24 bzw. 26 gekoppelt ist.
  • Jede entsprechende Einlassöffnung kann Luft und/oder Kraftstoff dem entsprechenden Zylinder für die Verbrennung zuführen.
  • Jede Verbrennungskammer kann die Verbrennungsgase über eine an sie gekoppelte Auslassöffnung entleeren. In 1 ist z. B. gezeigt, dass die Auslassöffnungen 40, 42, 44 und 46 an die Zylinder 20, 22, 24 bzw. 26 gekoppelt sind. Jede entsprechende Auslassöffnung kann die Verbrennungsgase von einem entsprechenden Zylinder zu einem Auslasskrümmer 148 und von dort zum Auspuffendrohr 114 leiten.
  • Jede Zylinder-Einlassöffnung kann selektiv über ein Einlassventil mit dem Zylinder in Verbindung stehen. In 1 sind z. B. die Zylinder 20, 22, 24 und 26 mit den Einlassventilen 48, 50, 52 bzw. 54 gezeigt. Gleichermaßen kann jede Zylinder-Auslassöffnung selektiv über ein Auslassventil mit dem Zylinder in Verbindung stehen. In 1 sind z. B. die Zylinder 20, 22, 24 und 26 mit den Auslassventilen 56, 58, 60 bzw. 62 gezeigt. In einigen Beispielen kann jede Verbrennungskammer zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile enthalten.
  • Obwohl dies in 1 nicht gezeigt ist, kann in einigen Beispielen jedes Einlass- und Auslassventil durch einen Einlassnocken und einen Auslassnocken betrieben sein. Alternativ können ein oder mehrere Einlass- und Auslassventile durch eine elektromechanische gesteuerte Spulen- und Ankeranordnung des Ventils betrieben sein. Die Position des Einlassnockens kann durch einen Einlassnockensensor bestimmt werden. Die Position des Auslassnockens kann durch einen Auslassnockensensor bestimmt werden.
  • Der Einlasskanal 30 kann eine Drosselklappe 64 mit einer Drosselklappen-Platte 66 enthalten. In diesem speziellen Beispiel kann die Position der Drosselklappe 66 durch den Controller 12 über ein Signal, das einem in der Drosselklappe 64 enthaltenen Elektromotor oder Aktuator bereitgestellt wird, variiert werden, eine Konfiguration, die im Allgemeinen als elektronische Drosselklappensteuerung (ETC) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann die Drosselklappe 64 betrieben werden, um die den Verbrennungskammern bereitgestellte Einlassluft zu variieren. Die Position der Drosselklappen-Platte 66 kann durch ein Drosselklappenpositionssignal TP von einem Drosselklappenpositionssensor 68 dem Controller 12 bereitgestellt werden. Der Einlasskanal 30 kann einen Luftmassendurchflusssensor 70 und einen Krümmerluftdrucksensor 72 enthalten, um die Signale MAF bzw. MAP dem Controller 12 bereitzustellen.
  • In 1 ist gezeigt, dass die Kraftstoffeinspritzdüsen direkt an die Verbrennungskammern gekoppelt sind, um den Kraftstoff proportional zu einer Impulsbreite eines Signals FPW, das z. B. über einen elektronischen Treiber vom Controller 12 empfangen wird, direkt in sie einzuspritzen. Es ist z. B. in 1 gezeigt, dass die Kraftstoffeinspritzdüsen 74, 76, 78 und 80 an die Zylinder 20, 22, 24 bzw. 26 gekoppelt sind. Auf diese Weise stellen die Kraftstoffeinspritzdüsen das bereit, was als die Direkteinspritzung des Kraftstoffs in die Verbrennungskammer bekannt ist. Jede entsprechende Kraftstoffeinspritzdüse kann z. B. an der Seite der entsprechenden Verbrennungskammer oder im Oberteil der jeweiligen Verbrennungskammer angebracht sein. In einigen Beispielen können eine oder mehrere Kraftstoffeinspritzdüsen im Einlasskanal 28 in einer Konfiguration angeordnet sein, die das bereitstellt, was als die Kanaleinspritzung des Kraftstoffs in die Einlassöffnungen stromaufwärts der jeweiligen Verbrennungskammern bekannt ist. Obwohl dies in 1 nicht gezeigt ist, kann der Kraftstoff durch ein Kraftstoffsystem, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe, eine Kraftstoffleitung und einen Kraftstoffverteiler enthält, den Kraftstoffeinspritzdüsen zugeführt werden.
  • Die Verbrennungskammern der Kraftmaschine 10 können in einem Kompressionszündungsmodus mit einem oder ohne einen Zündfunken betrieben werden. In einigen Beispielen kann ein (nicht gezeigtes) verteilerloses Zündsystem den Zündkerzen, die an die Verbrennungskammern gekoppelt sind, in Reaktion auf den Controller 12 Zündfunken bereitstellen. In 1 ist z. B. gezeigt, dass die Zündkerzen 82, 84, 86 und 88 an die Zylinder 20, 22, 24 bzw. 26 gekoppelt sind.
  • Die Kraftmaschine 10 kann einen Turbolader 90 enthalten. Der Turbolader 90 kann eine Abgasturbine 92 und einen Einlasskompressor 94 enthalten, die an eine gemeinsame Welle 96 gekoppelt sind. Wie ein Anteil des von der Kraftmaschine 10 ausgestoßenen Abgasstroms auf die Schaufeln der Turbine auftrifft, kann verursacht werden, dass sich die Schaufeln der Abgasturbine 92 um die gemeinsame Welle drehen. Der Einlasskompressor 94 kann an die Turbine 92 gekoppelt sein, so dass der Kompressor 94 in Betrieb gesetzt werden kann, wenn verursacht wird, dass sich die Schaufeln der Turbine 92 drehen. Wenn der Kompressor 94 in Betrieb gesetzt ist, kann er dann unter Druck gesetztes Gas zum Lufteinlasskrümmer 28 leiten, von wo es dann zur Kraftmaschine 10 geleitet werden kann. Auf diese Weise kann der Turbolader 90 konfiguriert sein, um dem Kraftmaschineneinlass eine aufgeladene Luftladung bereitzustellen.
  • Der Turbolader 90 kann als ein Turbolader mit mehreren Spiralen konfiguriert sein, bei dem die Abgasturbine mehrere Spiralen enthält. In der dargestellten Ausführungsform enthält die Turbine 92 zwei Spiralen einschließlich einer sekundären äußeren Spirale 95 und einer primären inneren Spirale 97. Jede Spirale kann über getrennte Einlässe Abgas vom Auslasskrümmer 148 empfangen. Spezifisch kann das Abgas entlang einem ersten Abgas-Eintrittsweg 102 in die zweite Spirale 95 und entlang einem zweiten Abgas-Eintrittsweg 104 in die primäre Spirale 97 strömen. Ein Spiralventil 106 kann zwischen dem Auslasskrümmer 148 der Kraftmaschine und einem Einlass der äußeren Spirale 95 in den ersten Abgas-Eintrittsweg 102 gekoppelt sein. In einer alternativen Ausführungsform kann das Spiralsteuerventil stattdessen an die zweite, innere Spirale 97 gekoppelt sein. Auf diese Weise ist die Abgasturbine 92 als eine Turbine mit binärer Strömung konfiguriert. Wie im Folgenden ausgearbeitet wird, kann durch das Einstellen einer Position des Spiralventils 106 eine Menge des zu der Turbine geleiteten Abgases variiert werden, wobei dadurch ein Turbineneinlassdruck und eine Turbinenausgangsleistung gesteuert werden. In dem dargestellten Beispiel ist das Spiralventil nicht an einen Einlass der zweiten inneren Spirale gekoppelt.
  • In einem Beispiel kann das Spiralventil 106 ein Schaltventil sein, wobei durch das Öffnen des Ventils die Abgasströmung sowohl durch die innere Spirale 97 als auch durch die äußere Spirale 95 geleitet wird und wobei durch das Schließen des Ventils die Abgasströmung durch die äußere Spirale 95 gesperrt wird. In einer alternativen Ausführungsform kann das Spiralventil 106 jedoch ein kontinuierlich variables Spiralventil sein, dessen Position in jede Position zwischen einer vollständig offenen Position und einer vollständig geschlossenen Position verändert werden kann, um die Strömung des Abgases zur äußeren Spirale der Turbine mit mehreren Spiralen kontinuierlich zu verändern.
  • Ein Ladedrucksteuerventil 110 kann über die Turbine 92 gekoppelt sein. Spezifisch kann das Ladedrucksteuerventil 110 eine Umgehung 108 enthalten, die zwischen einen Einlass und einen Auslass der Abgasturbine gekoppelt ist. Durch das Öffnen des Ladedrucksteuerventils 110 kann der Abgasdruck von dem Turbineneinlass zum Turbinenauslass entladen werden, wobei dadurch der Turbineneinlassdruck und die Turbinenleistung verringert werden. Der Controller 12 kann die Position des Ladedrucksteuerventils 110 einstellen, um einen Betrag der durch die Turbine bereitgestellten Wellenleistung, um den Kompressor anzutreiben, zu verändern.
  • Die Abgase, die die Turbine 92 und/oder das Ladedrucksteuerventil 110 verlassen, können durch eine Abgasreinigungsvorrichtung 112 hindurchgehen. Die Abgasreinigungsvorrichtung 112 kann in einem Beispiel mehrere Katalysatorbausteine enthalten. In einem weiteren Beispiel können mehrere Abgasreinigungsvorrichtungen, jede mit mehreren Bausteinen, verwendet werden. In einigen Beispielen kann die Abgasreinigungsvorrichtung 112 ein Dreiwegekatalysator sein. In anderen Beispielen kann die Abgasreinigungsvorrichtung 112 einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) und/oder einen selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (SCR) und/oder einen Dieselpartikelfilter (DPF) enthalten. Nach dem Durchgang durch die Abgasreinigungsvorrichtung 112 kann das Abgas zum Auspuffendrohr 114 geleitet werden.
  • In einem Kompressor-Rückführungsweg 159 um den Kompressor 94 kann ein Kompressor-Rückführungsventil 158 (CRV) bereitgestellt sein, so dass sich die Luft vom Kompressorauslass zum Kompressoreinlass bewegen kann, um die Luftströmung durch den Kompressor 94 zu vergrößern und das Pumpen zu verringern. Ein Ladeluftkühler 157 kann in einem Einlasskanal 30 stromabwärts des Kompressors 94 zum Kühlen der dem Kraftmaschineneinlass zugeführten aufgeladenen Luftladung positioniert sein. In dem dargestellten Beispiel ist der Kompressor-Rückführungsweg 159 konfiguriert, um gekühlte komprimierte Luft von einem Ort stromabwärts des Ladeluftkühlers 157 zum Kompressoreinlass zurückzuführen. In alternativen Beispielen kann der Kompressor-Rückführungsweg 159 konfiguriert sein, um komprimierte Luft von einem Ort stromabwärts des Kompressors und stromaufwärts des Ladeluftkühlers 157 zum Kompressoreinlass zurückzuführen. Eine Öffnung des CRV 158 kann über ein elektrisches Signal vom Controller 12 eingestellt werden.
  • In dem dargestellten Beispiel kann das Kompressor-Rückführungsventil 158 ein kontinuierlich veränderliches Ventil sein, dessen Position kontinuierlich in eine vollständig offene Position, eine vollständig geschlossene Position oder irgendeine Position dazwischen eingestellt werden kann. Folglich kann das Rückführungsventil 158 außerdem hier als ein kontinuierlich veränderliches Kompressor-Rückführungsventil oder CRV 158 bezeichnet werden. In dem dargestellten Beispiel ist das CRV 158 als ein Drosselklappen-Ventil konfiguriert, obwohl in anderen Ausführungsformen das CRV anders konfiguriert sein kann (z. B. als ein Tellerventil). Während der Nenn-Betriebsbedingungen der Kraftmaschine kann das CRV 158 nominell geschlossen oder beinahe geschlossen gehalten werden. In einer derartigen Position kann das Ventil mit einer bekannten oder vernachlässigbaren Undichtigkeit arbeiten. Das Ventil kann in Reaktion auf eine Bedingung eines starken Pumpens geöffnet werden, um den Ladedruck schnell zu verringern und die Kompressorströmung zu verbessern. Wenn eine Bedienungsperson ein Fahrpedal freigibt und sich die Einlassdrosselklappe 64 schließt, um die Luftströmung zu verringern, kann z. B. über dem Kompressor ein vergrößertes Druckdifferential erzeugt werden. Dies führt zu einer verringerten Vorwärtsströmung durch den Kompressor, was die Turboladerleistung verschlechtert und möglicherweise ein Kompressorpumpen verursacht. Durch das vollständige Öffnen des CRV 158 in Reaktion auf das Pumpen (z. B. ein starkes Pumpen) wird das Druckdifferential über dem Kompressor verringert, wobei das Kompressorverhältnis (oder die Kompressorströmung) weg von einer Pumpgrenze oder einem Pumpbereich bewegt wird. Insbesondere kann durch das Vergrößern einer Öffnung des CRV ein Anteil der durch den Kompressor 94 komprimierten Luftladung von einem Ort stromabwärts des Kompressors zum Kompressoreinlass entladen werden, was eine zusätzliche Strömung durch den Kompressor ermöglicht. In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere Sensoren in einen Kompressor-Rückführungskanal 159 gekoppelt sein, um die Masse der zurückgeführten Strömung zu bestimmen, die vom Drosselklappeneinlass dem Einlasskanal zugeführt wird. Die verschiedenen Sensoren können z. B. Druck-, Temperatur- und/oder Strömungssensoren enthalten.
  • In einem alternativen Beispiel kann das CRV 158 als ein Dreizustandsventil konfiguriert sein, das eine vorgegebene halboffene Position aufweist, aus der es in eine vollständig offene Position oder eine vollständig geschlossene Position bewegt werden kann. Die halboffene Position kann sowohl während der Betriebsbedingungen einer aufgeladenen Kraftmaschine im stationären Zustand als auch beim Arbeiten in einem Bereich schwachen Pumpens passiv aufrechterhalten werden. Indem während derartiger Bedingungen das Ventil teilweise offen gehalten wird, kann wenigstens etwas komprimierte Luft vom Kompressorauslass stromaufwärts oder stromabwärts des Ladeluftkühlers zum Kompressoreinlass zurückgeführt werden, was die Durchflussmenge durch den Kompressor erhöht und den Spielraum für das Pumpen verbessert. In Reaktion auf die Angabe eines starken Pumpens kann das Ventil in die vollständig offene Position betätigt werden, um den Ladedruck von einem Ort stromabwärts des Kompressors schnell zu verringern und dadurch die Strömung durch den Kompressor zu verbessern. In Reaktion auf eine plötzliche Zunahme der Drehmomentanforderung kann das Ventil in die vollständig geschlossene Position betätigt werden, um den durch den Kompressor bereitgestellten Ladedruck schnell zu erhöhen und dadurch die Kraftmaschinen-Ausgangsleistung zu verbessern.
  • In einem noch weiteren Beispiel kann das CRV 158 als ein Schaltventil konfiguriert sein, das eine vollständig offene Position oder eine vollständig geschlossene Position aufweist. Das Ventil kann während des Kraftmaschinenbetriebs geschlossen aufrechterhalten werden und kann in Reaktion auf eine Angabe eines Pumpens offen in Betrieb gesetzt werden, um den Ladedruck stromabwärts des Kompressors zu verringern.
  • Der Kraftmaschinen-Controller 12 kann ein Kennfeld, wie z. B. das Kennfeld nach 2, verwenden, um zu identifizieren, ob der Kompressor in oder um einen Pumpbereich arbeitet. Insbesondere zeigt das Kennfeld 200 nach 2 eine Änderung des Kompressor-Druckverhältnisses (entlang der y-Achse) bei unterschiedlichen Kompressor-Durchflussmengen (entlang der x-Achse). Die Linie 202 zeigt eine Linie des starken Pumpens (oder eine Grenze des starken Pumpens) für die gegebenen Betriebsbedingungen. Der Kompressorbetrieb auf der linken Seite der Linie 202 des starken Pumpens führt zum Betrieb in einem Bereich 204 des starken Pumpens (der schraffierte Bereich). Als solcher führt der Kompressorbetrieb im Bereich 204 des starken Pumpens zu einem unangenehmen NVH und zu einer potentiellen Verschlechterung der Kraftmaschinenleistung. Das starke Pumpen kann während der Übergangsbedingungen auftreten, wenn die Luftströmungsanforderung der Kraftmaschine plötzlich abnimmt, wie z. B. während einer Pedalfreigabe der Bedienungsperson. Diese Bedingung erfordert typischerweise eine schnelle Abnahme des Kompressor-Auslassdrucks oder eine schnelle Zunahme der Kompressor-Durchflussmenge, um das Pumpen zu vermeiden. In diesem Bereich kann eine Öffnung des CRV (z. B. aus einer geschlossenen Position in eine wenigstens teilweise offene Position oder aus einer teilweise offenen Position in eine vollständig offene Position) vergrößert werden, um den Kompressorbetrieb weg von der Grenze 202 des starken Pumpens zu bewegen, spezifisch auf die rechte Seite der Pumplinie 202.
  • Das CRV kann z. B. geöffnet werden, um den Kompressorbetrieb unmittelbar auf die rechte Seite der Linie 202 in den schraffierten Bereich 206, der außerdem als der Bereich 206 des schwachen Pumpens bekannt ist, zu bewegen. Sobald sich der Kompressorbetrieb im Bereich 206 des schwachen Pumpens oder auf der rechten Seite des schwachen Bereichs 206 befindet, kann das Ventil in die ursprüngliche Position zurückgeführt werden (das CRV kann z. B. geschlossen oder in die halboffene Position zurückgeführt werden). Als solches kann das schwache Pumpen während einer Pedalfreigabe der Bedienungsperson oder der Bedingungen eines stationären Zustands auftreten, wo die Kraftmaschine das Aufrechterhalten eines aufgeladenen Ansaugdrucks erfordert. Hier ist das Erhöhen der Strömung durch den Kompressor, ohne dass der aufgeladene Druck abfällt, erwünscht. Folglich wird etwas Zunahme der Luftströmung ermöglicht, ohne den aufgeladenen Druck unter den Bedarf zu verringern, indem das CRV während dieser Bedingungen wenigstens teilweise offen aufrechterhalten wird.
  • Während das Zurückführen von etwas der Kompressorströmung von dem Ort mit höherem Druck stromabwärts des Kompressors zu dem Ort mit niedrigerem Druck stromaufwärts des Kompressors den Pumpspielraum verbessern kann, kann mehr Turbinenleistung erforderlich sein, um den Kompressor mit Rückführung anstatt ohne Rückführung zu betreiben. Wenn sich der Kompressor z. B. am Arbeitspunkt 208 innerhalb des Bereichs 206 des schwachen Pumpens befindet, kann es erwünscht sein, das Kompressor-Rückführungsventil zu öffnen und den Kompressorbetrieb zu dem Arbeitspunkt 210 außerhalb des Bereichs des schwachen Pumpens zu bewegen. Um mit einer Kompressor-Rückführung außerhalb des Pumpbereichs am Arbeitspunkt 210 zu arbeiten, ist hier mehr Turbinenleistung erforderlich, als erforderlich ist, um ohne Kompressor-Rückführung innerhalb des Pumpbereichs am Arbeitspunkt 208 zu arbeiten. Falls nicht ausreichend Turbinenleistung verfügbar ist, um die Rückführung anzutreiben, kann die Kraftmaschine weiterhin am unerwünschten Arbeitspunkt 208 oder bei einem niedrigeren Ladedruck arbeiten, was zu einer verschlechterten Kraftmaschinenleistung und zu NVH-Problemen führt. Wie hier unter Bezugnahme auf die 3–4 ausgearbeitet wird, kann ein Controller die Öffnung des CRV mit dem Schließen eines Turbinen-Spiralventils und eines Turbinen-Ladedrucksteuerventils koordinieren, um die Turbinenleistung bereitzustellen, die erforderlich ist, um die Rückführung anzutreiben, und dadurch den Pumpspielraum zu verbessern.
  • Es wird erkannt, dass, während in 1 gezeigt ist, dass das CRV 158 die Kompressorströmung von einem Ort stromabwärts des Kompressors zum Kompressoreinlass zurückführt, um die Kompressorströmung zu vergrößern, in alternativen Ausführungsformen das CRV 158 konfiguriert sein kann, um einen Anteil der aufgeladenen Luft zur Atmosphäre zu entlüften, anstatt die Luft entlang des Kanals 159 zurückzuführen.
  • In 1 kann die Kraftmaschine 10 ein oder mehrere (nicht gezeigte) Abgasrückführungssysteme (AGR-Systeme), um eine Menge des die Kraftmaschine 10 verlassenden Abgases zurück zum Kraftmaschineneinlass zurückzuführen, enthalten. Die Kraftmaschine 10 kann z. B. ein Niederdruck-AGR-System (LP-AGR-System) 116 enthalten, um einen Anteil des Abgases vom Auslasskrümmer zum Einlasskrümmer, spezifisch vom Kraftmaschinenauslass stromabwärts der Turbine 92 zum Kraftmaschineneinlass stromaufwärts des Kompressors 94 zurückzuführen. Das LP-AGR-System 116 kann einen LP-AGR-Kanal 118, ein LP-AGR-Ventil 120 und einen LP-AGR-Kühler 122 enthalten. Die Kraftmaschine 10 kann ferner ein Hochdruck-AGR-System 126 (HP-AGR-System) enthalten, um einen Anteil des Abgases vom Auslasskrümmer zum Einlasskrümmer, spezifisch vom Kraftmaschinenauslass stromaufwärts der Turbine 92 zum Kraftmaschineneinlass stromabwärts des Kompressors 94 zurückzuführen. Das HP-AGR-System 126 kann einen HP-AGR-Kanal 128, ein HP-AGR-Ventil 130 und einen HP-AGR-Kühler 132 enthalten. Unter einigen Bedingungen können ein oder mehrere der AGR-Systeme 116 und 126 verwendet werden, um die Temperatur und oder die Verdünnung des Luft-Kraftstoff-Gemischs innerhalb der Verbrennungskammern zu regeln und folglich ein Verfahren zum Steuern der Zeitsteuerung der Zündung während einiger Verbrennungsmodi bereitzustellen. Ferner kann während einiger Bedingungen ein Anteil der Verbrennungsgase durch das Steuern der Auslassventil-Zeitsteuerung in der Verbrennungskammer gehalten oder gefangen werden.
  • In einigen Beispielen kann der Controller 12 ein herkömmlicher Mikrocomputer sein, der Folgendes enthält: eine Mikroprozessoreinheit, Eingabe-/Ausgabeports, einen Festwertspeicher, einen Schreib-Lese-Speicher, einen Haltespeicher und einen herkömmlichen Datenbus. In 1 ist gezeigt, dass der Controller 12 zusätzlich zu den vorher erörterten Signalen verschiedene Signale von an die Kraftmaschine 10 gekoppelten Sensoren empfängt, die Folgendes enthalten: eine Kraftmaschinenkühlmitteltemperatur (ECT) von einem Temperatursensor 138; einen Kraftmaschinenpositionssensor 140, z. B. einen Hall-Effekt-Sensor, der die Kurbelwellenposition abtastet. Der Atmosphärendruck kann außerdem für die Verarbeitung durch den Controller 12 abgetastet werden (wobei der Sensor nicht gezeigt ist). In einigen Beispielen erzeugt ein Kraftmaschinenpositionssensor 140 bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle eine vorgegebene Anzahl gleich beabstandeter Impulse, aus denen die Kraftmaschinendrehzahl (RPM) bestimmt werden kann. Außerdem können verschiedene Sensoren verwendet werden, um den Ladedruck des Turboladers zu bestimmen. Ein Drucksensor 133 kann z. B. stromabwärts des Kompressors 94 im Kraftmaschineneinlass angeordnet sein, um den Ladedruck zu bestimmen. Außerdem kann wenigstens der Auslasskanal, der das Abgas zur inneren Spirale 97 leitet, verschiedene Sensoren enthalten, um die Betriebsbedingungen des Turboladers mit mehreren Spiralen zu überwachen, wie z. B. einen Abgassensor 134. Der Abgassensor 134 kann irgendein geeigneter Sensor zum Bereitstellen einer Angabe des Luft-/Kraftstoffverhältnisses des Abgases sein, wie z. B. ein linearer Sauerstoffsensor oder UEGO (universeller oder Weitbereichs-Abgassauerstoffsensor), ein Zweizustands-Sauerstoffsensor oder EGO-, ein HEGO-(erwärmter EGO-), ein NOx-, ein HC- oder ein CO-Sensor.
  • Basierend auf der Eingabe von den verschiedenen Sensoren kann der Controller 12 konfiguriert sein, um verschiedene Steuerroutinen (wie z. B. jene, die unter Bezugnahme auf 3 beschrieben werden) auszuführen und einen oder mehrere Kraftmaschinen-Aktuatoren zu betätigen. Die Aktuatoren können z. B. die Einlass-Drosselklappe 64, das CRV 158, das Ladedrucksteuerventil 110, das Spiralventil 106 und die Kraftstoffeinspritzdüsen 74–80 enthalten.
  • Durch das Einstellen einer Öffnung des Spiralventils 106 basierend auf den Betriebsbedingungen der Kraftmaschine kann die Turbine als solche in unterschiedlichen Modi betrieben werden, wobei der Dynamikbereich, über den die Aufladung durch den Turbolader bereitgestellt werden kann, vergrößert wird. Der Turbolader kann z. B. während ausgewählter Bedingungen, wie z. B. bei geringeren Kraftmaschinendrehzahlen, während der Kaltstarts der Kraftmaschine und in Reaktion auf einen erhöhten Bedarf an Drehmoment in einem ersten Modus, bei dem das Spiralventil geschlossen (z. B. vollständig geschlossen) ist, betrieben werden. Wenn die Turbine im ersten Modus mit geschlossenem Spiralventil arbeitet, verhält sie sich wie eine kleine Turbine mit einer Spirale, die ein schnelleres Hochdrehen und einen schnelleren BMEP bereitstellt. Hier sperrt das Schließen der Spirale die Abgasströmung zur ersten Spirale ab. Die resultierende begrenzte Strömung des Abgases durch nur eine der Spiralen erhöht den Auslasskrümmerdruck und den Turbineneinlassdruck (und den Kraftmaschinen-Gegendruck). Durch das Erhöhen des Drucks des Abgases, das durch die Turbine strömt, werden die Drehzahl und die Leistung der Turbine erhöht, insbesondere wenn die Kraftmaschine bei geringen Drehzahlen arbeitet und während Übergangsmanövern. Wenn es mit den Einstellungen sowohl des Ladedrucksteuerventils als auch eines oder beider AGR-Systeme (um die Vorteile einer gekühlten AGR bereitzustellen) koordiniert ist, kann der Zeitraum bis zum Solldrehmoment und zum Hochdrehen der Turbine erheblich verbessert werden.
  • Als ein weiteres Beispiel kann der Turbolader in einem zweiten Modus, bei dem das Spiralventil offen (z. B. vollständig offen) ist, während ausgewählter Bedingungen betrieben werden. Wenn die Turbine im zweiten Modus mit offenem Spiralventil arbeitet, verhält sich die Turbine wie eine große Turbine mit einer Spirale, die eine verbesserte Spitzenleistung bereitstellt. Hier verursacht das Öffnen der Spirale, dass das Abgas sowohl durch die erste als auch durch die zweite Spirale strömt. Der resultierende Abfall des Auslasskrümmerdrucks ermöglicht, dass mehr Frischluft während des Einlasstakts in den Kraftmaschinenzylinder gezogen wird. Die vergrößerte Strömung des Abgases durch die Turbine vergrößert außerdem das Antreiben der Turbine. Wenn es mit den Einstellungen des Ladedrucksteuerventils und des CRV koordiniert ist, werden die Leistung der aufgeladenen Kraftmaschine und ein Spielraum für das Pumpen verbessert. Beispielhafte Einstellungen des Spiralventils, die während des Kompressorpumpens in Abstimmung mit den Einstellungen des Ladedrucksteuerventils und den Einstellungen des CRV ausgeführt werden, werden unter Bezugnahme auf die Routine nach 3 und unter Bezugnahme auf das Beispiel nach 4 beschrieben.
  • Während die obigen Modi das Spiralventil als entweder vollständig offen oder vollständig geschlossen beschreiben, wird erkannt, dass in noch weiteren Modi das Spiralventil in irgendeine (variable) Position zwischen den vollständig offenen und vollständig geschlossenen Zuständen basierend auf den Betriebsbedingungen der Kraftmaschine eingestellt werden kann. Basierend auf den Betriebsbedingungen der Kraftmaschine kann das Spiralventil z. B. inkremental (z. B. in 20-%-Inkrementen) geöffnet oder geschlossen werden.
  • In 3 ist eine beispielhafte Routine 300 zum Koordinieren der Einstellungen der Position sowohl eines ersten Kompressor-Rückführungsventils (wie z. B. des Ventils 158 nach 1), eines zweiten Spiralventils (wie z. B. des Ventils 106 nach 1) als auch eines dritten Ladedrucksteuerventils (z. B. des Ventils 110 nach 1) gezeigt, um das Kompressorpumpen zu verringern, während der der Kraftmaschine bereitgestellte Ladedruck aufrechterhalten wird. Das Verfahren verbessert die Leistung der aufgeladenen Kraftmaschine und einen Spielraum für das Pumpen.
  • Bei 302 enthält die Routine das Schätzen und/oder das Messen der Betriebsbedingungen der Kraftmaschine. Die geschätzten Bedingungen können z. B. die Kraftmaschinendrehzahl, die Drehmomentanforderung, die Kraftmaschinenlast, die Kraftmaschinentemperatur, die Abgaskatalysatortemperatur, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, den Aufladungsbedarf usw. enthalten.
  • Bei 304 können basierend auf den geschätzten Betriebsbedingungen die Anfangspositionen und -einstellungen sowohl für ein erstes Ventil, das sich in einem Kanal befindet, der einen Kompressorauslass an einen Kompressoreinlass koppelt, (d. h., ein erstes Kompressor-Rückführungsventil), ein zweites Ventil, das an eine äußere Spirale einer Abgasturbine mit mehreren Spiralen gekoppelt ist, (d. h., ein zweites Spiralventil) als auch ein drittes Ventil in einer über die Turbine gekoppelten Umgehung (d. h., ein drittes Ladedrucksteuerventil) bestimmt werden. Um z. B. der Drehmomentanforderung des Fahrers zu entsprechen, kann die Kraftmaschine mit einer Aufladung betrieben werden, wobei während des Betriebs einer aufgeladenen Kraftmaschine das Spiralventil offen gehalten werden kann, um die Abgasströmung durch beide Spiralen der Turbine zu vergrößern (und dadurch den Turbineneinlassdruck und die Kraftmaschinen-Pumparbeit zu verringern), und das Kompressor-Rückführungsventil geschlossen gehalten werden kann, um die Turbolader-Wellenarbeit zu verringern, oder teilweise offen sein kann, um etwas Spielraum für das Pumpen bereitzustellen. Außerdem kann das Ladedrucksteuerventil teilweise offen oder geschlossen gehalten werden, um den erforderlichen Ladedruck bereitzustellen, während die Einlassdrücke und -temperaturen der Turbine innerhalb der definierten Grenzen aufrechterhalten werden.
  • Als solche kann sich die vorgegebene Position des Ventils während der Betriebsbedingungen der Kraftmaschine im stationären Zustand basierend auf der Konfiguration des ersten Kompressor-Rückführungsventils ändern. Falls das erste Ventil z. B. als ein Ein-/Aus-Typ des Kompressor-Rückführungsventils konfiguriert ist, kann das erste Ventil während des regulären Betriebs der aufgeladenen Kraftmaschine in der vollständig geschlossenen Position gehalten werden. Falls im Vergleich das erste Ventil als ein Dreizustands-Kompressorrückführungsventil konfiguriert ist, kann das erste Ventil während des Betriebs der aufgeladenen Kraftmaschine im stationären Zustand in einer halboffenen Position gehalten werden. Falls noch weiter das erste Ventil als ein kontinuierlich veränderliches Ventil konfiguriert ist, kann das erste Ventil während des Betriebs der aufgeladenen Kraftmaschine im stationären Zustand in einer vollständig geschlossenen oder einer teilweise offenen Position gehalten werden.
  • Bei 306 kann bestimmt werden, ob es eine Angabe des Pumpens gibt. In einem Beispiel kann eine Angabe des Pumpens während einer Pedalfreigabe der Bedienungsperson bestätigt werden. Als ein weiteres Beispiel kann eine Angabe des Pumpens basierend auf einer Kompressor-Durchflussmenge bezüglich eines Ladeansaugdrucks (oder eines Kompressor-Druckverhältnisses) bestätigt werden. Der Controller kann ein Kompressorverhältnis schätzen und es mit einem Schwellenwert in einem Kompressorkennfeld vergleichen, um zu bestimmen, ob der Kompressor mit Pumpen in einem Bereich des starken Pumpens oder einem Bereich des schwachen Pumpens arbeitet. Falls der Kompressor z. B. auf der linken Seite der Pumplinie 202 nach 2 und in einem Pumpbereich 204 arbeitet, kann ein starkes Pumpen bestätigt werden. Es wird erkannt, dass das Steuersystem die Ventile außerdem in Erwartung des Pumpens einstellen kann, um das Pumpen zu vermeiden, bevor es beginnt, anstatt es zu erlauben, dass das Pumpen stattfindet, bevor auf es reagiert wird.
  • Wenn das Pumpen nicht bestätigt wird, dann geht die Routine bei 308 weiter, um das Spiralventil, das Kompressor-Rückführungsventil und das Ladedrucksteuerventil in ihre geplanten Positionen zu bewegen. Ferner kann der Controller die Ventile in ihren geplanten Positionen halten, bis eine Änderung der Position aufgrund einer Änderung der Betriebsbedingungen der Kraftmaschine angefordert wird.
  • Wenn das Pumpen bestätigt wird, dann enthält die Routine bei 310 in Reaktion auf die Angabe des Pumpens das Einstellen des ersten Ventils, das sich in dem Kanal befindet, der den Kompressorauslass an den Kompressoreinlass koppelt. Das Einstellen des ersten Ventils kann auf der Angabe des Pumpens basieren. Das Einstellen des ersten Ventils kann z. B. das Vergrößern einer Öffnung des ersten Ventils enthalten, wie die Angabe des Pumpens zunimmt. In einem Beispiel, in dem das erste Ventil ein Kompressor-Rückführungsventil des Ein-/Aus-Typs (oder Offen-/Geschlossen-Typs) ist, kann das Vergrößern einer Öffnung des ersten Ventils das Umstellen des Ventils aus der vollständig geschlossenen Position (der Ausschaltposition) in die vollständig offene Position (die Einschaltposition) enthalten. In einem weiteren Beispiel, in dem das erste Ventil ein Dreizustands-Kompressorrückführungsventil ist, kann das Vergrößern einer Öffnung des ersten Ventils das Umstellen des Ventils aus der vollständig geschlossenen Position (der Ausschaltposition) in die vollständig offene Position (die Einschaltposition) oder aus einer teilweise offenen Position in eine vollständig offene Position oder aus einer vollständig geschlossenen Position in eine teilweise offene Position enthalten. In einem noch weiteren Beispiel, in dem das erste Ventil ein kontinuierlich veränderliches Ventil ist, dessen Position zwischen einer vollständig offenen Position und einer vollständig geschlossenen Position kontinuierlich veränderlich ist, kann das Vergrößern einer Öffnung des ersten Ventils das Umstellen des Ventils aus einer vollständig geschlossenen Position in eine vollständig offene Position oder aus einer teilweise offenen Position in eine vollständig offene Position oder aus einer vollständig geschlossenen Position in eine teilweise offene Position oder aus einer teilweise offenen Position in eine weitere teilweise offene Position enthalten. Durch das Vergrößern einer Öffnung des ersten Ventils wird die Rückführung der komprimierten Luft vom Kompressorauslass zum Kompressoreinlass vergrößert. Dies vergrößert die Strömung durch den Kompressor und bewegt den Kompressor aus dem Pumpbereich (z. B. auf die rechte Seite der Pumplinie 202 nach 2).
  • Es wird erkannt, dass in einem alternativen Beispiel das CRV geöffnet werden kann, um einen Anteil der aufgeladenen Luft zur Atmosphäre zu entlüften, anstatt die Luft entlang des Rückführungskanals zum Kompressoreinlass zurückzuführen.
  • Bei 312 enthält die Routine das Einstellen des zweiten Ventils, das an die äußere Spirale der Abgasturbine mit mehreren Spiralen gekoppelt ist. Das Einstellen des zweiten Ventils kann auf dem Einstellen des ersten Ventils basieren. Das Einstellen des zweiten Ventils kann z. B. das Schließen des zweiten Ventils enthalten, wobei ein Grad und/oder die Zeitsteuerung des Schließens des zweiten Ventils auf der Vergrößerung einer Öffnung des ersten Ventils basiert. Insbesondere kann der Controller eine Turbinenleistung bestimmen, die erforderlich ist, um den Kompressor über die Rückführung aus dem Pumpbereich zu bewegen, und das Schließen des zweiten Ventils einstellen, um die erforderliche Turbinenleistung bereitzustellen. Der Controller kann z. B. eine Turbinenleistung bestimmen, die dem Vergrößern einer Öffnung des ersten Ventils (bei 310) zugeordnet ist (z. B. für das Vergrößern einer Öffnung des ersten Ventils erforderlich ist). Der Controller kann dann einen Betrag der Turbinenleistung bestimmen, die mit dem Spiralventil in der Nennposition verfügbar ist. Falls zusätzliche Turbinenleistung erforderlich ist, kann basierend auf dem Unterschied zwischen der verfügbaren Turbinenleistung und der Turbinenleistung, die erforderlich ist, um die Kompressorrückführung durch das CRV anzutreiben, die Öffnung des Spiralventils verringert werden (oder kann ein Grad des Schließens des zweiten Ventils vergrößert werden). In weiteren Ausführungsformen kann die Zeitsteuerung des Schließens des zweiten Ventils eingestellt werden, so dass sie zu der Öffnung des ersten Ventils versetzt ist oder mit der Öffnung des ersten Ventils übereinstimmt. Wie die Öffnung des ersten Ventils vergrößert wird, kann z. B. eine Öffnung des zweiten Ventils verringert werden. Durch das Schließen des zweiten Ventils wird die Strömung des Abgases zur sekundären Spirale der Turbine gesperrt, wobei nur eine Strömung des Abgases zu der (inneren) primären Spirale der Turbine ermöglicht ist. Dies vergrößert den Turbineneinlassdruck und vergrößert die verfügbare Turbinenleistung.
  • In einem Beispiel kann das Spiralventil ein Schaltventil sein, wobei das Schließen des Ventils das Umstellen des Ventils aus der vollständig offenen Position in die vollständig geschlossene Position enthalten kann. In alternativen Beispielen kann das Spiralventil jedoch ein kontinuierlich veränderliches Spiralventil sein, dessen Position in irgendeine Position zwischen einer vollständig offenen Position und einer vollständig geschlossenen Position verändert werden kann, um eine Strömung des Abgases zu der äußeren Spirale der Turbine mit mehreren Spiralen kontinuierlich zu verändern. Hier kann in Reaktion auf die Angabe des Pumpens die Öffnung des Spiralventils basierend auf der Öffnung des CRV verringert werden, um die Strömung des Abgases durch die (äußere) sekundäre Spirale zu verringern, während die Strömung des Abgases durch die primäre Spirale der Turbine aufrechterhalten wird. Dies kann als solches eine Turbineneinschränkung bereitstellen, die erforderlich ist, um die notwendige Turbinenleistung zum Antreiben der Kompressor-Rückführungsströmung in Reaktion auf die Angabe des Pumpens bereitzustellen.
  • Außerdem kann während ausgewählter Pumpbedingungen (wie z. B. während des schwachen Pumpens) die Kraftmaschine das Aufrechterhalten des aufgeladenen Ansaugdrucks erfordern. Hier ist das Vergrößern der Strömung durch den Kompressor, ohne dass der aufgeladene Druck abfällt, erwünscht. Während das Öffnen des ersten Ventils das Vergrößern der Strömung durch den Kompressor behandelt, kann es zu einem Abfall des Ladedrucks führen. Während dieser Bedingungen kann das Schließen des zweiten Ventils ferner basierend auf der Öffnung des ersten Ventils und des Aufladungsbedarfs eingestellt werden, um den Abfall des Ladedrucks zu kompensieren, der sich aus dem Öffnen des ersten Ventils ergibt. Spezifisch wird durch das Schließen des Spiralventils ein Turbineneinlassdruck erhöht, um zusätzliche Turbinenleistung bereitzustellen, um den Ladedruck aufrechtzuerhalten, während das Pumpen behandelt wird.
  • Bei 314 enthält die Routine das Einstellen eines Ladedrucksteuerventils, das über die Turbine gekoppelt ist, basierend sowohl auf dem Einstellen des ersten Ventils als auch auf dem Einstellen des zweiten Ventils. Die Einstellung des Ladedrucksteuerventils kann verwendet werden, um einen Soll-Ladedruck der Kraftmaschine und eine Soll-Luftströmung der Kraftmaschine aufrechtzuerhalten. Spezifisch kann das Ladedrucksteuerventil eingestellt werden, um den Soll-Ladedruck beim Vorhandensein der Rückführungsströmung, wie sie durch das CRV ermöglicht wird, bereitzustellen. Sowohl das zweite Ventil als auch das dritte Ventil weisen die Fähigkeit auf, den Turbineneinlassdruck und die Turbinenleistung zu erhöhen, wenn sie zu der geschlossenen Position bewegt werden. Falls das zweite Ventil ein Schaltventil ist, könnte es für große Einstellungen verwendet werden, während das dritte Ventil, das ein kontinuierlich veränderliches Ventil ist, für die feineren Einstellungen verwendet werden könnte. Das Einstellen des Ladedrucksteuerventils kann das Verringern einer Öffnung des Ladedrucksteuerventils in Reaktion auf das Vergrößern einer Öffnung des ersten Ventils und das Schließen des zweiten Ventils enthalten. Das Ladedrucksteuerventil kann z. B. geschlossen werden, um den Abfall des Ladedrucks zu kompensieren, der sich aus dem Öffnen des ersten Kompressor-Rückführungsventils ergibt, und um die Zunahme der Turbinenenergie, die durch das Schließen des Spiralventils erreicht wird, zu ergänzen. Außerdem gleicht die Einstellung des Ladedrucksteuerventils die von der Turbine dem Kompressor bereitgestellte Wellenleistung aus. Unter einigen Betriebsbedingungen der Kraftmaschine kann das zweite Ventil aufgrund der Öffnung des ersten Ventils nicht eingestellt werden, wobei aber das dritte Ventil aufgrund der Öffnung des ersten Ventils geschlossen werden kann. Falls z. B. das zweite Ventil vollständig geöffnet ist und das Ladedrucksteuerventil teilweise geöffnet ist, kann das Vergrößern der Öffnung des ersten Ventils, um das schwache Pumpen zu vermeiden, eine Zunahme der Turbinenleistung erfordern. Die Zunahme der Turbinenleistung kann durch das Verringern der Öffnung des dritten Ventils erreicht werden, während das zweite Ventil in der offenen Position aufrechterhalten wird.
  • Das Einstellen des Ladedrucksteuerventils kann ferner auf einer Turbineneinlasstemperatur und/oder einem Turbineneinlassdruck basieren. Das Schließen des Ladedrucksteuerventils kann z. B. eingestellt werden, um sowohl die Turbineneinlasstemperatur und einen Turbineneinlassdruck innerhalb eines vorgegebenen Bereichs aufrechtzuerhalten als auch das Überschwingen der Aufladung zu verringern. Falls es eine Angabe gibt, dass die Turbineneinlasstemperatur über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt und durch eine Einstellung der anderen Steuerfaktoren nicht verringert werden kann, kann das Ladedrucksteuerventil geöffnet werden, um den Turbineneinlassdruck zu verringern, was außerdem dazu beiträgt, die Turbineneinlasstemperatur zu verringern. Auf diese Weise wird die Turbinenleistung verringert, was dazu beiträgt, den Ladedruck zu verringern, falls keine anderen Einstellungen vorgenommen werden.
  • Auf diese Weise wird eine koordinierte Herangehensweise, um das Pumpen zu behandeln, bereitgestellt, die es ermöglicht, dass ein Pumpspielraum verbessert wird. Unter Verwendung der Einstellungen an einem Ladedrucksteuerventil und einem Spiralventil zusammen mit den Einstellungen eines Kompressor-Rückführungsventils wird mehr Turbinenleistung bereitgestellt, um die zusätzliche zurückgeführte Strömung durch den Kompressor anzutreiben, um das Pumpen zu behandeln.
  • Im Allgemeinen sind verschiedene Kompromisse beim Konfigurieren eines Turboladersystems für eine Kraftmaschine zu schließen (die außerdem als eine Turboanpassung bekannt sind, bei der ein Turbolader ausgewählt wird, um zu einer Kraftmaschine zu passen). Die konkurrierenden Beschränkungen enthalten Folgendes: der Kompressor muss groß genug sein, um die Kraftmaschinen-Spitzenleistung zu erreichen, aber klein genug sein, um hohe Druckverhältnisse bei geringen Luftdurchflussmengen der Kraftmaschine zu ermöglichen, um eine gute Drehmomentausgabe bei geringeren Kraftmaschinendrehzahlen bereitzustellen. Gleichermaßen muss die Turbine groß genug sein, um es zu ermöglichen, dass eine hohe Kraftmaschinenleistung bei einer geringen Einschränkung und einer geringen Pumpleistung erreicht wird, aber klein genug sein, um bei allen Betriebsbedingungen eine Wellenleistung dem Kompressor bereitzustellen. Dann kann ein Ladedrucksteuerventil verwendet werden, um den Turbineneinlassdruck zu verringern und die verfügbare Wellenleistung mit der durch den Kompressor benötigten auszugleichen, um den angeforderten Ladedruck zuzuführen. Durch das Koordinieren der Einstellungen an einem Kompressor-Rückführungsventil mit den Einstellungen an einem Ladedrucksteuerventil und einem Turbinen-Spiralventil, wie unter Bezugnahme auf die Routine nach 3 erörtert worden ist, werden verschiedene Vorteile erreicht. Zuerst kann die Turboanpassung unterschiedlich ausgeführt werden, was zu der Verwendung einer größeren Turbine und eines größeren Kompressors neigt. Die Verwendung des CRV ermöglicht einen großen Kompressor, um einen höheren Ladedruck bei geringen Luftdurchflussmengen der Kraftmaschine ohne das Pumpen bereitzustellen. Die Verwendung eines Turbinen-Spiralventils mit binärer Strömung ermöglicht eine große Turbine, um ausreichend Wellenleistung bereitzustellen, um den Kompressor unter den Bedingungen anzutreiben, wenn das CRV Luft zurückführt. Das Ladedrucksteuerventil kann dann verwendet werden, um die Pumparbeit zu verringern und die Wellenleistung auszugleichen.
  • Nun werden unter Bezugnahme auf das Beispiel nach 4 beispielhafte Einstellungen sowohl an einem Ladedrucksteuerventil, an einem Kompressor-Rückführungsventil (CRV) als auch an einem Spiralventil während einer Pumpbedingung ausgearbeitet. Das Kennfeld 400 nach 4 stellt spezifisch in der graphischen Darstellung 402 einen Pumpspielraum, in der graphischen Darstellung 404 die CRV-Einstellungen, in der graphischen Darstellung 406 die Spiralventil-Einstellungen, in der graphischen Darstellung 408 die Ladedrucksteuerventil-Einstellungen und in der graphischen Darstellung 410 die resultierenden Änderungen des Ladedrucks dar.
  • Vor t1 kann die Kraftmaschine aufgeladen arbeiten (die graphische Darstellung 410). Der Soll-Ladedruck kann durch das Betreiben eines Kompressors bereitgestellt werden, während das Spiralventil offen (die graphische Darstellung 406) und das Ladedrucksteuerventil (die graphische Darstellung 408) teilweise offen gehalten werden. Außerdem kann das CRV in einer teilweise offenen Position (die graphische Darstellung 404) gehalten werden, um wenigstens etwas komprimierte Luft während der aufgeladenen Betriebsbedingungen im stationären Zustand zurückzuführen, um einen Pumpspielraum zu verbessern. Spezifisch kann der Pumpspielraum (die graphische Darstellung 402) vergrößert werden, damit er sich weg von dem Bereich des schwachen Pumpens zwischen den Linien 401 und 403 bewegt, indem das CRV vor t1 teilweise offen gehalten wird. Die gestrichelte Linie repräsentiert den Pumpspielraum, der sich ergeben hätte, falls das CRV vollständig geschlossen gehalten worden wäre. In alternativen Beispielen, wie z. B. bei höheren Kraftmaschinendrehzahlen, kann das CRV jedoch während des Betriebs der aufgeladenen Kraftmaschine geschlossen gehalten werden, um es zu ermöglichen, dass höhere Ladedrücke erreicht werden.
  • Bei t1 kann ein Pedalfreigabeereignis der Bedienungsperson stattfinden. In Reaktion auf die Pedalfreigabe kann eine Einlassdrosselklappe geschlossen werden (was nicht gezeigt ist), um die Luftströmung zur Kraftmaschine schnell zu verringern. Aufgrund des plötzlichen Schließens der Drosselklappe kann jedoch die Luftströmung durch den Kompressor abnehmen, was verursacht, dass sich der Arbeitspunkt des Kompressors in einen Pumpbereich bewegt. Spezifisch kann sich die Kompressor-Luftströmung ausreichend verringern, um sich in den Bereich des starken Pumpens zu bewegen (204 nach 2).
  • In Reaktion auf die Angabe des Kompressorpumpens bei t1 kann ein Kraftmaschinen-Controller das CRV einstellen, um die Rückführung der komprimierten Luft von einem Ort stromabwärts des Kompressors zu einem Kompressoreinlass zu vergrößern. Basierend auf einer Angabe des Pumpens wird eine Öffnung des CRV vergrößert, um eine Kompressor-Durchflussmenge zu vergrößern. In dem dargestellten Beispiel enthält das Vergrößern der Öffnung des CRV das Umstellen des Ventils aus einer ersten, halboffenen Position in eine zweite, vollständig offene Position. In alternativen Beispielen, in denen das CRV vor der Pedalfreigabe geschlossen gehalten wird, kann das CRV bei der Pedalfreigabe jedoch in eine vollständig offene oder zu einer vollständig offenen Position umgestellt werden.
  • In einem Beispiel wird die Öffnung des CRV vergrößert, um die Rückführung der gekühlten komprimierten Luft von einem Ort stromabwärts des Kompressors und stromabwärts eines Ladeluftkühlers zum Kompressoreinlass zu vergrößern. In einem weiteren Beispiel kann die Öffnung des CRV vergrößert werden, um die Rückführung der warmen (nicht gekühlten) komprimierten Luft von einem Ort stromabwärts des Kompressors und stromaufwärts des Ladeluftkühlers zum Kompressoreinlass zu vergrößern. In noch weiteren Beispielen, in denen der Kompressorauslass über einen ersten Kanal stromabwärts des Ladeluftkühlers und einen zweiten Kanal stromaufwärts des Ladeluftkühlers an den Kompressoreinlass gekoppelt ist, kann der Controller ein gemeinsames CRV (oder getrennte CRVs in jedem Kanal) einstellen, um eine Gesamtmenge der Kompressor-Rückführungsströmung zu vergrößern, während ein Anteil der komprimierten Luft, die von einem Ort stromaufwärts und stromabwärts des Ladeluftkühlers zurückgeführt wird, verändert wird, um eine temperaturgesteuerte komprimierte Luftströmung zum Kompressoreinlass bereitzustellen. Hier kann aufgrund der kürzeren Länge des zweiten Kanals ein größerer Anteil der warmen komprimierten Luft während einiger Pumpbedingungen verwendet werden, um das Pumpen schnell zu behandeln. Während anderer Pumpbedingungen kann ein größerer Anteil der gekühlten komprimierten Luft verwendet werden, um einen Temperaturverstärkungseffekt zu verringern, der auftreten kann, wenn warme Kompressor-Rückführungsströmung umgeleitet wird und durch den Kompressor erneut aufgeladen wird.
  • Außerdem gibt es bei t1 aufgrund der Pedalfreigabe keinen Bedarf an aufgeladener Luft, daher kann das Spiralventil offen bleiben, wobei das Ladedrucksteuerventil weiter geöffnet werden kann, um den Abgasdruck und die Pumparbeit zu verringern.
  • Bei t2 kann sich in Reaktion auf das Öffnen des CRV der Pumpspielraum aus einem Bereich des starken Pumpens (unter der Grenze 401 des starken Pumpens) bewegen und sich in einen Bereich des schwachen Pumpens (zwischen der Grenze 401 des starken Pumpens und der Grenze 403 des schwachen Pumpens) bewegen. Dies kann als solches einer Umstellung des Arbeitspunkts des Kompressors von der linken Seite der Linie 202 des starken Pumpens nach 2 in den Bereich 206 auf der rechten Seite der Pumplinie 202 entsprechen. Sobald der Arbeitspunkt des Kompressors außerhalb des Bereichs des starken Pumpens liegt, kann die Öffnung des CRV verringert werden. Das CRV kann z. B. in den halboffenen Zustand zurückgeführt werden. Durch das Verringern der Öffnung des CRV, sobald sich der Pumpspielraum außerhalb des Bereichs des starken Pumpens befindet, kann der Energieverbrauch, der darin einbezogen ist, das CRV offen aufrechtzuerhalten, verringert werden.
  • Zwischen t1 und t2 kann der Controller außerdem die Position eines Ladedrucksteuerventils, das über die Turbine gekoppelt ist, basierend auf den Einstellungen sowohl des ersten als auch des zweiten Ventils einstellen. Das Ladedrucksteuerventil kann aus einem teilweise offenen Zustand, der den Soll-Aufladepegel vor t1 bereitgestellt hat, bei t1 in eine vollständig offene Position eingestellt werden, um den Turbineneinlassdruck zu verringern. Der verringerte Einlassdruck würde zu einer geringeren Pumparbeit der Kraftmaschine führen. In einem alternativen Szenario könnte das Ladedrucksteuerventil in die geschlossene Position bewegt werden, um die Turbodrehzahl während der Pedalfreigabe aufrechtzuerhalten. Dies kann ausgeführt werden, um während eines anschließenden Pedaldrucks die Drehmomentübergangs-Reaktionszeit zu verbessern.
  • Zwischen t2 und t3 kann der Ladedruck in Reaktion auf eine verringerte Drehmomentanforderung verringert werden. Während dieses Zeitraums kann der Einlasskrümmerdruck niedriger als der Atmosphärendruck sein, wobei daher keine Aufladung erforderlich ist. Das Ladedrucksteuerventil kann offen bleiben, wobei das Spiralventil offen ist, um die Turbinenleistung und die Pumparbeit zu minimieren. Das CRV kann offen bleiben, um einen alternativen Vorwärtsweg für die Luft bereitzustellen, um den Kompressor zu umgehen.
  • Bei t3 kann ein Pedaldruckereignis der Bedienungsperson auftreten. In Reaktion auf den Pedaldruck kann es eine plötzliche Zunahme der Anforderung an Drehmoment, Kraftmaschinen-Luftströmung und Ladedruck geben. Um der Anforderung zu entsprechen, kann die Öffnung des CRV verringert werden. Das CRV kann z. B. aus der halboffenen Position in eine vollständig geschlossene Position umgestellt werden. Alternativ kann das CRV in eine oder zu einer vollständig offenen Position bewegt werden. Außerdem kann das Spiralventil geschlossen werden. Dies ermöglicht, dass das Abgas nur durch die innere Spirale strömt, was den Turbineneinlassdruck erhöht und es der Turbine ermöglicht, schneller hochzudrehen. Bei t5, wenn der Ladedruck über einen Schwellenwert zugenommen hat, kann das Spiralventil geöffnet werden, um es dem Abgas zu ermöglichen, sowohl durch die innere als auch durch die äußere Spirale der Turbine zu strömen, was es ermöglicht, dass die Turbinen-Spitzenleistung erhöht wird. Durch das Maximieren der Turbinenenergie kann der Aufladungsanforderung entsprochen werden und wird das Drehmoment-Übergangsverhalten verbessert.
  • Zwischen t3 und t4 wird das Ladedrucksteuerventil in der vollständig geschlossenen Position gehalten, um den Turbineneinlassdruck zu maximieren und die Turbodrehzahl schnell zu erhöhen. Beginnend bei t4 kann sich das CRV aus der vollständig geschlossenen Position in die teilweise offene Position bewegen, um das schwache Pumpen zu vermeiden, wie der Ladedruck zunimmt. Während der Ladedruck zunimmt, kann die durch die Kraftmaschine geforderte Luftströmung außerdem zunehmen, wie die Kraftmaschinendrehzahl zunimmt. Der Pumpspielraum basiert auf der Gesamtluftströmung durch den Kompressor, die die Luftströmung zur Kraftmaschine und die zurückgeführte Luftströmung umfasst. Wie die Luftströmung zur Kraftmaschine zunimmt, kann die Rückführungsluftströmung durch das Schließen des CRV verringert werden, während der Soll-Pumpspielraum aufrechterhalten wird. Dies geht nach t5 weiter, wie die Kraftmaschine-Luftströmung weiterhin zunimmt.
  • Zwischen t4 und t5 kann die Öffnung des Ladedrucksteuerventils eingestellt werden, um dem erhöhten Luftbedarf der Kraftmaschine zu entsprechen und die verfügbare Wellenleistung mit der, die durch den Kompressor benötigt wird, auszugleichen, um dem Aufladungsbedarf zu entsprechen. Spezifisch bleiben zwischen t4 und t5 das Spiralventil und das Ladedrucksteuerventil geschlossen, um der Turbine die maximale Leistung bereitzustellen. Dies ermöglicht es, dass die Turbinendrehzahl und der Ladedruck so schnell wie möglich zunehmen, selbst beim Vorhandensein der zusätzlichen Kompressorströmung aufgrund der Öffnung des CRV. Bei t5 können der Abgasdruck und die Abgasströmung hoch genug sein, so dass es zu restriktiv wird, das Spiralventil geschlossen zu halten. Das Spiralventil wird geöffnet, wobei aber das Ladedrucksteuerventil anfangs geschlossen bleibt, um die Turbodrehzahl und die Aufladung weiter zu vergrößern. Einen Zeitraum nach t5 kann der Soll-Ladedruck erreicht sein, wobei das Ladedrucksteuerventil geöffnet wird, um den Soll-Aufladepegel aufrechtzuerhalten.
  • Auf diese Weise kann ein CRV geöffnet werden, um einen Pumpspielraum bereitzustellen, während ein Spiralventil geschlossen wird, um zusätzliche Turbinenenergie bereitzustellen. Gleichzeitig wird ein Ladedrucksteuerventil eingestellt, um die Aufladung zu steuern, um dem Luftbedarf zu entsprechen. Gleichermaßen werden während der Übergänge das Spiralventil und das Ladedrucksteuerventil geschlossen, um die Turbinenenergie für das Ladedruck-Übergangsverhalten zu maximieren. Gleichzeitig wird das CRV eingestellt, um den Pumpspielraum zu managen, während der Turbolader hochdreht.
  • In einem Beispiel umfasst ein Kraftmaschinensystem eine Kraftmaschine und einen Turbolader. Der Turbolader kann einen Kompressor enthalten, der durch eine Turbine mit mehreren Spiralen angetrieben ist. Ein Ladeluftkühler kann sich stromabwärts des Kompressors befinden, um die der Kraftmaschine zugeführte aufgeladene Luftladung zu kühlen. Ein Kompressor-Rückführungskanal, der ein erstes Ventil enthält, kann einen Auslass des Ladeluftkühlers an einen Einlass des Kompressors koppeln. Ein Ladedrucksteuerventil kann einen Turbinenauslass an einen Turbineneinlass koppeln.
  • Ein zweites Ventil kann an einen Einlass einer äußeren Spirale der Abgasturbine mit mehreren Spiralen gekoppelt sein. Ein Controller kann mit computerlesbaren Anweisungen zum Betreiben der aufgeladenen Kraftmaschine mit teilweise offenem ersten Ventil und vollständig offenem zweiten Ventil konfiguriert sein. In Reaktion auf eine Angabe des Pumpens kann der Controller eine Öffnung des ersten Ventils basierend auf der Angabe des Pumpens vergrößern und eine Öffnung des zweiten Ventils basierend auf der Öffnung des ersten Ventils verringern. Das Verringern der Öffnung des zweiten Ventils basierend auf der Öffnung des ersten Ventils kann das Schätzen einer Turbinenleistung, die erforderlich ist, um die Kompressor-Rückführungsströmung bei der Öffnung des ersten Ventils zu ermöglichen, und das Verringern einer Öffnung des zweiten Ventils, um einen Turbineneinlassdruck bereitzustellen, der die geschätzte Turbinenleistung bereitstellt, enthalten. Der Controller kann ferner Anweisungen enthalten, um, während die Öffnung des ersten Ventils vergrößert wird und die Öffnung des zweiten Ventils verkleinert wird, eine Position des Ladedrucksteuerventils basierend auf den Einstellungen sowohl des ersten als auch des zweiten Ventils einzustellen, um den Ladedruck aufrechtzuerhalten. Das Einstellen kann das Verkleinern einer Öffnung des Ladedrucksteuerventils enthalten, wie die Öffnung des ersten Ventils vergrößert wird und die Öffnung des zweiten Ventils verkleinert wird. Das Einstellen der Position des Ladedrucksteuerventils kann ferner auf einer Turbineneinlasstemperatur und/oder einem Turbineneinlassdruck basieren.
  • Auf diese Weise können sowohl ein Kompressor-Rückführungsventil, ein Turbinen-Spiralventil und ein Turbinen-Ladedrucksteuerventil in Abstimmung betätigt werden, um die Kompressor- und Turbinenzustände zu managen, um eine Bedingung des Kompressorpumpens besser zu behandeln. Insbesondere kann, während das CRV verwendet wird, um das Pumpen zu verringern und die Pumpspielräume zu verbessern, das Spiralventil verwendet werden, um ausreichend Turbinenleistung bereitzustellen, um den Kompressor mit der erforderlichen Menge der Rückführung zu betreiben, um das Pumpen zu behandeln. Gleichzeitig kann das Ladedrucksteuerventil eingestellt werden, um die Kraftmaschinen-Sollluftströmung bereitzustellen und die Turbineneinlasstemperatur und den Turbineneinlassdruck innerhalb der Grenzen aufrechtzuerhalten. Außerdem können die Einstellungen des Ladedrucksteuerventils verwendet werden, um einen Aufladungs-Ansaugdruck aufrechtzuerhalten, während der Turboladerbetrieb innerhalb der Drehzahlgrenzen aufrechterhalten wird, und ein Überschwingen der Aufladung zu verringern. Insgesamt wird der Pumpspielraum verbessert und werden die Bedenken wegen des NVH und des Fahrverhaltens, die dem Kompressorpumpen zugeordnet sind, verringert. Außerdem wird die Aufladungs-Übergangsleistung verbessert.
  • Es ist klar, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Art sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinn zu betrachten sind, weil zahlreiche Variationen möglich sind. Die obige Technik kann z. B. auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, Boxer-4- und andere Kraftmaschinentypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthält alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderen Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart sind.
  • Die folgenden Ansprüche legen bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen besonders dar, die als neuartig und nicht offensichtlich betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf "ein" Element oder "ein erstes" Element oder dessen Äquivalent beziehen. Derartige Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente enthalten und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Weitere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Darstellung neuer Ansprüche in dieser oder einer in Beziehung stehenden Anmeldung beansprucht werden. Derartige Ansprüche, ob ihr Umfang umfassender als der, enger als der oder gleich dem Umfang der ursprünglichen Ansprüche ist oder vom Umfang der ursprünglichen Ansprüche verschieden ist, werden außerdem als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2012/0014812 [0003]

Claims (20)

  1. Verfahren für eine aufgeladene Kraftmaschine, das Folgendes umfasst: Einstellen sowohl eines ersten Ventils, das sich in einem Kanal befindet, der einen Kompressorauslass an einen Kompressoreinlass koppelt, und eines zweiten Ventils, das an eine äußere, sekundäre Spirale einer Abgasturbine mit mehreren Spiralen gekoppelt ist, in Reaktion auf eine Angabe des Pumpens.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einstellen des ersten Ventils auf der Angabe des Pumpens basiert und wobei das Einstellen des zweiten Ventils auf dem Einstellen des ersten Ventils basiert.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Einstellen des ersten Ventils das Vergrößern einer Öffnung des ersten Ventils enthält, wie die Angabe des Pumpens zunimmt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das erste Ventil ein kontinuierlich veränderliches Ventil ist, dessen Position kontinuierlich zwischen einer vollständig offenen Position und einer vollständig geschlossenen Position variabel ist und wobei der Kanal den Kompressorauslass stromabwärts eines Ladeluftkühlers an den Kompressoreinlass koppelt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Einstellen des zweiten Ventils das Schließen des zweiten Ventils enthält, wobei eine Zeitsteuerung und/oder ein Grad des Schließens auf dem Vergrößern einer Öffnung des ersten Ventils basieren.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Vergrößern einer Öffnung des ersten Ventils das Vergrößern der Öffnung enthält, um die Rückführung der komprimierten Luft vom Kompressorauslass zum Kompressoreinlass zu vergrößern, und wobei das Schließen des zweiten Ventils das Schließen des zweiten Ventils enthält, um die Strömung des Abgases zur äußeren, sekundären Spirale der Turbine zu sperren.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, das ferner das Einstellen eines Ladedrucksteuerventils, das über die Turbine gekoppelt ist, basierend sowohl auf dem Einstellen des ersten Ventils als auch dem Einstellen des zweiten Ventils umfasst, um einen Soll-Ladedruck der Kraftmaschine aufrechtzuerhalten.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Einstellen des Ladedrucksteuerventils das Verringern einer Öffnung des Ladedrucksteuerventils in Reaktion auf das Vergrößern einer Öffnung des ersten Ventils und das Schließen des zweiten Ventils enthält.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Einstellen des Ladedrucksteuerventils ferner auf dem Kraftmaschinen-Ladedruck und/oder einer Turbineneinlasstemperatur und/oder einem Turbineneinlassdruck und/oder einem Kraftmaschinen-Luftbedarf basiert.
  10. Verfahren für eine Kraftmaschine, das Folgendes umfasst: in Reaktion auf das Pumpen Einstellen eines ersten Ventils, um die Rückführung der komprimierten Luft zu einem Kompressoreinlass zu vergrößern; Einstellen eines zweiten Ventils, das an eine äußere Spirale einer Turbine mit mehreren Spiralen gekoppelt ist, basierend auf dem Einstellen des ersten Ventils; und Einstellen eines Ladedrucksteuerventils, das über die Turbine gekoppelt ist, basierend auf den Einstellungen sowohl an dem ersten als auch an dem zweiten Ventil.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Einstellen des ersten Ventils das Vergrößern einer Öffnung des ersten Ventils basierend auf einer Angabe des Pumpens enthält, um eine Kompressor-Durchflussmenge zu vergrößern.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Einstellen des zweiten Ventils das Verringern einer Öffnung des zweiten Ventils basierend auf dem Vergrößern des ersten Ventils enthält, um einen Turbineneinlassdruck zu erhöhen.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Einstellen des Ladedrucksteuerventils das Einstellen des Ladedrucksteuerventils basierend auf den Einstellungen sowohl des ersten als auch des zweiten Ventils enthält, um einen Soll-Ladedruck aufrechtzuerhalten.
  14. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Vergrößern einer Öffnung des ersten Ventils das Umstellen des ersten Ventils aus einer ersten, halboffenen Position in eine zweite, vollständig offene Position enthält.
  15. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Einstellen des ersten Ventils, um die Rückführung der komprimierten Luft zu einem Kompressoreinlass zu vergrößern, das Vergrößern einer Öffnung des ersten Ventils enthält, um die Rückführung der gekühlten komprimierten Luft von einem Ort stromabwärts des Kompressors und stromabwärts des Ladeluftkühlers zum Kompressoreinlass zu vergrößern.
  16. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Turbine ferner eine innere Spirale enthält, das zweite Ventil nicht an die innere Spirale gekoppelt ist und wobei das Verringern einer Öffnung des zweiten Ventils das vollständige Schließen des zweiten Ventils enthält, um die Strömung des Abgases durch die äußere Spirale zu begrenzen, während die Strömung des Abgases durch die innere Spirale ermöglicht wird.
  17. Kraftmaschinensystem, das Folgendes umfasst: eine Kraftmaschine; einen Turbolader, der einen Kompressor enthält, der durch eine Turbine mit mehreren Spiralen angetrieben ist; einen Ladeluftkühler, der sich stromabwärts des Kompressors befindet, um eine aufgeladene Luftladung zu kühlen, die der Kraftmaschine zugeführt wird; einen Kompressor-Rückführungskanal, der ein erstes Ventil enthält, das einen Auslass des Ladeluftkühlers an einen Einlass des Kompressors koppelt; ein Ladedrucksteuerventil, das einen Turbinenauslass an einen Turbineneinlass koppelt; ein zweites Ventil, das an einen Einlass einer äußeren Spirale der Turbine gekoppelt ist; und einen Controller mit computerlesbaren Anweisungen um: die Kraftmaschine aufgeladen zu betreiben, während das erste Ventil teilweise offen ist und das zweite Ventil vollständig offen ist; und in Reaktion auf eine Angabe des Pumpens eine Öffnung des ersten Ventils basierend auf der Angabe zu vergrößern und eine Öffnung des zweiten Ventils basierend auf der Öffnung des ersten Ventils zu verkleinern.
  18. System nach Anspruch 17, wobei der Controller ferner Anweisungen enthält, um während des Vergrößerns der Öffnung des ersten Ventils und des Verkleinerns der Öffnung des zweiten Ventils eine Position des Ladedrucksteuerventils basierend auf den Einstellungen sowohl des ersten als auch des zweiten Ventils einzustellen, um einen Turbineneinlassdruck aufrechtzuerhalten.
  19. System nach Anspruch 18, wobei das Einstellen das Verkleinern einer Öffnung des Ladedrucksteuerventils enthält, wie die Öffnung des ersten Ventils vergrößert wird und die Öffnung des zweiten Ventils verkleinert wird.
  20. System nach Anspruch 17, wobei das Verkleinern einer Öffnung des zweiten Ventils basierend auf der Öffnung des ersten Ventils das Schätzen einer Turbinenleistung, die erforderlich ist, um die Kompressor-Rückführungsströmung beim Öffnen des ersten Ventils zu ermöglichen, und das Verkleinern einer Öffnung des zweiten Ventils, um einen Turbineneinlassdruck bereitzustellen, der die geschätzte Turbinenleistung bereitstellt, enthält.
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