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Gebiet
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Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zur Verbesserung des Betriebs eines Motors mit hoher Abgasrückführung (EGR). Die Verfahren können besonders für Motoren nützlich sein, die einen einzigen Zylinder umfassen, der eine externe EGR für andere Motorzylinder bereitstellt.
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Hintergrund und Zusammenfassung
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Ein Motor kann mit einem oder mehreren dedizierten EGR-Zylindern (d.h., einem Zylinder, der zumindest einen Teil seines Abgasstroms ohne Abgase von anderen Zylindern leitet, um den Motorzylindern externe EGR bereitzustellen) betrieben werden, die ihre gesamten Abgase als externe Abgasrückführung (EGR) an die Ansaugluft anderer Motorzylinder leiten. Eine derartige Anordnung kann es möglich machen, den Motor mit höherer Abgasverdünnung zu betreiben. Folglich kann die Motorpumparbeit verringert werden, und die Motoreffizienz kann verbessert werden. Jedoch kann ein Motor, der solch einen Kanal umfasst, eine ungewünschte Reaktion auf Anforderungen nach erhöhter Motordrehmomentleistung zeigen, weil die Ladungsverdünnung das Motordrehmoment begrenzen oder verringern kann.
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Die Erfinder haben die oben genannten Nachteile des Betriebs eines stark verdünnten Motors erkannt und ein Motorbetriebsverfahren entwickelt, welches umfasst: das Verringern des Abgasstroms einer oder mehrerer dedizierter EGR-Zylinder, welche den Zylindern eines Motors in Reaktion auf eine Erhöhung des Fahrer-Anforderungsdrehmoments eine externe Abgasrückführung bereitstellen.
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Durch das Verringern des Abgasstroms von dedizierten EGR-Zylindern, die den verbleibenden Motorzylindern eine externe Abgasrückführung bereitstellen, kann es möglich sein, die Drehmomentreaktion eines Motors zu verbessern. Insbesondere kann die Drehmomenterzeugung derjenigen Motorzylinder verbessert werden, denen die Abgase des/der dedizierten EGR-(DEGR-)Zylinder(s) zugeführt werden, da ein Zylindervolumen für zusätzliche frische Ladung (z.B. Luft und Kraftstoff) zur Verfügung gestellt werden kann, wenn die Abgasrückführung während einer Erhöhung des Fahrer-Anforderungsdrehmoments begrenzt ist. Darüber hinaus, kann das Turboloch beim Turboladen des Motors verringert werden, da die Abgasenergie aus den verbleibenden Zylindern während der Erhöhung des Fahrer-Anforderungsdrehmoment erhöht werden kann.
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Die vorliegende Beschreibung kann mehrere Vorteile bereitstellen. Zum Beispiel kann dieser Ansatz das Turboloch verringern. Ferner kann der Ansatz die Motordrehmomentreaktion des Motors verbessern. Ferner noch kann der Ansatz einen effizienteren Motorbetrieb ermöglichen, nachdem ein Schwellenwert der Aufladung erreicht worden ist, wodurch die Motoreffizienz erhöht wird, nachdem dem Motor rascher eine zusätzliche Aufladung bereitgestellt werden kann.
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Die obigen Vorteile und andere Vorteile sowie Merkmale der vorliegenden Beschreibung sind schnell aus der folgenden Detailbeschreibung allein oder in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich.
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Es sollte klar sein, dass die obige Zusammenfassung bereitgestellt wird, um eine Auswahl von Konzepten in einfacher Form einzuführen, die in der Detailbeschreibung weiter beschrieben werden. Sie soll keine Schlüsselelemente oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstandes identifizieren, dessen Schutzumfang einzig von den Ansprüchen definiert wird, die auf die Detailbeschreibung folgen. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die jegliche der oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung erwähnten Nachteile beheben.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die hier beschriebenen Vorteile werden besser verstanden werden, wenn man ein Beispiel einer Ausführungsform, die hier als Detailbeschreibung bezeichnet wird, allein oder unter Bezugnahme auf die Zeichnungen liest, wobei:
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1 ein schematisches Diagramm eines Motors ist;
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die 2–3 beispielhafte Varianten des Motors darstellen, der eine verbesserte Verbrennungsstabilität bei höheren EGR-Strömungsraten aufweisen kann;
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4 ein beispielhafter Motorbetriebsablauf gemäß dem Verfahren in 5 und 6 ist;
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die 5 und 6 ein beispielhaftes Verfahren zum Betrieb eines Motors darstellen, der einen DEGR-Zylinder umfasst.
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Detailbeschreibung
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Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf den Betrieb eines Motors mit hoch verdünnten Zylindermischungen. Die Motorzylindermischungen können unter Verwendung von rückgeführten Abgasen, die Nebenprodukte der Verbrennung von Luft-Kraftstoff-Mischungen sind, verdünnt werden. Die rückgeführten Abgase können als EGR bezeichnet werden. 1–3 stellen beispielhafte Motorkonfigurationen dar, die mit höherer Zylinderladungsverdünnung betrieben werden können, um die Motoreffizienz zu verbessern. Der Motor kann wie in dem in 4 dargestellten Ablauf gemäß dem in 5 und 6 dargestellten Verfahren betrieben werden.
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Zu 1: Der Verbrennungsmotor 10, welcher, wie in 2 und 3 dargestellt, eine Vielzahl von Zylindern umfasst, wobei einer dieser Zylinder in 1 dargestellt wird, wird von der elektronischen Motorsteuereinheit 12 gesteuert. Der Motor 10 umfasst eine Verbrennungskammer 30 und Zylinderwände 32, zwischen denen der Kolben 36 positioniert und mit der Kurbelwelle 40 verbunden ist. Die Verbrennungskammer 30 wird so dargestellt, dass sie mit dem Ansaugkrümmer 44 und dem Abgaskrümmer 48 jeweils über das Ansaugventil 52 bzw. das Abgasventil 54 in Verbindung steht. Jedes der Ansaug- und Abgasventile kann unabhängig in Bezug auf die Ventile anderer Zylinder über eine Ansaugnocke 51 und eine Abgasnocke 53 betrieben werden. Die Ansaugventileinstelleinheit 85 beschleunigt oder verzögert die Phase des Ansaugventils 52 relativ zu einer Position der Kurbelwelle 40. Darüber hinaus kann die Ansaugventileinstelleinheit 85 einen Ansaugventilhub erhöhen oder verringern. Die Abgasventileinstelleinheit 83 beschleunigt oder verzögert die Phase des Abgasventils 54 relativ zu einer Position der Kurbelwelle 40. Ferner kann die Abgasventileinstelleinheit 83 einen Abgasventilhub erhöhen oder verringern.
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Die Position der Ansaugnocke 51 kann vom Ansaugnockensensor 55 bestimmt werden. Die Position der Abgasnocke 53 kann vom Abgasnockensensor 57 bestimmt werden. In Fällen, in denen die Verbrennungskammer 30 Teil eines DEGR-Zylinders ist, kann die Zeitgebung und/oder der Hub der Ventile 52 und 54 unabhängig von Ventilen in anderen Motorzylindern eingestellt werden, sodass die Zylinderluftladung des DEGR-Zylinders relativ zur Zylinderluftladung anderer Motorzylinder innerhalb eines gleichen Motorzyklus erhöht oder verringert werden kann. Auf diese Weise kann die externe EGR, die den Motorzylindern zugeführt wird, fünfundzwanzig Prozent der Zylinderladungsmasse eines Vierzylindermotors, der einen einzigen DEGR-Zylinder umfasst, übertreffen. Ferner kann die interne EGR-Menge von anderen Zylindern als dem EGR-Zylinder unabhängig vom DEGR-Zylinder eingestellt werden, indem die Ventilzeiteinstellung dieser Zylinder eingestellt wird.
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Eine Kraftstoffeinspritzung 66 wird in einer Position dargestellt, in der sie den Kraftstoff direkt in den Zylinder 30 einspritzt, was Fachleuten als Direkteinspritzung bekannt ist. Alternativ dazu kann der Kraftstoff in ein Ansaugrohr eingespritzt werden, was Fachleuten als Saugrohreinspritzung bekannt ist. Der Ansaugkrümmer 44 wird so dargestellt, dass er mit einer optionalen elektronischen Drossel 62 in Verbindung steht, die eine Position der Drosselplatte 64 einstellt, um den Luftstrom aus der Aufladekammer 46 an den Ansaugkrümmer 44 zu steuern. In einigen Beispielen können die Drossel 62 und die Drosselplatte 64 zwischen dem Ansaugventil 52 und dem Ansaugkrümmer 44 positioniert sein, sodass die Drossel 62 eine Saugrohrdrossel ist. Ein Verdichter 162 führt der Aufladekammer 46 Luft von der Luftansaugung 42 zu. Der Verdichter 162 wird von der Welle 161 angetrieben, die mechanisch mit der Turbine 164 verbunden ist. Ein Verdichter-Umgehungsventil 158 kann selektiv betrieben werden, um den Ladedruck zu verringern. Ein Wastegate 72 kann selektiv geöffnet und geschlossen werden, um die Drehzahl der Turbine 164 zu steuern.
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Das Fahrer-Anforderungsdrehmoment kann aus einer Position eines Gaspedals 130 bestimmt werden, welche vom Gaspedalsensor 134 abgefühlt wird. Eine Spannung oder ein Strom, die/der die Erhöhung des Fahrer-Anforderungsdrehmoments anzeigt, wird vom Gaspedalsensor 134 ausgegeben, wenn der Fuß 132 des Fahrers das Gaspedal 130 betätigt.
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In Reaktion auf die Steuereinheit 12 stellt das verteilerlose Zündsystem 88 der Verbrennungskammer 30 über die Zündkerze 92 einen Zündfunken bereit. Ein universeller Abgassauerstoffsensor (UEGO-Sensor) 126 ist so dargestellt, dass er der Turbine 164 und dem Katalysator 70 nachgeschaltet und mit dem Abgaskrümmer 48 verbunden ist. Alternativ dazu kann ein Zweizustands-Abgassauerstoffsensor durch den UEGO-Sensor 126 ersetzt werden. Der Katalysator 70 kann in einem Beispiel mehrere Katalysatorträger umfassen. In einem weiteren Beispiel können mehrere Emissionssteuerungsvorrichtungen, die jeweils mehrere Träger haben, verwendet werden. Der Katalysator 70 kann in einem Beispiel ein Drei-Wege-Katalysator sein.
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In 1 wird die Steuereinheit 12 als gängiger Mikrocomputer dargestellt, der umfasst: eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingabe-/Ausgabe-Anschlüsse 104, einen Festwert-(nicht flüchtigen)Speicher 106, einen Direktzugriffsspeicher 108, eine Keep-Alive-Memory 110 sowie einen herkömmlichen Datenbus. Die Steuereinheit 12 wird so dargestellt, dass sie zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Signalen verschiedene Signale von Sensoren empfängt, die mit dem Motor 10 verbunden sind, darunter: eine Motorkühlmitteltemperatur (ECT) vom Temperatursensor 112, der mit dem Kühlmantel 114 verbunden ist; eine Messung des Motorkrümmerdrucks (MAP) vom Drucksensor 121, der mit dem Ansaugkrümmer 44 verbunden ist; eine Messung des Ladedrucks vom Drucksensor 122; einen Motorpositionssensor von einem Halleffektsensor 118, der die Position der Kurbelwelle 40 abfühlt; eine Messung der Luftmasse, welche vom Sensor 120 in den Motor eindringt; und eine Messung der Drosselposition vom Sensor 58. Der barometrische Druck kann ebenfalls zur Verarbeitung in der Steuereinheit 12 abgefühlt werden (Sensor nicht dargestellt).
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Während des Betriebs durchläuft jeder Zylinder innerhalb des Motors 10 üblicherweise einen Viertaktzyklus: Der Zyklus umfasst den Ansaugtakt, den Verdichtungstakt, den Expansionstakt und den Ausstoßtakt. Während des Ansaugtaktes schließt sich im Allgemeinen das Abgasventil 54 und öffnet sich das Ansaugventil 52. Luft wird über den Ansaugkrümmer 44 in die Verbrennungskammer 30 eingeleitet, und der Kolben 36 bewegt sich zum unteren Ende des Zylinders, sodass das Volumen innerhalb der Verbrennungskammer 30 steigt. Die Position, an der sich der Kolben 36 am unteren Ende des Zylinders und am Ende seines Taktes (d.h., wenn die Verbrennungskammer 30 ihr größtmögliches Volumen hat) befindet, wird von Fachleuten üblicherweise als unterer Totpunkt (BDC) bezeichnet. Während des Verdichtungstaktes sind das Ansaugventil 52 und das Abgasventil 54 geschlossen. Der Kolben 36 bewegt sich auf den Zylinderkopf zu, sodass die Luft innerhalb der Verbrennungskammer 30 komprimiert wird. Der Punkt, an dem sich der Kolben 36 am Ende seines Taktes und am nächsten zum Zylinderkopf befindet (d.h., wenn die Verbrennungskammer 30 ihr kleinstes Volumen hat), wird von Fachleuten üblicherweise als oberer Totpunkt (TDC) bezeichnet.
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In einem hiernach als Einspritzung bezeichneten Prozess wird der Kraftstoff in die Verbrennungskammer eingeleitet. In einem hiernach als Zündung bezeichneten Prozess wird der eingespritzte Kraftstoff über bekannte Zündeinrichtungen wie z.B. eine Zündkerze 92 gezündet, was zur Verbrennung führt. Während des Expansionstaktes drücken die expandierenden Gase den Kolben 36 zurück in die BDC-Position. Die Kurbelwelle 40 wandelt die Kolbenbewegung in ein Drehmoment der Drehwelle um. Während des Ausstoßtaktes öffnet sich schließlich das Abgasventil 54, um die verbrannte Luft-Kraftstoffmischung an den Abgaskrümmer 48 abzuleiten, und der Kolben kehrt an die TDC-Position zurück. Es ist zu beachten, dass obige Beschreibung lediglich eine beispielhafte Darstellung ist, und dass die Zeiteinstellungen des Öffnens und/oder Schließens des Ansaug- und Abgasventils variieren können, um eine positive oder negative Überschneidung der Öffnung des Ansaug- und Abgasventils, ein spätes Schließen des Ansaugventils oder verschiedene andere Beispiele bereitzustellen.
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2 stellt ein erstes Beispiel des Motors 10 und der Zylinder 1–4 schematisch dar, wobei ein Zylinder die Verbrennungskammer 30 aus 1 umfasst. Die beispielhafte Motorkonfiguration in 2 kann die in 1 dargestellten Vorrichtungen für jeden Motorzylinder umfassen. Die Ansaugventile 52 und Abgasventile 54 jedes Zylinders können über die Ansaugventileinstelleinheit 85 und die Abgasventileinstelleinheit 83 unabhängig von den Ventilen anderer Motorzylinder geöffnet und geschlossen werden. Zum Beispiel können die Ansaug- 52 und Abgasventile 54 des Zylinders Nummer vier zu verschiedenen Zeitpunkten relativ zur Motorkurbelwelle 40 und anderen Motorzylinderventilen geöffnet und geschlossen werden. Daher kann das Ansaugventil 52 des Zylinders Nummer vier fünfundzwanzig Motorrotationsgrade nach der BDC-Ansaugtaktposition des Zylinders Nummer vier geschlossen werden. Andererseits kann sich das Ansaugventil des Zylinders Nummer eins während desselben Motorzyklus fünf Grad nach der BDC-Ansaugtaktposition des Zylinders Nummer eins schließen. Ferner kann die Motorkonfiguration in 2 gemäß dem Verfahren in 5 und 6 betrieben werden.
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Die Drossel 62 reguliert den Luftstrom zum Ansaugkrümmer 44, und der Ansaugkrümmer 44 führt jedem der Zylinder 1–4 Luft zu. Die Ansaugventile 52 und die Abgasventile 54 eines Zylinders aus der Gruppe der Zylinder 1–4 können zu unterschiedlichen Zeitpunkten in Bezug auf die Ventile der anderen Zylinder aus der Gruppe der Zylinder 1–4 betätigt werden. In einem Beispiel werden die Ventile der Zylinder 1–3 zum selben Zeitpunkt betätigt, aber die Ventile des Zylinders 4 werden zu einem anderen Zeitpunkt und/oder zum gleichen Zeitpunkt wie die Ventile der Zylinder 1–3 betätigt. Zum Beispiel können sich die Ansaugventile eines Zylinders aus der Gruppe der Zylinder 1–3 bei 10 Grad Kurbelwinkel nach dem unteren Ansaugtakt-Totpunkt des Zylinders schließen, wo sich das Ansaugventil in einem bestimmten Motorzyklus schließt. Andererseits können sich die Ansaugventile des Zylinders 4 bei 20 Grad Kurbelwinkel nach dem unteren Ansaugtakt-Totpunkt des Zylinders 4 während desselben Motorzyklus schließen. Abgas von den Zylindern 1–3 wird zum Abgaskrümmer 48 geleitet, bevor es von einem Katalysator verarbeitet wird. Das Abgas aus dem Zylinder 4 wird über ein Umgehungsventil 205 des DEGR-Zylinders und einen Kanal 209 an den Ansaugkrümmer 44 geliefert oder, alternativ dazu, an den Abgaskrümmer 48 über das Umgehungsventil 205 des DEGR-Zylinders und den Kanal 206. In einigen Beispielen können das Umgehungsventil 205 des DEGR-Zylinders und der Kanal 206 weggelassen werden.
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Jeder der Zylinder 1–4 kann eine interne EGR umfassen, indem Abgase aus einem Verbrennungsereignis im jeweiligen Zylinder eingeschlossen werden und es möglich ist, dass die Abgase während eines folgenden Verbrennungsereignisses im jeweiligen Zylinder bleiben. Die Menge an interner EGR kann eingestellt werden, indem die Öffnungs- und/oder Schließzeitpunkte des Ansaug- und Abgasventils variiert werden, zum Beispiel indem die Ventilüberschneidung eingestellt wird. Durch die Erhöhung der Überschneidung der Öffnung des Ansaug- und Abgasventils kann zusätzliche EGR während eines folgenden Verbrennungsereignisses im Zylinder gehalten werden. Externe EGR wird den Zylindern 1–4 ausschließlich über den Auspuff des Zylinders 4 und den Kanal 209 bereitgestellt. Externe EGR wird nicht durch Abgasstrom von Zylindern 1–3 bereitgestellt. Daher ist der Zylinder 4 in diesem Beispiel die einzige externe EGR-Quelle für den Motor 10. Jedoch kann in V-Motoren ein Zylinder auf jeder Zylinderbank ein dedizierter EGR-Zylinder sein. Der Kanal 209 tritt stromab des Verdichters 162 in den Ansaugkrümmer 44 ein. Abgase aus den Zylindern 1–3 drehen die Turbine 164, und Abgase aus dem Zylinder 4 können die Turbine 164 abhängig von einem Betriebszustand des Umgehungsventils 205 des DEGR-Zylinders selektiv drehen.
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Nun zu 3, wo ein Schema eines zweiten Beispiels des Motors 10 dargestellt wird, das die Zylinder 1–4 darstellt. Einer der Zylinder 1–4 umfasst die Verbrennungskammer 30 aus 1, und die verbleibenden Zylinder können ähnliche Vorrichtungen umfassen. Die beispielhafte Motorkonfiguration in 3 kann die in 1 dargestellten Vorrichtungen für jeden Motorzylinder umfassen. Der in 3 dargestellten Motorkonfiguration kann Kraftstoff über eines der in 5 und 6 dargestellten Kraftstoffsysteme zugeführt werden. Ferner kann die Motorkonfiguration in 3 gemäß dem Verfahren in 7 und 8 betrieben werden.
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3 umfasst viele derselben Vorrichtungen und Komponenten aus 2. Deshalb wird die Beschreibung gleicher Vorrichtungen und Komponenten der Kürze wegen weggelassen. Jedoch sind die Vorrichtungen und Komponenten wie in 2 beschrieben betreibbar und erbringen dieselbe Leistung.
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Im Beispiel in 3 umfasst der Motor 10 einen Kanal 309, der nicht mit dem Abgaskrümmer 48 in Verbindung steht und stromaufseitig des Verdichters 162 in den Motor eintritt. Der EGR-Strom durch den Kanal 309 wird durch das Variieren der Zeitsteinstellung des Ansaugventils 85 und des Abgasventils 83 des Zylinders 4 eingestellt. Zum Beispiel kann der EGR-Strom vom Zylinder 4 zu den Zylindern 1–4 durch das Verzögern der Ansaugventilschließung (IVC) nach dem unteren Ansaugtakt-Totpunkt des Zylinders 4 reduziert werden. Der EGR-Strom vom Zylinder 4 zu den Zylindern 1–4 kann durch das Vorziehen des IVC vor den unteren Ansaugtakt-Totpunkt des Zylinders 4 erhöht werden. Ferner kann der EGR-Strom vom Zylinder 4 an die Zylinder 1–4 durch das Verzögern der Abgasventilschließung (EVC) nach dem oberen Ausstoßtakt-Totpunkt reduziert werden. Der EGR-Strom vom Zylinder 4 zu den Zylindern 1–4 kann durch das Vorziehen der Abgasventilschließung (EVC) vor den oberen Ausstoßtakt-Totpunkt erhöht werden.
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Der Kanal 309 kann die Möglichkeit verbessern, die Durchlüftung des Zylinders 4 zu erhöhen (z.B. wenn die Inhalte des Ansaugkrümmers, wie z.B. Luft, durch den Zylinder gedrückt werden, während die Ansaug- und Abgasventile des Zylinders während eines Zylinderzyklus gleichzeitig geöffnet sind), wenn der Ansaugkrümmerdruck höher als der Druck stromaufseitig des Verdichters 162 ist. Anstatt stromabseitig des Verdichters 162 beliefert zu werden, wird der Kanal 309 stromaufseitig des Verdichters 162 beliefert, wo er einem Druck ausgesetzt sein kann, der niedriger als der Ansaugkrümmerdruck ist. Die EGR, die durch den Kanal 309 strömt, tritt in den Ansaugkrümmer 44 ein, nachdem sie mit dem Verdichter 162 komprimiert wurde.
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Daher stellt das System in 1–3 ein Fahrzeugsystem bereit, welches umfasst: einen Motor; eine erste variable Ventilsteuerungsvorrichtung, die mit dem Motor verbunden ist und die Ventile eines ersten Zylinders betreibt; eine zweite variable Ventilsteuerungsvorrichtung, die mit dem Motor verbunden ist und die Ventile eines zweiten Zylinders betreibt; einen Kanal, der die Abgasseite des ersten Zylinders mit einer Luftansaugung des Motors fluidisch verbindet, wobei der Kanal die Abgasseite anderer Motorzylinder mit der Luftansaugung nicht fluidisch verbindet; und eine Steuereinheit, die nichtflüchtige Befehle zum Erhöhen der Durchlüftung des ersten Zylinders in Reaktion auf eine Gaspedaldruckverringerung umfasst. Das Fahrzeugsystem umfasst ferner zusätzliche Befehle zum Verringern der Volumeneffizienz des ersten Zylinders in Reaktion auf eine Gaspedaldruckerhöhung aus einer Leerlaufbedingung.
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In einigen Beispielen umfasst das Fahrzeugsystem ferner zusätzliche Befehle zum Verringern der Volumeneffizienz des ersten Zylinders während einer Pedaldruckerhöhung. Das Fahrzeugsystem umfasst ferner Befehle zum Erhöhen der Volumeneffizienz des ersten Zylinders während der Pedaldruckerhöhung in Reaktion auf einen Ladedruck. Das Fahrzeugsystem umfasst ferner zusätzliche Befehle, um die Ventile des ersten Zylinders zu einem unterschiedlichen Zeitpunkt als die Ventile des zweiten Zylinders während eines Motorzyklus zu betreiben. Das Fahrzeugsystem umfasst ferner ein Umgehungsventil für den ersten Zylinder und weitere Befehle zum Öffnen des Umgehungsventils in Reaktion auf eine Pedaldruckerhöhung.
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Nun zu 4, wo ein beispielhafter Motorbetriebsablauf gemäß dem Verfahren in 5 und 6 und dem System in 1–3 dargestellt wird. Der Ablauf in 4 ist lediglich ein beispielhafter, simulierter Ablauf des Verfahrens in 5 und 6. Während in 4 die IVC während Pedaldruckerhöhungen und Pedaldruckverringerungen eingestellt wird, kann zum Beispiel der Ansaugventilhub erhöht oder verringert werden, um eine ähnliche Funktionalität bereitzustellen. Im beispielhaften Ablauf in 4 ist der Motor so konfiguriert wie in 3 dargestellt.
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Der erste Graph vom oberen Ende von 4 stellt das Fahrer-Anforderungsdrehmoment im zeitlichen Verlauf dar. Die Y-Achse repräsentiert das Fahrer-Anforderungsdrehmoment, und das Fahrer-Anforderungsdrehmoment steigt in der Richtung des Pfeils der Y-Achse an. Die X-Achse repräsentiert die Zeit, und die Zeit steigt von der linken Seite von 4 zur rechten Seite von 4 an. Das Fahrer-Anforderungsdrehmoment kann aus der Gaspedalposition bestimmt werden.
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Der zweite Graph vom oberen Ende von 4 stellt die Motordrehzahl im zeitlichen Verlauf dar. Die Y-Achse repräsentiert die Motordrehzahl, und die Motordrehzahl steigt in der Richtung des Pfeils der Y-Achse an. Die X-Achse repräsentiert die Zeit, und die Zeit steigt von der linken Seite von 4 zur rechten Seite von 4 an.
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Der dritte Graph vom oberen Ende von 4 stellt den Motoransaugkrümmerdruck im zeitlichen Verlauf dar. Die Y-Achse repräsentiert den Motoransaugkrümmerdruck, und der Motoransaugkrümmerdruck ist oberhalb der X-Achse positiv und unterhalb der X-Achse negativ. Der positive Motoransaugkrümmerdruck steigt in der Richtung des Pfeils der Y-Achse oberhalb der X-Achse an. Der negative Motoransaugkrümmerdruck ist geringer in der Richtung des Pfeils der Y-Achse unterhalb der X-Achse. Die X-Achse repräsentiert die Zeit, und die Zeit steigt von der linken Seite von 4 zur rechten Seite von 4 an. Die horizontale Linie 402 repräsentiert einen Schwellenansaugkrümmerdruck, der einem Schwellenladedruck entspricht.
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Der vierte Graph vom oberen Ende von 4 stellt die IVC des DEGR-Zylinders im zeitlichen Verlauf dar. Die Y-Achse repräsentiert die IVC zwischen dem TDC während des Verdichtungstakts und dem BDC während des Verdichtungstakts. Die IVC ist gegenüber dem TDC des Verdichtungstaktes verzögert, wenn sich die Linie in die Richtung der Abkürzung RET bewegt. Die IVC ist gegenüber dem BDC des Verdichtungstaktes vorgezogen, wenn sich die Linie in die Richtung der Abkürzung ADV bewegt. Die X-Achse repräsentiert die Zeit, und die Zeit steigt von der linken Seite von 4 zur rechten Seite von 4 an.
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Der fünfte Graph vom oberen Ende von 4 stellt die IVC für die nicht-dedizierten EGR-Zylinder (z.B. die anderen Motorzylinder) im zeitlichen Verlauf dar. Die Y-Achse repräsentiert die IVC zwischen dem TDC während des Verdichtungstakts und dem BDC während des Verdichtungstakts. Die IVC ist gegenüber dem TDC des Verdichtungstaktes verzögert, wenn sich die Linie in die Richtung der Abkürzung RET bewegt. Die IVC ist gegenüber dem BDC des Verdichtungstaktes vorgezogen, wenn sich die Linie in die Richtung der Abkürzung ADV bewegt. Die X-Achse repräsentiert die Zeit, und die Zeit steigt von der linken Seite von 4 zur rechten Seite von 4 an.
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Zum Zeitpunkt T0 ist das Fahrer-Anforderungsdrehmoment niedrig (z.B. null oder beinahe null), und die Motordrehzahl ist niedrig, was einen Leerlaufbetrieb anzeigt. Der Ansaugkrümmerdruck ist ebenfalls niedrig, weil das Fahrer-Anforderungsdrehmoment niedrig ist. Die IVC-Zeitgebung des DEGR-Zylinders (z.B. des Zylinders 4 in 3) ist leicht verzögert, sodass die externe EGR, die den Motorzylindern über den DEGR-Zylinder bereitgestellt wird, niedrig ist. Der niedrige EGR-Pegel kann ein EGR-Strom sein, der auf einer Motorverbrennungsstabilitätsgrenze basiert, welche eine Verbrennungsstabilitätsstandardabweichung des angezeigten mittleren effektiven Zylinderdrucks (IMEP) von weniger als 5% von einem Mittelwert angibt. Der IVC-Zeitpunkt von anderen Zylindern als dem DEGR-Zylinder (z.B. nicht-dedizierte EGR-(DEGR-)Zylinder wie z.B. die Zylinder 1–3 in 3) ist stärker vorgezogen als der IVC-Zeitpunkt des DEGR-Zylinders.
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Zum Zeitpunkt T1 steigt das Fahrer-Anforderungsdrehmoment (z.B. durch eine Erhöhung des Drucks auf das Gaspedal) in Reaktion auf die Erhöhung der Gaspedalpositionseingabe eines Fahrers. Die Motordrehzahl beginnt in Reaktion auf die Erhöhung des Fahrer-Anforderungsdrehmoments zu steigen, und der Ansaugkrümmerdruck beginnt auf den Luftdruck zu steigen, während sich der Ansaugkrümmer füllt, und steigt weiter, während die Turboladerturbine den Verdichter beschleunigt. Die IVC des DEGR-Zylinders wird weiter verzögert, um den EGR-Strom in die Motorzylinder zu reduzieren. Durch das Reduzieren des EGR-Stroms in die Motorzylinder mit Ausnahme des DEGR-Zylinders kann es möglich sein, das Turboloch durch das Erhöhen der Zylinderluftladung während des Pedaldruckerhöhungsereignisses zu reduzieren. Die IVC der nicht-dedizierten EGR-Zylinder wird vorgezogen, um die Luftmenge, die in die nicht-dedizierten EGR-Zylinder geleitet wird, weiter zu erhöhen. Die zusätzliche Luftladung kann dabei helfen, die Turbine und den Verdichter zu beschleunigen.
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Zum Zeitpunkt T2 erreicht der Ansaugkrümmerdruck einen Schwellenladedruck 402. Das Fahrer-Anforderungsdrehmoment hat sich stabilisiert und steigt nur noch langsam. Die Motordrehzahl ist gestiegen und hat einen erhöhten Pegel. Die IVC des DEGR-Zylinders wird in Reaktion darauf vorgezogen, dass die Aufladung einen Schwellenpegel erreicht. Die IVC des DEGR-Zylinders wird zur Erhöhung des EGR-Stroms zu den Motorzylindern vorgezogen, sodass die Motoreffizienz unter Bedingungen steigt, unter denen die Turbinendrehzahl einen wünschenswerten Pegel erreicht hat, sodass eine beinahe sofortige Aufladung erfolgt. Die IVC der nicht-DEGR-Zylinder wird geringfügig verzögert und beginnt sich einem höheren Zustand anzunähern.
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Zwischen dem Zeitpunkt T2 und dem Zeitpunkt T3 steigt das Fahrer-Anforderungsdrehmoment nur leicht, während die Motordrehzahl ansteigt und das Fahrzeug durch die Gänge schaltet. Der Ansaugkrümmerdruck bleibt auf einem erhöhten Pegel, und die IVC-Zeiten des DEGR-Zylinders und der nicht-dedizierten EGR-Zylinder bleiben beinahe konstant.
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Zum Zeitpunkt T3 lässt der Fahrer das Gaspedal los (z.B. eine Pedaldruckverringerung), und das Fahrer-Anforderungsdrehmoment fällt gegen null ab. Die Motordrehzahl beginnt zu sinken, da ein geringes Motordrehmoment vom Fahrer gefordert wird. Der Ansaugkrümmerdruck beginnt zu sinken, während die Motorzylinder Luft aus dem Motoransaugkrümmer pumpen. Der IVC-Zeitpunkt des DEGR-Zylinders ist vorgezogen, sodass die Inhalte des Ansaugkrümmers früher ausgepumpt werden können, um das Risiko eines Verdichterpumpens zu vermeiden. Der Inhalt des DEGR-Zylinders wird stromaufseitig des Verdichters geleitet, und eine kleine Luftmenge kann aus der Motorluftansaugung verdrängt werden. Ferner kann die Überschneidung der Ansaugventilöffnungszeit und der Abgasventilöffnungszeit (nicht dargestellt) für den DEGR-Zylinder erhöht werden, sodass Druckluft durch den Zylinder bläst und zur Luftansaugung stromaufseitig des Verdichters zurückkehrt, wodurch der Massenstrom durch den Verdichter erhöht wird und das Risiko eines Verdichterpumpens verringert wird. Die IVC-Verzögerung für den DEGR-Zylinder wird erhöht, während der Ansaugkrümmerdruck und die Motordrehzahl verringert werden. Die IVC-Verzögerung für die nicht-dedizierten EGR-Zylinder wird erhöht, während die Motordrehzahl und der Ansaugkrümmerdruck verringert werden.
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Daher kann die Ventilzeiteinstellung des DEGR-Zylinders eingestellt werden, um das Turboloch zu verringern und das Risiko eines Verdichterpumpens zu verringern. Insbesondere können die Ventilzeiteinstellung und/oder der Ventilhub während einer Pedaldruckerhöhung eingestellt werden, um den EGR-Strom aus dem DEGR-Zylinder zu reduzieren, wodurch das Turboloch reduziert wird. Andererseits können die Ventilzeiteinstellung und/oder der Ventilhub während einer Pedaldruckverringerung eingestellt werden, um das Risiko eines Verdichterpumpens zu reduzieren.
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Nun zu 5 und 6, in denen ein Verfahren zum Betrieb eines Motors, der einen DEGR-Zylinder umfasst, dargestellt wird. Das Verfahren in 5 und 6 kann als ausführbare Befehle in einem nichtflüchtigen Speicher der in 1 dargestellten Steuereinheit 12 gespeichert werden.
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Bei 502 bestimmt das Verfahren 500 die Motorbetriebsbedingungen. Die Motorbetriebsbedingungen können umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, die Motordrehzahl, das Fahrer-Anforderungsdrehmoment, die Umgebungslufttemperatur, die Fahrzeuggeschwindigkeit, den Ansaugkrümmerdruck und den Umgebungsluftdruck. Das Verfahren 500 wird bei 504 fortgesetzt, nachdem die Motorbetriebsbedingungen bestimmt wurden.
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Bei 504 stellt das Verfahren 500 fest, ob ein DEGR-Zylinder-Umgehungsventil vorhanden ist (z.B. das Ventil 205 in 2). In einem Beispiel kann ein Bit oder eine Variable im Speicher auf einen Wert programmiert oder gesetzt sein (z.B. 1), der anzeigt, dass ein DEGR-Zylinder-Umgehungsventil vorhanden ist. Wenn das Bit oder die Variable anzeigt, dass ein DEGR-Zylinder-Umgehungsventil vorhanden ist, ist die Antwort Ja, und das Verfahren 500 wird bei 506 fortgesetzt. Anderenfalls ist die Antwort Nein, und das Verfahren 500 wird bei 550 fortgesetzt.
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Bei 550 stellt das Verfahren 500 fest, ob ein gewünschtes Drehmoment (z.B. ein gewünschtes Motordrehmoment oder ein vom Fahrer-Anforderungsdrehmoment) aus einem Zustand heraus erhöht wird, in dem der Motor in Leerlaufbedingung ist. In anderen Beispielen kann das Verfahren 500 beurteilen, ob das gewünschte Drehmoment unter Motorbetriebsbedingungen erhöht wird, unter denen ein Turboloch vorliegt (z.B. unterhalb einer Schwellenmotordrehzahl und eines Schwellenmotordrehmoments). Falls das gewünschte Drehmoment aus dem Leerlauf oder aus einer Bedingung, in der ein Turboloch vorliegt, erhöht wird, ist die Antwort Ja, und das Verfahren 500 wird bei 552 fortgesetzt. Anderenfalls ist die Antwort Nein, und das Verfahren 500 wird bei 560 fortgesetzt.
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Bei 552 stellt das Verfahren 500 fest, ob der Ansaugkrümmerdruck (z.B. im Ansaugkrümmer oder in der Aufladekammer) größer als (G.T.) ein Schwellenladedruck ist. Der Schwellenladedruck zeigt an, ob das Turboloch überwunden wurde. Wenn das Verfahren 500 feststellt, dass der Ansaugkrümmerdruck größer als ein Schwellenladedruck ist, ist die Antwort Ja, und das Verfahren 500 wird bei 556 fortgesetzt. Anderenfalls ist die Antwort Nein, und das Verfahren 500 wird bei 554 fortgesetzt.
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Bei 554 stellt das Verfahren 500 die Ventilzeiteinstellung des DEGR-Zylinders ein, um den externen EGR-Strom an die Motorzylinder zu verringern. In einem Beispiel, in dem die IVC des DEGR-Zylinders zwischen der TDC- und der BDC-Verdichtungstaktposition angeordnet ist, ist die IVC verzögert, sodass die Zylinderinhalte in den Motoransaugkrümmer zurückgedrängt werden können, wodurch die Volumeneffizienz des DEGR-Zylinders reduziert wird. In einem weiteren Beispiel kann die EVC verzögert sein, um die Volumeneffizienz des DEGR-Zylinders zu reduzieren. In noch weiteren Beispielen kann die Überschneidung der Ansaugventilöffnungszeit und der Abgasventilöffnungszeit erhöht werden, um die Volumeneffizienz des Zylinders zu verringern, wodurch die externe EGR reduziert wird. In noch anderen Beispielen kann der Ansaugventilhub reduziert werden, oder der Abgasventilhub kann reduziert werden, um die vom DEGR-Zylinder bereitgestellte externe EGR zu reduzieren. In noch anderen Beispielen kann die IVC vor die BDC vorgezogen sein. Darüber hinaus können Kombinationen der erwähnten Ventilzeiteinstellungen verwendet werden, um die externe EGR zu reduzieren. Nachdem die Ventilzeiteinstellung des DEGR-Zylinders eingestellt wurde, wird das Verfahren 500 bei Ende beendet.
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Es ist zu beachten, dass sich die Ventilzeiteinstellung der Nicht-DEGR-Zylinder von der Ventilzeiteinstellung des DEGR-Zylinders unterscheiden kann. Zum Beispiel kann die Ventilzeiteinstellung des DEGR-Zylinders den gleichen Strom für den DEGR-Zylinder und einen Nicht-DEGR-Zylinder während des Leerlaufs bereitstellen, aber nach einer Pedaldruckerhöhung kann der Strom durch den DEGR-Zylinder auf einen Wert unter dem des nicht-DEGR-Zylinders reduziert sein. Der EGR-Strom, der vom DEGR-Zylinder im Leerlauf bereitgestellt wird, kann durch die Motorverbrennungsstabilität bestimmt oder begrenzt werden. Anders gesagt kann die vom DEGR-Zylinder bereitgestellte externe EGR erhöht werden, bis die Motorverbrennungsstabilität unter einer Schwellenverbrennungsstabilität liegt.
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Bei 556 stellt das Verfahren 500 den Strom durch den DEGR-Zylinder (z.B. die externe EGR-Stromrate) ein, um den Motorzylindern eine gewünschte EGR-Stromrate bereitzustellen. Die gewünschte EGR-Stromrate kann empirisch bestimmt werden und in einer Tabelle gespeichert werden, die die Motordrehzahl und -last als Indizes hat. In einem Beispiel, in dem die IVC des DEGR-Zylinders zwischen der TDC- und BDC-Verdichtungstaktposition angeordnet ist, ist die IVC vorgezogen, sodass der DEGR-Zylinder eine höhere Ladung induzieren kann, wodurch die Volumeneffizienz des DEGR-Zylinders steigt. In einem weiteren Beispiel kann die EVC vorgezogen sein, um die Volumeneffizienz des DEGR-Zylinders zu erhöhen. In noch weiteren Beispielen kann die Überschneidung der Ansaugventilöffnungszeit und der Abgasventilöffnungszeit reduziert sein, um die Volumeneffizienz des Zylinders zu erhöhen, wodurch die externe EGR erhöht wird. In noch anderen Beispielen kann der Ansaugventilhub erhöht sein, oder der Abgasventilhub kann erhöht sein, um die externe EGR zu erhöhen, die vom DEGR-Zylinder bereitgestellt wird. Zusätzlich dazu können Kombinationen der erwähnten Ventilzeiteinstellungen verwendet werden, um die externe EGR zu erhöhen. Nachdem die Ventilzeiteinstellung des DEGR-Zylinders eingestellt wurde, wird das Verfahren 500 bei Ende beendet.
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Bei 560 stellt das Verfahren 500 fest, ob eine gewünschte Drehmomentverringerung (z.B. gewünschtes Motordrehmoment oder das Fahrer-Anforderungsdrehmoment) größer als (G.T.) ein Schwellenwert ist. In einem Beispiel kann die gewünschte Drehmomentverringerung aus der Gaspedalposition bestimmt werden, und ein Befehl oder eine Position zur Gaspedalverringerung kann als Pedaldruckverringerung bezeichnet werden. Wenn das Verfahren 500 feststellt, dass die gewünschte Drehmomentverringerung größer als ein Schwellenwert ist, ist die Antwort Ja, und das Verfahren 500 wird bei 562 fortgesetzt. Anderenfalls ist die Antwort Nein, und das Verfahren 500 wird bei 564 fortgesetzt.
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Bei 562 erhöht das Verfahren 500 die Durchlüftung im DEGR-Zylinder. Indem die Durchlüftung erhöht wird, kann der Druck im Ansaugkrümmer schneller reduziert werden, während der Massenstrom durch den Verdichter erhöht wird, sodass das Risiko eines Turboladerverdichterpumpens reduziert werden kann. In einem Beispiel wird die DEGR-Zylinderdurchlüftung durch das Erhöhen der Überschneidung der Ansaugventilöffnung und der Abgasventilöffnung erhöht. Der höhere Ansaugkrümmerdruck induziert einen Strom durch den Zylinder zur Motorluftansaugung stromaufseitig des Turboladerverdichters. Die Abgase des DEGR-Zylinders werden stromaufseitig des Turboladerverdichters geleitet. Nachdem die Ventilzeiteinstellung des DEGR-Zylinders in Reaktion auf eine Pedaldruckverringerung eingestellt wurde, wird das Verfahren 500 bei Ende beendet.
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Bei 564 stellt das Verfahren 500 fest, ob sich der Motor im Leerlaufbetrieb befindet. In einem Beispiel kann festgestellt werden, dass sich der Motor im Leerlaufbetrieb befindet, wenn die Motordrehzahl innerhalb eines festgelegten Geschwindigkeitsbereichs liegt und das Fahrer-Anforderungsdrehmoment null oder beinahe null ist. Wenn das Verfahren 500 feststellt, dass sich der Motor im Leerlaufbetrieb befindet, ist die Antwort Ja, und das Verfahren 500 wird bei 566 fortgesetzt. Anderenfalls ist die Antwort Nein, und das Verfahren 500 wird bei 570 fortgesetzt.
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Bei 566 stellt das Verfahren 500 den Abgasstrom aus der DEGR ein, um den Motorzylindern eine gewünschte externe EGR-Stromrate bereitzustellen, wenn der Motor im Leerlauf ist. In einem Beispiel ist die gewünschte externe EGR-Stromrate eine Stromrate, die eine gewünschte Verbrennungsstabilität in Leerlaufbedingungen bereitstellt. In einem Beispiel wird die Verbrennungsstabilitätsstandardabweichung des angezeigten mittleren effektiven Zylinderdrucks (IMEP) als weniger als 5% von einem Mittelwert in Leerlaufbedingungen festgelegt. Die EGR-Stromrate aus dem DEGR-Zylinder kann durch das Einstellen der IVC für den DEGR-Zylinder eingestellt werden. In anderen Beispielen kann der Ansaugventilhub des DEGR-Zylinders eingestellt werden, um die gewünschte externe EGR-Stromrate bereitzustellen. In noch anderen Beispielen kann die Überschneidung der Ansaugventilöffnung und der Abgasventilöffnung eingestellt werden, um die gewünschte externe EGR-Stromrate bereitzustellen. Nachdem die externe EGR-Stromrate durch das Einstellen der Ventilzeiteinstellung des DEGR-Zylinders eingestellt wurde, wird das Verfahren 500 bei 568 fortgesetzt.
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Bei 568 betreibt das Verfahren 500 die Nicht-DEGR-Zylinder mit einer IVC-Zeiteinstellung in der Nähe der BDC-Ansaugtaktposition. Wenn sich der Zylinder 1 zum Beispiel in einem Ansaugtakt befindet, ist die IVC des Zylinders 1 in der Nähe der BDC-Ansaugtaktposition des Zylinders 1 angeordnet. Darüber hinaus kann die IVC in einigen Beispielen gegenüber der BDC verzögert sein. Auf ähnliche Weise werden andere Motorzylinderansaugventile in Bezug auf ihre jeweiligen Zylinderansaugtakte betrieben. Daher werden die Nicht-DEGR-Zylinder mit einer IVC-Zeiteinstellung betrieben, die sich von der IVC-Zeiteinstellung der DEGR-Zylinder unterscheiden kann. Nachdem die Motorventilzeiteinstellung auf Motorleerlaufbedingungen eingestellt wurde, wird das Verfahren 500 bei Ende beendet.
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Bei 570 stellt das Verfahren 500 die Ventilzeiteinstellung des DEGR-Zylinders variabel ein, während der gewünschte externe EGR-Strom je nach Motorbetriebsbedingungen variiert. In einem Beispiel wird die IVC des DEGR-Zylinders eingestellt, um die externe EGR-Stromrate zu variieren, damit diese der gewünschten externen EGR-Stromrate entspricht. Zum Beispiel kann die IVC des DEGR-Zylinders vorgezogen erfolgen, wenn die gewünschte externe EGR-Stromrate steigt. Wenn die gewünschte externe EGR-Stromrate sinkt, verzögert das Verfahren 500 den IVC-Zeitpunkt des DEGR-Zylinders. Die IVC des DEGR-Zylinders ist bei 570 stärker vorgezogen als bei 566. In anderen Beispielen kann der Ansaugventilhub mit der gewünschten externen EGR-Stromrate variieren. Zum Beispiel kann der Ansaugventilhub des DEGR-Zylinders steigen (z.B. kann das Ansaugventil stärker geöffnet werden), wenn die gewünschte externe EGR-Stromrate steigt. Wenn die gewünschte externe EGR-Stromrate sinkt, reduziert das Verfahren 500 den Ansaugventilhub des DEGR-Zylinders. Darüber hinaus kann die EVO-Zeiteinstellung des DEGR-Zylinders unter bestimmten Bedingungen in der Nähe der BDC-Ausstoßtaktposition liegen, während die EVO-Zeiteinstellung für die Nicht-DEGR-Zylinder gegenüber der BDC-Ausstoßtaktposition vorgezogen sein kann, um die Energiemenge zu erhöhen, die der Turboladerturbine zugeführt wird. Daher kann die DEGR-EVO gegenüber der EVO der Nicht-DEGR-Zylinder verzögert sein.
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Die Ventilzeiteinstellung der Nicht-DEGR-Zylinder wird unabhängig von der Ventilzeiteinstellung des DEGR-Zylinders eingestellt. In einem Beispiel wird die IVC der Nicht-DEGR-Zylinder mit der Motordrehzahl und dem Motordrehmoment variiert. Nachdem die Ventilzeiteinstellung eingestellt wurde, wird das Verfahren 500 bei Ende beendet.
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Bei 506 stellt das Verfahren 500 fest, ob ein gewünschtes Drehmoment (z.B. das gewünschte Motordrehmoment oder das Fahrer-Anforderungsdrehmoment) aus einer Bedingung heraus erhöht wird, in dem sich der Motor in der Leerlaufbedingung befindet. In anderen Beispielen kann das Verfahren 500 feststellen, ob das gewünschte Drehmoment unter Motorbetriebsbedingungen erhöht wird, unter denen ein Turboloch vorliegt (z.B. unter einer Schwellenmotordrehzahl und einem Schwellenmotordrehmoment). Wenn das gewünschte Drehmoment aus dem Leerlauf oder aus einer Bedingung, in dem ein Turboloch vorliegt, erhöht wird, ist die Antwort Ja, und das Verfahren 500 wird bei 508 fortgesetzt. Anderenfalls ist die Antwort Nein, und das Verfahren 500 wird bei 530 fortgesetzt.
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Bei 508 stellt das Verfahren 500 fest, ob der Ansaugkrümmerdruck (z.B. im Ansaugkrümmer oder in der Aufladekammer) größer als (G.T.) ein Schwellenladedruck ist. Der Schwellenladedruck zeigt an, dass das Turboloch überwunden wurde. Wenn das Verfahren 500 feststellt, dass der Ansaugkrümmerdruck größer als ein Schwellenladedruck ist, ist die Antwort Ja, und das Verfahren 500 wird bei 520 fortgesetzt. Anderenfalls ist die Antwort Nein, und das Verfahren 500 wird bei 510 fortgesetzt.
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Bei 510 öffnet das Verfahren 500 das DEGR-Zylinder-Umgehungsventil (z.B. 205 in 2). Durch das Öffnen des DEGR-Zylinder-Umgehungsventils wird Abgas vom DEGR-Zylinder zur Turboladerturbine anstatt zur Motoransaugung geleitet. Infolgedessen kann der Turbine zusätzliche Energie bereitgestellt werden, um das Risiko eines Turbolochs zu reduzieren. Nachdem das DEGR-Zylinder-Umgehungsventil geöffnet wurde, wird das Verfahren 500 wird bei 512 fortgesetzt.
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Bei 512 stellt das Verfahren 500 die Ventilzeiteinstellung des DEGR-Zylinders so ein, dass diese der Ventilzeiteinstellung der Nicht-DEGR-Zylinder entspricht. Wenn zum Beispiel die IVC der Nicht-DEGR-Zylinder 10 Grad nach der BDC-Ansaugtaktposition der jeweiligen Zylinder beträgt, wird die IVC-Zeiteinstellung des DEGR-Zylinders auf 10 Grad nach der BDC-Ansaugtaktposition des DEGR-Zylinders eingestellt. Genauso wird die Abgasventilzeitgebung und Öffnungs-Ansaugventil- und Öffnungs-Abgasventil-Überlappung der DEGR-Zylinder auf dieselbe Zeitgebung wie die der Nicht-DEGR-Zylinder eingestellt. Verfahren 500 wird bei Ende beendet, nachdem DEGR-Ventilzeitgebung eingestellt worden ist.
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Bei 520 schließt das Verfahren 500 das DEGR-Zylinder-Umgehungsventil (z.B. 205 in 2). Durch das Schließen des DEGR-Zylinder-Umgehungsventils wird Abgas vom DEGR-Zylinder über die Motoransaugung an die Motorzylinder geleitet. Infolgedessen kann den Motorzylindern externe EGR bereitgestellt werden. Nachdem das DEGR-Zylinder-Umgehungsventil geöffnet wurde, wird das Verfahren 500 bei 522 fortgesetzt.
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Bei 522 stellt das Verfahren 500 den Strom durch den DEGR-Zylinder ein (z.B. die externe EGR-Stromrate), um den Motorzylindern eine gewünschte EGR-Stromrate bereitzustellen. Die gewünschte EGR-Stromrate kann empirisch bestimmt und in einer Tabelle mit den Indizes Motordrehzahl und -last gespeichert werden. In einem Beispiel, in dem die IVC des DEGR-Zylinders zwischen der TDC- und der BDC-Verdichtungstaktposition liegt, wird die IVC vorgezogen, um die EGR-Stromrate zu erhöhen, sodass der DEGR-Zylinder eine größere Ladung induzieren kann und dadurch die Volumeneffizienz des DEGR-Zylinders erhöhen kann. In einem weiteren Beispiel kann die EVC vorgezogen sein, um die EGR-Stromrate und die Volumeneffizienz des DEGR-Zylinders zu erhöhen. In noch anderen Beispielen kann die Überschneidung der Ansaugventilöffnungszeit und der Abgasventilöffnungszeit reduziert sein, um die Volumeneffizienz des DEGR-Zylinders zu erhöhen und dadurch die externe EGR zu erhöhen. In noch anderen Beispielen kann der Ansaugventilhub erhöht sein, oder der Abgasventilhub kann erhöht sein, um die externe EGR zu erhöhen, die vom DEGR-Zylinder bereitgestellt wird. Auf ähnliche Weise können die umgekehrten Maßnahmen durchgeführt werden, um die EGR-Stromrate zu reduzieren. Darüber hinaus können Kombinationen der erwähnten Ventilzeiteinstellungen verwendet werden, um die externe EGR zu den Nicht-DEGR-Zylindern zu erhöhen. Nachdem die Ventilzeiteinstellung des DEGR-Zylinders eingestellt wurde, wird das Verfahren 500 bei Ende beendet.
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Bei 530 stellt das Verfahren 500 fest, ob eine Verringerung des gewünschten Drehmoments (z.B. des gewünschten Motordrehmoments oder Fahrer-Anforderungsdrehmoments) größer als (G.T.) ein Schwellenwert ist. In einem Beispiel kann die gewünschte Drehmomentverringerung aus einer Gaspedalposition bestimmt werden, und ein Befehl oder eine Position zur Gaspedalverringerung kann als Pedaldruckverringerung bezeichnet werden. Wenn das Verfahren 500 feststellt, dass die gewünschte Drehmomentverringerung größer als ein Schwellenwert ist, ist die Antwort Ja, und das Verfahren 500 wird bei 532 fortgesetzt. Anderenfalls ist die Antwort Nein, und das Verfahren 500 wird bei 534 fortgesetzt.
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Bei 532 öffnet das Verfahren 500 das DEGR-Zylinder-Umgehungsventil (z.B. 205 in 2) und reduziert den externen EGR-Strom zu den Motorzylindern, während es den Abgasstrom zum Abgaskrümmer 48 erhöht. Durch das Verringern des externen EGR-Stroms zu den Motorzylindern kann es möglich sein, die Verbrennungsstabilität unter Betriebsbedingungen zu verbessern, unter denen die Toleranz für höhere Verdünnungspegel geringer ist. Nachdem das DEGR-Zylinder-Umgehungsventil zumindest teilweise in Reaktion auf eine Pedaldruckverringerung geöffnet wurde, wird das Verfahren 500 bei Ende beendet.
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Bei 534 stellt das Verfahren 500 fest, ob sich der Motor im Leerlaufbetrieb befindet. In einem Beispiel kann festgestellt werden, dass sich der Motor im Leerlaufbetrieb befindet, wenn die Motordrehzahl innerhalb eines festgelegten Geschwindigkeitsbereichs liegt und das Fahrer-Anforderungsdrehmoment null oder beinahe null ist. Wenn das Verfahren 500 feststellt, dass sich der Motor im Leerlaufbetrieb befindet, ist die Antwort Ja, und das Verfahren 500 wird bei 536 fortgesetzt. Anderenfalls ist die Antwort Nein, und das Verfahren 500 wird bei 540 fortgesetzt.
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Bei 536 stellt das Verfahren 500 den Abgasstrom vom DEGR ein, um den Motorzylindern eine gewünschte externe EGR-Stromrate bereitzustellen, während sich der Motor im Leerlauf befindet. In einem Beispiel ist die gewünschte externe EGR-Stromrate eine Stromrate, die eine gewünschte Verbrennungsstabilität während Leerlaufbedingungen bereitstellt. In einem Beispiel wird die Verbrennungsstabilitätsstandardabweichung des angezeigten mittleren effektiven Zylinderdrucks (IMEP) als weniger als 5% von einem Mittelwert bei Leerlaufbedingungen festgelegt. Die EGR-Stromrate aus dem DEGR-Zylinder zu Motorzylindern kann durch das Einstellen der IVC für den DEGR-Zylinder eingestellt werden. In anderen Beispielen kann der Ansaugventilhub des DEGR-Zylinders eingestellt werden, um die gewünschte externe EGR-Stromrate bereitzustellen. In noch anderen Beispielen kann die Überschneidung der Ansaugventilöffnung und der Abgasventilöffnung eingestellt werden, um die gewünschte externe EGR-Stromrate bereitzustellen. Nachdem die externe EGR-Stromrate durch das Einstellen der Ventilzeiteinstellung des DEGR-Zylinders eingestellt wurde, wird das Verfahren 500 bei 538 fortgesetzt.
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Bei 538 betreibt das Verfahren 500 die Nicht-DEGR-Zylinder mit einer IVC-Zeiteinstellung in der Nähe der BDC-Ansaugtaktposition. Wenn sich der Zylinder 1 zum Beispiel in einem Ansaugtakt befindet, ist die IVC des Zylinders 1 in der Nähe der BDC-Ansaugtaktposition des Zylinders 1 angeordnet. Darüber hinaus kann die IVC in einigen Beispielen gegenüber der BDC verzögert sein. Auf ähnliche Weise werden andere Motorzylinderansaugventile in Bezug auf ihre jeweiligen Zylinderansaugtakte betrieben. Daher werden die Nicht-DEGR-Zylinder mit einer IVC-Zeiteinstellung betrieben, die sich von der IVC-Zeiteinstellung des DEGR-Zylinders unterscheiden kann. Nachdem die Motorventilzeiteinstellung auf Motorleerlaufbedingungen eingestellt wurde, wird das Verfahren 500 bei Ende beendet.
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Bei 540 stellt das Verfahren 500 die Ventilzeiteinstellung des DEGR-Zylinders variabel ein, während der gewünschte externe EGR-Strom mit den Motorbetriebsbedingungen variiert. In einem Beispiel wird die IVC des DEGR-Zylinders eingestellt, um die externe EGR-Stromrate zu variieren, damit diese der gewünschten externen EGR-Stromrate entspricht. Zum Beispiel kann die IVC des DEGR-Zylinders vorgezogen erfolgen, wenn die gewünschte externe EGR-Stromrate steigt. Wenn die gewünschte externe EGR-Stromrate sinkt, verzögert das Verfahren 500 den IVC-Zeitpunkt des DEGR-Zylinders. Die IVC des DEGR-Zylinders ist bei 540 stärker vorgezogen als bei 536. In anderen Beispielen kann der Ansaugventilhub mit der gewünschten externen EGR-Stromrate variiert werden. Zum Beispiel kann der Ansaugventilhub des DEGR-Zylinders steigen (z.B. kann das Ansaugventil stärker geöffnet werden), wenn die gewünschte externe EGR-Stromrate steigt. Wenn die gewünschte externe EGR-Stromrate sinkt, reduziert das Verfahren 500 den Ansaugventilhub des DEGR-Zylinders. Darüber hinaus kann die EVO-Zeiteinstellung des DEGR-Zylinders unter bestimmten Bedingungen in der Nähe der BDC-Ausstoßtaktposition liegen, während die EVO-Zeiteinstellung für die Nicht-DEGR-Zylinder gegenüber der BDC-Ausstoßtaktposition vorgezogen sein kann, um die Energiemenge zu erhöhen, die der Turboladerturbine zugeführt wird. Daher kann die DEGR-EVO gegenüber der EVO der Nicht-DEGR-Zylinder verzögert sein.
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Die Ventilzeiteinstellung der Nicht-DEGR-Zylinder wird unabhängig von der Ventilzeiteinstellung des DEGR-Zylinders eingestellt. In einem Beispiel wird die IVC der Nicht-DEGR-Zylinder mit der Motordrehzahl und dem Motordrehmoment variiert. Nachdem die Ventilzeiteinstellung eingestellt wurde, wird das Verfahren 500 bei Ende beendet.
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Daher stellen die Verfahren in 5 und 6 ein Motorbetriebsverfahren bereit, welches umfasst: das Reduzieren des Abgasstroms eines oder mehrerer dedizierter EGR-Zylinder, welche den Zylindern eines Motors in Reaktion auf eine Erhöhung des Fahrer-Anforderungsdrehmoments eine externe Abgasrückführung bereitstellen.
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In diesem Verfahren umfasst das Reduzieren des Abgasstroms des einen oder der mehreren dedizierten EGR Zylinder, welche den Zylindern des Motors eine externe Abgasrückführung bereitstellen, das Verzögern des Ansaugventilschließungszeitpunktes gegenüber dem unteren Ansaugtakt-Totpunkt des dedizierten EGR-Zylinders. Das Verfahren umfasst ferner das Erhöhen der Durchlüftung der dedizierten EGR-Zylinder, welche den Zylindern des Motors eine externe Abgasrückführung bereitstellen.
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In einem Beispiel umfasst das Verfahren, dass die Durchlüftung durch das Erhöhen der Überschneidung der Ansaugventilöffnung und der Abgasventilöffnung erhöht wird. Das Verfahren umfasst ferner das Erhöhen des Abgasstroms des einen oder der mehreren dedizierten EGR-Zylinder, welche den Zylindern des Motors in Reaktion darauf, dass der Ladedruck einen Schwellendruck erreicht, eine externe Abgasrückführung bereitstellen. Das Verfahren umfasst ferner das Einstellen der Ventilzeiteinstellung des einen oder der mehreren dedizierten EGR-Zylinder, welche den Zylindern des Motors eine externe Abgasrückführung bereitstellen, um die Volumeneffizienz des dedizierten EGR-Zylinders in Reaktion auf eine Verringerung des Fahrer-Anforderungsdrehmoments zu verbessern.
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In einem weiteren Beispiel stellt das Verfahren in 5 und 6 ein Verfahren für einen Motor bereit, welches umfasst: das externe Rückführen von Abgasen von einem oder mehreren dedizierten EGR-Zylindern eines mehrzylindrigen Motors an eine Motoransaugung; sowie im Motorleerlauf das Betreiben des einen oder der mehreren dedizierten EGR-Zylinder mit einer variablen Ventilzeiteinstellung zu einem ersten Zeitpunkt/in einer ersten Position in Bezug auf eine Kurbelwelle; sowie das Übergehen der variablen Ventilzeiteinstellung des einen oder der mehreren dedizierten EGR-Zylinder zu einem zweiten Zeitpunkt/in eine zweite Position in Bezug auf die Kurbelwelle in Reaktion auf eine Pedaldruckerhöhung aus dem Motorleerlauf heraus, um das Turboloch zu reduzieren. Das Verfahren umfasst das Einstellen der Ventilzeiteinstellung von anderen Motorzylindern als dem einen oder den mehreren dedizierten EGR-Zylindern auf unterschiedliche Zeiteinstellungen in Bezug auf die Kurbelwelle.
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Dieses Verfahren umfasst auch, dass der zweite Zeitpunkt/die zweite Position den Strom des einen oder der mehreren dedizierten EGR-Zylinder im Vergleich zur ersten Zeit/Position reduziert. Das Verfahren umfasst ferner das Einstellen des Abgasstroms des einen oder der mehreren dedizierten EGR-Zylinder in Reaktion darauf, dass der Ladedruck einen Schwellendruck erreicht. Dieses Verfahren umfasst, dass das Abgas von dem einen oder den mehreren dezidierten EGR-Zylinder an einen Ort stromaufseitig eines Turboladerverdichters geliefert wird, und dass das Abgas anderer Motorzylinder nicht an den Ort stromaufseitig des Turboladerverdichters geliefert wird. Das Verfahren umfasst ferner das Erhöhen der Volumeneffizienz des einen oder der mehreren dedizierten EGR-Zylinder in Reaktion auf eine Verringerung des Fahrer-Anforderungsdrehmoments, bis ein Schwellenansaugkrümmerdruck erreicht ist. Das Verfahren umfasst ferner das Öffnen eines Umgehungsventils des einen oder der mehreren dedizierten EGR-Zylinder in Reaktion auf die Pedaldruckerhöhung. Das Verfahren umfasst ferner das Schließen des Umgehungsventils des einen oder der mehreren dedizierten EGR-Zylinder in Reaktion darauf, dass der Motorladedruck größer als ein Schwellendruck ist.
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Wie von einem Durchschnittsfachmann erkannt wird, repräsentiert das in 5 und 6 beschriebene Verfahren eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien wie z.B. einer ereignisbasierten Strategie, einer unterbrechungsbasierten Strategie, einer Multitasking-Strategie, einer Multithreading-Strategie und Ähnlichem. Deshalb können verschiedene dargestellte Schritte oder Funktionen in der dargestellten Abfolge oder gleichzeitig durchgeführt werden, oder in manchen Fällen weggelassen werden. Auf ähnliche Weise ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht notwendigerweise erforderlich, um die hier beschriebenen Objekte, Merkmale und Vorteile zu erzielen, sondern wird zu Zwecken der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Obwohl dies nicht ausdrücklich dargestellt wird, wird ein Durchschnittsfachmann erkennen, dass eine(r) oder mehrere der dargestellten Schritte oder Funktionen abhängig von der konkret verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden können. Ferner können die beschriebenen Maßnahmen, Operationen, Verfahren und/oder Funktionen graphische Darstellungen eines Codes sein, der in den nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Motorsteuersystem programmiert werden soll.
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Dies schließt die Beschreibung ab. Fachleuten, die diese lesen, werden viele Änderungen und Modifikationen in den Sinn kommen, ohne vom Geist und Schutzumfang der Beschreibung abzuweichen. Zum Beispiel könnten 3-Zylinder, 4-Zylinder-, 5-Zylinder-Reihenmotoren, V-6-Motoren, V-8-Motoren, V-10-Motoren und V-12-Motoren, die mit Gas, Benzin, Diesel oder alternativen Kraftstoffkonfigurationen betrieben werden, die vorliegende Beschreibung vorteilhaft nutzen. ZEICHENERKLÄRUNG Fig. 5
| DEUTSCH |
| |
| START |
| JA |
| NEIN |
502 | BESTIMMEN VON MOTORBETRIEBSBEDINGUNGEN |
504 | IST DEGR-ZYLINDER-UMGEHUNGSVENTIL VORHANDEN? |
506 | ERHÖHUNG DES GEWÜNSCHTEN DREHMOMENTS AUS DEM LEERLAUF HERAUS? |
508 | ANSAUGKRÜMMER BEI SCHWELLENLADEDRUCK? |
510 | ÖFFNEN DES DEGR-ZYLINDER-UMGEHUNGSVENTILS |
512 | EINSTELLEN DER VENTILZEITEINSTELLUNG DES DEGR-ZYLINDERS SO, DASS DIESE DER VENTILZEITEINSTELLUNG DER VERBLEIBENDEN ZYLINDER ENTSPRICHT |
520 | SCHLIESSEN DES DEGR-ZYLINDER-UMGEHUNGSVENTILS |
522 | EINSTELLEN DER VENTILZEITEINSTELLUNG DES DEGR-ZYLINDERS, UM DEN VERBLEIBENDEN ZYLINDERN EINE GEWÜNSCHTE EGR- RATE BEREITZUSTELLEN |
530 | VERRINGERUNG DES GEWÜNSCHTEN DREHMOMENTS GRÖSSER ALS SCHWELLENWERT? |
532 | ÖFFNEN DES DEGR-ZYLINDER-UMGEHUNGSVENTILS, UND ABGASSTROM ZUM ABGASKRÜMMER |
534 | BETRIEB IM LEERLAUF? |
536 | EINSTELLEN DES EGR-STROMS VOM DEDIZIERTEN ZYLINDER, UM DEN MOTOR BEI EINER VERBRENNUNGSSTABILITÄTSGRENZE ZU BETREIBEN |
538 | BETREIBEN DER VERBLEIBENDEN ZYLINDER MIT EINER IVC IN DER NÄHE VON BDC UND GERINGER ANSAUG- UND ABGASVENTILÜBERSCHNEIDUNG |
540 | BETREIBEN DES DEGR-ZYLINDERS MIT VARIIERENDER IVC, WÄHREND DER GEWÜNSCHTE EGR-STROM VARIIERT, UND BETREIBEN DER NICHT-DEGR-ZYLINDER MIT EINER AUF MOTORDREHZAHL UND -DREHMOMENT BASIERENDEN VENTILZEITEINSTELLUNG |
| ENDE |
| A |
| B |
Fig. 6
| A |
| JA |
| NEIN |
550 | ERHÖHUNG DES GEWÜNSCHTEN DREHMOMENTS AUS DEM LEERLAUF HERAUS? |
552 | ANSAUGKRÜMMER GRÖSSER ALS SCHWELLENLADEDRUCK? |
554 | EINSTELLEN DER VENTILZEITEINSTELLUNG DES DEGR-ZYLINDERS, UM EGR-STROM AN DIE VERBLEIBENDEN ZYLINDER ZU VERRINGERN |
556 | EINSTELLEN DER VENTILZEITEINSTELLUNG DES DEGR-ZYLINDERS, UM DEN VERBLEIBENDEN ZYLINDERN EINE GEWÜNSCHTE EGR- RATE BEREITZUSTELLEN |
560 | VERRINGERUNG DES GEWÜNSCHTEN DREHMOMENTS GRÖSSER ALS SCHWELLENWERT? |
562 | EGR-STROM ZUM VERDICHTEREINGANG UND ERHÖHEN DER DURCHLÜFTUNG |
564 | BETRIEB IM LEERLAUF? |
566 | EINSTELLEN DES EGR-STROMS VOM DEDIZIERTEN ZYLINDER, UM DEN MOTOR BEI EINER VERBRENNUNGSSTABILITÄTSGRENZE ZU BETREIBEN |
568 | BETREIBEN DER VERBLEIBENDEN ZYLINDER MIT EINER IVC IN DER NÄHE VON BDC UND GERINGER ANSAUG- UND ABGASVENTILÜBERSCHNEIDUNG |
570 | BETREIBEN DES DEGR-ZYLINDERS MIT VARIIERENDER IVC, WÄHREND DER GEWÜNSCHTE EGR-STROM VARIIERT, UND BETREIBEN DER NICHT-DEGR-ZYLINDER MIT EINER AUF MOTORDREHZAHL UND -DREHMOMENT BASIERENDEN VENTILZEITEINSTELLUNG |
| B |