DE102017101468A1

DE102017101468A1 - Verfahren und system zur abgaswärmerückgewinnung

Info

Publication number: DE102017101468A1
Application number: DE102017101468.3A
Authority: DE
Inventors: Michael James Uhrich; Daniel Joseph Styles
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-01-29
Filing date: 2017-01-25
Publication date: 2017-08-03
Anticipated expiration: 2037-01-26
Also published as: RU2016152392A3; RU2016152392A; CN107023364A; US20170292431A1; CN107023364B; DE102017101468B4; US9689295B1; US10487714B2

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zur Abgaswärmerückgewinnung an einem Abgaswärmetauscher bereitgestellt. Abgas kann in beiden Richtungen durch einen Auspuffumgehungskanal und den mit dem Umgehungskanal gekoppelten Wärmetauscher strömen. Eine heiße oder kalte AGR kann dem Motoransaugkrümmer aus dem Abgaskanal zugeführt werden, und am Wärmetauscher kann Wärme aus dem Abgas rückgewonnen werden.

Description

Gebiet
Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zur Abgaswärmerückgewinnung an einem Abgaswärmetauscher.
Hintergrund/Kurzfassung
Motoren können mit einem Abgaswärmerückgewinnungssystem konfiguriert sein, um Wärme aus einem Abgas rückzugewinnen, das in einem Verbrennungsmotor erzeugt worden ist. Die Wärme wird über ein Abgaswärmetauschersystem vom heißen Abgas an ein Kühlmittel übertragen. Die Wärme vom Kühlmittel, das durch einen Abgaswärmetauscher zirkuliert, kann für Funktionen wie z. B. Heizen des Zylinderkopfes und Erwärmen der Passagierkabine genutzt werden, wodurch der Wirkungsgrad des Motors verbessert wird. Bei Hybrid-Elektrofahrzeugen verbessert die Rückgewinnung von Abgaswärme die Kraftstoffeffizienz, da sie ermöglicht, Motortemperaturen länger aufrechtzuerhalten, wodurch eine schnellere Motorabschaltung und eine längere Verwendung des Fahrzeugs in einem elektrischen Modus ermöglicht werden.
Abgaswärme kann auch an einem Abgasrückführungs(AGR)-Kühler gewonnen werden. Ein AGR-Kühler kann mit einem AGR-Zufuhrsystem gekoppelt sein, um die Temperatur des rückgeführten Abgases zu verringern, bevor dieses dem Ansaugkrümmer zugeführt wird. Eine AGR kann verwendet werden, um Abgas-NO_x-Emissionen zu reduzieren. Ferner kann eine AGR verwendet werden, um die Reduktion von Drosselverlusten bei geringen Lasten zu reduzieren und die Klopftoleranz zu verbessern.
Es werden verschiedene Ansätze zur Abgaswärmerückgewinnung und AGR-Kühlung bereitgestellt. In einem Beispiel, das in US 20120260897 gezeigt wird, offenbaren Hayman et al. ein Motorsystem, in dem Abgas von einer ersten Gruppe von Zylindern zu einem Auspuff-Endrohr geleitet wird. Abgas von einer zweiten Gruppe von Zylindern wird über einen AGR-Kanal zu einem Ansaugkrümmer geleitet. Darüber hinaus kann auf Basis des AGR-Bedarfs des Motors ein Teil des Abgases von der zweiten Gruppe von Zylindern über einen Umgehungskanal an das Auspuff-Endrohr umgeleitet werden. Ein AGR-Kühler, der mit dem AGR-Kanal gekoppelt ist, wird verwendet, um das Abgas zu kühlen, bevor die AGR mit Verbrennungsluft gemischt wird und das Gemisch in den Ansaugkrümmer eintritt.
Die Erfinder haben hier jedoch potenzielle Nachteile bei den obigen Ansätzen bemerkt. Als ein Beispiel kann es schwierig sein, die AGR-Kühlung mit der Abgaswärmerückgewinnung zu koordinieren. Insbesondere kann die am AGR-Kühler rückgewonnene Wärme nicht dazu verwendet werden, um einen Kabinenraum zu heizen. Infolgedessen wird ein eigener Wärmetauscher für die Kabinenheizung benötigt. Auf ähnliche Weise wird das gekühlte Abgas sogar dann, wenn Wärme an einem Wärmetauscher aus Abgas extrahiert wird, nicht rückgeführt, was dazu führt, dass ein eigener AGR-Kühler benötigt wird. Die zusätzlichen Komponenten erhöhen die Kosten und Komplexität.
Die Erfinder haben hier einen Ansatz ermittelt, mit dem die oben beschriebenen Probleme zumindest teilweise gelöst werden können. Ein beispielhaftes Verfahren für einen Motor umfasst Folgendes: Betreiben in einem ersten Modus, wobei Abgas durch eine Auspuffumgehung sowie in einer ersten Richtung durch einen in die Auspuffumgehung gekoppelten Wärmetauscher und danach zu einem Auspuff-Endrohr strömt; sowie Betreiben in einem zweiten Modus, wobei Abgas durch einen Abgaskanal, danach in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung durch den Wärmetauscher und danach zur Motoransaugung strömt. Auf diese Weise können eine AGR-Kühlung und eine Abgaswärmerückgewinnung über einen gemeinsamen Wärmetauscher bereitgestellt werden.
In einem Beispiel kann ein Motorsystem mit einem Wärmetauscher konfiguriert sein, der stromabwärts eines Katalysators in einer Auspuffumgehung positioniert ist, die parallel zu einem Hauptabgaskanal angeordnet ist. Ein Paar von Klappenventilen kann verwendet werden, um zu ermöglichen, dass Abgas in den Umgehungskanal und durch den Wärmetauscher in eine von zwei Richtungen umgeleitet wird, wobei eine Position der Ventile auf Basis von Motorbetriebsparametern eingestellt wird. Zum Beispiel können die Ventile unter Bedingungen, wenn keine AGR benötigt wird, eingestellt werden, um Abgase durch den Umgehungskanal in einer ersten Richtung durch den Wärmetauscher und danach weiter zum Auspuff-Endrohr strömen zu lassen. Während des Strömens wird Abgaswärme an den Wärmetauscher übertragen, von welchem die Wärme an ein Kühlmittel übertragen wird, welches um den Wärmetauscher zirkuliert, und das heiße Kühlmittel wird dann für Funktionen wie z. B. eine Kabinenheizung verwendet. Im Vergleich dazu können die Ventile, wenn gekühlte AGR benötigt wird, eingestellt werden, um Abgas durch den Umgehungskanal und in einer zweiten Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, durch den Wärmetauscher strömen zu lassen, bevor das Abgas über einen AGR-Kanal an die Motoransaugung rückgeführt wird. Die während dieser Strömung am Wärmetauscher rückgewonnene Wärme wird an ein zirkulierendes Kühlmittel übertragen, und daraufhin kann das erwärmte Kühlmittel zurück zum Motor zirkuliert werden (wie z. B. wenn eine Motorheizung benötigt wird) und/oder genutzt werden, um eine Passagierkabine des Fahrzeugs zu heizen (wie z. B. wenn eine Kabinenheizung angefordert wird). Alternativ dazu wird die extrahierte Wärme zur Abfuhr an die Atmosphäre an den Radiator übertragen. Ferner können die Ventile unter Bedingungen, wenn eine heiße AGR benötigt wird, so eingestellt werden, dass ein Teil des Abgases an den Umgehungskanal umgeleitet werden kann und in den AGR-Kanal gesaugt werden kann, bevor es den Wärmetauscher durchströmt.
Auf diese Weise kann der Heizbedarf eines Motorsystems unter Verwendung eines einzigen Wärmetauschers erfüllt werden. Durch das Bereitstellen der Funktionen eines AGR-Kühlers und eines Abgaswärmetauschers mittels eines einzigen Wärmetauschers werden Kosten- und Komponentenreduktionsvorteile erzielt, ohne die Funktionalität oder Fähigkeit beider Systeme einzuschränken. Darüber hinaus ermöglicht die spezielle Konfiguration eines einzigen Wärmetauschers in einem Umgehungsabgaskanal eine kürzere AGR-Kanallänge, was AGR-Transportverzögerungen reduziert. Der technische Effekt der Verwendung eines Paares von Klappenventilen, um das Strömen von Abgas durch den Umgehungskanal zu regeln, besteht darin, dass Abgas in beide Richtungen durch den Wärmetauscher geströmt werden kann. Daher verbessert dies den Wärmeübertragungswirkungsgrad und reduziert das Erfordernis langer AGR-Kanäle. Insgesamt werden durch die Verbesserung der Menge an Abgaswärme, die aus dem Abgas unter Verwendung einer geringeren Zahl von Komponenten rückgewonnen werden kann, die Motorkraftstoffeffizienz und das Motorleistungsverhalten verbessert.
Es versteht sich, dass die obige Kurzfassung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl an Konzepten einzuführen, die in der Detailbeschreibung genauer beschrieben werden. Sie soll keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstandes bestimmen, dessen Schutzumfang einzig von den Patentansprüchen definiert wird, welche auf die Detailbeschreibung folgen. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung erwähnten Nachteile lösen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Motorsystems, welches eine Auspuffumgehungsanordnung mit einem Wärmetauscher umfasst.
2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Motorsystems, welches eine Auspuffumgehungsanordnung mit einem geteilten Wärmetauscher umfasst.
3A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der Auspuffumgehungsanordnung aus 1, die in einem ersten Modus betrieben wird.
3B zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der Auspuffumgehungsanordnung aus 1, die in einem zweiten Modus betrieben wird.
4A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der Auspuffumgehungsanordnung aus 2, die in einem ersten Modus betrieben wird.
4B zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der Auspuffumgehungsanordnung aus 2, die in einem zweiten Modus betrieben wird.
5 zeigt ein Flussdiagramm, welches ein beispielhaftes Verfahren veranschaulicht, das implementiert werden kann, um die Abgasströmung durch die Auspuffumgehungsanordnung aus 1 einzustellen.
6 zeigt eine Tabelle, welche die unterschiedlichen Betriebsmodi der Auspuffumgehungsanordnung aus 1 veranschaulicht.
7 zeigt einen beispielhaften Betrieb der Auspuffumgehungsanordnung aus 1.
8 zeigt ein Flussdiagramm, welches ein beispielhaftes Verfahren veranschaulicht, das implementiert werden kann, um die Abgasströmung durch die Auspuffumgehungsanordnung aus 2 einzustellen.
9 zeigt eine Tabelle, welche die unterschiedlichen Betriebsmodi der Auspuffumgehungsanordnung aus 2 veranschaulicht.
10 zeigt einen beispielhaften Betrieb der Auspuffumgehungsanordnung aus 2.
Detailbeschreibung
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zur Verbesserung der Abgasrückgewinnung unter Verwendung eines einzelnen Wärmetauschers/AGR-Kühlers, der in eine Auspuffumgehung gekoppelt ist. Beispielhafte Motorsysteme, die eine Auspuffumgehungsanordnung umfassen, werden in 1 und 2 gezeigt. In 1 wird ein Paar von Ventilen verwendet, um eine bidirektionale Abgasströmung durch den Wärmetauscher zu ermöglichen. In 2 wird ein einziges Ventil verwendet, um eine bidirektionale Abgasströmung durch einen oder mehrere Abschnitte eines geteilten Wärmetauschers zu ermöglichen. Die unterschiedlichen Betriebsmodi der Systeme aus 1–2 werden unter Bezugnahme auf 3A–3B, 4A–4B, 6 und 7 erläutert. Eine Motorsteuereinheit kann konfiguriert sein, um eine Steuerroutine wie z. B. die beispielhaften Routinen aus 5 und 8 durchzuführen, um die Position des Systemventils/der Systemventile zu variieren, um dadurch die Abgasströmung durch den Wärmetauscher in den Systemen aus 1 beziehungsweise 2 einzustellen. Beispielhafte Betriebsweisen der Systeme aus 1–2 werden unter Bezugnahme auf 7 beziehungsweise 10 gezeigt.
1 zeigt schematisch Aspekte eines beispielhaften Motorsystems 100, welches einen Motor 10 umfasst. In der dargestellten Ausführungsform ist der Motor 10 ein aufgeladener Motor, der mit einem Turbolader 13 gekoppelt ist, der einen durch eine Turbine 116 angetriebenen Kompressor 114 umfasst. Insbesondere wird Frischluft entlang des Ansaugkanals 42 über einen Luftreiniger 112 in den Motor 10 eingeleitet und fließt zum Kompressor 114. Der Kompressor kann ein beliebiger Ansaugluftkompressor wie z. B. ein elektromotorgetriebener oder kurbelwellengetriebener Lader-Kompressor sein. Im Motorsystem 10 ist der Kompressor ein Turbolader-Kompressor, der über eine Welle 19 mechanisch mit der Turbine 116 gekoppelt ist, wobei die Turbine 116 von expandierendem Motorabgas angetrieben wird.
Wie in 1 gezeigt, ist der Kompressor 114 über den Ladeluftkühler (CAC) 18 mit einem Drosselventil 20 gekoppelt. Das Drosselventil 20 ist mit dem Motor-Ansaugkrümmer 22 gekoppelt. Vom Kompressor strömt die komprimierte Luftladung durch den Ladeluftkühler 18 und das Drosselventil zum Ansaugkrümmer. In der in 1A gezeigten Ausführungsform wird der Druck der Luftladung innerhalb des Ansaugkrümmers durch den Krümmerluftdruck(MAP)-Sensor 124 abgefühlt bzw. abgetastet.
Einer oder mehrere Sensoren können mit einem Einlass des Kompressors 114 gekoppelt sein. Zum Beispiel kann ein Temperatursensor 55 mit dem Einlass gekoppelt sein, um eine Kompressoreinlasstemperatur zu schätzen, und ein Drucksensor 56 kann mit dem Einlass gekoppelt sein, um einen Kompressoreinlassdruck zu schätzen. Als weiteres Beispiel kann ein Feuchtigkeitssensor 57 mit dem Einlass gekoppelt sein, um eine Feuchtigkeit der in den Kompressor eintretenden Ladeluft zu schätzen. Noch andere Sensoren können zum Beispiel Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren etc. umfassen. In anderen Beispielen kann/können auf Basis von Motorbetriebsbedingungen eine oder mehrere der Kompressoreinlassbedingungen (wie z. B. Feuchtigkeit, Temperatur, Druck etc.) abgeleitet werden. Darüber hinaus können die Sensoren, wenn eine Abgasrückführung (AGR) aktiviert ist, eine Temperatur, einen Druck, eine Feuchtigkeit und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luftladungsgemisches schätzen, welches Frischluft, komprimierte Luft und Restabgas umfasst und am Kompressoreinlass aufgenommen wurde.
Ein Wastegate-Aktuator 92 kann geöffnet werden, um den Abgasdruck zumindest teilweise über das Wastegate 90 von stromaufwärts der Turbine an einen Ort stromabwärts der Turbine zu verlagern. Indem der Abgasdruck stromaufwärts der Turbine reduziert wird, kann die Turbinendrehzahl verringert werden, was wiederum dazu beiträgt, ein Pumpen des Kompressors zu reduzieren.
Der Ansaugkrümmer 22 ist mit einer Reihe von Brennkammern 30 über eine Reihe von (nicht gezeigten) Ansaugventilen gekoppelt. Die Brennkammern sind ferner über eine Reihe von (nicht gezeigten) Abgasventilen mit dem Abgaskrümmer 36 gekoppelt. In der dargestellten Ausführungsform wird ein einzelner Abgaskrümmer 36 gezeigt. In anderen Ausführungsformen kann der Abgaskrümmer jedoch eine Vielzahl von Abgaskrümmerabschnitten umfassen. Konfigurationen mit einer Vielzahl von Abgaskrümmerabschnitten können ermöglichen, Abströmungen aus unterschiedlichen Brennkammern an unterschiedliche Orte im Motorsystem zu leiten.
In einer Ausführungsform kann jedes aus dem Abgas- und dem Ansaugventil elektronisch betätigt oder gesteuert werden. In einer weiteren Ausführungsform kann jedes aus dem Abgas- und dem Ansaugventil mittels Nocken betätigt oder gesteuert werden. Unabhängig davon, ob diese elektronisch betätigt oder mittels Nocken betätigt werden, kann die Zeiteinstellung der Öffnung und Schließung des Abgas- und des Ansaugventils nach Bedarf für ein gewünschtes Verbrennungs- und Emissionssteuerleistungsverhalten eingestellt werden.
Den Brennkammern 30 kann/können ein oder mehrere Kraftstoffe wie z. B. Benzin, Alkohol-Kraftstoffgemische, Diesel, Biodiesel, komprimiertes Erdgas etc. über die Einspritzung 66 zugeführt werden. Kraftstoff kann den Brennkammern mittels Direkteinspritzung, Saugrohreinspritzung, Drosselventilstutzen-Einspritzung oder einer beliebigen Kombination daraus zugeführt werden. In den Brennkammern kann eine Verbrennung durch Funkenzündung und/oder Druckzündung eingeleitet werden.
Wie in 1 gezeigt, wird Abgas von dem einen oder den mehreren Abgaskrümmerabschnitten zur Turbine 116 geleitet, um die Turbine anzutreiben. Die kombinierte Strömung von der Turbine und dem Wastegate strömt dann durch die Emissionssteuervorrichtung 170. Im Allgemeinen können eine oder mehrere Emissionssteuervorrichtungen 170 eine oder mehrere Abgasnachbehandlungskatalysatoren umfassen, die konfiguriert sind, um die Abgasströmung katalytisch zu behandeln und dadurch eine Menge einer oder mehrerer Substanzen in der Abgasströmung zu reduzieren. Zum Beispiel kann ein Abgasnachbehandlungskatalysator konfiguriert sein, um NO_x aus der Abgasströmung einzufangen, wenn die Abgasströmung überstöchiometrisch ist, und das eingefangene NO_x zu reduzieren, wenn die Abgasströmung unterstöchiometrisch ist. In anderen Beispielen kann ein Abgasnachbehandlungskatalysator konfiguriert sein, um den NO_x-Anteil zu ändern oder NO_x mithilfe eines Reduktionsmittels zu reduzieren. In noch anderen Beispielen kann ein Abgasnachbehandlungskatalysator konfiguriert sein, um Kohlenwasserstoffrückstände und/oder Kohlenmonoxidrückstände in der Abgasströmung zu oxidieren. Unterschiedliche Abgasnachbehandlungskatalysatoren, die irgendeine solche Funktionalität aufweisen, können in Washcoats oder an anderen Orten in den Abgasnachbehandlungsstufen entweder separat oder gemeinsam angeordnet sein. In manchen Ausführungsformen können die Abgasnachbehandlungsstufen einen regenerierbaren Rußfilter umfassen, der konfiguriert ist, um Rußpartikel in der Abgasströmung einzufangen und zu oxidieren.
Das gesamte oder ein Teil des behandelten Abgases von der Emissionssteuerung 170 kann über den Hauptabgaskanal 102 in die Atmosphäre freigesetzt werden, nachdem es einen Schalldämpfer 172 durchströmt hat. Eine Auspuffumgehungsanordnung 160 mit einem Umgehungskanal 173 kann stromabwärts der Emissionssteuervorrichtung 170 mit dem Hauptabgaskanal 102 gekoppelt sein. Der Umgehungskanal 173 kann sich von stromabwärts der Emissionssteuervorrichtung 170 nach stromaufwärts eines Schalldämpfers 172 erstrecken. Der Umgehungskanal 173 kann parallel zum Hauptabgaskanal 102 angeordnet sein. Ein Wärmetauscher 174 kann mit dem Umgehungskanal 173 gekoppelt sein, um das Abgas zu kühlen, das den Umgehungskanal 173 durchströmt. Ein Abgasrückführungs(AGR)-Zufuhrkanal 180 kann mit dem Auspuffumgehungskanal 173 an einem Ort stromaufwärts des Wärmetauschers 174 gekoppelt sein. Abgas kann über einen oder mehrere aus dem Hauptabgaskanal 102 und dem Umgehungskanal 173 von stromabwärts der Emissionssteuervorrichtung 170 hin zum Schalldämpfer 172 strömen.
Ein Paar von Umleitventilen 176 und 178 kann verwendet werden, um die Menge und Richtung der Abgasströmung durch den Hauptabgaskanal 102 und den Umgehungskanal 173 zu regeln. In einem Beispiel können die Umleitventile 176 und 178 jeweils als Klappenventile (hier auch als Klappenventile 176 und 178 bezeichnet) konfiguriert sein, obwohl auch andere Ventilkonfigurationen verwendet werden können. Ferner kann, abhängig von Betriebsbedingungen wie z. B. der Motortemperatur, ein Teil des Restabgases über den Umgehungskanal 173 und daraufhin über das Abgasrückführungs(AGR)-Ventil 52 und den AGR-Kanal 180 zum Endrohr 35 oder zum Einlass des Kompressors 114 umgeleitet werden. Eine Richtung der Abgasströmung durch den Umgehungskanal 173 und durch den Wärmetauscher 174 kann ebenfalls auf Basis von Motorbetriebsbedingungen variiert werden. Auf diese Weise ermöglicht die Konfiguration eine bidirektionale Abgasströmung durch den Wärmetauscher. Die Öffnung des Paares von Klappenventilen und des AGR-Ventils 52 kann geregelt werden, um die Abgasströmung durch den Umgehungskanal 173 und den Wärmetauscher 174 zu steuern. Das AGR-Ventil 52 kann geöffnet werden, um für das gewünschte Verbrennungs- und Emissionssteuerungsleistungsverhalten eine gesteuerte Abgasmenge zum Kompressoreinlass zu lassen. Das AGR-Ventil 52 kann als kontinuierlich variables Ventil konfiguriert sein. In einem alternativen Beispiel kann das AGR-Ventil 52 jedoch als Ein/Aus-Ventil konfiguriert sein.
Durch Einstellen der Position der Klappenventile 176 und 178 sowie einer Öffnung des AGR-Ventils 52 kann die Abgasströmung durch den Wärmetauscher variiert werden. In einem Beispiel kann das Klappenventil 176 geschlossen sein, während das Klappenventil 178 geöffnet ist, sodass Abgas von stromabwärts der Emissionssteuervorrichtung 170 in den Umgehungskanal 173, in einer ersten Richtung durch den Wärmetauscher 174 und daraufhin zum Endrohr 35 strömen kann. Während Abgas in der ersten Richtung durch den Umgehungskanal 173 geleitet wird, kann, falls dies angefordert wird, eine heiße AGR von stromaufwärts des Wärmetauschers angesaugt und über den AGR-Zufuhrkanal 180 dem Einlass des Kompressors 114 zugeführt werden. Die Öffnung des AGR-Ventils 52 kann geregelt werden, um die Menge des in den AGR-Zufuhrkanal eintretenden Abgases im Vergleich zu der Menge des durch den Wärmetauscher 174 hin zum Endrohr 35 strömenden Abgases zu steuern. Auf diese Weise kann gegebenenfalls eine heiße LP-AGR bereitgestellt werden.
In einem weiteren Beispiel kann das Klappenventil 176 geöffnet sein, während das Klappenventil 178 geschlossen ist, sodass Abgas über die Emissionssteuervorrichtung 170 und das Klappenventil 176 durch den Hauptabgaskanal 35 strömen und von stromaufwärts des Schalldämpfers 172 in den Umgehungskanal 173 eintreten kann. In diesem Fall kann das Abgas in einer zweiten Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, durch den Wärmetauscher 174 strömen, und daraufhin kann das gekühlte Abgas in den AGR-Zufuhrkanal 180 eintreten. Auf diese Weise kann eine gekühlte LP-AGR bereitgestellt werden.
Während das Abgas den Wärmetauscher 174 in einer beliebigen Richtung durchströmt, kann Wärme vom heißen Abgas an ein Kühlmittel übertragen werden, das durch den Wärmetauscher 174 zirkuliert. In einem Beispiel ist der Wärmetauscher 174 ein Wasser-Gas-Tauscher. Beim Übertragen von Wärme aus dem Abgas auf das Kühlmittel kann das erwärmte Kühlmittel zurück zum Motor (wie z. B. wenn eine Motorheizung benötigt wird) und/oder durch einen Heizkern zirkuliert werden, um eine Passagierkabine eines Fahrzeugs zu heizen (wie zum Beispiel wenn eine Kabinenheizung angefordert wird). Wenn kein Heizbedarf besteht, kann das erwärmte Kühlmittel alternativ dazu zur Wärmeabfuhr an die Atmosphäre durch einen Radiator geströmt werden.
Auf diese Weise kann das Motorsystem 10 angepasst werden, um eine externe Niederdruck(LP)-AGR bereitzustellen, indem Abgas von stromabwärts der Turbine 116 entnommen wird, wobei die AGR beim Durchgang durch einen Wärmetauscher, der zur AGR-Kühlung und Abgaswärmerückgewinnung verwendet wird, gekühlt wird. Eine detaillierte Beschreibung des Betriebs und der Struktur der Auspuffumgehungsanordnung 160 wird in Bezug auf 3A–3B, 5, 6 und 7 beschrieben. In weiteren Ausführungsformen kann das Motorsystem einen AGR-Hochdruckströmungspfad umfassen, wobei Abgas von stromaufwärts der Turbine 116 angesaugt und zum Motor-Ansaugkrümmer stromabwärts des Kompressors 114 rückgeführt wird.
Ein oder mehrere Sensoren können mit dem AGR-Kanal 180 gekoppelt sein, um Detailinformationen bezüglich der Zusammensetzung und des Zustandes der AGR bereitzustellen. Zum Beispiel kann ein Temperatursensor bereitgestellt sein, um eine Temperatur der AGR zu bestimmen, ein Drucksensor kann bereitgestellt sein, um einen Druck der AGR zu bestimmen, ein Feuchtigkeitssensor kann bereitgestellt sein, um eine Feuchtigkeit oder einen Wassergehalt der AGR zu bestimmen, und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor kann bereitgestellt sein, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis der AGR zu schätzen. Alternativ dazu können AGR-Bedingungen von dem einen oder den mehreren Temperatur-, Druck-, Feuchtigkeits- und Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren 55–57 abgeleitet werden, die mit dem Kompressoreinlass gekoppelt sind. In einem Beispiel ist der Luft-Kraftstoff-Sensor 57 ein Sauerstoffsensor.
Das Motorsystem 100 kann ferner ein Steuersystem 14 umfassen. Das Steuersystem 14 wird so gezeigt, dass es Informationen von einer Vielzahl von Sensoren 16 (für die verschiedene Beispiele hier beschrieben werden) empfängt und Steuersignale an eine Vielzahl von Aktuatoren 18 (für die verschiedene Beispiele hier beschrieben werden) sendet. Als ein Beispiel können die Sensoren 16 einen Abgassensor 126, der stromaufwärts der Emissionssteuervorrichtung angeordnet ist, einen MAP-Sensor 124, einen Abgastemperatursensor 128, einen Abgasdrucksensor 129, einen Kompressoreinlass-Temperatursensor 55, einen Kompressoreinlass-Drucksensor 56, einen Kompressoreinlass-Feuchtigkeitssensor 57 und einen AGR-Sensor umfassen. Andere Sensoren wie z. B. zusätzliche Druck-, Temperatur-, Luft-Kraftstoff-Verhältnis- und Zusammensetzungssensoren können mit verschiedenen Orten im Motorsystem 100 gekoppelt sein. Die Aktuatoren 81 können zum Beispiel eine Drossel 20, ein AGR-Ventil 52, Klappenventile 176 und 178, ein Wastegate 92 und eine Kraftstoffeinspritzung 66 umfassen. Das Steuersystem 14 kann eine Steuereinheit 12 umfassen. Die Steuereinheit 12 kann Eingangsdaten von den verschiedenen Sensoren empfangen, die Eingangsdaten verarbeiten und verschiedene Aktuatoren in Reaktion auf die verarbeiteten Eingangsdaten auf Basis von darin programmierten Befehlen oder Code, die/der einer oder mehreren Routinen entsprechen/entspricht, auslösen. Zum Beispiel kann die Steuereinheit 12 auf Basis von Motorbetriebsbedingungen und einem AGR-Bedarf das Öffnen der Klappenventile 176 und 178 regeln, um Abgas in einer ersten oder einer zweiten Richtung durch den Wärmetauscher zu leiten. Als ein weiteres Beispiel kann das Öffnen des AGR-Ventils 52 auf Basis der vom Abgastemperatursensor 128 abgeleiteten Katalysatortemperatur eingestellt werden, um eine gewünschte Menge AGR vom Auspuff-Umgehungskanal in den Motoransaugkrümmer zu saugen. Eine beispielhafte Steuerroutine wird in Bezug auf 5 beschrieben.
Eine alternative Ausführungsform von 1 wird in 2 gezeigt und unten unter Bezugnahme auf ein beispielhaftes Motorsystem 200 erläutert. Alle Komponenten des Motorsystems 200 können, mit Ausnahme der Auspuffumgehungsanordnung 260, identisch mit denen des Motorsystems 100 sein. Wie unten erläutert, kann die Auspuffumgehungsanordnung 260 mit einem geteilten Wärmetauscher und einem einzelnen Umleitventil konfiguriert sein. Die unterschiedlichen Betriebsmodi der Auspuffumgehungsanordnung aus 2 werden unter Bezugnahme auf 4A–4B erläutert.
3A erläutert die in 1 vorgestellte Auspuffumgehungsanordnung genauer und zeigt eine beispielhafte Ausführungsform 300 des Betriebs der Auspuffumgehungsanordnung aus 1 in einem ersten Betriebsmodus. In einem Beispiel ist die Anordnung 300 eine Ausführungsform der Anordnung 160 aus 1 und kann deshalb gemeinsame Merkmale und/oder Konfigurationen wie die bereits für die Umgehungsanordnung 160 beschriebenen aufweisen. Die Auspuffumgehungsanordnung 160 ist mit dem Abgaskanal 302 stromabwärts einer Emissionssteuervorrichtung 170 fluidgekoppelt. Wie in Bezug auf 1 beschrieben, kann/können eine oder mehrere Emissionssteuervorrichtungen 170 einen oder mehrere Abgas-Nachbehandlungskatalysatoren umfassen, die konfiguriert sind, um die Abgasströmung katalytisch zu behandeln und dadurch eine Menge einer oder mehrerer Substanzen in der Abgasströmung zu reduzieren.
Abgas, das vom Motor abströmt, durchströmt die Emissionssteuervorrichtung 170 und erreicht die Auspuffumgehungsanordnung 160, die weiter stromabwärts entlang des Abgaskanals 302 angeordnet ist. Ein Einlassrohr 310 der Auspuffumgehungsanordnung 160 ist auf dem Abgaskanal 302 an der Abzweigung 306 (stromabwärts der Emissionssteuervorrichtung 170) angeordnet. Das Klappenventil 176 ist mit dem Abgaskanal 302 stromabwärts der Abzweigung 306 gekoppelt. Das Einlassrohr 310 führt zu einem Umgehungskanal 312, der parallel zum Abgaskanal 302 sein kann. Das Klappenventil 178 ist mit dem Umgehungskanal 312 gekoppelt. In einem Beispiel können die beiden Klappenventile mit einer gemeinsamen Welle verbunden sein, und die Ventile können gemeinsam betätigt werden. Abhängig von der gewünschten Richtung der Abgasströmung durch die Auspuffumgehungsanordnung kann eines der Klappenventile 176 und 178 in einer offenen Position sein. In einer alternativen Ausführungsform können die beiden Klappenventile unabhängig voneinander betätigt werden und gleichzeitig geöffnet werden.
Stromabwärts des zweiten Klappenventils 178 kann ein Wärmetauscher mit dem Rohr 310 gekoppelt sein. Ein Kühlmittel kann durch den Wärmetauscher 174 zirkuliert werden, um das durch diesen strömende Abgas effektiv zu kühlen, bevor das Gas entweder in den AGR-Kanal 180 eintritt oder durch das Endrohr 335 in die Atmosphäre entweicht. Stromabwärts des zweiten Klappenventils 178 und stromaufwärts des Wärmetauschers 174 kann ein Einlass in den AGR-Kanal 180 auf dem Umgehungskanal 312 angeordnet sein. Abhängig vom Bedarf des Motors ist es möglich, Abgas in beide Richtungen durch den Kanal 312 strömen zu lassen, und dementsprechend kann dem Motoransaugkrümmer über den AGR-Kanal 180 gekühlte oder heiße AGR zugeführt werden. Ein AGR-Ventil 52 kann die Zufuhr von AGR vom Abgaskanal 302 zum Kanal 328, der zum Motoransaugkrümmer führt, steuern. Stromaufwärts des Wärmetauschers 174 endet der Umgehungskanal 312 in einem Auslassrohr 316, das zurück zum Abgaskanal 302 führt. Das Einlassrohr 310 und das Auslassrohr 316 können in rechten Winkeln auf den Umgehungskanal 312 und den Hauptabgaskanal 302 sein. Das Auslassrohr 316 mündet an einer Abzweigung 318, die stromabwärts der Abzweigung 306 und des ersten Klappenventils 176 angeordnet ist, in den Abgaskanal 302. Ferner kann stromabwärts der Abzweigung 318 ein Schalldämpfer 172 mit dem Abgaskanal 302 gekoppelt sein. Nachdem es den Schalldämpfer 172 durchströmt hat, kann das Abgas durch ein Endrohr 335 in die Atmosphäre freigesetzt werden. Indem alle Komponenten der Auspuffumgehungsanordnung stromabwärts der (den Katalysator umfassenden) Emissionssteuervorrichtung 170 angeordnet werden, werden Einschränkungen aufgrund des Aufwärmens des Katalysators beseitigt.
An sich stellt der erste Betriebsmodus eine erste Einstellung der Klappenventile 176 und 178 dar, die eine Steuerung der Abgasströmung ermöglicht. Im ersten Betriebsmodus kann das (mit dem Hauptabgaskanal 302 gekoppelte) Klappenventil 176 in einer geschlossenen Position sein, und das (mit dem Umgehungskanal 312 gekoppelte) Klappenventil 178 kann in einer offenen Position sein. Es wird darauf hingewiesen, dass verschiedene Funktionsmodi des Motorsystems möglich sind, während die Anordnung im ersten Betriebsmodus betrieben wird, wie z. B. durch Variieren der Öffnung eines AGR-Ventils. Im ersten Betriebsmodus kann Abgas aufgrund des Schließens des ersten Klappenventils 176 möglicherweise nicht dazu fähig sein, durch den Abgaskanal 302 hin zum Endrohr 335 zu strömen. Das Abgas kann, wie durch die fett gedruckten Pfeile gezeigt, durch das Einlassrohr 310 in die Auspuffumgehungsanordnung strömen. Das zweite Klappenventil 178 ist in einem offenen Zustand, und das Abgas kann durch dieses strömen und in den Umgehungskanal 312 eintreten. Abhängig vom AGR-Bedarf kann das AGR-Ventil in einer aus einer offenen und einer geschlossenen Position sein. Wenn das AGR-Ventil in einer geschlossenen Position ist, kann Abgas nicht in den AGR-Kanal 180 eintreten und kann direkt in den Wärmetauscher 174 eintreten, der weiter stromabwärts des Umgehungskanals 312 angeordnet ist. Im ersten Betriebsmodus strömt das Abgas in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende des Wärmetauschers nahe dem Einlassrohr 310 zum zweiten Ende des Wärmetauschers 174 nahe dem Auslassrohr 316) durch den Wärmetauscher 174. Nach dem Durchströmen des Wärmetauschers 174 strömt das gekühlte Abgas durch das Auslassrohr 316 und tritt aus der Auspuffumgehungsanordnung aus. Das Abgas tritt an der Abzweigung 318 erneut in den Abgaskanal 302 ein und strömt stromabwärtswärts hin zum Schalldämpfer 172. Nach dem Durchströmen des Schalldämpfers 172 tritt das Abgas über das Endrohr 335 in die Atmosphäre aus.
Der erste Betriebsmodus kann während eines oder mehrerer Funktionsmodi ausgewählt werden, wie z. B. eines ersten Funktionsmodus, in dem keine AGR benötigt wird, und eines zweiten Modus, in dem eine heiße AGR für Motorbetriebsvorgänge benötigt wird.
Im ersten Funktionsmodus, der ausgewählt wird, wenn keine AGR für den Motorbetrieb benötigt wird, kann die Anordnung im ersten Betriebsmodus betrieben werden, wobei das AGR-Ventil 52 geschlossen gehalten wird. Eine AGR kann nicht benötigt werden, wenn die Motortemperatur unterhalb einer Schwelle ist, wobei die Schwelle auf einer Anspringtemperatur des Katalysators basiert. Im ersten Funktionsmodus tritt das Abgas nicht in den AGR-Kanal ein und strömt stromabwärts in der ersten Richtung durch den Wärmetauscher. Am Wärmetauscher 174 kann das Abgas gekühlt werden, und die Wärme aus dem Abgas kann an ein Kühlmittel übertragen werden, das durch den Wärmetauscher 174 zirkuliert. Das Kühlmittel mit der aus dem Abgas rückgewonnenen Wärme kann (unter Bedingungen, wenn eine Motorheizung benötigt wird) zurück zum Motor zirkuliert werden und/oder durch einen Heizkern des Fahrzeugs zirkuliert werden, und danach kann die rückgewonnene Wärme für Funktionen wie z. B. das Erwärmen der Passagierkabine genutzt werden, wodurch der Motorwirkungsgrad verbessert wird. Unter Umständen, wenn die am Wärmetauscher 174 rückgewonnene Wärme nicht zum Heizen von Fahrzeugkomponenten benötigt wird, kann die Wärme zur Abfuhr an den Radiator übertragen werden. Im ersten Funktionsmodus strömt das gekühlte Abgas, nachdem es den Wärmetauscher 174 durchströmt hat, aus der Auspuffumgehungsanordnung heraus und tritt durch das Endrohr 335 in die Atmosphäre aus.
Im zweiten Funktionsmodus, der ausgewählt wird, wenn eine Motortemperatur über einer Schwelle ist, kann eine heiße AGR für den Motorbetrieb erwünscht sein, und folglich kann das AGR-Ventil 52 geöffnet werden. Das Öffnen des AGR-Ventils kann auf Basis der Forderung nach heißer AGR eingestellt werden, wobei die Öffnung mit zunehmender Forderung nach heißer AGR erhöht wird. Nachdem es durch die Emissionssteuervorrichtung 170 geströmt ist, kann das Abgas durch das Einlassrohr 310 in die Umgehungsanordnung eintreten. Der Eingang in den AGR-Kanal 180 ist zwischen dem zweiten Klappenventil 178 und dem Wärmetauscher 174 auf dem Umgehungskanal 132 angeordnet. Deshalb kann, abhängig von der Öffnung des AGR-Ventils 52, eine erste Menge des heißen Abgases in den AGR-Kanal 180 eintreten, bevor sie den Wärmetauscher 174 durchströmt. Nach dem Durchströmen des AGR-Ventils 52 kann das Abgas in den AGR-Kanal 180 eintreten und durch den Kanal 328 strömen, der zum Motoransaugkrümmer führt, um stromaufwärts eines Kompressoreinlasses zugeführt zu werden. Die verbleibende (zweite) Menge des Abgases, die nicht in den AGR-Kanal 180 eintritt, kann den Wärmetauscher 174 (in einer ersten Richtung) durchströmen und aus der Auspuffumgehungsanordnung austreten. Danach kann diese zweite Menge des Abgases den Schalldämpfer 172 durchströmen und über das Endrohr 335 in die Atmosphäre austreten. Auf diese Weise ist es möglich, dem Ansaugkrümmer auf Basis des Motorbedarfs über die Auspuffumgehungsanordnung eine heiße AGR aus dem Abgaskanal zuzuführen.
3B zeigt eine schematische Ansicht 300 einer beispielhaften Ausführungsform einer Auspuffumgehungsanordnung 160. Die Merkmale der Auspuffumgehungsanordnung 160 werden in Bezug auf 3A beschrieben. In 3B wird ein zweiter Betriebsmodus der Auspuffumgehungsanordnung 160 im Vergleich zum in 3A beschriebenen Betriebsmodus beschrieben.
An sich stellt der zweite Betriebsmodus eine zweite Einstellung der Klappenventile 176 und 178 dar, die eine Steuerung der Abgasströmung ermöglicht. Im zweiten Betriebsmodus kann das (mit dem Hauptabgaskanal 302 gekoppelte) Klappenventil 176 in einer offenen Position sein, und das (mit dem Umgehungskanal 312 gekoppelte) Klappenventil 178 kann in einer geschlossenen Position sein. Ähnlich wie beim ersten Betriebsmodus können verschiedene Funktionsmodi des Motorsystems möglich sein, während die Anordnung im zweiten Betriebsmodus betrieben wird, wie z. B. durch Variieren der Öffnung eines AGR-Ventils.
Im zweiten Betriebsmodus kann Abgas aufgrund der Öffnung des ersten Klappenventils 176 (und des Schließens des zweiten Klappenventils 178) nicht über das Einlassrohr 310 in die Auspuffumgehungsanordnung eintreten, sondern vielmehr das erste Klappenventil 176 durchströmen und weiter stromabwärts entlang des Abgaskanals 302 strömen. Wenn das Abgas die Abzweigung 318 erreicht, kann, wie durch fett gedruckte Pfeile gezeigt, eine erste Menge des Abgases durch das Auslassrohr 316 (das in diesem Modus als Einlass verwendet wird) in die Auspuffumgehungsanordnung eintreten. Eine zweite Menge des Abgases kann weiter stromabwärts entlang des Abgaskanals 302 strömen und durch das Endrohr 335 in die Atmosphäre austreten, nachdem sie durch den Schalldämpfer 172 geströmt ist. Die erste Abgasmenge, die in die Umgehungsanordnung eintritt, kann durch das Öffnen des AGR-Ventils 52 gesteuert werden. Die erste Abgasmenge, die in die Auspuffumgehungsanordnung eintritt, kann weiter durch den Umgehungskanal 312 strömen und in den Wärmetauscher 174 eintreten. Im zweiten Modus strömt das Abgas in einer zweiten (der ersten Richtung entgegengesetzten) Richtung (von einem zweiten Ende des Wärmetauschers nahe dem Auslassrohr 316 zum ersten Ende des Wärmetauschers 174 nahe dem Einlassrohr 310) durch den Wärmetauscher. Diese erste Abgasmenge kann in den AGR-Kanal 180 eintreten. Da das zweite Klappenventil 178 geschlossen ist, kann das Abgas nicht durch die Umgehungsanordnung strömen und über das Einlassrohr 310 zum Abgaskanal 302 zurückkehren. Der zweite Betriebsmodus kann während eines oder mehrerer Funktionsmodi wie z. B. eines dritten Funktionsmodus, in dem eine kalte AGR für Motorbetriebsvorgänge benötigt wird, ausgewählt werden.
Im dritten Funktionsmodus kann eine gekühlte AGR vom Motor gewünscht werden. Eine AGR kann benötigt werden, wenn die Motortemperatur über einer Schwelle ist, wobei die Schwelle auf einer Anspringtemperatur des Katalysators basieren kann. Um eine AGR zuzuführen, kann das AGR-Ventil 52 geöffnet werden, wobei das Öffnen des AGR-Ventils auf Basis des AGR-Bedarfs erhöht werden kann. Beim Austreten aus dem Wärmetauscher 174 kann das gekühlte Abgas in den AGR-Kanal 180 eintreten. Das Abgas kann das AGR-Ventil 52 und den Kanal 228 durchströmen, um in den Motoransaugkrümmer einzutreten.
Wärme aus dem Abgas kann an ein Kühlmittel übertragen werden, das durch den Wärmetauscher 174 zirkuliert. Wie zuvor beschrieben (3A) kann die rückgewonnene Wärme zur weiteren Nutzung bedarfsabhängig an den Heizkern übertragen werden. Wenn die Motortemperatur und die Fahrzeugkabinentemperatur hoch sind, kann Wärme vom Wärmetauscher 174 an ein Kühlmittel übertragen werden, das durch einen Radiator zirkuliert, und Wärme wird vom Radiator an die Atmosphäre abgeführt. Auf diese Weise kann dem Ansaugkrümmer eine gekühlte AGR zugeführt werden, nachdem diese den Wärmetauscher 174 durchströmt hat. Die AGR-Strömungslänge vom Abgaskanal zum Ansaugkrümmer ist kurz, und deshalb ist die Latenz der zugeführten AGR niedrig. Auf diese Weise kann Abgas abhängig vom AGR-Bedarf in beiden Richtungen durch den Wärmetauscher strömen, und die am Wärmetauscher rückgewonnene Wärme kann in anderen Fahrzeugbetriebsvorgängen genutzt werden.
Das Auswählen zwischen dem ersten (3A) und dem zweiten Betriebsmodus (3B) kann auf der Motortemperatur basieren. Wenn die Motortemperatur zum Beispiel unter einer Schwelle ist, wird möglicherweise keine AGR vom Motor gewünscht, und folglich kann die Auspuffumgehungsanordnung im ersten Modus betrieben werden. In einem weiteren Beispiel kann, wenn die Motortemperatur über einer Schwelle ist, eine kalte AGR vom Motor gewünscht werden, und folglich kann die Auspuffumgehungsanordnung im zweiten Modus betrieben werden. Auf diese Weise können die Funktionen eines AGR-Kühlers und eines Abgaswärmetauschers mittels eines einzigen Wärmetauschers durchgeführt werden.
In einer alternativen Ausführungsform können die beiden Klappenventile 176 und 178 unabhängig voneinander betätigt werden. Unter hohen Lastbedingungen können beide Klappenventile in einer offenen Position gehalten werden, um zu ermöglichen, dass Abgas gleichzeitig durch den Hauptabgaskanal 302 und den Umgehungskanal 312 hin zum Endrohr 335 strömt. Auf diese Weise kann Wärme (am Wärmetauscher 174) aus einem Teil des Abgases extrahiert werden, aber unter hohen Lastbedingungen kann aufgrund eines hohen Gegendrucks eine große Menge Abgas über das Endrohr 335 direkt in die Atmosphäre austreten, ohne in die Auspuffumgehungsanordnung einzutreten, wodurch ein Sieden des Kühlmittels im Wärmetauscher 174 verhindert wird.
Geht man weiter zu 2, ist das beispielhafte Motorsystem 200 eine alternative Ausführungsform des in 1 gezeigten Motorsystems 100. Zuvor in 1 eingeführte Komponenten sind auf ähnliche Weise nummeriert und werden nicht neu eingeführt. Ähnlich wie in der Ausführungsform aus 1 kann das Motorsystem 200 aus 2 ferner ein Steuersystem 14 umfassen, um Motorbetriebsvorgänge zu steuern. Wie aus 2 ersichtlich, umfasst das Motorsystem 200 eine Auspuffumgehungsanordnung 260, wobei ein Umgehungskanal 273 mit einem Abgaskanal 35 stromabwärts einer Emissionssteuervorrichtung 170 gekoppelt ist. In dieser Anordnung kann ein einziges Umleitventil 276 bereitgestellt sein, um die Richtung der Abgasströmung durch den Umgehungskanal zu regeln. In einem Beispiel kann das Umleitventil 276 als Klappenventil (hier auch als Klappenventil 276 bezeichnet) konfiguriert sein, obwohl andere Ventilkonfigurationen ebenfalls verwendet werden können. Durch die Verwendung eines einzigen Klappenventils kann die thermische Masse der Auspuffumgehungsanordnung reduziert werden, wodurch die Wärmerückgewinnung aus dem Abgas (mittels eines Kühlmittels) am Wärmetauscher 274 verbessert wird. Abhängig von Betriebsbedingungen kann ein Teil des Restabgases durch den Umgehungskanal 273 und das AGR-Ventil 52 an den AGR-Kanal 180 und den Einlass des Kompressors 114 umgeleitet werden. Der Umgehungskanal ist mit einem geteilten Wärmetauscher 274 mit zwei oder mehr Abschnitten zur Abgaskühlung ausgestattet. Der erste Abschnitt des Wärmetauschers und der zweite Abschnitt des Wärmetauschers können symmetrisch ausgelegt sein. In einer alternativen Ausführungsform kann der Wärmetauscher asymmetrisch ausgelegt sein, wobei der erste Abschnitt des Wärmetauschers größer als der zweite Abschnitt des Wärmetauschers ist. Alternativ dazu kann der zweite Abschnitt des Wärmetauschers größer als der erste Abschnitt des Wärmetauschers sein.
Abhängig von Motorbetriebsbedingungen kann eine warme oder kalte AGR erwünscht sein. Das Abgas kann durch einen oder beide Abschnitte des geteilten Wärmetauschers 274 strömen, um unterschiedliche Kühlungspegel zu erzielen. Durch Einstellen der Position des Klappenventils 276 und einer Öffnung des AGR-Ventils 52 kann die Abgasströmung durch den Wärmetauscher variiert werden. In einem Beispiel kann, wenn die gewünschte AGR-Temperatur höher als eine Schwellentemperatur ist, Abgas durch den ersten Abschnitt 413 des geteilten Wärmetauschers 274 strömen, bevor es in den AGR-Kanal 180 eintritt. In einem weiteren Beispiel kann, wenn die erforderliche AGR-Temperatur niedriger als die Schwelle ist, Abgas in entgegengesetzten Richtungen durch beide Abschnitte des geteilten Wärmetauschers 274 strömen, bevor es in den AGR-Kanal 180 eintritt. Der Eingang zum AGR-Kanal 180 kann in einer zentralen Region zwischen den beiden Abschnitten des geteilten Wärmetauschers 274 angeordnet sein.
Während das Abgas einen oder beide Abschnitte des Wärmetauschers 274 durchströmt, kann Wärme vom heißen Abgas an ein Kühlmittel übertragen werden, das durch beide Abschnitte des Wärmetauschers 274 zirkuliert. Nach dem Übertragen von Wärme aus dem Abgas an das Kühlmittel kann das erwärmte Kühlmittel zum Heizen eines Zylinderkopfes (wie z. B. wenn eine Motorheizung angefordert wird) und/oder zum Heizen einer Passagierkabine des Fahrzeugs (wie z. B. wenn eine Kabinenheizung angefordert wird) genutzt werden. Alternativ dazu kann, wenn kein Heizbedarf besteht, das erwärmte Kühlmittel zur Wärmeabfuhr an die Atmosphäre durch einen Radiator geströmt werden.
Auf diese Weise kann das Motorsystem 10 angepasst werden, um eine externe Niederdruck(LP)-AGR bereitzustellen, indem Abgas von stromabwärts der Turbine 116 entnommen wird. Das AGR-Ventil 52 kann geöffnet werden, um für die gewünschte Verbrennung eine kontrollierte Menge an gekühltem Abgas zum Kompressoreinlass zu lassen. Das AGR-Ventil 52 kann auch als kontinuierlich variables Ventil konfiguriert sein. In einem alternativen Beispiel kann das AGR-Ventil 52 jedoch als ein Ein/Aus-Ventil konfiguriert sein. Eine detaillierte Beschreibung des Betriebs und der Struktur der Auspuffumgehungsanordnung 260 wird in Bezug auf 4A–4B, 8, 9 und 10 beschrieben. In weiteren Ausführungsformen kann das Motorsystem ein Saugmotor sein, ohne dass ein Turbolader und ein Kompressor vorhanden sind.
4A erläutert die in 2 vorgestellte Auspuffumgehungsanordnung genauer und zeigt eine schematische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform 400 einer Auspuffumgehungsanordnung 260. In einem Beispiel ist die Anordnung 260 eine Ausführungsform der Anordnung 260 aus 2 und kann daher gemeinsame Merkmale und/oder Konfigurationen wie die bereits für die Umgehungsanordnung 260 beschriebenen aufweisen. Die Auspuffumgehungsanordnung 260 ist mit dem Abgaskanal 302 stromabwärts einer Emissionssteuervorrichtung 170 fluidgekoppelt. Wie in Bezug auf 2 beschrieben, können eine oder mehrere Emissionssteuervorrichtungen 170 einen oder mehrere Abgas-Nachbehandlungskatalysatoren umfassen, die konfiguriert sind, um die Abgasströmung katalytisch zu behandeln und dadurch eine Menge einer oder mehrerer Substanzen in der Abgasströmung zu reduzieren.
Abgas, welches vom Motor weg strömt, kann durch die Emissionssteuervorrichtung 170 strömen und die Auspuffumgehungsanordnung 400 erreichen, die weiter stromabwärts entlang des Abgaskanals 302 angeordnet ist. Ein Einlassrohr 410 der Auspuffumgehungsanordnung 400 kann an der Abzweigung 406 (stromabwärts der Emissionssteuervorrichtung 170) auf dem Abgaskanal 302 angeordnet sein.
Ein Klappenventil (ein Ventil) 276 kann mit dem Abgaskanal 302 stromabwärts des Einlassrohrs 410 gekoppelt sein. Das Einlassrohr 410 kann zu einem Umgehungskanal 412 führen, der parallel zum Abgaskanal 302 sein kann. Abhängig von der Richtung der Abgasströmung durch die Auspuffumgehungsanordnung kann das Klappenventil 276 in einer offenen oder geschlossenen Position sein.
Stromabwärts des Einlassrohrs 410, nach dem Klappenventil 276, kann der Umgehungskanal 412 mit einem geteilten Wärmetauscher 274 mit zwei oder mehr Abschnitten zur Kühlung von durch ihn strömendem Abgas ausgestattet sein. Die Kühlabschnitte des Wärmetauschers können eine symmetrische oder asymmetrische Auslegung aufweisen. In diesem Beispiel weist der Wärmetauscher 274 zwei symmetrische Kühlabschnitte 413 beziehungsweise 414 auf. Abhängig von der benötigten AGR-Temperatur kann das Abgas einen oder beide Abschnitte des Wärmetauschers 274 durchströmen. Ein Kühlmittel kann durch beide Abschnitte des Wärmetauschers 274 zirkuliert werden, um das Abgas zu kühlen, bevor das Gas entweder (zur Zufuhr an den Motoransaugkrümmer) in den AGR-Kanal 180 eintritt oder durch das Endrohr 335 in die Atmosphäre entweicht. Durch den Zwischenbereich 415 zwischen den beiden Abschnitten des geteilten Wärmetauschers 274, wo der AGR-Kanal 180 beginnt, fließt kein Kühlmittel. Falls eine schnellere und effektivere Kühlung für die AGR benötigt wird, kann Abgas durch beide Abschnitte des geteilten Wärmetauschers 274 strömen. Wenn eine relativ wärmere AGR benötigt wird, kann das Abgas durch den ersten Abschnitt 412 des geteilten Wärmetauschers 274 strömen. Ein AGR-Ventil 52 kann die Zufuhr von AGR vom Abgaskanal 302 zum Kanal 328, welcher zum Motoransaugkrümmer führt, steuern.
Stromaufwärts des geteilten Wärmetauschers 274 endet der Umgehungskanal 412 in einem Auslassrohr 416, das zurück zum Abgaskanal 302 führt. Das Einlassrohr 410 und das Auslassrohr 416 können in rechten Winkeln zu dem Umgehungskanal 412 und dem Abgaskanal 302 sein. Das Auslassrohr 416 mündet an einer Abzweigung 418, die stromabwärts der Abzweigung 406 und des Klappenventils 276 angeordnet ist, in den Abgaskanal 302. Weiter stromabwärts kann ein Schalldämpfer 172 mit dem Abgaskanal 302 gekoppelt sein. Nach dem Durchströmen des Schalldämpfers 172 kann das Abgas über ein Endrohr 335 in die Atmosphäre freigesetzt werden.
Durch Einstellen der Position der Ventile kann die Auspuffumgehungsanordnung 400 in einem ersten oder einem zweiten Betriebsmodus betrieben werden. An sich stellt ein erster Betriebsmodus eine erste Einstellung des mit dem Hauptabgaskanal 302 gekoppelten Klappenventils 276 dar, die eine Steuerung der Abgasströmung ermöglicht. Im ersten Betriebsmodus kann das Klappenventil 276 in einer offenen Position sein. Es wird darauf hingewiesen, dass verschiedene Funktionsmodi des Motorsystems möglich sind, während die Anordnung im ersten Betriebsmodus betrieben wird, wie z. B. durch Variieren der Öffnung eines AGR-Ventils. Im ersten Betriebsmodus kann aufgrund der Öffnung des ersten Klappenventils 276 eine erste Abgasmenge von der Abzweigung 406 stromabwärts des Abgaskatalysators 170 über das Einlassrohr 410 in die Auspuffumgehung strömen, ohne durch das Ventil 276 zu strömen. Die erste Abgasmenge kann dann durch den Umgehungskanal 412 und in den ersten Abschnitt 413 des geteilten Wärmetauschers 274 nahe dem Einlassrohr 410 strömen. Die erste Abgasmenge kann in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende des Wärmetauschers nahe dem Einlassrohr 410 zum Zwischenbereich 415 des geteilten Wärmetauschers 274) durch den ersten Abschnitt 413 des geteilten Wärmetauschers 274 strömen. Im ersten Betriebsmodus kann eine zweite Abgasmenge von stromabwärts des Abgaskatalysators 170 durch das Ventil 276 hin zum Endrohr 335 strömen. An der Abzweigung 406 (stromaufwärts des Schalldämpfers 172) kann das Abgas über das Auslassrohr 416 (das in diesem Fall als Einlass verwendet wird) in die Auspuffumgehung strömen. Die zweite Abgasmenge kann dann durch den Umgehungskanal 412 und in den zweiten Abschnitt 414 des Wärmetauschers 274 nahe dem Auslassrohr 416 strömen. Die zweite Abgasmenge kann in einer zweiten Richtung (von einem zweiten Ende des Wärmetauschers proximal zum Auslassrohr 416 zum Zwischenbereich 415 des geteilten Wärmetauschers 274) durch den zweiten Abschnitt 413 des geteilten Wärmetauschers 274 strömen. Die erste Menge kann relativ zur zweiten Menge mittels Einstellungen am Klappenventil 276, das in einem Abgaskanal stromabwärts eines Abgaskatalysators 170 gekoppelt ist, eingestellt werden. Einstellungen können vorgenommen werden, indem eine Öffnung des Ventils 276 erhöht wird, um die zweite Menge relativ zur ersten Menge zu erhöhen, und indem die Öffnung des Ventils verringert wird, um die erste Menge relativ zur zweiten Menge zu erhöhen.
Nachdem sie von einem der beiden Abschnitte des geteilten Wärmetauschers 274 gekühlt worden sind, vereinigen sich die erste und die zweite Abgasmenge in einem Zwischenbereich 415. Vom Zwischenbereich 415 kann die AGR durch den AGR-Kanal 180, das AGR-Ventil 52 und den Kanal 428 strömen, bevor sie in den Motoransaugkrümmer eintritt. Eine dritte Abgasmenge kann nicht durch das Einlassrohr 410 und das Auslassrohr 416 in die Auspuffumgehungsanordnung eintreten, und dieser Teil des Abgases kann stromabwärts durch den Hauptabgaskanal 302 strömen. Dieser dritte Teil des Abgases kann durch den Schalldämpfer 172 strömen und ungekühlt über das Endrohr 335 in die Atmosphäre austreten. Der erste Betriebsmodus kann während eines oder mehrerer Funktionsmodi ausgewählt werden, wie z. B. eines ersten Funktionsmodus, in dem eine kalte AGR für Motorbetriebsvorgänge benötigt wird.
Im ersten Funktionsmodus, wenn eine kalte AGR für Motorbetriebsvorgänge benötigt wird, können das AGR-Ventil 52 und die Ansaugdrossel offen gehalten werden. Die Öffnung des AGR-Ventils kann in Reaktion auf eine Zunahme der Motorlast oder eine Abnahme der Motortemperatur erhöht werden, und eine Öffnung des AGR-Ventils kann in Reaktion auf eine Abnahme der Motorlast oder eine Zunahme der Motortemperatur verringert werden. Während Abgas durch beide Abschnitte des geteilten Wärmetauschers 274 strömt, kann das Abgas gekühlt werden, und die Wärme aus dem Abgas kann an ein Kühlmittel übertragen werden. Das Kühlmittel kann durch den Heizkern des Fahrzeugs zirkuliert werden, und danach kann die aus dem Abgas rückgewonnene Wärme für Funktionen wie z. B. Heizen des Zylinderkopfes und Erwärmen der Passagierkabine genutzt werden, wodurch der Motorwirkungsgrad verbessert wird. Unter Umständen, wenn die am geteilten Wärmetauscher 274 rückgewonnene Wärme nicht zum Heizen von Fahrzeugkomponenten benötigt wird, kann die Wärme zur Abfuhr an die Atmosphäre an den Radiator übertragen werden.
Auf diese Weise ist es unter Verwendung beider Abschnitte des geteilten Wärmetauschers 274 möglich, das Abgas effektiver und auf eine niedrige Temperatur zu kühlen. Ebenso kann in diesem Betriebs- und Funktionsmodus Kühlmittel aus den beiden Abschnitten des geteilten Wärmetauschers 274 verwendet werden, um Wärme aus dem Abgas rückzugewinnen, die in anderen Fahrzeugbetriebsvorgängen genutzt werden kann. Ebenso kann dem Motoransaugkrümmer Abgas aus dem Abgaskanal 302 von zwei Aufnahmeorten im Abgaskanal zugeführt werden, wodurch die Verteilung der AGR-Strömung verbessert wird.
4B zeigt eine schematische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Auspuffumgehungsanordnung 400. Die Merkmale der Auspuffumgehungsanordnung 400 werden in Bezug auf 4A beschrieben. In 4B wird ein zweiter Betriebsmodus der Auspuffumgehungsanordnung 160 im Vergleich zum ersten, in 4A beschriebenen Betriebsmodus beschrieben.
An sich stellt der zweite Betriebsmodus eine zweite Einstellung des Klappenventils 276 dar, die eine Steuerung der Abgasströmung ermöglicht. Im zweiten Betriebsmodus kann das Klappenventil 276 in einer geschlossenen Position sein. Ähnlich wie beim ersten Betriebsmodus können verschiedene Funktionsmodi des Motorsystems möglich sein, während die Anordnung im zweiten Betriebsmodus betrieben wird.
Im zweiten Betriebsmodus kann aufgrund des Schließens des Klappenventils 276 das gesamte Abgas durch das Einlassrohr 410 in die Auspuffumgehungsanordnung eintreten und weiter zum Umgehungskanal 412 und dem ersten Kühlabschnitt 413 des geteilten Wärmetauschers 274 strömen. Das Abgas kann in der ersten Richtung (von einem ersten Ende des Wärmetauschers nahe dem Einlassrohr 410 zum Zwischenbereich 415 des geteilten Wärmetauschers 274) durch einen ersten Abschnitt des geteilten Wärmetauschers 274 strömen. Deshalb kann, nachdem es durch den ersten Kühlabschnitt 413 geströmt ist, warmes Abgas in den AGR-Kanal 180 eintreten. Ein Teil des Abgases kann nicht in den AGR-Kanal 180 eintreten und kann durch die beiden Kühlabschnitte 413 und 414 (in einer ersten Richtung vom ersten Ende des Kühlers nahe dem Einlassrohr 410 zum zweiten Ende des Kühlers nahe dem Auslassrohr 416) des geteilten Wärmetauschers 274 strömen und durch das Auslassrohr 416 aus der Auspuffumgehungsanordnung austreten. Ferner kann dieser Teil des Abgases durch den Schalldämpfer 172 strömen und über das Endrohr 335 in die Atmosphäre austreten. Der zweite Betriebsmodus kann während eines oder mehrerer Funktionsmodi ausgewählt werden, wie z. B. eines zweiten Funktionsmodus, in dem eine warme AGR für Motorbetriebsvorgänge benötigt wird.
Im zweiten Funktionsmodus kann eine warme (weniger gekühlte) AGR für Motorbetriebsvorgänge erwünscht sein. Folglich kann das AGR-Ventil 52 geöffnet werden, und die Öffnung des AGR-Ventils kann auf Basis des AGR-Bedarfs erhöht werden. Nachdem es durch den ersten Kühlbereich 413 des geteilten Wärmetauschers 274 geströmt ist, kann Abgas in den AGR-Kanal 180 eintreten und durch das AGR-Ventil 52 und den Kanal 428 strömen, bevor es in den Motoransaugkrümmer eintritt. Im Kühlbereich 413 kann Wärme aus dem Abgas an ein Kühlmittel übertragen werden, und die rückgewonnene Wärme kann, wie zuvor beschrieben (4A), (durch ein zirkulierendes Kühlmittel) zur weiteren Nutzung auf den Heizkern und/oder zur Abfuhr an den Radiator übertragen werden.
In einem Beispiel kann die Kühlmitteltemperatur verwendet werden, um die Auswahl zwischen den beiden Betriebsmodi der Auspuffumgehungsanordnung zu bestimmen. Falls die Kühlmitteltemperatur über einer Schwellentemperatur ist, kann der erste Betriebsmodus nicht verwendet werden, da eine höhere Kühllast ein Sieden des Kühlmittels bewirken kann. Ebenso kann, falls der Wärmebedarf der Fahrzeugkabine und/oder anderer Teile des Fahrzeugs niedrig ist, der zweite Betriebsmodus verwendet werden, in dem weniger Wärme aus der AGR rückgewonnen wird (wobei die AGR einen Bereich des geteilten Wärmetauschers 274 durchströmt).
In einem weiteren Beispiel kann in einem dritten Funktionsmodus keine AGR vom Motor benötigt werden, z. B. beim Kaltstart. In diesem Fall kann, abhängig von der Kühlmitteltemperatur und dem Wärmebedarf des Fahrzeugs (wie z. B. dem Kabinenheizbedarf), die Auspuffumgehungsanordnung in einem aus dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus betrieben werden. Falls die Kühlmitteltemperatur hoch und/oder der Wärmebedarf des Fahrzeugs niedrig ist, kann der erste Betriebsmodus verwendet werden. Im ersten Betriebsmodus ist das Klappenventil 276 in einer offenen Position, und in diesem Fall ist das AGR-Ventil geschlossen, sodass ein großer Teil des Abgases nicht in die Auspuffumgehungsanordnung eintreten und direkt stromabwärts über den Abgaskanal 302 hin zum Endrohr 335 strömen kann (um in die Atmosphäre auszutreten). Ein kleiner Teil des Abgases kann durch das Einlassrohr 410 in die Auspuffumgehungsanordnung strömen und beide Abschnitte des geteilten Wärmetauschers 274 durchströmen, bevor er über das Auslassohr 416 zum Abgaskanal zurückkehrt. Falls die Kühlmitteltemperatur niedrig ist und/oder der Wärmebedarf des Fahrzeugs hoch ist, kann der zweite Betriebsmodus verwendet werden. Im zweiten Betriebsmodus ist das Klappenventil 276 in einer geschlossenen Position, und in diesem Fall ist auch das AGR-Ventil geschlossen. Das Abgas kann nicht stromabwärts über den Abgaskanal 302 am geschlossenen Klappenventil 276 vorbeiströmen. Das gesamte Abgas kann durch das Einlassrohr 410 in die Auspuffumgehungsanordnung strömen und beide Abschnitte des geteilten Wärmetauschers 274 durchströmen, bevor es über das Auslassrohr 416 zum Abgaskanal zurückkehrt. Auf diese Weise kann mittels eines Kühlmittels an beiden Abschnitten des geteilten Wärmetauschers Wärme rückgewonnen werden, die für die zuvor erwähnten Zwecke genutzt werden kann.
Unter hohen Lastbedingungen kann das Klappenventil 276 auf dem Abgaskanal 302 in einer offenen Position gehalten werden. Unter solchen Bedingungen kann eine große Abgasmenge aufgrund des hohen Gegendrucks direkt über das Endrohr 335 in die Atmosphäre austreten, ohne in die Auspuffumgehungsanordnung einzutreten, wodurch ein Sieden des Kühlmittels im Wärmetauscher 274 verhindert wird.
1, 2, 3A–3B und 4A–4B zeigen beispielhafte Konfigurationen einer Auspuffumgehungsanordnung mit einer relativen Positionierung der verschiedenen Komponenten. Wenn diese so gezeigt werden, dass sie miteinander in direktem Kontakt oder direkt miteinander gekoppelt sind, dann können solche Elemente zumindest in einem Beispiel als in direktem Kontakt beziehungsweise direkt gekoppelt bezeichnet werden. Auf ähnliche Weise können Elemente, die als aneinander angrenzend oder zueinander benachbart gezeigt werden, zumindest in einem Beispiel aneinander angrenzen beziehungsweise zueinander benachbart sein. Als ein Beispiel können Komponenten, die so in physischem Kontakt sind, dass sie eine gemeinsame Seite aufweisen, als in gemeinsamem Seitenkontakt bezeichnet werden. Als ein weiteres Beispiel können Elemente, die voneinander beabstandet positioniert sind, wobei lediglich ein Abstand, jedoch keine anderen Komponenten zwischen ihnen sind, in zumindest einem Beispiel als solche bezeichnet werden.
5 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren 500, das zum Einstellen der Abgasströmung durch die Auspuffumgehungsanordnung aus 1 implementiert werden kann. Befehle zum Durchführen des Verfahrens 500 und der hier umfassten, restlichen Verfahren können von einer Steuereinheit auf Basis von Befehlen, die in einem Speicher der Speichereinheit gespeichert sind, und in Verbindung mit Signalen, die von Sensoren des Motorsystems wie z. B. den oben unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschriebenen empfangen werden, ausgeführt werden. Die Steuereinheit kann Motoraktuatoren des Motorsystems einsetzen, um den Motorbetrieb gemäß den unten beschriebenen Verfahren einzustellen.
Bei 502 umfasst die Routine das Schätzen und/oder Messen aktueller Motorbetriebsbedingungen. Untersuchte Bedingungen können zum Beispiel die Motortemperatur, die Motorlast, die Motordrehzahl, das Krümmervakuum, die Drosselposition, den Abgasdruck, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis etc. umfassen.
Bei 504 umfasst die Routine das Feststellen, ob der Fahrzeugmotor unter Kaltstartbedingungen betrieben wird. Eine Motor-Kaltstartbedingung kann vorliegen, wenn der Motor nach einem längeren Zeitraum der Nichtinbetriebnahme des Motors gestartet wird, wenn die Motortemperatur niedriger als eine Schwelle ist (wie z. B. unter einer Abgaskatalysator-Anspringtemperatur) und während die Umgebungstemperaturen unter einer Schwelle sind.
Unter Kaltstartbedingungen wird vom Motor möglicherweise keine Abgasrückführung (AGR) gewünscht. Daher geht die Routine, falls Motorkaltstartbedingungen vorliegen, zu 508 über, um das Auspuffumgehungssystem im ersten Betriebsmodus zu betreiben. Das Betreiben im ersten Modus, wie in Bezug auf 3A beschrieben, umfasst das Bewegen des ersten Klappenventils oder Ventil_1 (wie z. B. des ersten Klappenventils 176 in 3A), das am Abgaskanal angeordnet ist, zu einer geschlossenen Position, während das zweite Klappenventil oder Ventil_2 (wie z. B. das zweite Klappenventil 178 in 3A), das im Umgehungskanal angeordnet ist, zu einer offenen Position bewegt wird. Darüber hinaus kann, da eine AGR während des Motorkaltstarts nicht erwünscht ist, das AGR-Ventil bei 510 geschlossen werden, wodurch die Abgasströmung vom Abgaskanal zum Motoransaugkrümmer abgestellt wird.
Bei 512 kann durch das Versetzen der Auspuffumgehungsanordnung in den ersten Betriebsmodus Abgas von stromabwärts eines Abgaskatalysators in die Auspuffumgehung und danach durch ein erstes Ende des Wärmetauschers nahe dem Abgaskatalysator zu einem zweiten Ende des Wärmetauschers nahe dem Endrohr geströmt werden. Anders ausgedrückt kann Abgas durch ein Einlass-(erstes)Rohr (wie z. B. das Rohr 310 in 3A) in die Auspuffumgehungsanordnung eintreten und durch den Umgehungskanal hin zu einem Wärmetauscher (wie z. B. dem Wärmetauscher 174 in 3A) und danach weiter über das Auspuff-Endrohr in die Atmosphäre strömen. Das Abgas kann in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende des Wärmetauschers nahe dem Einlassrohr zum zweiten Ende des Wärmetauschers nahe dem Auslassrohr) durch den Wärmetauscher strömen. Da das AGR-Ventil geschlossen ist, kann Abgas nicht über einen AGR-Kanal hin zum Motoransaugkrümmer strömen. Bei 514 wird Abgaswärme am Wärmetauscher rückgewonnen. Insbesondere wird Wärme aus dem Abgas an ein Kühlmittel übertragen, das durch den Wärmetauscher zirkuliert. Indem die Wärme an einem Ort stromabwärts des Abgaskatalysators vom Abgas an das Kühlmittel übertragen wird, kann Abgaswärme, die nach dem Heizen des Abgaskatalysators übrig bleibt, vorteilhaft genutzt werden, um das Kühlmittel zu erwärmen, das durch den Wärmetauscher zirkuliert. Infolgedessen wird das den Wärmetauscher verlassende Abgas abgekühlt.
Bei 516 kann das Kühlmittel, das durch die am Wärmetauscher übertragene Wärme erwärmt wurde, zu einem Heizkern zirkuliert werden, sodass es während des Motorkaltstarts zum Heizen anderer Komponenten des Fahrzeugs wie z. B. eines Zylinderkopfes, eines Motorblocks und eines Fahrzeugkabinenraums genutzt werden kann. Bei 518 umfasst das Verfahren das Übertragen von Wärme vom Heizkern auf ein oder mehrere Fahrzeugkomponenten auf Basis eines Fahrzeug-Wärmebedarfs. Im Falle des Kaltstarts kann die Fahrzeugkabinentemperatur niedrig sein, und eine Kabinenheizung kann benötigt werden. Daher kann auf Basis des Kabinenheizbedarfs wie z. B. von einem Fahrzeugbetreiber angefordert (z. B. auf Basis einer Kabinentemperatureinstellung) Wärme vom Heizkern an die Kabine übertragen werden. Zum Beispiel kann Luft über den Heizkern in die Kabine gesaugt werden, wodurch eine Erwärmung der Kabine ermöglicht wird. Nachdem der Kabinenheizbedarf erfüllt worden ist, kann das erwärmte Kühlmittel auch an einen Motorblock und einen Zylinderkopf zirkuliert werden, um die Motortemperaturen zu erhöhen, wodurch das Motorleistungsverhalten unter kalten Bedingungen verbessert wird.
Zu 506 zurückkehrend, geht die Routine zu 520 über, falls keine Kaltstartbedingungen vorliegen und der Fahrzeugmotor ausreichend warm ist. Bei 520 umfasst die Routine das Feststellen, ob eine heiße AGR erwünscht ist, auf Basis von Motorbetriebsbedingungen einschließlich der Motortemperatur. In einem Beispiel kann, falls die Motortemperatur über einer Schwelle ist, festgestellt werden, dass eine heiße AGR vom Motor gewünscht wird. Dementsprechend kann das Auspuffumgehungssystem bei 522, wie unter Bezugnahme auf 3B beschrieben, im zweiten Betriebsmodus betrieben werden. Insbesondere kann das erste Klappenventil oder Ventil_1 (wie z. B. das erste Klappenventil 176 in 3A), das auf dem Abgaskanal angeordnet ist, in der geschlossenen Position gehalten werden, während das zweite Klappenventil oder Ventil_2 (wie z. B. das zweite Klappenventil 178 in 3A), das im Umgehungskanal angeordnet ist, in der offenen Position gehalten wird.
Bei 524 umfasst die Routine das Bestimmen einer Menge an benötigter heißer AGR. Die Menge heißer AGR, die vom Motor gewünscht wird, kann von Motorbetriebsbedingungen wie z. B. der Motorlast, der Motortemperatur, der Motordrehzahl etc. abhängig sein. Das Verfahren umfasst bei 526 das Einstellen einer Öffnung des AGR-Ventils auf Basis des Bedarfs an heißer AGR, um eine kontrollierte Menge von heißem Abgas für ein gewünschtes Verbrennungs- und Emissionssteuerleistungsverhalten zum Ansaugkrümmer zu lassen. In einem Beispiel, in dem das AGR-Ventil ein kontinuierlich variables Ventil ist, kann ein Öffnungsgrad des Ventils erhöht werden. In einem alternativen Beispiel, in dem das AGR-Ventil als Ein/Aus-Ventil konfiguriert ist, kann das AGR-Ventil in eine offene Position gebracht werden. Beim Öffnen des AGR-Ventils bei 528 umfasst das Verfahren das Strömen von Abgas vom Abgaskrümmer über die Auspuffumgehungsanordnung in den AGR-Kanal stromaufwärts und unter Umgehung des Wärmetauschers. Auf diese Weise kann heißes Niederdruck-Abgas dem Motoransaugkrümmer von stromabwärts der Turbine im Abgaskanal zugeführt werden, ohne einen AGR-Kühler zu durchströmen. Es wird darauf hingewiesen, dass ein kleiner Teil des Abgases auf Basis des Ansaugkrümmervakuums und der Abgaskrümmer-Druckwerte weiter stromabwärts durch den Umgehungskanal strömen, den Wärmetauscher und das Auslassrohr durchströmen und durch das Endrohr in die Atmosphäre austreten kann.
Zu 520 zurückkommend kann, falls keine heiße AGR benötigt wird, der Schluss gezogen werden, dass Bedingungen für das Bereitstellen einer gekühlten AGR vorliegen. An sich kann eine gekühlte AGR über ein breites Spektrum aufgewärmter Motorbetriebsbedingungen bereitgestellt werden, um die NO_x-Emissionen zu reduzieren und die Kraftstoffeffizienz zu verbessern. Falls bei 530 gekühlte AGR-Bedingungen vorliegen, umfasst das Verfahren das Betreiben des Auspuffumgehungssystems im zweiten Betriebsmodus, wie unter Bezugnahme auf 3B beschrieben. Insbesondere kann das erste Klappenventil oder Ventil_1 (wie z. B. das erste Klappenventil 176 in 3B), das im Abgaskanal angeordnet ist, in eine offene Position gebracht werden, während das zweite Klappenventil oder Ventil_2 (wie z. B. das zweite Klappenventil 178 in 3B), das im Umgehungskanal angeordnet ist, in eine geschlossene Position geschoben werden kann.
Bei 532 umfasst die Routine das Bestimmen eines Bedarfs des Motors an gekühlter LP-AGR. Als ein Beispiel kann die Steuereinheit den Wert aus einer Nachschlagtabelle abrufen, die Angaben über die Motordrehzahl und -last enthält. Das Verfahren umfasst bei 534, auf Basis des bestimmten AGR-Bedarfs des Motors die Öffnung des AGR-Ventils zu erhöhen, um für das erwünschte Verbrennungs- und Emissionssteuerleistungsverhalten eine kontrollierte Menge an kaltem Abgas zum Ansaugkrümmer zu lassen. Zum Beispiel kann die Steuereinheit ein Signal senden, um einen Aktuator zu betätigen, der mit dem AGR-Ventil gekoppelt ist, wobei der Aktuator das AGR-Ventil hin zur offenen Position bewegt. Durch das Betreiben der Auspuffumgehungsanordnung im zweiten Modus umfasst das Verfahren bei 536 das Strömen von Abgas von stromabwärts des Abgaskatalysators entlang dem Hauptabgaskanal hin zum Endrohr und danach das Strömen von stromaufwärts des Endrohr-Auspuffs in das zweite Ende des Wärmetauschers, danach durch das erste Ende des Wärmetauschers über einen AGR-Kanal an die Motoransaugung. Das Abgas kann stromabwärts durch den Abgaskanal am ersten Klappenventil vorbeiströmen und über ein zweites Rohr (wie z. B. das Rohr 310 in 3B), das stromabwärts des ersten Rohrs angeordnet ist, in die Auspuffumgehungsanordnung eintreten. In diesem Beispiel kann Abgas im zweiten Modus durch den Wärmetauscher in einer zweiten Richtung (von einem zweiten Ende des Wärmetauschers nahe dem Auslassrohr zum ersten Ende des Wärmetauschers nahe dem Einlassrohr) geströmt werden. Auf diese Weise kann Abgas abhängig vom Betriebsmodus sowohl in eine Vorwärts- als auch in eine Rückwärtsrichtung durch den Wärmetauscher strömen. Während das Abgas den Wärmetauscher durchströmt, kann die Wärme aus dem Abgas an ein Kühlmittel übertragen werden, das durch den Wärmetauscher zirkuliert. Durch das Übertragen der Wärme vom Abgas auf das Kühlmittel wird Abgaswärme rückgewonnen und kann verwendet werden, um einen anderen Fahrzeugheizbedarf zu decken, wie z. B. die Kabinenheizung.
Die Öffnung des Paars von Klappenventilen und des AGR-Ventils kann geregelt werden, um die Abgasströmung durch den Umgehungskanal und den Wärmetauscher zu steuern. Ein Teil des Abgases kann nicht in die Auspuffumgehungsanordnung eintreten und kann stromabwärts durch den Hauptabgaskanal strömen und kann über das Endrohr in die Atmosphäre austreten.
Da vom Motor eine kalte AGR benötigt wird, kann das AGR-Ventil in einer offenen Position gehalten werden. Zu 538 übergehend, kann das gekühlte Abgas nach dem Durchlaufen des Wärmetauschers in den AGR-Zufuhrkanal eintreten, der zum Motoransaugkrümmer führt. Auf diese Weise kann kaltes Niederdruckabgas von stromabwärts einer Turbine im Abgaskanal dem Motoransaugkrümmer zugeführt werden.
Bei 540 kann die am Wärmetauscher mittels des Kühlmittels aus dem Abgas rückgewonnene Wärme genutzt werden, um andere Komponenten des Fahrzeugs zu heizen. Zum Beispiel kann das erwärmte Kühlmittel, das die thermische Energie aus dem Abgas enthält, vom Wärmetauscher an einen Fahrzeug-Heizkern zirkuliert werden, von wo die Wärme zur Kabinenheizung an Luft übertragen wird, die durch den Heizkern strömt. Falls von keiner Komponente des Fahrzeugs Wärme benötigt wird, zum Beispiel falls die Fahrzeugkabinentemperatur ausreichend hoch ist und kein weiterer Bedarf an Kabinenheizung besteht, kann das Kühlmittel durch einen Fahrzeugradiator zirkuliert werden, von wo die Wärme an die Atmosphäre abgeführt werden kann. Auf diese Weise kann ein einziger Wärmetauscher verwendet werden, um eine AGR zu kühlen und Wärme aus Abgas zu extrahieren.
6 ist eine Tabelle 600, die beispielhafte Betriebsmodi des Motors und des Wärmetauschersystems (Auspuffumgehungssystems) aus 1 zeigt. Eine Motorsteuereinheit kann einen der Betriebsmodi (Funktionsmodus) auf Basis von Motorbedingungen und eines Heizbedarfs auswählen. Auf Basis des ausgewählten Betriebsmodus kann die Position eines Abgasrückführungs(AGR)-Ventils und dualer (gekoppelter) Klappenventile (eines Ventilsystems) geregelt werden, um die Abgasströmung durch einen Wärmetauscher und/oder durch einen AGR-Zufuhrkanal zu steuern. Das Abgasventilsystem umfasst die dualen Klappenventile (wie in 1 beschrieben) und kann in einem aus einem ersten und einem zweiten Modus betrieben werden. Im ersten Ventilsystemmodus kann das (mit dem Hauptabgaskanal gekoppelte) Klappenventil_1 in einer geschlossenen Position sein, und das (mit dem Umgehungskanal gekoppelte) Klappenventil_2 kann in einer offenen Position sein. Im zweiten Ventilsystemmodus kann das Klappenventil_1 in einer offenen Position sein, und das Klappenventil_2 kann in einer geschlossenen Position sein.
In einem Beispiel kann die Steuereinheit das AGR-Ventil und das Abgasventilsystem in einem ersten Motorbetriebsmodus betreiben, wie z. B. unter einer Kaltstartbedingung, wenn die Motortemperatur und die Fahrzeugtemperatur niedrig sind. Während der niedrigen Motortemperaturbedingungen (unterhalb einer Schwelle), kann keine AGR im Ansaugkrümmer benötigt werden. Deshalb kann das AGR-Ventil in diesem Modus in einer geschlossenen Position sein. Im ersten Motorbetriebsmodus kann das Abgasventilsystem im ersten Modus betrieben werden, wobei das erste Klappenventil (Ventil_1) geschlossen und das zweite Klappenventil (Ventil_2) offen ist. Im ersten Betriebsmodus kann Abgas aus dem Abgaskanal durch ein Einlass-(erstes)Rohr in die Auspuffumgehungsanordnung eintreten und durch den Umgehungskanal hin zu einem Wärmetauscher strömen. Das Abgas kann in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende des Wärmetauschers nahe dem Einlassrohr zum zweiten Ende des Wärmetauschers nahe dem Auslassrohr) strömen. Da das AGR-Ventil geschlossen ist, kann Abgas durch den Wärmetauscher strömen, während es einen AGR-Kanal umgeht. Anders ausgedrückt umfasst das Strömen von Abgas in einer ersten Richtung durch den Wärmetauscher, dass Abgas an einem ersten Ende in den Wärmetauscher eintritt und an einem zweiten, entgegengesetzten Ende austritt. Die Wärme aus dem Abgas kann an ein Kühlmittel übertragen werden, das durch den Wärmetauscher zirkuliert. Nachdem es den Wärmetauscher durchströmt hat, kann das Abgas über ein Auslass-(zweites)Rohr zum Abgaskanal zurückkehren und durch ein Endrohr in die Atmosphäre austreten. Am Wärmetauscher rückgewonnene Wärme aus dem Abgas kann zur Nutzung in Fahrzeugkomponenten durch den Fahrzeugheizkern zirkuliert werden. In einem Beispiel kann rückgewonnene Wärme aus dem Abgas verwendet werden, um die Passagierkabine unter solchen Kaltstartbedingungen zu heizen.
In einem weiteren Beispiel kann die Steuereinheit das AGR-Ventil und das Abgasventilsystem in einem zweiten Motorbetriebsmodus betreiben, wenn keine AGR vom Motor benötigt wird, wie z. B. unter hohen Motorlastbedingungen. Während dieser Zeit kann die Motor- und die Fahrzeugpassagierkabinentemperatur hoch sein und eine Übertragung von Wärme aus dem Abgas auf den Heizkern kann nicht erforderlich sein. In diesem zweiten Motorbetriebsmodus kann das AGR-Ventil in einer geschlossenen Position gehalten werden. Das Ventilsystem kann auch im ersten Modus betrieben werden, wobei das Ventil_1 geschlossen und das Ventil_2 offen ist. Abgas aus dem Abgaskanal kann durch das erste Rohr in die Auspuffumgehungsanordnung eintreten und durch den Umgehungskanal hin zu einem Wärmetauscher strömen. Das Abgas kann in der ersten Richtung durch den Wärmetauscher strömen. Da der Motor keine AGR benötigt und das AGR-Ventil geschlossen ist, kann Abgas nicht durch einen AGR-Kanal hin zum Motoransaugkrümmer strömen. Die Wärme aus dem Abgas kann an ein Kühlmittel übertragen werden, das durch den Wärmetauscher zirkuliert. Nachdem es den Wärmetauscher durchströmt hat, kann das Abgas über ein zweites Rohr zum Abgaskanal zurückkehren und durch ein Endrohr in die Atmosphäre austreten. Da keine Wärme zum Heizen irgendeiner Fahrzeugkomponente benötigt wird, kann das die Wärme enthaltende Kühlmittel zur Abfuhr an die Atmosphäre durch einen Fahrzeugradiator zirkuliert werden.
In noch einem weiteren Beispiel kann die Steuereinheit das AGR-Ventil und das Abgasventilsystem in einem dritten Motorbetriebsmodus betreiben, wenn eine heiße AGR für für Motorbetriebsvorgänge erwünscht ist, wie z. B. bei niedriger Motortemperatur und niedrigen Motorlastbedingungen. Deshalb kann das AGR-Ventil in diesem Modus in eine offene Position gebracht werden. Die Öffnung des AGR-Ventils kann geregelt werden, um eine kontrollierte Menge an heißem Abgas zum Ansaugkrümmer zu lassen. Das Ventilsystem kann im ersten Modus betrieben werden, wobei Ventil_1 geschlossen und das Ventil_2 offen ist. Abgas aus dem Abgaskanal kann durch das erste Rohr in die Auspuffumgehungsanordnung eintreten und durch den Umgehungskanal hin zum Eingang des AGR-Kanals strömen. Abhängig vom Öffnungsgrad des AGR-Ventils kann eine erste Menge an heißem Abgas durch den AGR-Kanal und das AGR-Ventil hin zum Motoransaugkrümmer strömen. In diesem Modus strömt Abgas, das in den AGR-Kanal eintritt (erste Menge), nicht durch den Wärmetauscher. Daher kann während der Zufuhr heißer AGR vom Abgaskanal zum Ansaugkrümmer, keine Wärme aus der ersten Abgasmenge (am Wärmetauscher) rückgewonnen werden. Eine zweite Menge an Abgas kann nicht durch den AGR-Kanal eintreten und kann stromabwärts (in der ersten Richtung) durch den Wärmetauscher strömen, bevor sie aus der Auspuffumgehungsanordnung austritt. Die Wärme aus der zweiten Abgasmenge kann an ein Kühlmittel übertragen werden, das durch den Wärmetauscher zirkuliert. Abhängig vom Bedarf kann die Wärme an jeden aus dem Heizkern und dem Radiator übertragen werden.
In einem weiteren Beispiel kann die Steuereinheit das AGR-Ventil und Abgasventilsystem in einem vierten Motorbetriebsmodus betreiben, wenn eine kalte AGR für Motorbetriebsvorgänge erwünscht ist, wie z. B. bei hoher Motortemperatur und niedrigen Motorlastbedingungen. Deshalb kann das AGR-Ventil in diesem Modus in einer offenen Position gehalten werden. Die Öffnung des AGR-Ventils kann geregelt werden, um eine kontrollierte Menge an kaltem Abgas zum Ansaugkrümmer zu lassen. Das Ventilsystem kann im zweiten Modus betrieben werden, wobei Ventil_1 offen und das Ventil_2 geschlossen ist. Die Öffnung der Klappenventile und des AGR-Ventils kann geregelt werden, um die in die Umgehungsanordnung eintretende Abgasmenge im Vergleich zur stromabwärts durch den Hauptabgaskanal strömenden Abgasmenge zu bestimmen. Eine erste Abgasmenge aus dem Abgaskanal kann durch das zweite Rohr in die Auspuffumgehungsanordnung eintreten und durch den Umgehungskanal hin zum Wärmetauscher strömen. Das Abgas kann in einer zweiten Richtung (von einem zweiten Ende des Wärmetauschers nahe dem Auslassrohr zum ersten Ende des Wärmetauschers nahe dem Einlassrohr) durch den Wärmetauscher strömen. Nachdem es durch den Wärmetauscher geströmt ist, kann das kalte Abgas durch den AGR-Kanal und das AGR-Ventil hin zum Motoransaugkrümmer strömen. Die Wärme aus dem Abgas kann an ein Kühlmittel übertragen werden, das durch den Wärmetauscher zirkuliert. Auf Basis des Bedarfs kann am Wärmetauscher aus dem Abgas rückgewonnene Wärme entweder zur Nutzung in anderen Fahrzeugkomponenten durch den Fahrzeugheizkern zirkuliert oder zur Abfuhr an die Atmosphäre an einen Fahrzeugradiator übertragen werden. Eine zweite Menge des Abgases kann nicht in die Auspuffumgehungsanordnung eintreten, sondern kann stromabwärts durch den Abgaskanal hin zum Endrohr strömen, um in die Atmosphäre auszutreten.
Auf diese Weise können duale Klappenventile verwendet werden, um die Abgasströmung in entgegengesetzten Richtungen durch den Wärmetauscher zu regeln. Ein einziger Aktuator kann verwendet werden, um den Betrieb der dualen Klappenventile zu steuern. Ein einziger Wärmetauscher kann effektiv zur AGR-Kühlung und Wärmerückgewinnung von Wärme aus dem Abgas verwendet werden.
7 zeigt einen beispielhaften Betriebsablauf 700, der den Betrieb der Auspuffumgehungsanordnung aus 1 veranschaulicht. Die Richtung der Abgasströmung durch einen Wärmetauscher und die Abgasrückführungs(AGR)-Zufuhr werden auf Basis von Motorbetriebsvorgängen bestimmt. Die horizontale (x-)Achse gibt die Zeit an, und die vertikalen Markierungen t1–t3 kennzeichnen wichtige Zeitpunkte während des Betriebs des Auspuffumgehungsanordnungssystems.
Der erste Graph (Kurve 702) von oben zeigt die Schwankung der Motordrehzahl im zeitlichen Verlauf. Der zweite Graph (Kurve 704) zeigt den AGR-Bedarf des Motors für ein erwünschtes Verbrennungs- und Emissionssteuerleistungsverhalten. Der AGR-Bedarf kann von Motorbetriebsbedingungen abhängen, z. B. der Motorlast, der Motordrehzahl, der Motortemperatur etc. Der dritte Graph (Kurve 706) zeigt die Schwankung der Fahrzeugkabinentemperatur im zeitlichen Verlauf. Der vierte Graph (Kurve 708) gibt das Öffnen oder Schließen eines ersten Klappenventils (Ventil 1) an, das auf dem Abgaskanal angeordnet ist. Der fünfte Graph (Kurve 710) gibt das Öffnen oder Schließen eines zweiten Klappenventils (Ventil 2) an, das auf der Auspuffumgehungsanordnung angeordnet ist. Die beiden Klappenventile können von einem einzigen Aktuator gesteuert werden. Der sechste und letzte Graph (Kurve 712) zeigt die Schwankung der Radiatorlüfterdrehzahl im zeitlichen Verlauf. Je höher die Radiatorlüfterdrehzahl, desto größer die vom Radiator an die Atmosphäre abgeführte Wärmemenge.
Vor dem Zeitpunkt t1 startet der Motor aus dem Ruhezustand nach einem Zeitraum der Nichtinbetriebnahme, währenddessen das Fahrzeug nicht unter Verwendung des Motors angetrieben wurde. Der Motor kann unter Kaltstartbedingungen bei niedriger Motortemperatur starten. Wie aus dem ersten Graphen (Kurve 702) ersichtlich, ist die Motordrehzahl niedrig, wenn der Motor startet, und die Motordrehzahl erhöht sich allmählich auf einen konstanten Pegel. Unter Kaltstartbedingungen kann der Motor keine AGR wünschen, weshalb der Graph 704 einen geringen oder keinen AGR-Durchfluss vom Abgaskanal zum Motoransaugkrümmer zeigt. Während das Fahrzeug angelassen wird, kann die Fahrzeugkabinentemperatur niedrig sein, da die Kabinenheizung möglicherweise vor dem Anlassen des Motors nicht in Betrieb war. Die Fahrzeugkabinentemperatur kann sich im Laufe der Zeit allmählich erhöhen, während der Kabine Wärme vom Fahrzeugheizkern zugeführt wird. Während dieses Zeitraums kann, da für Motorbetriebsvorgänge keine AGR erwünscht ist, Ventil 1 (das mit dem Hauptabgaskanal gekoppelte Klappenventil) in einem geschlossenen Zustand gehalten werden, und Ventil 2 (das mit dem Auspuffumgehungskanal gekoppelte Klappenventil) kann in einem offenen Zustand gehalten werden. In diesem Modus (dem in Bezug auf 3A beschriebenen ersten Betriebsmodus) kann Abgas aus dem Abgaskanal in eine Auspuffumgehungsanordnung eintreten, nachdem es eine Emissionssteuervorrichtung durchströmt hat. Das AGR-Ventil ist in einer geschlossenen Position und verhindert, dass irgendein Abgas in den Abgaszufuhrkanal eintritt. Ein Wärmetauscher kann mit einem Auspuffumgehungskanal gekoppelt sein. Während das Abgas den Wärmetauscher durchströmt, kann Wärme aus dem Abgas vom Abgas an ein Kühlmittel übertragen werden, das durch den Wärmetauscher zirkuliert. Nachdem es den Wärmetauscher durchströmt hat, kann das gekühlte Abgas aus der Auspuffumgehungsanordnung austreten. Das Abgas kann einen Schalldämpfer durchströmen, der mit dem Abgaskanal gekoppelt ist, und durch ein Auspuff-Endrohr in die Atmosphäre austreten.
Die am Wärmetauscher rückgewonnene Wärme aus dem Abgas kann genutzt werden, um eine Heizung für die Fahrzeugkabine und/oder eine Vielzahl von Fahrzeugkomponenten, z. B. einen Zylinderkopf, bereitzustellen. Das Kühlmittel aus dem Wärmetauscher kann zur Nutzung für die Heizung anderer Fahrzeugkomponenten vom Wärmetauscher an den Fahrzeugheizkern zirkuliert werden. In diesem Beispiel kann, da die Fahrzeugkabinentemperatur vor t1 niedrig ist, die rückgewonnene Wärme aus dem Abgas zum Heizen der Kabine auf eine angenehme Temperatur genutzt werden, wie vom Benutzer gewünscht. Wenn sie nicht benötigt wird, um eine beliebige andere Fahrzeugkomponente zu heizen, kann (am Wärmetauscher) rückgewonnene Wärme aus dem Abgas auch zur Abfuhr an die Atmosphäre an den Fahrzeugradiator übertragen werden. Da die Fahrzeugkabine während dieses Zeitraums eine Heizung wünschen kann, kann rückgewonnene Wärme zur Nutzung für die Kabinenheizung vom Wärmetauscher gänzlich an den Heizkern übertragen werden. Wenig oder keine Wärme kann über den Radiator an die Atmosphäre abgeführt werden. Deshalb kann die Radiatorlüfterdrehzahl vor dem Zeitpunkt t1 niedrig sein.
Nach dem Zeitpunkt t1 ist die Motordrehzahl hoch, und vom Motor kann keine AGR gewünscht werden. Dadurch kann das AGR-Ventil zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 in einer geschlossenen Position gehalten werden, und es kann einen geringen oder keinen AGR-Durchfluss vom Abgaskanal an den Motoransaugkrümmer geben. Während dieses Zeitraums kann Ventil 1 weiterhin in einer geschlossenen Position gehalten werden und Ventil 2 in einer offenen Position sein. Wie für Zeiten vor t1 ersichtlich, kann während dieses Modus Abgas aus dem Abgaskanal in eine Auspuffumgehungsanordnung eintreten und in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende des Wärmetauschers nahe dem Einlassrohr zum zweiten Ende des Wärmetauschers nahe dem Auslassrohr) durch einen Wärmetauscher strömen. Wärme aus dem Abgas kann an ein Kühlmittel übertragen werden, das durch den Wärmetauscher zirkuliert. Nachdem es den Wärmetauscher durchströmt hat, kann das gekühlte Abgas zum Abgaskanal zurückkehren und durch ein Auspuff-Endrohr in die Atmosphäre austreten.
Während dieses Zeitraums hat sich die Kabinentemperatur möglicherweise nicht auf einen angenehmen Pegel stabilisiert, weshalb weiterhin Wärme für Kabinenheizzwecke benötigt werden kann. Am Wärmetauscher mittels eines Kühlmittels rückgewonnene Wärme aus dem Abgas kann zur Nutzung beim Heizen der Kabine und/oder anderer Fahrzeugkomponenten an den Heizkern übertragen werden. Während dieses Zeitraums kann am Wärmetauscher rückgewonnene Wärme hauptsächlich (zur Kabinenheizung) an den Heizkern und nicht (zur Abfuhr an die Atmosphäre) an den Radiator übertragen werden, und deshalb kann die Radiatorlüfterdrehzahl niedrig sein.
Im Laufe der Zeit kann sich die Fahrzeugkabinentemperatur (Kurve 706) auf einen vom Betreiber gewünschten Pegel stabilisieren, und der Wärmebedarf für die Kabinenheizung kann abnehmen. In diesem Beispiel kann nahe dem Zeitpunkt t2 die gesamte, aus dem Abgas rückgewonnene Wärme nicht vom Heizkern benötigt werden, um Fahrzeugkomponenten zu heizen. Ein bedeutender Teil der Wärme kann zur Abfuhr an die Atmosphäre an den Radiator übertragen werden.
Zum Zeitpunkt t2 gibt es eine Abnahme der Motordrehzahl. Dies kann auf eine niedrigere Motorlast zurückzuführen sein. Zu diesem Zeitpunkt kann eine kalte AGR vom Motor gewünscht sein. Um dem Motoransaugkrümmer eine kalte AGR aus dem Abgaskanal zuzuführen, kann Ventil 1 geöffnet sein und Ventil 2 geschlossen sein. In diesem Modus (zweiter Betriebsmodus, wie in Bezug auf 3A beschrieben) kann Abgas aus dem Abgaskanal, nachdem es eine Emissionssteuervorrichtung durchströmt hat, weiter am Ventil 1 vorbeiströmen und stromabwärts des Ventils 1 in die Auspuffumgehungsanordnung eintreten. Während dieses Zeitraums, zwischen t2 und t3, ist das AGR-Ventil in einer geöffneten Position. Nachdem es den Wärmetauscher in einer zweiten Richtung (von einem zweiten Ende des Wärmetauschers nahe dem Auslassrohr zum ersten Ende des Wärmetauschers nahe dem Einlassrohr) durchströmt hat, kann das gekühlte Abgas durch das AGR-Ventil in den AGR-Zufuhrkanal eintreten. Wie aus dem Graphen 704 ersichtlich, nimmt der AGR-Durchfluss in den Motoransaugkrümmer während dieses Zeitraums zu. Auf diese Weise kann dem Motoransaugkrümmer eine kalte AGR aus dem Abgaskanal zugeführt werden.
Während dieser Zeit hat sich die Fahrzeugkabinentemperatur (Kurve 706) auf einen vom Betreiber gewünschten Pegel stabilisiert, und die gesamte (am Wärmetauscher) aus dem Abgas rückgewonnene Wärme kann nicht für die Kabinenheizung benötigt werden. Der Großteil der mittels eines Kühlmittels aus dem Abgas rückgewonnenen Wärme kann zur Abfuhr an die Atmosphäre an den Radiator übertragen werden. Dadurch kann die Radiatordrehzahl während dieses Zeitraums hoch sein, wie aus Kurve 712 ersichtlich.
Zum Zeitpunkt t3 variiert die Motordrehzahl weiterhin mit der Zeit. In dieser Phase kann auf Basis der Motortemperatur eine heiße AGR für den Motorbetrieb erwünscht sein. Um dem Motoransaugkrümmer eine heiße AGR aus dem Abgaskanal zuzuführen, kann das Ventil 1 geschlossen werden, das Ventil 2 kann geöffnet werden und das AGR-Ventil kann in einer geöffneten Position gehalten werden. Während dieses Modus kann Abgas aus dem Abgaskanal in eine Auspuffumgehungsanordnung eintreten. Statt durch den Wärmetauscher zu strömen, kann das heiße Abgas in den AGR-Kanal eintreten, indem es das AGR-Ventil durchströmt, und kann dem Motoransaugkrümmer zugeführt werden. Da eine heiße AGR benötigt wird, wird der Großteil des Abgases nicht durch den Wärmetauscher geströmt, bevor es dem Ansaugkrümmer zugeführt wird. Dadurch kann eine wesentliche Wärmemenge in der AGR gehalten werden. Während dieses Zeitraums ist die Radiatorlüfterdrehzahl nahezu null, da keine Wärme zur Abfuhr an den Radiator übertragen wird.
Auf diese Weise kann, abhängig von Motorbetriebsbedingungen, dem Motoransaugkrümmer eine kalte oder heiße AGR aus dem Abgaskanal zugeführt werden. Abgas kann in entgegengesetzten Richtungen durch den Wärmetauscher strömen, und abhängig vom Bedarf kann am Wärmetauscher aus dem Abgas rückgewonnene Wärme entweder auf den Fahrzeugheizkern oder den Radiator übertragen werden. Ein einzelner Kühler kann verwendet werden, um die AGR zu kühlen und die Wärmeenergie aus dem Abgas rückzugewinnen.
8 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren 800, das implementiert werden kann, um eine Abgasrückführung (AGR) in einer Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung durch die Auspuffumgehungsanordnung aus 2 strömen zu lassen, um eine Abgaswärmerückgewinnung bereitzustellen. Bei 802 umfasst die Routine das Schätzen und/oder Messen aktueller Motorbetriebsbedingungen. Die überprüften Motorbedingungen können die Motortemperatur, die Motorlast, die Motordrehzahl, das Krümmervakuum, die Drosselposition, den Abgasdruck, das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis etc. umfassen.
Bei 804 umfasst die Routine das Bestimmen des AGR-Bedarfs des Motors. Die vom Motor gewünschte AGR-Menge kann von Motorbetriebsbedingungen wie z. B. der Motorlast, der Motortemperatur, der Motordrehzahl etc. abhängig sein. Auf Basis des AGR-Bedarfs des Motors kann bei 806 die Öffnung des AGR-Ventils eingestellt werden, um für ein gewünschtes Verbrennungs- und Emissionssteuerungsleistungsverhalten eine kontrollierte Menge an Abgas zum Ansaugkrümmer zu lassen. Das AGR-Ventil kann ein kontinuierlich variables Ventil sein. In einem alternativen Beispiel kann das AGR-Ventil jedoch als Ein/Aus-Ventil konfiguriert sein.
Bei 808 umfasst die Routine das Bestimmen der aktuellen Temperatur der AGR und das Vergleichen der aktuellen Temperatur mit einer gewünschten AGR-Temperatur. Abhängig von der Temperatur der gewünschten AGR kann ein Klappenventil (wie z. B. das erste Klappenventil 276 in 4A), das den Zugang zur Auspuffumgehungsanordnung regelt, geöffnet oder geschlossen werden, um entweder Abgas zur effektiven und schnelleren Kühlung des Abgases durch beide Abschnitte des geteilten Wärmetauschers strömen zu lassen, oder das Abgas durch einen einzigen Bereich des geteilten Wärmetauschers strömen zu lassen, um das Abgas teilweise zu kühlen, bevor es dem Ansaugkrümmer zugeführt wird.
Falls festgestellt wird, dass die aktuelle Temperatur der AGR höher als die gewünschte Temperatur ist, geht die Routine zu 810 über, wo das Auspuffumgehungssystem in einem ersten Betriebsmodus betrieben werden kann. Wie in Bezug auf 4A beschrieben, umfasst das Betreiben im ersten Modus das Bewegen des Klappenventils (wie z. B. des ersten Klappenventils 276 in 4A), das auf dem Abgaskanal angeordnet ist, in eine offene Position. Bei 812 kann durch das Versetzen der Auspuffumgehungsanordnung in den ersten Betriebsmodus eine erste Menge des Abgases durch ein Einlass- (erstes) Rohr (wie z. B. das Rohr 410 in 4A) in die Auspuffumgehungsanordnung eingeströmt werden und durch den Umgehungskanal hin zu einem geteilten Wärmetauscher (wie z. B. dem Wärmetauscher 274 in 4A) geströmt werden. In diesem Beispiel kann die erste Abgasmenge in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende des Wärmetauschers nahe dem Einlassrohr zum Zwischenbereich des geteilten Wärmetauschers) durch einen ersten Abschnitt des geteilten Wärmetauschers strömen. Da das Klappenventil auf dem Abgaskanal in einer offenen Position ist, kann eine zweite Menge des Abgases weiterhin stromabwärts entlang dem Abgaskanal strömen und kann durch ein zweites Rohr (wie z. B. das Rohr 416 in 4A) in die Auspuffumgehungsanordnung eintreten. Die zweite Abgasmenge kann in einer zweiten Richtung (von einem zweiten Ende des Wärmetauschers nahe dem Auslassrohr zum Zwischenbereich des geteilten Wärmetauschers) durch den zweiten Abschnitt des geteilten Wärmetauschers strömen. Die erste und die zweite Abgasmenge können vom Zwischenabschnitt des geteilten Wärmetauschers in den AGR-Zufuhrkanal eintreten.
Auf diese Weise können die beiden Abgasmengen in entgegengesetzten Richtungen durch den geteilten Wärmetauscher strömen. Im ersten Betriebsmodus wird das Abgas effizient auf eine niedrigere Temperatur gekühlt, bevor es dem Motoransaugkrümmer zugeführt wird, da beide Abschnitte des geteilten Wärmetauschers gleichzeitig genutzt werden. Die Öffnung des AGR-Ventils und des Klappenventils kann die erste und zweite Abgasmenge regeln, die in die Umgehungsanordnung eintreten. Eine dritte Abgasmenge kann nicht in die Umgehungsanordnung eintreten und kann stromabwärts durch den Hauptabgaskanal hin zum Endrohr strömen.
Bei 808 geht, falls festgestellt wird, dass die aktuelle Temperatur der AGR niedriger ist als die gewünschte AGR-Temperatur, die Routine zu 818 über, wo das Auspuffumgehungssystem in einem zweiten Betriebsmodus betrieben werden kann. Wie in Bezug auf 4B beschrieben, umfasst das Betreiben im zweiten Modus das Bewegen des Klappenventils, das auf dem Abgaskanal angeordnet ist, in eine geschlossene Position. Im zweiten Betriebsmodus kann, da das Klappenventil in einer geschlossenen Position ist, das gesamte Abgasvolumen bei 820 durch das erste Rohr in die Auspuffumgehungsanordnung eintreten und durch den Umgehungskanal hin zu einem geteilten Wärmetauscher strömen. Das gesamte Abgasvolumen kann in der ersten Richtung (von einem ersten Ende des Wärmetauschers nahe dem Einlassrohr zum Zwischenbereich des geteilten Wärmetauschers) durch den ersten Abschnitt des geteilten Wärmetauschers strömen, bevor es in den AGR-Zufuhrkanal eintritt. Im Vergleich zur Verwendung beider Abschnitte des Wärmetauschers im ersten Modus, durchströmt das Abgas im zweiten Betriebsmodus die erste Hälfte des geteilten Wärmetauschers. Daher wird das Abgas im zweiten Betriebsmodus im Vergleich zum Ausmaß der im ersten Modus erzielten Kühlung in einem geringeren Ausmaß gekühlt, bevor es dem Motoransaugkrümmer zugeführt wird. Abhängig von der Öffnung des AGR-Ventils kann ein Teil des in den Umgehungskanal eintretenden Abgases nicht in den AGR-Zufuhrkanal eintreten, sondern vielmehr (von links nach rechts) durch beide Abschnitte des Wärmetauschers hin zum Hauptabgaskanal und zum Endrohr strömen.
Bei 814 kann Abgaswärme an einem oder beiden Abschnitten des geteilten Wärmetauschers aus dem Abgas rückgewonnen werden. Wärme aus dem Abgas wird an ein Kühlmittel übertragen, das durch beide Abschnitte des Wärmetauschers zirkuliert. Durch das Übertragen der Wärme vom Abgas an das Kühlmittel wird das Abgas, das den geteilten Wärmetauscher verlässt und in den AGR-Kanal eintritt, abgekühlt.
Bei 816 kann das durch die Wärmeübertragung am Wärmetauscher erwärmte Kühlmittel an einen Heizkern zirkuliert werden, sodass es zum Heizen anderer Komponenten des Fahrzeugs wie z. B. eines Zylinderkopfes, eines Motorblocks und eines Fahrzeugkabinenraums, während des Motorkaltstarts genutzt werden kann. Falls von keiner Komponente des Fahrzeugs Wärme benötigt wird, zum Beispiel falls die Fahrzeugkabinentemperatur ausreichend hoch ist und es keinen weiteren Kabinenheizungsbedarf gibt, kann das Kühlmittel durch einen Fahrzeugradiator zirkuliert werden, von wo die Wärme an die Atmosphäre abgeführt werden kann. Auf diese Weise kann ein einziger geteilter Wärmetauscher zur AGR-Kühlung und Wärmeextraktion aus Abgas verwendet werden.
9 ist eine Tabelle 900, die beispielhafte Betriebsmodi des Motors und des Wärmetauschsystems (Auspuffumgehungssystem) aus 2 zeigt. Eine Motorsteuereinheit kann auf Basis von Motorbedingungen einen der Betriebsmodi (Funktionsmodus) auswählen. Auf Basis des ausgewählten Betriebsmodus kann die Position eines Abgasrückführungs(AGR)-Ventils und des (mit dem Hauptabgaskanal gekoppelten) Klappenventils geregelt werden, um die Abgasströmung durch einen oder beide Abschnitte eines geteilten Wärmetauschers und/oder durch einen AGR-Zufuhrkanal zu steuern.
In einem Beispiel kann die Steuereinheit das AGR-Ventil und das Klappenventil in einem ersten Motorbetriebsmodus betreiben, wenn eine kalte AGR für Motorbetriebsvorgänge wie z. B. bei hoher Motortemperatur und niedrigen Motorlastbedingungen erwünscht sein kann. In diesem Betriebsmodus kann das AGR-Ventil in einer offenen Position sein, und das mit dem Abgaskanal gekoppelte Klappenventil kann ebenfalls in einer offenen Position sein. Die Öffnung des AGR-Ventils kann geregelt werden, um eine kontrollierte Menge an kaltem Abgas zum Ansaugkrümmer zu lassen. Eine erste Menge des Abgases kann durch ein Einlass-(erstes)Rohr in die Auspuffumgehungsanordnung eintreten und durch den Umgehungskanal hin zu einem ersten Abschnitt eines geteilten Wärmetauschers strömen. Die erste Abgasmenge kann in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende des Wärmetauschers nahe dem Einlassrohr zum Zwischenbereich des geteilten Wärmetauschers) durch einen ersten Abschnitt des geteilten Wärmetauschers strömen. Da das Klappenventil auf dem Abgaskanal offen ist, kann eine zweite Menge des Abgases weiter stromabwärts entlang dem Hauptabgaskanal strömen und kann durch ein zweites Rohr in die Auspuffumgehungsanordnung eintreten. Die zweite Abgasmenge kann in einer zweiten Richtung (von einem zweiten Ende des Wärmetauschers nahe dem Auslassrohr zum Zwischenbereich des geteilten Wärmetauschers) durch den zweiten Abschnitt des geteilten Wärmetauschers strömen. Die erste und die zweite Abgasmenge können vom Zwischenabschnitt des geteilten Wärmetauschers in den AGR-Zufuhrkanal eintreten. Auf diese Weise können die beiden Teile des Abgases in entgegengesetzten Richtungen durch den geteilten Wärmetauscher strömen. Es werden beide Abschnitte der AGR verwendet, um das Abgas effektiv auf eine niedrigere Temperatur zu kühlen, bevor es dem Ansaugkrümmer zugeführt wird. Die Öffnung des AGR-Ventils und des Klappenventils kann die erste und die zweite Menge von Abgas regeln, die in die Umgehungsanordnung eintreten. Eine dritte Abgasmenge kann nicht in die Umgehungsanordnung eintreten und kann stromabwärts durch den Hauptabgaskanal hin zum Endrohr strömen.
In einem weiteren Beispiel kann die Steuereinheit das AGR-Ventil und das Abgasventilsystem in einem zweiten Motorbetriebsmodus betreiben, wenn eine (im Vergleich zur im ersten Modus erwünschten Temperatur der AGR) warme AGR für Motorbetriebsvorgänge erwünscht sein kann. In diesem Betriebsmodus kann das AGR-Ventil in einer offenen Position gehalten werden, und das mit dem Abgaskanal gekoppelte Klappenventil kann in eine geschlossene Position gebracht werden. Folglich kann das gesamte Abgasvolumen durch das erste Rohr in die Auspuffumgehungsanordnung eintreten und durch den Umgehungskanal hin zum geteilten Wärmetauscher strömen. Das gesamte Abgasvolumen kann in der ersten Richtung (von einem ersten Ende des Wärmetauschers nahe dem Einlassrohr zum Zwischenbereich des geteilten Wärmetauschers) durch den ersten Abschnitt des geteilten Wärmetauschers strömen, bevor es in den AGR-Zufuhrkanal eintritt. Im Vergleich zur Verwendung beider Abschnitte des Wärmetauschers im ersten Motorbetriebsmodus, durchströmt das Abgas im zweiten Betriebsmodus den ersten Abschnitt des geteilten Wärmetauschers. Daher kann das Abgas im zweiten Betriebsmodus im Vergleich zum Ausmaß der im ersten Betriebsmodus erzielten Kühlung in einem geringeren Maß gekühlt werden, wodurch dem Motoransaugkrümmer eine warme AGR bereitgestellt wird. Abhängig von der Öffnung des AGR-Ventils kann ein Teil des in den Umgehungskanal eintretenden Abgases nicht in den AGR-Zufuhrkanal eintreten, sondern vielmehr in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende des Wärmetauschers nahe dem Einlassrohr zu einem zweiten Ende des Wärmetauschers nahe dem Auslassrohr) durch beide Abschnitte des Wärmetauschers strömen und hin zum Hauptabgaskanal und zum Endrohr strömen.
In noch einem weiteren Beispiel kann die Steuereinheit das AGR-Ventil und das Abgasventilsystem in einem dritten Motorbetriebsmodus betreiben, wenn keine AGR vom Motor benötigt wird, wie z. B. unter hohen Motorlastbedingungen. Im dritten Betriebsmodus kann das AGR-Ventil in eine geschlossene Position gebracht werden, und das mit dem Abgaskanal gekoppelte Klappenventil kann in einer geschlossenen Position gehalten werden. Folglich kann das gesamte Abgasvolumen durch das Einlass-(erste)Rohr in die Auspuffumgehungsanordnung eintreten und durch den Umgehungskanal hin zum geteilten Wärmetauscher strömen. In diesem Beispiel kann das gesamte Abgasvolumen in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende des Wärmetauschers nahe dem Einlassrohr zu einem zweiten Ende des Wärmetauschers nahe dem Auslassrohr) durch sowohl den ersten als auch den zweiten Abschnitt des geteilten Wärmetauschers strömen, bevor es durch das Auslass-(zweite)Rohr aus der Umgehungsanordnung austritt. Da das AGR-Ventil geschlossen ist, kann kein Abgas in den AGR-Zufuhrkanal eintreten. Das gekühlte Abgas kann durch das Auspuff-Endrohr in die Atmosphäre austreten. Alternativ dazu kann, wenn keine AGR vom Motor gewünscht wird, die Öffnung des Klappenventils geregelt werden, um die in den Umgehungskanal eintretende Abgasmenge im Vergleich zur stromabwärts durch den Hauptabgaskanal hin zum Endrohr strömenden Abgasmenge zu steuern. Im Fall einer hohen Last und/oder bei hoher Kühlmitteltemperatur am Wärmetauscher kann verhindert werden, dass ein großer Teil des Abgases in die Auspuffumgehung eintritt, wodurch ein Sieden des Kühlmittels verhindert wird.
Auf diese Weise kann ein einziger Wärmetauscher effektiv zur AGR-Kühlung und zur Rückgewinnung von Wärme aus dem Abgas verwendet werden. Während aller drei Motorbetriebsmodi kann auf Bedarfsbasis am geteilten Wärmetauscher aus dem Abgas rückgewonnene Wärme zur Nutzung in anderen Fahrzeugkomponenten an den Fahrzeugheizkern übertragen werden. Falls an keiner Fahrzeugkomponente Wärme benötigt wird, kann Wärme zur Abfuhr an einen Fahrzeugradiator übertragen werden.
10 zeigt einen beispielhaften Betriebsablauf 1000, der den Betrieb des Wärmetauschsystems aus 2 veranschaulicht. Die Richtung der Abgasströmung durch den Wärmetauscher, die gewünschte Abgasrückführungs(AGR)-Temperatur und die AGR-Zufuhr werden auf Basis von Motorbetriebsvorgängen bestimmt. Die horizontale (x-)Achse gibt die Zeit an, und die vertikalen Markierungen t1 und t2 kennzeichnen wichtige Zeitpunkte während des Betriebs der Auspuffumgehungsanordnung.
Der erste Graph (Kurve 1002) von oben zeigt die Schwankung der Motordrehzahl im zeitlichen Verlauf. Der zweite Graph (Kurve 1004) zeigt den AGR-Bedarf des Motors für ein gewünschtes Verbrennungs- und Emissionssteuerleistungsverhalten. Der AGR-Bedarf kann von Motorbetriebsbedingungen, z. B. der Motorlast, der Motordrehzahl, der Motortemperatur etc. abhängen. Der dritte Graph (Kurve 1006) zeigt die Öffnung oder Schließung eines Klappenventils (Ventils) an, das auf dem Abgaskanal angeordnet ist. Der vierte Graph (Kurve 1008) zeigt die Schwankung der Fahrzeugkabinentemperatur im zeitlichen Verlauf. Der fünfte und letzte Graph (Kurve 1010) zeigt die Schwankung der Radiatorlüfterdrehzahl im zeitlichen Verlauf. Je höher die Radiatorlüfterdrehzahl, desto größer ist die vom Radiator an die Atmosphäre abgeführte Wärme.
Vor dem Zeitpunkt t1 ist die Motordrehzahl (wie aus Kurve 1002 ersichtlich) niedrig. Während dieses Zeitraums kann eine kalte AGR vom Motor gewünscht werden. Um dem Motoransaugkrümmer eine kalte AGR aus dem Abgaskanal bereitzustellen, wird das Klappenventil auf dem Abgaskanal in einer offenen Position gehalten. Eine erste Menge des Abgases kann durch ein Einlass-(erstes)Rohr in die Auspuffumgehungsanordnung eintreten und durch den Umgehungskanal hin zu einem linken (ersten) Abschnitt eines geteilten Wärmetauschers strömen. Die erste Abgasmenge kann in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende des Wärmetauschers nahe dem Einlassrohr zum Zwischenbereich des geteilten Wärmetauschers) durch den ersten Abschnitt des geteilten Wärmetauschers strömen, bevor sie in den AGR-Zufuhrkanal eintritt. Eine zweite Menge des Abgases kann weiter stromabwärts entlang dem Hauptabgaskanal strömen und kann durch ein zweites Rohr in die Auspuffumgehungsanordnung eintreten. Die zweite Abgasmenge kann in einer zweiten Richtung (von einem zweiten Ende des Wärmetauschers nahe dem Auslassrohr zum Zwischenbereich des geteilten Wärmetauschers) durch den zweiten Abschnitt des geteilten Wärmetauschers strömen, bevor sie in den AGR-Zufuhrkanal eintritt. Auf diese Weise kann Abgas effektiv gekühlt werden, indem es zwei Abschnitte des geteilten Wärmetauschers durchströmt, bevor es über den Zufuhrkanal in den Ansaugkrümmer eintritt. Während dieses Zeitraums wird ein kontinuierlicher AGR-Durchfluss aufrechterhalten (Graph 1004). Die Öffnung des AGR-Ventils und des Klappenventils kann die erste und die zweite Abgasmenge regeln, die in die Umgehungsanordnung eintreten. Eine dritte Abgasmenge kann nicht in die Umgehungsanordnung eintreten und kann stromabwärts durch den Hauptabgaskanal hin zum Endrohr strömen.
Wärme kann an den beiden Abschnitten des Wärmetauschers unter Verwendung eines Kühlmittels aus dem Abgas rückgewonnen werden. Abhängig vom Bedarf kann das Kühlmittel (mit der rückgewonnenen Wärme aus dem Abgas) entweder durch einen Fahrzeugheizkern und/oder durch einen Radiator zirkuliert werden. In diesem Beispiel kann während dieses Zeitraums die Fahrzeugkabinentemperatur niedrig sein, und (am Wärmetauscher) rückgewonnene Wärme aus dem Abgas kann vom Heizkern genutzt werden, um der Fahrzeugkabine Wärme zuzuführen. Im Laufe der Zeit kann die Kabinentemperatur allmählich zunehmen und sich auf einem vom Betreiber gewünschten Pegel stabilisieren. Vor dem Zeitpunkt t1 wird wenig oder keine Wärme zur Abfuhr an die Atmosphäre an den Radiator übertragen, da der Großteil der am Wärmetauscher rückgewonnenen Wärme für die Heizung der Fahrzeugkabine genutzt wird. Dadurch kann die Radiatorlüfterdrehzahl während dieses Zeitraums niedrig sein.
Nach dem Zeitpunkt t1 ist ersichtlich, dass sich die Motordrehzahl erhöht und eine AGR nicht länger für Motorbetriebsvorgänge erwünscht ist. Um eine Abgasströmung vom Abgaskanal zum Ansaugkrümmer zu verhindern, wird das AGR-Ventil geschlossen. Während dieses Zeitraums (zwischen den Zeitpunkten t1 und t2) wird das Klappenventil auf dem Abgaskanal in einer geschlossenen Position gehalten. Aufgrund der Schließung des Klappenventils kann Abgas nicht stromabwärts entlang dem Abgaskanal strömen, und das gesamte Abgasvolumen tritt durch das erste Rohr in die Auspuffumgehungsanordnung ein und strömt durch den Umgehungskanal hin zum geteilten Wärmetauscher. Das gesamte Abgasvolumen kann in einer ersten Richtung (von einem ersten Ende des Wärmetauschers nahe dem Einlassrohr zu einem zweiten Ende des Wärmetauschers nahe dem Auslassrohr) durch jeden aus dem ersten und dem zweiten Abschnitt des geteilten Wärmetauschers strömen, bevor es durch das Auslass-(zweite)Rohr aus der Umgehungsanordnung austritt. Da das AGR-Ventil geschlossen ist, kann kein Abgas in den AGR-Zufuhrkanal eintreten. Das gekühlte Abgas kann durch das Auspuffendrohr in die Atmosphäre austreten. Wärme kann mittels eines Kühlmittels aus dem Abgas rückgewonnen werden, das durch beide Abschnitte des geteilten Wärmetauschers zirkuliert. Zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 ist die Fahrzeugkabinentemperatur konstant auf einem vom Betreiber gewünschten Pegel, und es kann keine weitere Kabinenheizung benötigt werden. Dadurch kann der Großteil der Wärme aus dem Abgas zur Abfuhr an die Atmosphäre an den Radiator übertragen werden, was – wie aus Kurve 1010 ersichtlich – einen Anstieg der Radiatorlüfterdrehzahl bewirkt. Alternativ dazu kann, wenn keine AGR vom Motor gewünscht wird, die Öffnung des Klappenventils geregelt werden, um die in den Umgehungskanal eintretende Abgasmenge im Vergleich zur stromabwärts durch den Hauptabgaskanal hin zum Endrohr strömenden Abgasmenge zu steuern. Im Fall hoher Last und/oder bei hoher Kühlmitteltemperatur am Wärmetauscher kann verhindert werden, dass ein großer Teil des Abgases in die Auspuffumgehung eintritt, wodurch ein Sieden des Kühlmittels verhindert wird.
Nach dem Zeitpunkt t2 nimmt die Motordrehzahl ab, und eine AGR kann wieder für den Motorbetrieb erwünscht sein. Während dieses Zeitraums kann statt einer kalten AGR eine relativ warme AGR erwünscht sein. Das AGR-Ventil kann in eine offene Position gebracht werden, und das Klappenventil auf dem Abgaskanal kann in einer geschlossenen Position gehalten werden. Das gesamte Abgasvolumen kann durch das erste Rohr in die Auspuffumgehungsanordnung eintreten und durch den Umgehungskanal hin zum geteilten Wärmetauscher strömen. Das Abgas kann in der ersten Richtung (von einem ersten Ende des Wärmetauschers nahe dem Einlassrohr zum Zwischenbereich des geteilten Wärmetauschers) durch den ersten Abschnitt des geteilten Wärmetauschers strömen, bevor es in den AGR-Zufuhrkanal eintritt. Das Abgas wird von einem einzigen Abschnitt des Wärmetauschers gekühlt, weshalb das Abgas im Vergleich zu dem Ausmaß der unter Verwendung beider Abschnitte des Wärmetauschers erzielten Kühlung in einem geringeren Ausmaß gekühlt werden kann. Auf diese Weise kann durch das Regeln des Klappenventils ein kontinuierlicher Durchfluss von warmer AGR vom Abgaskanal zum Motoransaugkrümmer aufrechterhalten werden. Abhängig von der Öffnung des AGR-Ventils kann ein Teil des in den Umgehungskanal eintretenden Abgases nicht in den AGR-Zufuhrkanal eintreten, sondern vielmehr in der ersten Richtung durch beide Abschnitte des Wärmetauschers strömen und weiter hin zum Hauptabgaskanal und in das Endrohr strömen. Ebenso kann die Fahrzeugkabinentemperatur nach dem Zeitpunkt t2 weiterhin konstant auf einem vom Betreiber gewünschten Pegel sein, und eine weitere Heizung kann nicht benötigt werden. Dadurch kann der Großteil der Wärme aus dem Abgas zur Abfuhr an die Atmosphäre an den Radiator übertragen werden, und eine hohe Radiatorlüfterdrehzahl kann aufrechterhalten werden.
In einem Beispiel umfasst ein Verfahren zur Abgasrückführung das Betreiben in einem ersten Modus, wobei Abgas durch eine Auspuffumgehung und in einer ersten Richtung durch einen in der Auspuffumgehung gekoppelten Wärmetauscher und danach zu einem Auspuff-Endrohr strömt; sowie das Betreiben in einem zweiten Modus, wobei Abgas durch einen Abgaskanal, dann in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung durch den Wärmetauscher und danach zur Motoransaugung strömt. Das vorangehende, beispielhafte Verfahren kann zusätzlich oder optional ferner das Auswählen zwischen dem ersten und dem zweiten Modus auf Basis der Motortemperatur umfassen. In beliebigen oder allen der vorangehenden Beispiele umfasst das Auswählen zusätzlich oder optional das Auswählen des ersten Modus, wenn die Motortemperatur unter einer Schwelle ist, und das Auswählen des zweiten Modus, wenn die Motortemperatur über der Schwelle ist, wobei die Schwelle auf einer Katalysator-Anspringtemperatur basiert. In beliebigen oder allen der vorangehenden Beispiele umfasst das Strömen von Abgas in der ersten Richtung zusätzlich oder optional das Strömen von Abgas von stromabwärts eines Abgaskatalysators in die Auspuffumgehung und danach durch ein erstes Ende des Wärmetauschers nahe dem Abgaskatalysator zu einem zweiten Ende des Wärmetauschers nahe dem Endrohr, und dabei umfasst das Strömen von Abgas in der zweiten Richtung das Strömen von Abgas von stromabwärts des Abgaskatalysators hin zum Endrohr, danach das Strömen von Abgas von stromaufwärts des Endrohres in das zweite Ende des Wärmetauschers, danach durch das erste Ende des Wärmetauschers über einen AGR-Kanal zur Motoransaugung. In beliebigen oder allen der vorangehenden Beispiele ist zusätzlich oder optional während des ersten Modus das AGR-Ventil geschlossen. Beliebige oder alle der vorangehenden Beispiele umfassen zusätzlich oder optional ferner das Aufrechterhalten des Betriebs im ersten Modus in Reaktion auf eine Forderung nach heißer AGR, nachdem die Motortemperatur über der Schwelle ist. Beliebige oder alle der vorangehenden Beispiele umfassen zusätzlich oder optional ferner das Einstellen einer Öffnung des AGR-Ventils auf Basis der Forderung nach heißer AGR, wobei die Öffnung mit zunehmender Forderung nach heißer AGR erhöht wird. Beliebige oder alle der vorangehenden Beispiele umfassen ferner zusätzlich oder optional während des ersten Modus das Übertragen von Wärme aus dem strömenden Abgas an den Wärmetauscher, danach vom Wärmetauscher an ein durch einen Heizkern strömendes Kühlmittel, und danach das Heizen einer Fahrzeugkabine, indem dem Heizkern auf Basis eines Kabinenheizbedarfs Wärme entzogen wird. In beliebigen oder allen der vorangehenden Beispiele, ist zusätzlich oder optional während des ersten Betriebsmodus ein erstes, stromabwärts des Abgaskatalysators im Abgaskanal gekoppeltes Ventil geschlossen, und ein zweites, in der Auspuffumgehung gekoppeltes Ventil ist offen, und dabei ist während des zweiten Modus das erste Ventil offen und das zweite Ventil geschlossen. In beliebigen oder allen der vorangehenden Beispiele sind zusätzlich oder optional eines oder mehrere aus dem ersten und dem zweiten Ventil Klappenventile, die mit einer gemeinsamen Welle gekoppelt sind, und dabei werden die Ventile gemeinsam betätigt.
Ein weiteres beispielhaftes Verfahren umfasst das Schließen eines ersten Ventils in einem Abgaskanal und das Öffnen eines zweiten Ventils in einer Auspuffumgehung während eines Motorkaltstarts, um Abgas in einer ersten Richtung durch einen Wärmetauscher strömen zu lassen und Wärme vom Wärmetauscher an eine Fahrzeugkabine zu übertragen; sowie nach dem Aufwärmen des Motors das Öffnen des ersten Ventils und das Schließen des zweiten Ventils, um Abgas in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung durch den Wärmetauscher strömen zu lassen und danach das Abgas an eine Motoransaugung rückzuführen. Im vorangehenden, beispielhaften Verfahren wird während des Motorkaltstarts zusätzlich oder optional ein AGR-Ventil geschlossen gehalten, und dabei wird eine Öffnung des AGR-Ventils auf Basis des AGR-Bedarfs nach dem Aufwärmen des Motors erhöht. Beliebige oder alle der vorangehenden Beispiele umfassen ferner zusätzlich oder optional das Geschlossenhalten des ersten Ventils und das Offenhalten des zweiten Ventils, bis eine Motortemperatur höher als eine Schwelle ist, und danach das Öffnen des ersten Ventils und das Schließen des zweiten Ventils. In beliebigen oder allen der vorangehenden Beispiele umfasst das Übertragen von Wärme vom Wärmetauscher an die Fahrzeugkabine während des Motorkaltstarts zusätzlich oder optional das Übertragen von Wärme vom Wärmetauscher an ein Kühlmittel, das durch einen Heizkern zirkuliert, und das Abführen von Wärme vom Heizkern an die Fahrzeugkabine auf Basis des Kabinenheizbedarfs, und dabei wird nach dem Aufwärmen des Motors Wärme vom Wärmetauscher an ein Kühlmittel übertragen, das durch einen Radiator zirkuliert, und Wärme wird vom Radiator an die Atmosphäre abgeführt. In beliebigen oder allen der vorangehenden Beispiele umfasst das Strömen von Abgas durch den Wärmetauscher in der ersten Richtung zusätzlich oder optional, dass Abgas durch den Wärmetauscher strömt, während es einen AGR-Kanal umgeht, und dabei umfasst das Strömen von Abgas in der zweiten Richtung durch den Wärmetauscher, dass Abgas in den AGR-Kanal strömt, nachdem es durch den Wärmetauscher geströmt ist.
In noch einem weiteren Beispiel umfasst ein Motorsystem einen Motoransaugkrümmer; einen Motorabgaskrümmer, der einen Abgaskatalysator und einen Schalldämpfer umfasst, die über jedes aus einem Abgaskanal und einer Auspuffumgehung miteinander gekoppelt sind, wobei die Umgehung parallel mit dem Abgaskanal gekoppelt ist; einen Wärmetauscher, der in der Auspuffumgehung gekoppelt ist; ein Kühlmittelsystem, das mit dem Wärmetauscher und mit einem Heizkern fluidgekoppelt ist; ein Ventilsystem, das ein erstes, im Abgaskanal gekoppeltes Ventil und ein zweites, in der Auspuffumgehung stromaufwärts eines ersten Endes des Wärmetauschers gekoppeltes Ventil umfasst; einen AGR-Kanal, der das erste Ende des Wärmetauschers mit dem Ansaugkrümmer koppelt, wobei der AGR-Kanal ein AGR-Ventil umfasst. Ein Motorsystem umfasst ferner eine Steuereinheit mit computerlesbaren Befehlen, die in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, um:
das AGR-Ventil zu schließen und das Ventilsystem in einem ersten Modus zu betreiben, wobei das erste Ventil geschlossen und das zweite Ventil offen sind, um Abgas vom Katalysator durch die Auspuffumgehung in einer ersten Richtung durch den Wärmetauscher zum Schalldämpfer strömen zu lassen; das AGR-Ventil in Reaktion auf eine Zunahme der Motortemperatur und einen Bedarf an erwärmter AGR zu öffnen, während das Ventilsystem im ersten Modus gehalten wird; und das AGR-Ventil in Reaktion auf die Zunahme der Motortemperatur und keinen Bedarf an erwärmter AGR geschlossen zu halten, während das Ventilsystem in einen zweiten Modus übergeführt wird, wobei das erste Ventil offen und das zweite Ventil geschlossen ist, um Abgas vom Katalysator in die Auspuffumgehung strömen zu lassen, wobei Abgas in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung durch den Wärmetauscher strömt, und danach Abgas vom Wärmetauscher zum Ansaugkrümmer strömen zu lassen. Im vorangehenden, beispielhaften Verfahren erfolgen zusätzlich oder optional das Schließen des AGR-Ventils und das Betreiben des Ventilsystems im ersten Modus in Reaktion auf eine Motorkaltstartbedingung. In beliebigen oder allen der vorangehenden Beispiele umfasst das Strömen von Abgas durch den Wärmetauscher in der ersten Richtung zusätzlich oder optional, dass Abgas am ersten Ende in den Wärmetauscher eintritt und an einem zweiten, entgegengesetzten Ende austritt, und dabei umfasst das Strömen von Abgas in der zweiten Richtung durch den Wärmetauscher, dass Abgas am zweiten Ende in den Wärmetauscher eintritt und am ersten Ende austritt. In beliebigen oder allen der vorangehenden Beispiele sind zusätzlich oder optional das erste und das zweite Ventil Klappenventile, wobei jedes aus dem ersten und dem zweiten Ventil über eine gemeinsame Welle gekoppelt ist und von einem gemeinsamen Aktuator betätigt wird. In beliebigen oder allen der vorangehenden Beispiele wird zusätzlich oder optional, wenn das Ventilsystem im ersten Modus betrieben wird, Wärme aus dem Abgas, die am Wärmetauscher freigesetzt wird, an ein Motorkühlmittel übertragen, das durch einen Heizkern zirkuliert, wobei die Wärme dann an eine Fahrzeugkabine übertragen wird, und wobei, wenn das Ventilsystem im zweiten Modus betrieben wird, Wärme aus dem Abgas, die am Wärmetauscher freigesetzt wird, an ein Motorkühlmittel übertragen wird, das durch einen Radiator zirkuliert, wobei die Wärme dann an die Atmosphäre abgeführt wird.
Auf diese Weise kann ein einziger Wärmetauscher, der mit einer Auspuffumgehungsanordnung gekoppelt ist, effektiv genauso zur AGR-Kühlung wie zum Extrahieren von Wärme aus dem Abgas verwendet werden. Unter Verwendung eines einzigen Wärmetauschsystems werden Kosten- und Komponentenreduktionsvorteile erzielt, ohne die Funktionalität oder Fähigkeit beider Systeme einzuschränken. Darüber hinaus erleichtert die spezielle Konfiguration eines einzigen Wärmetauschers in der Auspuffumgehungsanordnung eine kürzere AGR-Kanallänge, was AGR-Transportverzögerungen reduziert. Der technische Effekt der Verwendung eines Paares von Klappenventilen, um das Strömen von Abgas durch den Umgehungskanal zu regeln, besteht darin, dass Abgas in beide Richtungen durch den Wärmetauscher strömen kann. Daher verbessert dies den Wärmeübertragungswirkungsgrad und reduziert gleichzeitig das Erfordernis langer AGR-Kanäle. Die dualen Klappenventile können mit einer gemeinsamen Welle gekoppelt sein und können unter Verwendung eines einzigen Aktuators betätigt werden. Klappenventile sind im Vergleich zu üblicherweise verwendeten Steuerventilen robust. Da der Wärmetauscher stromabwärts des Katalysators angeordnet ist, wird die Katalysatorfunktionalität nicht beeinträchtigt. Insgesamt können durch die Verbesserung der Abgaswärmemenge, die aus dem Abgas unter Verwendung einer geringeren Zahl von Komponenten rückgewonnen werden kann, die Motorkraftstoffeffizienz und das Motorleistungsverhalten verbessert werden.
Es ist zu beachten, dass die hier umfassten, beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Befehle in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sein und können vom Steuersystem, das die Steuereinheit umfasst, in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktuatoren und anderer Motorhardware ausgeführt werden. Die hier beschriebenen, speziellen Routinen können eine oder mehrere aus einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien repräsentieren, wie z. B. ereignisgesteuerte, unterbrechungsgesteuerte, Multitasking-, Multithreading- und ähnliche Strategien. An sich können verschiedene, hier veranschaulichte Aktionen, Vorgänge und/oder Funktionen in der dargestellten Abfolge oder parallel durchgeführt werden oder in manchen Fällen weggelassen werden. Auf ähnliche Weise ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen, beispielhaften Ausführungsformen zu erzielen, sondern wird der einfachen Veranschaulichung und Beschreibung halber bereitgestellt. Eine/r oder mehrere der veranschaulichten Aktionen, Vorgänge und/oder Funktionen können abhängig von der speziellen, verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Aktionen, Vorgänge und/oder Funktionen graphisch einen Code repräsentieren, der in einen nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Motorsteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Aktionen durchgeführt werden, indem die Befehle in einem System ausgeführt werden, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuereinheit umfasst.
Es wird darauf hingewiesen, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind, und dass diese speziellen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinn zu betrachten sind, weil zahlreiche Varianten möglich sind. Zum Beispiel kann die obige Technologie auf V-6-Motoren, 4-Zylinder-Reihenmotoren, 6-Zylinder-Reihenmotoren, V-12-Motoren, 4-Takt-Boxermotoren und andere Motortypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie anderer, hier offenbarter Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
Die folgenden Patentansprüche gehen besonders auf bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen ein, die als neu und nicht offensichtlich erachtet werden. Diese Patentansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Es versteht sich, dass solche Patentansprüche die Einbeziehung eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen, wobei zwei oder mehr solcher Elemente weder erforderlich sind noch ausgeschlossen werden. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Patentansprüche oder durch Vorlage neuer Patentansprüche in dieser oder einer verwandten Patentanmeldung beansprucht werden. Solche Patentansprüche, ob sie nun einen breiter gefassten, enger gefassten, den gleichen oder einen anderen Schutzumfang als die ursprünglichen Patentansprüche aufweisen, werden ebenfalls als vom Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst erachtet.
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 20120260897 [0004]

Claims

Verfahren, umfassend: Betreiben in einem ersten Modus, wobei Abgas durch eine Auspuffumgehung und in einer ersten Richtung durch einen in der Auspuffumgehung gekoppelten Wärmetauscher und danach zu einem Auspuff-Endrohr strömt; sowie Betreiben in einem zweiten Modus, wobei Abgas durch einen Abgaskanal, danach in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung durch den Wärmetauscher und danach zur Motoransaugung strömt.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner das Auswählen zwischen dem ersten und dem zweiten Modus auf Basis einer Motortemperatur umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, worin das Auswählen das Auswählen des ersten Modus, wenn die Motortemperatur unter einer Schwelle ist, und das Auswählen des zweiten Modus, wenn die Motortemperatur über der Schwelle ist, umfasst, wobei die Schwelle auf einer Katalysator-Anspringtemperatur basiert.
Verfahren nach Anspruch 3, worin das Strömen von Abgas in der ersten Richtung das Strömen von stromabwärts eines Abgaskatalysators in die Auspuffumgehung und danach durch ein erstes Ende des Wärmetauschers nahe dem Abgaskatalysator zu einem zweiten Ende des Wärmetauschers nahe dem Endrohr umfasst, und worin das Strömen von Abgas in der zweiten Richtung das Strömen von Abgas von stromabwärts des Abgaskatalysators hin zum Endrohr, danach das Strömen von Abgas von stromaufwärts des Endrohres in das zweite Ende des Wärmetauschers, danach durch das erste Ende des Wärmetauschers über einen Abgasrückführungs(AGR)-Kanal zur Motoransaugung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, worin das AGR-Ventil während des ersten Modus geschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, welches ferner umfasst, den Betrieb in Reaktion auf eine Forderung nach heißer AGR im ersten Modus zu halten, nachdem die Motortemperatur über der Schwelle ist.
Verfahren nach Anspruch 6, welches ferner das Einstellen einer Öffnung des AGR-Ventils auf Basis der Forderung nach heißer AGR umfasst, wobei die Öffnung mit zunehmender Forderung nach heißer AGR erhöht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, welches ferner umfasst, während des ersten Modus Wärme vom strömenden Abgas an den Wärmetauscher, danach vom Wärmetauscher an ein durch einen Heizkern strömendes Kühlmittel zu übertragen und danach eine Fahrzeugkabine zu heizen, indem dem Heizkern auf Basis eines Kabinenheizbedarfs Wärme entzogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin während des ersten Betriebsmodus ein erstes, stromabwärts des Abgaskatalysators im Abgaskanal gekoppeltes Ventil geschlossen ist und ein zweites, in der Auspuffumgehung gekoppeltes Ventil offen ist, und worin während des zweiten Modus das erste Ventil offen ist und das zweite Ventil geschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 9, worin eines oder mehrere aus dem ersten und dem zweiten Ventil Klappenventile sind, die mit einer gemeinsamen Welle gekoppelt sind, und worin die Ventile gemeinsam betätigt werden.
Motorverfahren, umfassend: während eines Motorkaltstarts, Schließen eines ersten Ventils in einem Abgaskanal und Öffnen eines zweiten Ventils in einer Auspuffumgehung, um Abgas in einer ersten Richtung durch einen Wärmetauscher strömen zu lassen und Wärme vom Wärmetauscher an eine Fahrzeugkabine zu übertragen; und nach dem Aufwärmen des Motors, Öffnen des ersten Ventils und Schließen des zweiten Ventils, um Abgas in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung durch den Wärmetauscher strömen zu lassen und danach Abgas an eine Motoransaugung rückzuführen.
Verfahren nach Anspruch 11, worin während des Motorkaltstarts ein AGR-Ventil geschlossen gehalten wird, und worin nach dem Aufwärmen des Motors eine Öffnung des AGR-Ventils auf Basis eines AGR-Bedarfs erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, welches ferner umfasst, das erste Ventil geschlossen und das zweite Ventil offen zu halten, bis eine Motortemperatur höher als eine Schwelle ist, und danach das erste Ventil zu öffnen und das zweite Ventil zu schließen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, worin während des Motorkaltstarts das Übertragen von Wärme vom Wärmetauscher an die Fahrzeugkabine das Übertragen von Wärme vom Wärmetauscher an ein durch einen Heizkern zirkulierendes Kühlmittel und das Abführen von Wärme vom Heizkern an die Fahrzeugkabine auf Basis eines Kabinenheizbedarfs umfasst, und worin nach dem Aufwärmen des Motors Wärme vom Wärmetauscher an ein durch einen Radiator zirkulierendes Kühlmittel übertragen wird und Wärme vom Radiator an die Atmosphäre abgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, worin das Strömen von Abgas durch den Wärmetauscher in der ersten Richtung umfasst, dass Abgas durch den Wärmetauscher strömt, während es einen AGR-Kanal umgeht, und worin das Strömen von Abgas durch den Wärmetauscher in der zweiten Richtung umfasst, dass Abgas in den AGR-Kanal strömt, nachdem es durch den Wärmetauscher geströmt ist.
Motorsystem, umfassend: einen Motoransaugkrümmer; einen Motorabgaskrümmer, welcher einen Abgaskatalysator und einen Schalldämpfer umfasst, die über jeden aus einem Abgaskanal und eine Auspuffumgehung miteinander gekoppelt sind, wobei die Umgehung parallel mit dem Abgaskanal gekoppelt ist; einen Wärmetauscher, welcher in der Auspuffumgehung gekoppelt ist; ein Kühlmittelsystem, welches mit dem Wärmetauscher und einem Heizkern fluidgekoppelt ist; ein Ventilsystem, welches ein erstes, im Abgaskanal gekoppeltes Ventil und ein zweites, in der Auspuffumgehung stromaufwärts eines ersten Endes des Wärmetauschers gekoppeltes Ventil umfasst; wobei ein AGR-Kanal das erste Ende des Wärmetauschers mit dem Ansaugkrümmer koppelt, wobei der AGR-Kanal ein AGR-Ventil umfasst; sowie eine Steuereinheit mit computerlesbaren Befehlen, die in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, um: das AGR-Ventil zu schließen und das Ventilsystem in einem ersten Modus zu betreiben, wobei das erste Ventil geschlossen und das zweite Ventil offen sind, um Abgas vom Katalysator durch die Auspuffumgehung und in einer ersten Richtung durch den Wärmetauscher zum Schalldämpfer strömen zu lassen; das AGR-Ventil in Reaktion auf eine Zunahme der Motortemperatur und einen Bedarf an erwärmter AGR zu öffnen, während das Ventilsystem im ersten Modus gehalten wird; und das AGR-Ventil in Reaktion auf die Zunahme der Motortemperatur und keinen Bedarf an erwärmter AGR geschlossen zu halten, während das Ventilsystem in einen zweiten Modus übergeführt wird, wobei das erste Ventil offen und das zweite Ventil geschlossen ist, um Abgas vom Katalysator in die Auspuffumgehung strömen zu lassen, wobei Abgas in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung durch den Wärmetauscher strömt, und danach Abgas vom Wärmetauscher zum Ansaugkrümmer strömen zu lassen.
System nach Anspruch 16, worin das Schließen des AGR-Ventils und das Betreiben des Ventilsystems im ersten Modus in Reaktion auf eine Motorkaltstartbedingung erfolgen.
System nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, worin das Strömen von Abgas durch den Wärmetauscher in der ersten Richtung umfasst, dass Abgas am ersten Ende in den Wärmetauscher eintritt und an einem zweiten, entgegengesetzten Ende austritt, und worin das Strömen von Abgas durch den Wärmetauscher in der zweiten Richtung umfasst, dass Abgas am zweiten Ende in den Wärmetauscher eintritt und am ersten Ende austritt.
System nach einem der Ansprüche 16 bis 18, worin das erste und das zweite Ventil Klappenventile sind, wobei jedes aus dem ersten und dem zweiten Ventil über eine gemeinsame Welle gekoppelt ist und von einem gemeinsamen Aktuator betätigt wird.
System nach einem der Ansprüche 16 bis 19, worin, wenn das Ventilsystem im ersten Modus betrieben wird, Wärme, die am Wärmetauscher aus dem Abgas freigesetzt wird, an ein Motorkühlmittel übertragen wird, das durch einen Heizkern zirkuliert, wobei die Wärme danach an eine Fahrzeugkabine übertragen wird, und worin, wenn das Ventilsystem im zweiten Modus betrieben wird, Wärme, die am Wärmetauscher aus dem Abgas freigesetzt wird, an ein Motorkühlmittel übertragen wird, das durch einen Radiator zirkuliert, wobei die Wärme dann an die Atmosphäre abgeführt wird.