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ERFINDUNGSGEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Motorsystem zum Mischen von Abgasbestandteilen in einem Motorabgassystem.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK UND KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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In dem Bemühen, strenge Emissionsnormen der Bundesregierung einzuhalten, können Motorsysteme mit Abgasrückführsystemen (AGR) konfiguriert werden, wobei mindestens ein Teil des Abgases zum Motoreinlass zurückgeführt wird. Außerdem können in dem Motorabgaskrümmer verschiedene Sensoren enthalten sein, um Endrohremissionen zu schätzen.
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Ein Beispiel für ein derartiges AGR-System wird von Lutz et al. in
US 2008/0223038 A1 dargestellt. Hierbei ist ein Niederdruck-AGR-System (ND-AGR) konfiguriert, Abgas von hinter einem Partikelfilter zu dem Motoreinlass zurückzuführen. Ein Ausmaß an AGR wird über ein ND-AGR-Ventil verstellt, das in dem ND-AGR-Bypass positioniert ist. Zusätzliche AGR-Verstellungen können über ein hinter dem AGR-Bypass positioniertes Abgasgegendruckventil vorgenommen werden. Weiterhin können verschiedene Sensoren (beispielsweise ein NOx-Sensor, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor und ein Partikelmateriesensor) in dem Motorabgaskrümmer enthalten sein, um Endrohremissionen zu schätzen.
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch bei solchen Systemen ein potentielles Problem erkannt. Abgasbestandteile sind möglicherweise nicht gleichförmig verteilt. Folglich kann zwischen der Konzentration eines Abgasbestandteils nach Schätzung durch einen Sensor in dem Abgaskrümmer und der Konzentration des Bestandteils in dem Volumenabgas eine Diskrepanz vorliegen. Somit kann die Genauigkeit des Sensors verschlechtert werden, was zu schlechteren Motoremissionen führt. Wenngleich AGR-Ventilverstellungen für einen gewissen Grad an Abgasvermischung sorgen können, können sogar kleine AGR-Ventilmodulationen große Effekte auf ein bereitgestelltes AGR-Ausmaß haben, wodurch die gewünschte AGR-Steuerung verschlechtert wird. Feste Abgasmischer können alternativ in dem Motorauspuff enthalten sein, um die Abgasmischung zu verbessern, doch können solche Mischer die Komponentenkosten wesentlich erhöhen.
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Bei einem Beispiel kann das obenerwähnte Problem somit dadurch behandelt werden, dass die Abgasmischung durch ein Verfahren zum Betreiben eines Motors verbessert wird, der ein zwischen einen Motoreinlass und einen Motorauspuff gekoppeltes AGR-System enthält. Das Verfahren kann Folgendes umfassen: Verstellen eines Gegendruckventils des AGR-Systems, um ein gewünschtes AGR-Ausmaß bereitzustellen, wobei das Verstellen unter einer ersten Frequenz erfolgt; und selektives Modulieren des Gegendruckventils über der ersten Frequenz, um das Abgasmischen zu fördern, während das gewünschte AGR-Ausmaß aufrechterhalten wird.
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Bei einem Beispiel kann ein Motor eine Abgasrückführungsschleife (AGR) enthalten, die den Motorabgaskrümmer mit dem Ansaugkrümmer koppelt. Die Niederdruck-AGR-Schleife kann mindestens etwas Abgas von hinter einer Abgasreinigungseinrichtung in dem Abgaskrümmer zu einem Punkt vor einer Ansaugdrossel in dem Ansaugkrümmer zurückführen. Eine zu dem Einlass zurückgeführte Abgasmenge kann über ein in der AGR-Schleife enthaltenes AGR-Ventil verstellt werden. Ein zusätzliches, in dem Abgaskrümmer hinter der AGR-Schleife und der Abgasreinigungseinrichtung und vor Abgasemissionssensoren positioniertes Gegendruckventil kann konfiguriert sein, zusätzlichen Gegendruck bereitzustellen, um den Abgasstrom in die AGR-Schleife zu treiben. Während ausgewählter Motorbetriebsbedingungen kann die AGR bereitgestellt werden, indem das AGR-Ventil und das Gegendruckventil verstellt werden. Beispielsweise kann ein AGR-Ausmaß vergrößert werden, indem das AGR-Ventil geöffnet wird und das Gegendruckventil teilweise geschlossen wird. Das Gegendruckventil kann mit einer niedrigeren Frequenz (oder unter einer vordefiierten Frequenz) verstellt werden, um das gewünschte AGR-Ausmaß bereitzustellen. Hierbei können durch Zurückführen von erhitztem Abgas zu dem Motoreinlass die Motorabgasemissionen und die Kraftstoffeinsparung verbessert werden.
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Bei einem Beispiel kann die Abgasreinigungseinrichtung einen Dieselpartikelfilter (DPF) enthalten. Zum Verbessern des Filterbetriebs und folglich der Abgasemissionen können hierbei Abgaskonzentrationen von NOx und/oder Partikelmaterie (PM) von einem oder mehreren Sensoren, die hinter dem DPF und dem Gegendruckventil positioniert sind, periodisch erfasst werden. Während ausgewählter Bedingungen, wenn ein Erfassen angefordert wird (wenn beispielsweise ein Erfassen angefordert wird, um zu bestimmen, ob der Filter regeneriert werden muss, oder wenn ein Erfassen für Filterleckdetektionsroutinen angefordert wird), kann das Gegendruckventil (beispielsweise sinusförmig gepulst) moduliert werden, um eine lokale Turbulenz zu erzeugen, die das Abgas mischt. Insbesondere kann das Gegendruckventil mit einer höheren Frequenz (oder über der vordefinierten Frequenz) selektiv moduliert werden, so dass eine Abgasmischung erreicht wird, ohne den durchschnittlichen AGR-Strom zu beeinflussen. Beispielsweise kann das Gegendruckventil während einer ersten AGR-Bedingung, wenn keine Erfassung angefordert wird, mit einer ersten Frequenz verstellt werden. Während einer zweiten AGR-Bedingung, wenn zusätzlich zu der Verstellung eine Erfassung angefordert wird, kann dann das Gegendruckventil mit einer zweiten höherfrequenten Komponente moduliert werden.
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Die Modulationsfrequenz kann während der Erfassung auf der Basis von Motorbetriebsbedingungen bestimmt werden und kann so gewählt werden, dass das angeforderte AGR-Ausmaß aufrechterhalten wird. Beispielsweise kann die Frequenz derart gewählt werden, dass die mittlere Gegendruckventilposition an der für das angeforderte AGR-Ausmaß gewünschten Position gehalten wird. Bei einem Beispiel kann das Bestimmen der Modulationsfrequenz auf der Basis von Motorbetriebsbedingungen das Erhöhen der Modulationsfrequenz mit der Motordrehzahl beinhalten. Außerdem kann die Modulationsamplitude auf der Basis von Motorbetriebsbedingungen verstellt werden. Die Verstellung kann beispielsweise das Senken der Modulationsamplitude beinhalten, wenn sich die Motorventilzeitsteuerung Ventilöffnungs- oder Ventilschließungsgrenzen annähert.
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Bei noch einer weiteren Ausführungsform kann das AGR-Ventil zusätzlich zu der Gegendruckventilmodulation während der Erfassung selektiv moduliert werden. Das AGR-Ventil kann ein HD-AGR-Ventil und/oder ein ND-AGR-Ventil sein. Hierbei kann die AGR-Ventilmodulation in Koordination mit der Gegendruckventilmodulation derart verstellt werden, dass das angeforderte AGR-Ausmaß aufrechterhalten wird. Beispielsweise können die Frequenz (und Amplitude) der AGR-Ventilmodulation derart verstellt werden, dass sie der Frequenz der Gegendruckventilmodulation entsprechen, während eine Phase der AGR-Ventilmodulation so verstellt werden kann, dass die Gegendruckventilmodulation ausgeglichen wird.
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Durch Anwenden einer periodischen Bewegung auf das Gegendruckventil kann auf diese Weise ein lokales Rühren von Abgasen erreicht werden, das die Abgasmischung verbessern kann, ohne den AGR-Strom zu beeinflussen. Durch Verbessern des Mischens von Abgasen kann die Erfassungsgenauigkeit von Abgassensoren verbessert werden. Durch Verwenden von in den AGR-Systemen bereits verwendeten Komponenten zum aktiven Mischen des Abgases kann zusätzlich die Notwendigkeit für eigene Mischer wie etwa feste Abgasmischer reduziert werden.
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Es versteht sich, dass die obige kurze Darstellung vorgelegt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Sie soll keine wichtigen oder essentiellen Merkmale des beanspruchten Gegenstands identifizieren, dessen Schutzbereich ausschließlich durch die Ansprüche definiert wird, die auf die detaillierte Beschreibung folgen. Weiterhin ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, um etwaige, oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung erwähnte Nachteile zu lösen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Motors und eines assoziierten Abgasrückführungssystems.
- 2-3 zeigen Flussdiagramme auf hoher Ebene, die Routinen darstellen, die zum Verbessern des Abgasmischens implementiert werden können.
- 4 zeigt beispielhafte Abgasmischoperationen gemäß der vorliegenden Offenbarung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Verbessern des Abgasmischens in einem Motorauspuff. Wie in 1 gezeigt, kann ein mit einem Niederdruck- und einem Hochdruck-Abgasrückführungssystem (AGR) konfigurierter Motor ein AGR-Ventil in jeder AGR-Schleife zum Verstellen einer zu dem Motoreinlass zurückgeführten Abgasmenge enthalten. Ein hinter der ND-AGR-Schleife positioniertes Gegendruckventil kann verstellt werden, um das Umlenken von Abgas durch die AGR-Schleifen weiter zu unterstützen. Wie in 4 dargestellt, kann während Bedingungen, wenn eine Abgaserfassung angefordert wird, beispielsweise zum Bestimmen einer Filterregenerierung oder einer Filterleckdetektion, das Gegendruckventil zusätzlich mit höherer Frequenz moduliert werden, um das Abgasmischen zu fördern, während der AGR-Betrieb aufrechterhalten wird. Als Reaktion auf die Anforderung nach Erfassung kann ein Motorcontroller konfiguriert sein, eine Steuerroutine durchzuführen, wie etwa die Routinen von 2-3, um die höhere Frequenz der Gegendruckventilmodulation auf Basis von Motorbetriebsbedingungen zu wählen. Der Controller kann auch die Amplitude der Gegendruckventilmodulation auf der Basis der Betriebsbedingungen verstellen. Eine oder mehrere des ND-AGR-Ventils und des HD-AGR-Ventils können ebenfalls von dem Controller auf der Basis der Gegendruckventilmodulation moduliert werden, um die gewünschte AGR-Rate aufrechtzuerhalten. Auf diese Weise kann eine Abgasmischung erreicht werden, ohne den AGR-Strom zu beeinflussen. Das gemischte Abgas kann dann durch hinter dem Gegendruckventil positionierte Abgassensoren präzise erfasst werden. Durch Verbessern der Abgasmischung ohne Beeinflussung der AGR können Abgasemissionen präzise erfasst und die Motorabgasreinigung verbessert werden.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugsystems 6. Das Fahrzeugsystem 6 enthält ein Motorsystem 8 mit einem Motor 10, gekoppelt an ein Abgasreinigungssystem 22. Der Motor 10 enthält mehrere Zylinder 30. Der Motor 10 enthält auch einen Einlass 23 und einen Auspuff 25. Der Einlass 23 enthält eine über eine Einlasspassage 42 fluidisch an den Motoreinlasskrümmer 44 gekoppelte Drossel 62. Der Auspuff 25 enthält einen Abgaskrümmer 48, der zu einer Abgaspassage 45 führt, die Abgas über das Endrohr 35 zur Atmosphäre leitet.
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Der Motor 10 kann weiterhin eine Verstärkungseinrichtung wie etwa einen Turbolader 50 enthalten. Der Turbolader 50 kann einen entlang der Einlasspassage 42 angeordneten Verdichter 52 enthalten. Der Verdichter 52 kann über eine Welle 56 mindestens teilweise über eine entlang der Abgaspassage 45 angeordnete Turbine 54 angetrieben werden. Das von dem Turbolader bereitgestellte Ausmaß an Verstärkung kann über einen Motorcontroller variiert werden. Ein nichtgezeigter optionaler Ladenachkühler kann hinter dem Verdichter 52 in der Einlasspassage enthalten sein, um die Temperatur der von dem Turbolader verdichteten Einlassluft zu reduzieren.
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Das an die Abgaspassage 45 gekoppelte Abgasreinigungssystem 22 kann eine oder mehrere Abgasreinigungseinrichtungen 70 enthalten, die in einer eng gekoppelten Position in dem Auspuff montiert sind. Eine oder mehrere Abgasreinigungseinrichtungen können einen Partikelfilter 76, einen SCR-Katalysator, einen geregelten Katalysator, eine Mager-NOx-Falle, einen Oxidationskatalysator usw. enthalten. Die Abgasreinigungseinrichtungen können vor und/oder hinter (wie gezeigt) der Turbine 54 in der Abgaspassage 45 positioniert sein. Bei einer alternativen Ausführungsform kann der Partikelfilter 76 vor der Turboladerturbine 54 positioniert sein, während eine NOx-Falle oder ein SCR-Katalysator hinter der Turbine positioniert ist. Der Partikelfilter 76 kann beispielsweise ein unbeschichteter Dieselpartikelfilter sein. Alternativ kann der Partikelfilter 76 eine katalytische Zwischenschicht enthalten. Verwendete katalytische Zwischenschichten können beispielsweise Palladium, ein Kohlenwasserstoffadsorptionsmittel (wie etwa Aktivkohle oder Zeolith), einen SCR-Katalysator, eine Kombination aus HC-Adsorptionsmittel und SCR-Katalysator usw. enthalten.
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Der Motor 10 kann weiterhin eine oder mehrere Abgasrückführungspassagen (AGR) zum Zurückführen mindestens eines Teils des Abgases von der Abgaspassage 45 zur Einlasspassage 42 enthalten. Beispielsweise kann der Motor ein Niederdruck-AGR-System 72 (ND-AGR) enthalten, um einen Teil des Abgases von einem Punkt hinter der Turbine 54 und der Abgasreinigungseinrichtung 70 zu dem Motoreinlass vor dem Verdichter 52 und zur Drossel 62 über die ND-AGR-Schleife 73 umzuleiten. Das ND-AGR-System 72 kann unter Bedingungen wie etwa in der Anwesenheit einer Turboladerverstärkung und/oder bei über einem Schwellwert liegender Abgastemperatur betrieben werden. Die ND-AGR-Schleife 73 kann weiterhin einen ND-AGR-Kühler 74 enthalten, um die Temperatur des in den Motoreinlass zurückgeführten Abgases zu senken. Der Motor kann außerdem ein Hochdruck-AGR-System (HD-AGR) 92 enthalten, das konfiguriert ist, einen Teil des Abgases von einem Punkt vor der Turbine 54 zu dem Motoreinlass hinter dem Verdichter 52 und vor der Drossel 62 über die HD-AGR-Schleife umzuleiten. Das HD-AGR-System 62 kann unter Bedingungen wie in Abwesenheit einer Turboladerverstärkung betrieben werden. Die HD-AGR-Schleife 93 kann weiterhin einen HD-AGR-Kühler 94 enthalten, um die Temperatur des in dem Motoreinlass zurückgeführten Abgases zu senken.
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Ein Ausmaß und/oder eine Rate der Abgasrückführung durch die ND-AGR-Schleife 73 kann durch den Controller 12 über das ND-AGR-Ventil 39 variiert werden. Ein oder mehrere Abgassensoren wie etwa der AGR-Sensor 75 können innerhalb der ND-AGR-Schleife 73 positioniert sein, um einen Druck, eine Temperatur und/oder ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des durch das ND-AGR-System 72 zurückgeführten Abgases anzuzeigen. Analog kann eine Menge und/oder eine Rate der Abgasrückführung durch die HD-AGR-Schleife 93 von dem Controller 12 über das HD-AGR-Ventil 99 variiert werden. Ein oder mehrere Abgassensoren wie etwa der AGR-Sensor 95 können innerhalb der HD-AGR-Schleife 93 positioniert sein, um einen Druck, eine Temperatur und/oder ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des durch das HD-AGR-System 92 zurückgeführten Abgases anzuzeigen.
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Ein Abgasgegendruckventil 80 (hierin auch als eine Abgasdrossel bezeichnet) kann hinter der ND-AGR-Schleife 73 enthalten sein, um einen ausreichenden Gegendruck zu erzeugen, um das Abgas durch die ND-AGR-Schleife zu treiben. Während Bedingungen, wenn eine AGR angefordert wird, können das ND-AGR-Ventil 39 und das Gegendruckventil 80 verstellt werden, um eine Abgasmenge durch die AGR-Schleife umzuleiten, um das gewünschte AGR-Ausmaß bereitzustellen. Ein Motorcontroller kann das Gegendruckventil 80 unter eine erste Frequenz verstellen, um die AGR bereitzustellen. Alternativ kann das HD-AGR-Ventil 99 verstellt werden, um eine Abgasmenge durch die AGR-Schleife umzuleiten, um das gewünschte AGR-Ausmaß bereitzustellen. Durch Zurückführen von erhitztem Abgas zu dem Motoreinlass können die Vorzüge einer verbesserten Emission und Kraftstoffeinsparung erreicht werden.
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Der Motor 10 kann mindestens teilweise durch ein Steuersystem 14 gesteuert werden, das einen Controller 12 enthält, und durch eine Eingabe von einem Fahrzeugbediener über eine nichtgezeigte Eingabeeinrichtung. Das Steuersystem 14 ist so gezeigt, dass es Informationen von mehreren Sensoren 16 (von denen mehrere Beispiele hierin beschrieben werden) empfängt und Steuersignale an mehrere Aktuatoren 81 sendet. Bei einem Beispiel können zu den Sensoren 16 ein vor der Abgasreinigungseinrichtung angeordneter Abgassensor 126, ein Abgastemperatursensor 128 und ein Abgasdrucksensor 129, hinter dem Abgasreinigungssystem im Endrohr 35 angeordnet, und in der ND-AGR-Schleife 73 und der HD-AGR-Schleife 93 angeordnete AGR-Sensoren 75, 95 zählen. In der Abgaspassage 45 können hinter dem Abgasgegendruckventil 80 auch verschiedene Abgassensoren enthalten sein, wie etwa ein Partikelmateriesensor (PM) 82, ein NOx-Sensor 84, ein nichtgezeigter Sauerstoffsensor, ein nichtgezeigter Ammoniaksensor, ein nichtgezeigter Kohlenwasserstoffsensor usw. Andere Sensoren wie etwa zusätzliche Druck-, Temperatur-, Luft-Kraftstoff-Verhältnis- und Zusammensetzungssensoren können an verschiedenen Orten in dem Fahrzeugsystem 6 gekoppelt sein. Als ein weiteres Beispiel können zu den Aktuatoren 81 eine Kraftstoffeinspritzdüse 66, ein AGR-Ventil 39, eine Drossel 62 und ein Gegendruckventil 80 zählen. Andere Aktuatoren wie etwa eine Vielzahl zusätzlicher Ventile und Drosseln können an verschiedenen Orten in dem Fahrzeugsystem 6 gekoppelt sein. Der Controller 12 kann Eingangsdaten von den verschiedenen Sensoren empfangen, die Eingangsdaten verarbeiten und die Aktuatoren als Reaktion auf die verarbeiteten Eingangsdaten auf der Basis einer Anweisung oder eines Codes auslösen, die oder der entsprechend einer oder mehrerer Routinen darin programmiert ist. Eine beispielhafte Steuerroutine wird hierin bezüglich 2 beschrieben.
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Während ausgewählter AGR-Bedingungen kann zusätzliche Abgaserfassung angefordert werden. Beispielsweise kann eine Abgaserfassung während Leckdetektionsroutinen oder zum Bestimmen, ob der Partikelfilter 76 eine Regenerierung erfordert, angefordert werden. Als solches kann eine unzureichende Abgasmischung in dem Endrohr zu einer ungenauen Abgaserfassung durch die Abgassensoren führen. Folglich kann die Abgasreinigung verschlechtert werden. Wenn bei einem Beispiel der Motor mit niedriger Motordrehzahl arbeitet, aber mit einer hohen Last, kann unzureichende Abgasmischung vorliegen. Wie weiter in 2-3 ausgeführt, kann somit als Reaktion auf eine Anforderung nach Erfassung ein Motorcontroller das Gegendruckventil 80 zusätzlich zu dem Verstellen des Gegendruckventils, um die angeforderte AGR bereitzustellen, selektiv modulieren. Beispielsweise kann der Motorcontroller das Gegendruckventil 80 über der ersten Frequenz modulieren, um eine Abgasmischung zu fördern, während der AGR-Strom aufrechterhalten wird. Hierbei verursacht das Zusammenziehen und Ausdehnen des Abgasstroms über das Ventil eine lokale Turbulenz, die die Abgasmischung verbessert. Die Modulationsfrequenz und/oder -amplitude kann auf der Basis von Motorbetriebsbedingungen ausgewählt werden. Durch Verstellen eines Gegendruckventils, um AGR bereitzustellen, und durch weiteres Modulieren des Gegendruckventils als Reaktion auf eine Anforderung nach Erfassung kann eine Abgasmischung erzielt werden, während AGR-Strömungscharakteristika aufrechterhalten werden. Durch Verwenden von AGR-Komponenten zum aktiven Mischen des Abgases kann außerdem die Notwendigkeit für separate Abgasmischer reduziert werden und Vorzüge bezüglich Komponentenreduktion können erreicht werden.
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Bei einem weiteren Beispiel kann das Gegendruckventil moduliert werden, um eine Turbulenz zum Mischen des Abgases zu erzeugen, um eine stromabwärtige Abgaserfassung zu erleichtern, während das HD-AGR-Ventil und/oder das ND-AGR-Ventil entsprechend moduliert wird, um die AGR-Strömungsrate aufrechtzuerhalten. Wie unter Bezugnahme auf die 2-4 ausgeführt, kann durch Modulieren des AGR-Ventils (ND-AGR-Ventil oder HD-AGR-Ventil) auf der Basis der Modulation des Gegendruckventils der AGR-Strom aufrechterhalten werden, während eine ausreichende Abgasmischung ermöglicht wird.
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Nunmehr unter Bezugnahme auf 2 wird eine beispielhafte Routine 200 zum Verstellen eines Gegendruckventils dargestellt, das an ein AGR-System gekoppelt ist, um ein gewünschtes AGR-Ausmaß bereitzustellen und um eine Abgasmischung als Reaktion auf eine Anforderung nach Abgaserfassung zu fördern.
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Bei 202 können Motorbetriebsbedingungen geschätzt und/oder gemessen werden. Dazu können beispielsweise Motordrehzahl, vom Fahrer angefordertes Drehmoment, Motortemperatur, Katalysatortemperatur usw. zählen. Bei 204 kann ein gewünschtes AGR-Ausmaß auf der Basis der geschätzten Betriebsbedingungen bestimmt werden. Bei 206 kann das AGR-Ventil auf der Basis des angeforderten AGR-Ausmaßes verstellt werden. Beispielsweise kann das AGR-Ventil geöffnet werden, um das an den Motoreinlass gelieferte AGR-Ausmaß zu vergrößern. Bei 208 kann auch das Abgasgegendruckventil auf der Basis der Motorbetriebsbedingungen verstellt werden, um das angeforderte AGR-Ausmaß bereitzustellen. Wenn beispielsweise das AGR-Ventil geöffnet wird, kann das Gegendruckventil teilweise geschlossen werden, um den Gegendruck bereitzustellen, der erforderlich ist, um Abgas in die AGR-Schleife umzuleiten. Die Verstellung des Gegendruckventils kann unter einer ersten Frequenz erfolgen. Bei 210 kann bestimmt werden, ob eine Anforderung nach Erfassung empfangen worden ist. Bei einem Beispiel kann eine Anforderung nach Abgaserfassung während einer Leckdetektionsroutine empfangen werden. Bei einem weiteren Beispiel kann eine Anforderung nach Abgaserfassung empfangen werden, nachdem eine Schwellwertdauer des Motorbetriebs abgelaufen ist, um zu bestimmen, ob eine Filterregenerierung erforderlich ist.
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Falls bei 210 keine Anforderung nach Erfassung empfangen wird, kann die Routine enden. Falls jedoch eine Anforderung nach Erfassung empfangen wird, dann kann der Motorcontroller bei 212 zusätzlich das Gegendruckventil (zusätzlich zu der Verstellung, um beispielsweise den gewünschten AGR-Strom bereitzustellen) modulieren, indem das Gegendruckventil mit einer Frequenz über der ersten Frequenz moduliert wird, um die Abgasmischung zu fördern, während der mittlere AGR-Strom (über die Modulationsperiode gemittelt) bei dem gewünschten AGR-Ausmaß aufrechterhalten wird. Die Modulationsfrequenz kann auf der Basis der geschätzten Motorbetriebsbedingungen, einschließlich Motordrehzahl, verstellt werden. Die Verstellung kann beispielsweise das Erhöhen der Modulationsfrequenz mit der Motordrehzahl beinhalten. Als solches kann die Frequenz der Modulation innerhalb der Bandbreite des Gegendruckventils gehalten werden. Außerdem kann eine Amplitude der Modulation auf der Basis der Motorbetriebsbedingungen verstellt werden. Beispielsweise kann die Amplitude verringert werden, wenn sich die Ventilöffnung des Gegendruckventils einem ganz geöffneten Ventil (z.B. einem offenen Anschlag) oder einem ganz geschlossenen Ventil (z.B. einem geschlossenen Anschlag) annähert.
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Während ein Beispiel einer sinusförmigen Modulation des Gegendruckventils zusätzlich zu den Verstellungen beinhaltet, die den mittleren gewünschten AGR-Strom bereitstellen, können verschiedene andere Modulationsverfahren verwendet werden. Beispielsweise kann eine Modulation, die mehrere sinusförmige Komponenten enthält, wobei jede eine Frequenz über der ersten Frequenz aufweist, verwendet werden, wobei die verschiedenen Frequenzen der sinusförmigen Komponenten auf der Basis von Betriebsbedingungen wie etwa Abgasströmungsrate, Motordrehzahl, Abgasdruck, Abgastemperatur usw. gewählt werden können.
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Wie weiter unter Bezugnahme auf 3 ausgeführt, kann der Motorcontroller das AGR-Ausmaß optional aufrechterhalten, indem auch die Modulation zu dem HD-AGR-Ventil und/oder ND-AGR-Ventil hinzugefügt wird, wobei die AGR-Ventilmodulation auf der Modulation des Gegendruckventils basieren kann. Dies kann beinhalten, eine Frequenz und Amplitude der AGR-Ventilmodulation zu verstellen, um der Frequenz der Gegendruckventilmodulation zu entsprechen, während eine Phase der AGR-Ventilmodulation relativ zu der Modulation des Gegendruckventils verstellt wird, um den Effekt der Gegendruckventilmodulation auf den gegenwärtigen AGR-Strom in den Motor auszugleichen. Beispielsweise kann die AGR-Ventilmodulation bei einer üblichen Frequenz stattfinden, aber außer Phase mit der Gegendruckventilmodulation, um den Effekt der Modulation auf den gegenwärtigen AGR-Strom effektiv aufzuheben.
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Durch Modulieren des Gegendruckventils kann ein lokales Rühren von Abgasen erreicht werden, was bei Anforderung das Abgasmischen fördern würde. Bei 214 können die gemischten Abgase durch die Abgassensoren hinter dem Gegendruckventil erfasst werden. Durch Mischen der Abgase vor und hinter den Sensoren kann die Erfassungsgenauigkeit der Sensoren verbessert werden, wodurch die Abgasreinigung verbessert wird. Durch selektives Anwenden der Modulation ist es außerdem möglich, Energie einzusparen, wenn eine ausreichende Abgasmischung ohne Modulation erfolgt. Beispielsweise zeigt 2 das Bereitstellen einer Ventilmodulation während der Erfassung von einem oder mehreren der Sensoren 82 oder 84, wobei die Modulation nicht ausgeführt wird, wenn keine Erfassung stattfindet. Bei einem anderen Beispiel jedoch können die Sensoren während des Motorbetriebs überwacht (und als Basis zum Verstellen des Motorbetriebs, der Filterregeneration und dergleichen verwendet) werden, und zwar sowohl während der Modulation des Ventils als auch während der Verstellung des Ventils ohne die zusätzliche Modulation. Beispielsweise können Bedingungen bei höheren Motordrehzahlen und höheren Lasten eine ausreichende Abgasmischung erzeugen, so dass keine Modulation benötigt wird, und somit kann unter diesen ausgewählten Bedingungen keine Modulation bereitgestellt werden. Ob die Modulation zu dem Gegendruckventil hinzugefügt wird oder nicht, kann noch weiter auf einer Position des Gegendruckventils basieren, weil mehr offene Positionen weniger Turbulenz erzeugen, wohingegen mehr geschlossene Positionen mehr Turbulenz erzeugen. Als solches kann bei einem Beispiel während einer ersten Bedingung (dass z.B. eine erste Gegendruckventilposition unter einem Schwellwert liegt) eine Betriebsbedingung (z.B. Initiierung einer Filterregenerierung) auf Sensormesswerten eines Sensors hinter dem Gegendruckventil (wie etwa von dem Sensor 82) ohne zusätzliche sinusförmige Modulation des Gegendruckventils basieren; und während einer zweiten Bedingung (wie etwa, dass eine zweite Gegendruckventilposition über einem Schwellwert liegt) kann die Betriebsbedingung auf Sensormesswerten des stromabwärtigen Sensors mit zusätzlicher sinusförmiger Modulation des Gegendruckventils basieren, um die Turbulenz und somit die Genauigkeit des Sensormesswerts zu erhöhen.
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Nunmehr unter Bezugnahme auf 3 wird eine beispielhafte Routine 300 beschrieben, um während der Gegendruckventilmodulation einen AGR-Strom aufrechtzuerhalten. Bei 302 kann das Gegendruckventil über einer ersten Frequenz moduliert werden, um eine Abgasmischung bereitzustellen. Bei 304 kann bestimmt werden, ob es erwünscht ist, eine AGR-Strömungsrate mit einem AGR-Ventil aufrechtzuerhalten. Hierbei kann das AGR-Ventil ein ND-AGR-Ventil des ND-AGR-Systems und/oder ein HD-AGR-Ventil des HD-AGR-Systems sein. Falls nicht erwünscht ist, die AGR-Strömungsrate mit einem AGR-Ventil aufrechtzuerhalten, dann können die Modulationsamplitude und -frequenz der Gegendruckventilmodulation bei 306 auf der Basis der Motorbetriebsbedingungen verstellt werden, um die AGR-Strömungsrate aufrechtzuerhalten, während die erforderliche Turbulenzmischung bereitgestellt wird. Bei einem Beispiel wird die AGR-Ventilmodulation aufgrund dessen, dass die AGR-Ventilbewegung begrenzt oder beschränkt ist, möglicherweise nicht angefordert. Beispielsweise kann die Position des AGR-Ventils zu nahe an einer ganz offenen oder ganz geschlossenen Position sein, so dass eine Modulation möglicherweise nicht möglich ist.
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Falls im Vergleich dazu gewünscht ist, die AGR-Strömungsrate mit einem AGR-Ventil aufrechtzuerhalten, wenn beispielsweise die Bewegung des AGR-Ventils nicht beschränkt oder begrenzt ist, dann können bei 308 ein oder mehrere des HD-AGR-Ventils und des ND-AGR-Ventils zusätzlich zu dem Gegendruckventil moduliert werden. Eine Modulationsamplitude und -frequenz der Modulation des AGR-Ventils kann auf der Basis des Modulation (Amplitude und Frequenz) der Gegendruckventilmodulation verstellt werden, so dass eine gewünschte AGR-Strömungsrate aufrechterhalten wird. Bei einem Beispiel kann wie etwa während Bedingungen ohne ND-AGR das HD-AGR-Ventil zusätzlich zu dem Gegendruckventil moduliert werden, um die AGR-Rate aufrechtzuerhalten. Bei einem weiteren Beispiel wie etwa während Bedingungen ohne HD-AGR kann das ND-AGR-Ventil zusätzlich zu dem Gegendruckventil moduliert werden, um die AGR-Rate aufrechtzuerhalten. Bei einem weiteren Beispiel kann ein AGR-Ventil auf der Basis von Ansprechzeiten gewählt werden. Beispielsweise kann das HD-AGR-Ventil gewählt werden, falls sich das HD-AGR-Ventil schneller (d.h. mit einer höheren Frequenz) als Reaktion auf eine Anforderung nach Modulation bewegt. Bei einem weiteren Beispiel kann ein AGR-Ventil auf der Basis des Ansprechgrades gewählt werden. Beispielsweise kann das ND-AGR-Ventil gewählt werden, falls ein kleineres Ausmaß an Modulation für das ND-AGR-Ventil erforderlich ist (d.h. eine kleinere Änderung bei der Position des ND-AGR-Ventils) im Vergleich zu einem größeren Ausmaß an Modulation, das für das HD-AGR-Ventil erforderlich ist (d.h. eine größere Änderung bei der Position des HD-AGR-Ventils), um die gewünschte AGR-Rate aufrechtzuerhalten. Bei noch einem weiteren Beispiel kann der Controller auf der Basis dessen, welches Ventil sich näher an einer Ventilgrenze befindet, zwischen den AGR-Ventilen wählen. Beispielsweise kann der Controller das ND-AGR-Ventil für eine AGR-Ventilmodulation wählen, wenn das ND-AGR-Ventil näher an einer Ober- oder Untergrenze liegt (wie etwa näher an einer ganz offenen oder einer ganz geschlossenen Position), oder kann das HD-AGR-Ventil für die AGR-Ventilmodulation wählen, wenn sich das ND-AGR-Ventil näher an einer Ober- oder Untergrenze befindet (wie etwa näher an einer ganz offenen oder einer ganz geschlossenen Position). Bei noch weiteren Beispielen kann die AGR-Ventilmodulation das Modulieren sowohl des HD-AGR-Ventils als auch des ND-AGR-Ventils beinhalten, um die AGR-Rate aufrechtzuerhalten, während das Gegendruckventil moduliert wird, um eine Abgasmischung bereitzustellen. Als solches kann eine AGR-Ventilmodulation das Verstellen einer Modulationsfrequenz und -amplitude des oder der gewählten AGR-Ventile beinhalten, um der Frequenz der Gegendruckventilmodulation zu entsprechen, so dass der Effekt der Gegendruckventilmodulation auf den gegenwärtigen AGR-Strom in den Motor ausgeglichen wird. Beispielsweise kann, wie unter Bezugnahme auf 4 gezeigt, die AGR-Ventilmodulation auf einer üblichen Frequenz sein, aber außer Phase mit der Gegendruckventilmodulation, um den Effekt der Gegendruckventilmodulation auf den gegenwärtigen AGR-Strom aufzuheben.
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Nunmehr unter Bezugnahme auf 4 werden beispielhafte AGR- und Gegendruckventiloperationen auf einer Karte 400 dargestellt, um die vorliegende Offenbarung weiter zu verdeutlichen. Die Karte 400 zeigt AGR-Ventilverstellungen ohne zusätzliche Modulation bei 402 und mit Modulation bei 412 und zeigt Verstellungen des Gegendruckventils (hierin auch als eine Abgasdrossel bezeichnet) ohne zusätzliche Gegendruckventilmodulation bei 404 und mit Modulation bei 406.
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Auf der Basis von Motorbetriebsbedingungen kann von einem Controller ein gewünschtes AGR-Ausmaß bestimmt werden. Während einer ersten AGR-Bedingung, wenn keine Erfassung angefordert worden ist, kann der Motorcontroller ein AGR-Ventil (Kurve 402) und das Gegendruckventil (Kurve 404) verstellen, um das angeforderte AGR-Ausmaß bereitzustellen. Hierbei kann das AGR-Ventil das HD-AGR-Ventil des HD-AGR-Systems und/oder das ND-AGR-Ventil des ND-AGR-Systems sein. Bei einem Beispiel, wie vor t1 gezeigt, kann das angeforderte AGR-Ausmaß bereitgestellt werden, indem das AGR-Ventil geöffnet (oder seine Öffnung vergrößert) wird und das Abgasgegendruckventil teilweise geschlossen (oder seine Öffnung verringert) wird. Während der ersten AGR-Bedingung wird das Verstellen der Ventile ohne Modulation durchgeführt.
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Im Vergleich kann der Controller während einer zweiten AGR-Bedingung als Reaktion auf eine bei t1 empfangene Anforderung nach Erfassung das AGR-Ventil und das Gegendruckventil verstellen, um das angeforderte AGR-Ausmaß bereitzustellen, und zusätzlich zu der Verstellung kann der Controller nur das Gegendruckventil mit einer höheren Frequenz (Kurve 406) modulieren als das Verstellen, um eine Abgasmischung in dem Motorabgaskrümmer zu fördern. Nach der Modulation können ein oder mehrere Emissionssensoren das gemischte Abgas hinter dem Gegendruckventil erfassen.
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Während der zweiten AGR-Bedingung weiterhin, wenn das Gegendruckventil moduliert wird, kann der Controller auf der Basis von Motorbetriebsbedingungen eine Modulationsfrequenz und -amplitude bestimmen. Beispielsweise kann, wie bei 408 gezeigt, während einer ersten Modulation zwischen t1 und t2 die Frequenz der Gegendruckventilmodulation als Reaktion auf eine Abnahme der Motordrehzahl gesenkt und eine Amplitude der Gegendruckventilmodulation als Reaktion darauf erhöht werden, dass sich eine Ventilzeitsteuerung von dem Öffnen oder Schließen des Ventils wegbewegt. Bei einem weiteren Beispiel kann, wie bei 410 gezeigt, während einer zweiten Modulation zwischen t2 und t3 die Frequenz der Modulation als Reaktion auf eine Steigerung der Motordrehzahl erhöht werden und eine Amplitude der Modulation kann als Reaktion darauf gesenkt werden, dass sich eine Ventilzeitsteuerung zu der Grenze für das Öffnen oder Schließen des Ventils bewegt. Als solches ist zu verstehen, dass die Modulationsfrequenz des Gegendruckventils immer innerhalb der Bandbreite des Gegendruckventils aufrechterhalten werden kann. Nach einer Erfassung nach t3, wenn keine weitere Erfassung angefordert wird, kann die Gegendruckventilmodulation angehalten werden und die Verstellung des AGR-Ventils und die Verstellungen des Gegendruckventils können aufrechterhalten werden.
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Wenn während einer dritten AGR-Bedingung das Gegendruckventil so moduliert wird, dass eine lokale Turbulenz für ein Abgasmischen erzeugt wird, kann das AGR-Ventil so moduliert werden, dass die AGR-Strömungsrate aufrechterhalten wird. Insbesondere kann das AGR-Ventil in Koordination mit der Gegendruckventilmodulation moduliert werden, um ein Abgasmischen zu ermöglichen, während der gewünschte AGR-Strom aufrechterhalten wird. Wie weiter oben erörtert, kann der Motorcontroller eines oder mehrere des ND-AGR-Ventils und des HD-AGR-Ventils für die AGR-Ventilmodulation wählen. Beispielsweise kann das AGR-Ventil, wie bei 414 gezeigt, zwischen t2 und t3 mit der gleichen Frequenz und Amplitude wie die entsprechende Gegendruckventilmodulation moduliert werden, aber mit einer Phasenlage, die die Gegendruckventilmodulation ausgleichen kann.
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Auf diese Weise kann das Gegendruckventil eines AGR-Systems während AGR-Bedingungen (z.B. zusätzlich zu Verstellungen als Reaktion auf Bereitstellen des gewünschten AGR-Ausmaßes) moduliert werden, um eine lokale Turbulenz bereitzustellen, die ein Abgasmischen fördern kann, ohne den mittleren AGR-Strom zu beeinflussen. Durch Erfassen von gemischtem Abgas mit hinter dem modulierten Ventil positionierten Sensoren kann die Genauigkeit der Abgaserfassung verbessert werden, was eine präzisere Emissions- und AGR-Steuerung ermöglicht. Indem bereits in dem Motorsystem für aktives Mischen des Abgases existierenden AGR-Komponenten verwendet werden, kann weiterhin die Notwendigkeit für eigene Abgasmischer reduziert werden, wodurch man Vorzüge bezüglich Komponentenreduktion erhält.
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Man beachte, dass die hierin enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hierin beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere einer Anzahl von Verarbeitungsstrategien wie etwa ereignisgetrieben, Interrupt-getrieben, Multi-Tasking, Multi-Threading und dergleichen darstellen. Als solches können verschiedene Handlungen, Operationen oder Funktionen, die dargestellt sind, in der dargestellten Sequenz oder parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen entfallen. Gleichermaßen ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele zu erreichen, wird aber zur Vereinfachung der Veranschaulichung und Beschreibung vorgelegt. Eine oder mehrere der dargestellten Handlungen oder Funktionen können je nach der verwendeten jeweiligen Strategie wiederholt ausgeführt werden. Weiterhin können die beschriebenen Handlungen einen Code grafisch darstellen, der in das computerlesbare Speichermedium in dem Motorsteuersystem programmiert werden soll.
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Eine weitere Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Motorsystems, das einen Motoreinlass, eine Abgasreinigungseinrichtung, einen durch eine AGR-Schleife an den Motoreinlass gekoppelten Motorauspuff, ein in der AGR-Schleife positioniertes AGR-Ventil und ein hinter der AGR-Schleife positioniertes Gegendruckventil beinhaltet, umfasst:
- während einer ersten AGR-Bedingung das Verstellen des AGR-Ventils und
- des Gegendruckventils, um ein angefordertes AGR-Ausmaß bereitzustellen; und
- während einer zweiten AGR-Bedingung das Verstellen des AGR-Ventils und des Gegendruckventils, um ein angefordertes AGR-Ausmaß bereitzustellen, Modulieren des Gegendruckventils mit einer höheren Frequenz als das Verstellen, um das Abgasmischen in dem Motorauspuff zu fördern, und Erfassen des gemischten Abgases hinter dem Gegendruckventil.
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Bevorzug beinhaltet dabei die zweite AGR-Bedingung das Abgaserfassen durch einen oder mehrere, hinter dem Gegendruckventil positionierte Sensoren, und wobei während der ersten AGR-Bedingung das Verstellen ohne Modulation mit der höheren Frequenz erfolgt.
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Weiter bevorzug beinhaltet dabei der eine oder die mehreren Sensoren mindestens einen PM-Sensor und einen NOx-Sensor beinhalten.
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Bevorzugt wird die höhere Frequenz als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen einschließlich Motordrehzahl und/oder Motorlast verstellt.
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Ferner bevorzugt wird während der zweiten AGR-Bedingung eine Amplitude der Modulation auf der Basis von Motorbetriebsbedingungen einschließlich Ventilzeitsteuerung verstellt.
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Dabei ist vorteilhaft die Verstellung das Senken der Amplitude beinhaltet, wenn sich die Ventilzeitsteuerung dem Öffnen oder Schließen des Ventils nähert.
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In einer weiter bevorzugten Ausführung umfasst das Verfahren während der zweiten AGR-Bedingung das Modulieren des AGR-Ventils mit der höheren Frequenz und das Verstellen einer Phase der AGR-Ventilmodulation, um das angeforderte AGR-Ausmaß aufrechtzuerhalten.
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Ein erfindungsgemäßes Motorsystem umfasst Folgendes:
- einen Motoreinlass;
- einen Motorauspuff;
- eine Abgasreinigungseinrichtung;
- eine Niederdruck-AGR-Schleife, die den Motorauspuff mit dem Motoreinlass koppelt;
- ein AGR-Ventil, das in der AGR-Schleife positioniert und konfiguriert ist,
- eine durch die AGR-Schleife umgeleitete Abgasmenge zu verstellen;
- ein hinter der AGR-Schleife positioniertes Gegendruckventil;
- einen oder mehrere Abgassensoren, die hinter dem Gegendruckventil positioniert sind; und
- ein Steuersystem mit computerlesbaren Anweisungen zum:
- Verstellen des AGR-Ventils und des Gegendruckventils, um eine Abgasmenge durch die AGR-Schleife umzuleiten; und
- als Reaktion auf eine Anforderung nach Abgaserfassung Modulieren des Gegendruckventils mit einer höheren Frequenz als die Verstellung, um das Abgasmischen zu fördern, während das Ausmaß der Abgasumleitung aufrechterhalten wird, und Erfassen des gemischten Abgases hinter dem Gegendruckventil.
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Dabei ist das Modulieren auf eine Frequenz eingestellt, die auf der Basis von Motorbetriebsbedingungen einschließlich Motordrehzahl bestimmt ist.
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Bezugszeichenliste
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1
- 14
- Steuersystem
- 16
- Sensoren
- 81
- Aktuatoren
- 35
- ZUR ATM.
- 42
- EINLASS
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2
- Start
- 202
- Motorbetriebsbedingungen schätzen und/oder messen (z.B. Ne, angefordertes Drehmoment, Teng, Tcat usw.)
- 204
- Bestimmen des gewünschten AGR-Ausmaßes auf der Basis von geschätzten Betriebsbedingungen
- 206
- Verstellen des AGR-Ventils auf der Basis des gewünschten AGR-Ausmaßes
- 208
- Verstellen des Gegendruckventils auf der Basis von Motorbetriebsbedingungen und des AGR-Ausmaßes
- 210
- Erfassungsanforderung?
- NO
- NEIN
- YES
- JA
- 212
- Modulieren des Gegendruckventils mit höherer Frequenz, während das AGR-Ausmaß aufrechterhalten wird, um Abgas zu mischen. Verstellen der Modulationsamplitude und -frequenz auf der Basis von Motorbetriebsbedingungen
- (3)
- 214
- Erfassen des gemischten Abgases hinter dem Gegendruckventil Ende
- 3 Start
- 302
- Modulieren des Gegendruckventils
- 304
- Aufrechterhalten der AGR-Strömungsrate mit AGR-Ventil?
- NO -
- NEIN
- YES
- - JA
- 306
- Verstellen der Modulationsamplitude und -frequenz des Gegendruckventils auf der Basis von Motorbetriebsbedingungen, um die AGR-Rate aufrechtzuerhalten, während ein Turbulenzmischen bereitgestellt wird
- 308
- Modulieren des HD-AGR- oder ND-AGR-Ventils. Verstellen von Modulationsamplitude und -frequenz des AGR-Ventils auf der Basis der Gegendruckventilmodulation, um die AGR-Rate aufrechtzuerhalten