DE102006058748A1 - Exhaust gas recirculation device for internal combustion engines - Google Patents

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Hans-Joachim Schulz
Christof Rau
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Nicolas Vogt
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Abstract

Es wird eine Abgasrückführvorrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, angegeben, die einen von einem Abgasstrang (13) zu einem Luftansaugtrakt (11) der Brennkraftmaschine (10) führenden Abgas-Abzweigkanal (16), in dem ein von einem Kühlmittel durchströmter Abgaskühler (17) angeordnet ist, und Steuermittel zum Steuern der über den Abgas-Abzweigkanal (16) abgezweigten Abgasmenge aufweist. Für eine verbesserte Steuerung der Verbrennung in der Brennkraftmaschine (10), insbesondere zur Sicherstellung der sog. HCCI-Verbrennung, die im niedrigen Teillastbereich eine sehr stickoxid- und partikelarme Verbrennung ermöglicht, weisen die Steuermittel eine Ultraschallmesseinrichtung (25) auf, die den Massedurchfluss im Abgas-Abzweigkanal (16) direkt und hochgenau misst. Zur Beherrschung der Temperaturempfindlichkeit der Auswerteelektronik (29) in der Ultraschallmesseinrichtung (25) und zu deren Schutz gegen Überhitzung ist mindestens die Auswerteelektronik (29) der Ultraschallmesseinrichtung (25) von dem Kühlmittel umspült.The invention relates to an exhaust gas recirculation device for internal combustion engines, in particular diesel engines, which has an exhaust gas branch duct (16) leading from an exhaust line (13) to an air intake tract (11) of the internal combustion engine (10), in which an exhaust gas cooler (17) through which a coolant flows. is arranged, and control means for controlling the branched off via the exhaust branch passage (16) the amount of exhaust gas. For an improved control of the combustion in the internal combustion engine (10), in particular to ensure the so-called. HCCI combustion, which allows a very nitrogen oxide and low-particle combustion in the low part load range, the control means to an ultrasonic measuring device (25), the mass flow in the Exhaust branch duct (16) measures directly and with high precision. To control the temperature sensitivity of the transmitter (29) in the ultrasonic measuring device (25) and to protect against overheating at least the transmitter (29) of the ultrasonic measuring device (25) is surrounded by the coolant.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einer Abgasrückführvorrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Dieselmotoren, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention is based on an exhaust gas recirculation device for internal combustion engines, especially for Diesel engines, according to the preamble of claim 1.

Abgasrückführvorrichtungen dienen zur Absenkung der Stickoxid-Emissionen im Abgas von Brennkraftmaschine. Bei einer bekannten Abgasrückführvorrichtung für Dieselmotoren ( „Dieselmotormanagement Robert Bosch GmbH, 4. Auflage, Oktober 2004, Seite 330 bis 332 Friedr. Vieweg & Sohn Verlag, Wiesbaden ) wird das Abgas vor der Turbine eine Abgasturboladers abgezweigt und der Ansaugluft des Motors mittels einer Mischeinrichtung zugeführt. Die rückgeführte Abgasmenge hängt von der Druckdifferenz zwischen dem Abgasgegendruck vor der Turbine und dem Saugrrohrdruck sowie der Stellung eines pneumatisch oder elektrisch betätigten Abgasrückführventils ab. Die Regelung des Abgasrückführventils erfolgt durch ein Motorsteuergerät in Abhängigkeit von der im Saugrohr des Motors gemessenen Luftmassen. Um die Wirkung der Abgasrückführung zu verbessern, wird die rückgeführte Abgasmenge in einem von dem Motorkühlmittel durchströmten Wärmetauscher, dem sog. Abgaskühler, gekühlt, wodurch deutlich höhere Abgasrückführraten möglich sind und dadurch die Stickoxid-Emissionen weiter gesenkt werden.Exhaust gas recirculation devices are used to reduce the nitrogen oxide emissions in the exhaust gas of internal combustion engine. In a known exhaust gas recirculation device for diesel engines ( "Diesel Engine Management Robert Bosch GmbH, 4th edition, October 2004, pages 330 to 332 Friedr. Vieweg & Sohn Verlag, Wiesbaden ), the exhaust gas is branched off before the turbine of an exhaust gas turbocharger and fed to the intake air of the engine by means of a mixing device. The recirculated exhaust gas quantity depends on the pressure difference between the exhaust back pressure upstream of the turbine and the suction pipe pressure and the position of a pneumatically or electrically actuated exhaust gas recirculation valve. The regulation of the exhaust gas recirculation valve is effected by an engine control unit as a function of the air masses measured in the intake manifold of the engine. In order to improve the effect of the exhaust gas recirculation, the recirculated exhaust gas amount in a flowed through by the engine coolant heat exchanger, the so-called. Exhaust gas cooled, whereby significantly higher exhaust gas recirculation rates are possible and thereby the nitrogen oxide emissions are further reduced.

Es ist bekannt, bei der Messung der Ansaugluft von Verbrennungsmotoren Ultraschall-Durchflussmesser einzusetzen ( DE 42 37 907 A1 ). Diese Durchflussmesser werten die Laufzeitunterschiede des Ultraschalls in Richtung der Strömung und entgegen der Strömung aus. Aus der Differenz der gemessenen Laufzeit ergibt sich die Geschwindigkeit der Strömung. Um den Luftmassendurchfluss zu bestimmen, wird eine zusätzliche Messung durchgeführt, aus der sich die Dichte der strömenden Luft bestimmen lässt, so dass aus der Dichte der Luft und deren Strömungsgeschwindigkeit die Luftmasse berechnet werden kann. Diese zusätzliche Messung ist eine Temperaturmessung mittels eines im Luftkanal angeordneten Temperatursensors, z.B. Hitzdraht, Heißfilm PCT-Widerstand, NTC-Widerstand. Aus der Temperatur der strömenden Luft lässt sich deren Dichten ermitteln, wobei die Berechnung der Dichte z.B. auf einem empirischen oder physikalisch begründeten Modell beruht, das den Zusammenhang zwischen den Anströmparametern, der Temperatur und der Dichte beschreibt. Alternativ wird auch auf eine Wissensbasis in der Auswerteeinheit zurückgegriffen. Diese Wissensbasis wird aus den aktuell gemessenen Werten jeweils ergänzt und erweitert.It is known to use ultrasonic flowmeters when measuring the intake air of internal combustion engines ( DE 42 37 907 A1 ). These flowmeters evaluate the transit time differences of the ultrasound in the direction of the flow and against the flow. The difference between the measured transit time results in the velocity of the flow. To determine the air mass flow, an additional measurement is carried out, from which the density of the flowing air can be determined so that the air mass can be calculated from the density of the air and its flow velocity. This additional measurement is a temperature measurement by means of a temperature sensor arranged in the air duct, eg hot wire, hot-film PCT resistor, NTC resistor. Their densities can be determined from the temperature of the flowing air, whereby the calculation of the density is based, for example, on an empirical or physically justified model which describes the relationship between the flow parameters, the temperature and the density. Alternatively, a knowledge base is also used in the evaluation unit. This knowledge base is supplemented and extended from the currently measured values.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße Abgasrückführvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die rückgeführte Abgasrate nicht indirekt über die Messung der der Brennkraftmaschine zugeführten Frischluft bestimmt wird, sondern durch direkte Messung der Abgasrate selbst. Dadurch ist eine sehr genaue Kontrolle der Abgasrückführrate möglich, die unabdingbar ist um eine sog. homogene Verbrennung der Kohlenwasserstoffe und Stickoxide in einem sog. HCCI-Brennverfahren zu erreichen.The Exhaust gas recirculation device according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that the recirculated exhaust gas rate not indirectly about the measurement of the fresh air supplied to the internal combustion engine is determined, but by direct measurement of the exhaust gas rate itself a very precise control of the exhaust gas recirculation rate possible, which is essential to a so-called homogeneous combustion of hydrocarbons and nitrogen oxides in a so-called HCCI combustion process.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Abgasrückführvorrichtung möglich.By in the further claims listed activities are advantageous developments and improvements in the claim 1 specified exhaust gas recirculation device possible.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Ultraschallmesseinrichtung mindestens zwei an der Kanalwand des Abgas-Abzweigkanals angeordnete Ultraschallwandler, mindestens einen dem Abgas ausgesetzten Temperatursensor und eine Auswerteelektronik auf. Die Ultraschallmesseinrichtung ist dabei so angeordnet, dass mindestens die Auswerteelektronik von dem den Abgaskühler nachfolgend beaufschlagenden Kühlmittel umspült ist. Hierzu ist die Ultraschallmesseinrichtung am Kühlmittelzulauf des Abgaskühlers angeordnet, liegt also in Strömungsrichtung des Kühlmittels gesehen stromaufwärts des Abgaskühlers, so dass eine effektive Kühlung zumindest der Auswerteelektronik erreicht wird. Dadurch ist es problemlos möglich, herkömmliche Ultraschallmesseinrichtungen unmittelbar dem heißen Abgas auszusetzen und so die Abgasrate direkt zu messen. Mit den Messsignalen der Ultraschallwandler und des Temperatursensors wird die Masse der Abgasrate, also die Masse der rückgeführten Abgasmenge, bestimmt.According to one advantageous embodiment of the Invention, the ultrasonic measuring device at least two the channel wall of the exhaust branch duct arranged ultrasonic transducer, at least one exhaust gas exposed to the temperature sensor and a Evaluation electronics on. The ultrasonic measuring device is included arranged so that at least the transmitter of the exhaust gas cooler subsequently applied coolant flows around. For this purpose, the ultrasonic measuring device is arranged on the coolant inlet of the exhaust gas cooler is located So in the flow direction of the coolant seen upstream the exhaust gas cooler, allowing for effective cooling at least the transmitter is reached. This makes it easy possible, conventional Ultrasonic measuring devices directly suspend the hot exhaust gas and so to measure the exhaust gas rate directly. With the measuring signals of the ultrasonic transducers and the temperature sensor, the mass of the exhaust gas rate, ie the Mass of recirculated exhaust gas quantity, certainly.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist dem Abgaskühler ein Bypasskanal zugeordnet, der einerseits am Abgaseingang und andererseits am Abgasausgang des Abgaskühlers mündet. An der am Abgaseingang liegenden, eingangsseitigen Mündung des Bypasskanals ist eine steuerbare Schwenkklappe angeordnet, die in der einen von zwei Schwenkendstellungen den Abgaseingang des Abgaskühlers und in der anderen die Mündung des Bypasskanals zu verschließen vermag.According to one advantageous embodiment of the Invention is the exhaust gas cooler assigned to a bypass channel, on the one hand at the exhaust gas inlet and on the other opens at the exhaust outlet of the exhaust gas cooler. At lying on the exhaust inlet, input side mouth of the Bypass channels is a controllable swing flap arranged in the one of two Schwenkendstellungen the exhaust gas inlet of the exhaust gas cooler and in the other the mouth to close the bypass channel can.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Schwenkklappe mittels Stellsignale gesteuert, die aus dem Messsignal des Temperatursensors der Ultraschallmesseinrichtung abgeleitet sind. Da die Stellung der Schwenkklappe das Verhältnis von gekühltem zu ungekühltem Abgas in der Abgasrückführrate bestimmt, kann mittels der Schwenkklappe eine genaue Regelung der Abgastemperatur erreicht werden. Damit würde es z.B. möglich sein, zur Regeneration eines im Abgasstrom angeordneten Partikelfilters die Temperatur des rückgeführten Abgases langsam ansteigen zu lassen und damit die Abgastemperatur in Richtung Partikelfilter und Stickoxid-Speicherkatalysator langsam zu steigern, was die Forderung nach einer kontrollierten Temperaturregelung für die Regeneration von Partikelfilter und Stickoxid-Speicherkatalysator unterstützt.According to a preferred embodiment of the invention, the pivoting flap is controlled by means of actuating signals which are derived from the measuring signal of the temperature sensor of the ultrasonic measuring device. Since the position of the pivoting flap determines the ratio of cooled to uncooled exhaust gas in the exhaust gas recirculation rate, accurate control of the exhaust gas temperature can be achieved by means of the pivoting flap. This would eg be possible, to regenerate a arranged in the exhaust gas flow particle filter, the temperature of the recirculated exhaust gas slowly rise and thus slowly increase the exhaust gas temperature in the direction of particle filter and nitrogen oxide storage catalyst, which is the demand for a controlled temperature control for the regeneration of particulate filter and nitrogen oxide storage catalyst supported.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist aus den Messsignalen der Ultraschalleinrichtung ein für ein Leck im Abgaskühler signifikantes Leckerkennungssignal abgeleitet. Die Ultraschallmesseinrichtung ist aufgrund ihres Messprinzips in der Lage die Dichte des strömenden Abgases und die Feuchte des strömenden Abgases zu messen, da beide Messgrößen aus der gemessenen Strömungsgeschwindigkeit und der gemessenen Temperatur des Abgases im Abgas-Abzweigkanal abgeleitet sind. Entsteht ein Leck im Abgaskühler, so steigt die Feuchtigkeit des Abgases und dessen Dichte am Abgasausgang des Abgaskühlers stark an, was von der Ultraschallmesseinrichtung, z.B. durch signifikantes Ansteigen der Schallgeschwindigkeit, registriert wird.According to one preferred embodiment of Invention is from the measurement signals of the ultrasonic device for a Leak in the exhaust gas cooler derived significant leak detection signal. The ultrasonic measuring device is due to its measuring principle capable of the density of the flowing exhaust gas and the humidity of the flowing To measure exhaust gases, since both measured variables from the measured flow velocity and the measured temperature of the exhaust gas in the exhaust branch duct derived are. If a leak occurs in the exhaust gas cooler, the humidity increases of the exhaust gas and its density at the exhaust gas outlet of the exhaust gas cooler strongly, what is measured by the ultrasonic measuring device, e.g. by significant Increasing the speed of sound, is registered.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Leckerkennungssignal in ein Stellsignal für die Schwenkklappe am Bypasskanal derart umgesetzt, dass die Schwenkklappe in ihre den Abgaseingang des Abgaskühlers sperrende Endstellung überführt wird. Gleichzeitig wird das Leckerkennungssignal in ein Anzeigesignal umgesetzt, das eine Warnanzeige einschaltet, die auf den defekten Abgaskühler hinweist. Eine solche Leckdetektion- und Leckwarneinrichtung für den Abgaskühler ist von erheblichen wirtschaftlichem Wert, da in den Brennraum der Brennkraftmaschine eindringendes Wasser zu erheblichen Schäden bis hin zum Stillstand der Brennkraftmaschine führt. Durch die rechtzeitige Leckwarnung und Abschaltung des defekten Abgaskühlers durch die umgesteuerte Schwenkklappe können kapitale Schäden im Motor vermieden werden.According to one another embodiment the invention, the leak detection signal in a control signal for the pivoting flap implemented on the bypass channel such that the pivoting flap in their the Exhaust gas inlet of the exhaust gas cooler locking end position is transferred. At the same time, the leak detection signal becomes an indication signal implemented, which turns on a warning indicator, which indicates the faulty exhaust gas cooler points. Such a leak detection and leak warning device for the exhaust gas cooler is of considerable economic value, as in the combustion chamber of the internal combustion engine penetrating water to considerable damage to a standstill the internal combustion engine leads. Due to the timely leak warning and shutdown of the defective exhaust gas cooler by the reversible flap can capital damages be avoided in the engine.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Erfindung ist anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:The The invention is based on an embodiment shown in the drawings explained in more detail in the following description. Show it:

1 eine schematisierte Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführvorrichtung, 1 a schematic representation of an internal combustion engine with an exhaust gas recirculation device,

2 ausschnittweise einen Längsschnitt einer in einem Abzweigkanal der Abgasrückführvorrichtung angeordneten Ultraschallmesseinrichtung, 2 1 shows a detail of a longitudinal section of an ultrasonic measuring device arranged in a branch channel of the exhaust gas recirculation device,

3 eine Ansicht von Abgasabzweigkanal und Abgasrückführvorrichtung in Richtung Pfeil III in 2 in Verbindung mit einem an die Ultraschallmesseinrichtung angeschlossenen Motorsteuergerät nebst vom Motorgerät angesteuerter Stellglieder. 3 a view of exhaust branch duct and exhaust gas recirculation device in the direction of arrow III in 2 in conjunction with an engine control unit connected to the ultrasonic measuring device together with actuators controlled by the motor unit.

Die in 1 schematisiert dargestellte Brennkraftmaschine 10 mit vier Verbrennungszylindern, die z.B. ein Dieselmotor für ein Nutzfahrzeug sein kann, weist einen Ansaugtrakt 11 auf, über den den Verbrennungszylindern der Brennkraftmaschine 10 ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zugeführt wird. An jedem Verbrennungszylinder ist ein Abgasrohr 12 angeschlossen, die in einem gemeinsamen Abgasstrang 13 münden. Im Abgasstrang 13 ist die Turbine 141 eines Abgasturboladers 14 angeordnet, dessen Verdichter 142 im Ansaugtrakt 11 platziert ist. Die Turbine 141 nutzt die im Abgas enthaltene Energie zum Antrieb des Verdichters 142, der Frischluft ansaugt und über ein Saugrohr 15 des Ansaugtrakts 11 in die Verbrennungszylinder drückt. Der Turbine 141 des Abgasturboladers 14 ist im Abgasstrom 13 ein Oxidationskatalysator 39 nachgeordnet. Vor der Turbine 141 des Abgasturboladers 14 geht vom Abgasstrang 13 ein Abgas-Abzweigkanal 16 ab, der im Ansaugtrakt 11 mündet und hierzu mündungsseitig an das Saugrohr 15 angeschlossen ist. Im Abgas-Abzweigkanal 16 ist ein nach dem Gegenstromprinzip arbeitender Abgaskühler 17 angeordnet, der gegensinnig einerseits von dem in den Abgas-Abzweigkanal 16 strömenden, heißen Abgas und andererseits von einem flüssigen Kühlmittel durchströmt ist. Vorzugsweise ist als Kühlmittel das Kühlwasser für die Brennkraftmaschine 10 eingesetzt. Für das Kühlmittel weist der Abgaskühler 17 einen Kühlmittelzulauf 18 und einen Kühlmittelrücklauf 19 und für das Abgas einen Abgaseingang 20 und einen Abgasausgang 21 auf.In the 1 schematically illustrated internal combustion engine 10 with four combustion cylinders, which may be a diesel engine for a commercial vehicle, for example, has an intake tract 11 on, over the combustion cylinders of the internal combustion engine 10 an air-fuel mixture is supplied. At each combustion cylinder is an exhaust pipe 12 connected in a common exhaust system 13 lead. In the exhaust system 13 is the turbine 141 an exhaust gas turbocharger 14 arranged, its compressor 142 in the intake tract 11 is placed. The turbine 141 uses the energy contained in the exhaust gas to drive the compressor 142 sucking in fresh air and via a suction pipe 15 the intake tract 11 pushes into the combustion cylinder. The turbine 141 the exhaust gas turbocharger 14 is in the exhaust stream 13 an oxidation catalyst 39 downstream. In front of the turbine 141 the exhaust gas turbocharger 14 goes from the exhaust system 13 an exhaust branch duct 16 off, in the intake tract 11 opens and this muzzle on the suction pipe 15 connected. In the exhaust branch duct 16 is a working according to the counterflow principle exhaust gas cooler 17 arranged in the opposite direction on the one hand of the in the exhaust branch duct 16 flowing, hot exhaust gas and on the other hand flows through a liquid coolant. Preferably, as the coolant, the cooling water for the internal combustion engine 10 used. For the coolant has the exhaust gas cooler 17 a coolant inlet 18 and a coolant return 19 and for the exhaust gas, an exhaust gas inlet 20 and an exhaust outlet 21 on.

Dem Abgaskühler 17 ist ein im Abgas-Abzweigkanal 16 mündender Bypasskanal 22 zugeordnet, dessen eine Mündung 221 am oder nahe am Abgaseingang 20 des Abgaskühlers 17 und dessen andere Mündung 222 am oder nahe am Abgasausgang 21 des Abgaskühlers 17 liegt. Stromaufwärts der eingangsseitigen Mündung 221 des Bypasskanals 22 ist im Abgas-Abzweigkanal 16 ein Abgasrückführventil 23 angeordnet, mit dem die vom Abgasstrang 13 in den Abgas-Abzweigkanal 16 abgezweigte Abgasmenge steuerbar ist. An der eingangsseitigen Mündung 221 des Bypasskanals 22 ist eine Schwenkklappe 24 so angeordnet, dass sie in ihrer einen Endstellung die Mündung 221 des Bypasskanals 22 und in ihrer anderen Endstellung den Abgaseingang 20 des Abgaskühlers 17 abzuschließen vermag. Im übrigen ist die Stellung der Schwenkklappe 24 steuerbar und dadurch das Mischungsverhältnis zwischen der infolge Durchfluss durch den Kühler 17 gekühlten Abgasmenge und der infolge Durchfluss durch den Bypass ungekühlten Abgasmenge bestimmbar, wodurch die Abgastemperatur stromabwärts des Abgaskühlers 17 geregelt werden kann.The exhaust gas cooler 17 is one in the exhaust branch duct 16 opening bypass channel 22 associated, whose one muzzle 221 at or near the exhaust inlet 20 of the exhaust gas cooler 17 and its other mouth 222 at or near the exhaust outlet 21 of the exhaust gas cooler 17 lies. Upstream of the entrance-side mouth 221 of the bypass channel 22 is in the exhaust branch duct 16 an exhaust gas recirculation valve 23 arranged with that of the exhaust line 13 in the exhaust branch duct 16 diverted exhaust gas quantity is controllable. At the entrance-side mouth 221 of the bypass channel 22 is a swing flap 24 arranged so that they in their one end position the mouth 221 of the bypass channel 22 and in its other end position the exhaust gas inlet 20 of the exhaust gas cooler 17 able to complete. Otherwise, the position of the pivoting flap 24 controllable and thereby the mixing ratio between due to flow through the radiator 17 cooled exhaust gas amount and the uncooled as a result of flow through the bypass exhaust gas quantity, where through the exhaust gas temperature downstream of the exhaust gas cooler 17 can be regulated.

Stromabwärts der ausgangsseitigen Mündung 222 des Bypasskanals 22 ist in dem Abgas-Abzweigkanal 16 eine Ultraschallmesseinrichtung 25 angeordnet, mit der die Masse der durch den Abgas-Abzweigkanal 16 strömenden Abgasmenge direkt gemessen wird. Die Ultraschallmesseinrichtung 25 ist dabei, wie dies in 1 strichpunktiert angedeutet ist, vorteilhaft mit dem Abgaskühler 17 und dessen Bypasskanal 22 mit Schwenkklappe 24 zu einer Baueinheit 40 zusammengefasst, die bei der Montage mit zwei einerseits am Abgasstrang 13 und andererseits am Saugrohr 15 vorhandenen Anschlussstutzen den Abgas-Abzweigkanal 16 vervollständigt. Vorzugsweise wird das Abgasrückführventil 23 mit in diese Baueinheit 40 integriert.Downstream of the exit-side mouth 222 of the bypass channel 22 is in the exhaust branch duct 16 an ultrasonic measuring device 25 arranged, with which the mass of the exhaust branch duct 16 flowing exhaust gas is measured directly. The ultrasonic measuring device 25 is going to like this in 1 dash-dotted lines is indicated, advantageously with the exhaust gas cooler 17 and its bypass channel 22 with swing flap 24 to a unit 40 summarized in the assembly with two on the one hand on the exhaust system 13 and on the other hand, on the intake manifold 15 existing connecting piece the exhaust branch duct 16 completed. Preferably, the exhaust gas recirculation valve 23 with in this unit 40 integrated.

In 2 ist die Ultraschallmesseinrichtung 25, die in eine Aufnahmeöffnung 26 im Abgas-Abzweigkanal 16 eingelassen ist, schematisiert dargestellt. Die Ultraschallmessrichtung 25 umfasst einen ersten Ultraschallwandler 27 und einen zweiten Ultraschallwandler 28 sowie eine zwischen den Ultraschallwandlern 27, 28 angeordnete Auswerteelektronik 29, an die die Ultraschallwandler 29, 29 angeschlossen sind. Nahe der den Ultraschallwandlern 27, 28 gegenüberliegenden Wand des Abgas-Abzweigkanals 16 ist eine Reflexionsfläche 20 angeordnet, die sich parallel zur Kanalachse erstreckt und an einem durch die Aufnahmeöffnung 26 hindurch eingeschobenen Halter 31 befestigt ist. Die beiden Ultraschallwandler 27, 28 sind am Halter 31 um einen Winkel geneigt zur Flächennormalen der Reflexionsfläche 30 angeordnet. Die Oberseite der Reflexionsfläche 30 kann in vorteilhafter Weise mit einer das Reflexionsvermögen von Ultraschallimpulsen begünstigenden Beschichtung versehen sein. An dem Halter 31 ist zusätzlich noch ein Temperatursensor 32 so angeordnet, dass er bei in den Abgas-Abzweigkanal 16 eingesetztem Halter 31 etwa in Kanalmitte liegt. Der Temperatursensor 32 ist ebenfalls an die Auswerteelektronik 29 angeschlossen. Der Temperatursensor 32 ist beispielhaft ein NTC-Element. Der Halter 31 ist so gestaltet, dass er die Abgasströmung im Abgas-Abzweigkanal 16 nicht oder nur vernachlässigbar beeinträchtigt. Wie aus der in 3 dargestellten Seitenansicht der Ultraschallmesseinrichtung 25 ersichtlich ist, ist der Halter 31 im wesentlichen U-förmig ausgebildet ist, wobei der Temperatursensor 32 an einem der beiden Schenkel 311, 312 und die Reflexionsfläche 30 an dem die beiden Schenkel 311, 312 verbindenden Steg 313 angeordnet ist. Jeder der beiden Schenkel 311, 312 ist mit einer bis zum Steg 313 reichenden, mittigen Ausnehmung versehen.In 2 is the ultrasonic measuring device 25 in a receiving opening 26 in the exhaust branch duct 16 is inserted, shown schematically. The ultrasonic measuring direction 25 includes a first ultrasonic transducer 27 and a second ultrasonic transducer 28 and one between the ultrasonic transducers 27 . 28 arranged evaluation 29 to which the ultrasonic transducers 29 . 29 are connected. Close to the ultrasonic transducers 27 . 28 opposite wall of the exhaust branch duct 16 is a reflection surface 20 arranged, which extends parallel to the channel axis and at one through the receiving opening 26 inserted retainer 31 is attached. The two ultrasonic transducers 27 . 28 are on the holder 31 inclined at an angle to the surface normal of the reflection surface 30 arranged. The top of the reflection surface 30 may advantageously be provided with a coating which promotes the reflectivity of ultrasonic pulses. On the holder 31 is additionally a temperature sensor 32 arranged so that it is in the exhaust branch duct 16 inserted holder 31 located approximately in the center of the channel. The temperature sensor 32 is also to the transmitter 29 connected. The temperature sensor 32 is an example of an NTC element. The holder 31 is designed so that it the exhaust flow in the exhaust branch duct 16 not or only negligibly affected. As from the in 3 shown side view of the ultrasonic measuring device 25 it can be seen, is the holder 31 is formed substantially U-shaped, wherein the temperature sensor 32 on one of the two legs 311 . 312 and the reflection surface 30 on which the two thighs 311 . 312 connecting footbridge 313 is arranged. Each of the two thighs 311 . 312 is with one to the jetty 313 reaching, central recess provided.

Die Ultraschallmesseinrichtung 25 ist mit einer Kappe 33 abgedeckt, in welcher mindestens ein Strömungskanal 34 für ein Kühlmittel ausgebildet ist. Der Strömungskanal 34 hat zwei Anschlussstutzen 341, 342 von denen der eine Anschlussstutzen 341 den Kühlmittelzulauf 18 für den Abgaskühler 17 bildet, während der andere Anschlussstutzen 342 mit einer durch den Abgaskühler 17 hin zum Kühlmittelrücklauf 19 führenden Kühlschlange 171 verbunden ist, und liegt somit vor dem Kühlmittelzulauf 18 des Abgaskühlers 17. Seitlich an der Kappe 33 befindet sich ein Anschlussstecker 35, über den die Ultraschallmesseinrichtung 25 von außen mit einer Betriebsspannung versorgt werden kann und über den die Messsignale nach außen übermittelt werden können. Im in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist auf den Anschlussstecker 35 ein zu einem Motorsteuergerät 37 führendes Anschlusskabel 36 aufgesteckt. Das Motorsteuergerät 37 steuert, wie in 3 symbolisch angedeutet ist, einerseits das Abgasrückführventil 23 und andererseits die Schwenkklappe 24 und vermag außerdem eine Leckwarnanzeige 38 zu bedienen, die dann eingeschaltet wird, wenn ein Leck im Abgaskühler 17 entsteht und als Folge dieses Lecks ein stark erhöhter Wasseranteil dem Abgas beigemischt und den Verbrennungszylindern der Brennkraftmaschine 10 zugeführt wird.The ultrasonic measuring device 25 is with a cap 33 covered, in which at least one flow channel 34 is designed for a coolant. The flow channel 34 has two connecting pieces 341 . 342 of which the one connecting piece 341 the coolant inlet 18 for the exhaust gas cooler 17 forms while the other union 342 with one through the exhaust gas cooler 17 towards the coolant return 19 leading cooling coil 171 is connected, and thus lies in front of the coolant inlet 18 of the exhaust gas cooler 17 , Laterally on the cap 33 there is a connector 35 , about which the ultrasonic measuring device 25 can be supplied from the outside with an operating voltage and over which the measuring signals can be transmitted to the outside. Im in 3 illustrated embodiment is on the connector 35 to an engine control unit 37 leading connection cable 36 attached. The engine control unit 37 controls, as in 3 symbolically indicated, on the one hand, the exhaust gas recirculation valve 23 and on the other hand, the pivoting flap 24 and also has a leak warning indicator 38 to use, which is then turned on when a leak in the exhaust gas cooler 17 arises and as a result of this leak a greatly increased proportion of water added to the exhaust gas and the combustion cylinders of the internal combustion engine 10 is supplied.

Vom Motorsteuergerät 37 wird in Verbindung mit den von der Auswerteelektronik 29 der Ultraschallmesseinrichtung 25 ausgegebenen Messsignale durch Ansteuerung des Abgasrückführventils 23 die vom Abgasstrang 13 abgegriffene Abgasmenge und durch Ansteuerung der Schwenkklappe 24 die Temperatur der zur Brennkraftmaschine 10 rückgeführten Abgasmenge gesteuert. Hierzu wird im zentralen Motorsteuergerät 37 die für eine optimale Verbrennung rückzuführende Abgasmenge und deren Temperatur berechnet und entsprechende Stellsignale für das Abgasrückführventil 23 und die Schwenkklappe 24 generiert.From the engine control unit 37 will be used in conjunction with those from the transmitter 29 the ultrasonic measuring device 25 output measuring signals by controlling the exhaust gas recirculation valve 23 from the exhaust system 13 exhausted amount of exhaust gas and by controlling the pivoting flap 24 the temperature of the engine 10 controlled recirculated exhaust gas quantity. This is done in the central engine control unit 37 calculates the exhaust gas to be recirculated for optimal combustion and their temperature and corresponding control signals for the exhaust gas recirculation valve 23 and the swing flap 24 generated.

Mittels der beiden Ultraschallwandler 27, 28, die wechselweise als Sender und Empfänger von Schallimpulsen betrieben werden, werden die Schalllaufzeiten mit und gegen die Strömungsrichtung des Abgases, also stromabwärts und stromaufwärts, und mit dem Temperatursensor 32 die Temperatur des strömendes Abgases gemessen. Mit den Schalllaufzeiten können die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases und das Durchflussvolumen pro Zeiteinheit in bekannter Weise bestimmt werden. In ebenfalls bekannter Weise lässt sich aus dem Durchflussvolumen bei Kenntnis der Temperatur und des Drucks die strömende Masse des Abgases berechnen. Der Druck des Abgases ist entweder bekannt oder lässt sich mit einem zusätzlichen Drucksensor in der Ultraschallmesseinrichtung 25 bestimmen.By means of the two ultrasonic transducers 27 . 28 , which are operated alternately as a transmitter and receiver of sound pulses, the sound propagation times with and against the flow direction of the exhaust gas, ie downstream and upstream, and with the temperature sensor 32 measured the temperature of the flowing exhaust gas. With the sound propagation times, the flow velocity of the exhaust gas and the flow volume per unit time can be determined in a known manner. In a likewise known manner can be calculated from the flow volume with knowledge of the temperature and pressure, the flowing mass of the exhaust gas. The pressure of the exhaust gas is either known or can be with an additional pressure sensor in the ultrasonic measuring device 25 determine.

Tritt infolge eines Lecks im Abgaskühler 17 Kühlmittel in den Abgasstrom ein, so steigt die Feuchte des Abgases signifikant an. Als Folge dessen steigt die Schallgeschwindigkeit im Medium Abgas extrem an. Die Schallgeschwindigkeit lässt sich aus den gemessenen Strömungsgeschwindigkeiten des Abgases berechnen, wie dies beispielsweise in der DE 44 42 078 A1 angegeben ist. Wird fortlaufend die Strömungsgeschwindigkeit überwacht, so gibt eine extreme Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit einen Hinweis auf ein im Abgaskühler 17 entstandenes Leck. Dieser extreme Anstieg der Strömungsgeschwindigkeit wird im Motorsteuergerät 37 als Lecksignal erkannt und ein entsprechendes Stellsignal an die Schwenkklappe 24 gegeben, das ein Absperren des Abgaskühlers 17 durch die Schwenkklappe 24 initiiert. Gleichzeitig wird aus dem Leckerkennungssignal im Motorsteuergerät 37 ein Anzeigesignal generiert, das die Leckwarnanzeige 38 einschaltet.Occurs as a result of a leak in the exhaust gas cooler 17 Coolant in the exhaust stream, so the humidity of the exhaust gas increases significantly. As a result of the The speed of sound in the exhaust gas medium rises extremely. The speed of sound can be calculated from the measured flow rates of the exhaust gas, as for example in the DE 44 42 078 A1 is specified. If the flow velocity is monitored continuously, an extreme increase in the flow velocity indicates a presence in the exhaust gas cooler 17 incurred leak. This extreme increase in flow velocity is in the engine control unit 37 detected as a leak signal and a corresponding actuating signal to the pivoting flap 24 given that shut off the exhaust gas cooler 17 through the swing flap 24 initiated. At the same time, the leak detection signal in the engine control unit becomes 37 generates an indication signal that the leak warning indicator 38 turns.

Claims (12)

Abgasrückführvorrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, mit einem von einem Abgasstrang (13) zu einem Ansaugtrakt (11) der Brennkraftmaschine (10) führenden Abgas-Abzweigkanal (16), mit einem im Abgas-Abzweigkanal (16) angeordneten, von einem Kühlmittel durchströmten Abgaskühler (17) und mit Steuermitteln zum Steuern der über den Abgas-Abzweigkanal (16) abgezweigten Abgasmenge, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel eine den Massendurchfluss im Abgas-Abzweigkanal (16) messende Ultraschallmesseinrichtung (25) aufweisen.Exhaust gas recirculation device for internal combustion engines, in particular diesel engines, with one of an exhaust line ( 13 ) to an intake tract ( 11 ) of the internal combustion engine ( 10 ) leading exhaust branch duct ( 16 ), with a in the exhaust branch duct ( 16 ), traversed by a coolant exhaust gas cooler ( 17 ) and with control means for controlling the via the exhaust branch duct ( 16 ) branched off exhaust gas amount, characterized in that the control means a the mass flow in the exhaust branch duct ( 16 ) measuring ultrasonic measuring device ( 25 ) exhibit. Abgasrückführvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallmesseinrichtung (25) mindestens zwei an der Kanalwand des Abgas-Abzweigkanals (16) angeordnete Ultraschallwandler (27, 28), mindestens einen dem Abgas ausgesetzten Temperatursensor (32) und eine Auswerteelektronik (29) aufweist und dass mindestens die Auswerteelektronik (29) von dem Kühlmittel umspült ist.Exhaust gas recirculation device according to claim 1, characterized in that the ultrasonic measuring device ( 25 ) at least two on the channel wall of the exhaust branch channel ( 16 ) arranged ultrasonic transducer ( 27 . 28 ), at least one temperature sensor exposed to the exhaust gas ( 32 ) and an evaluation ( 29 ) and that at least the transmitter ( 29 ) is lapped by the coolant. Abgasrückführvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallmesseinrichtung (25) am Kühlmittelzulauf (18) des Abgaskühlers (17) angeordnet ist.Exhaust gas recirculation device according to claim 2, characterized in that the ultrasonic measuring device ( 25 ) at the coolant inlet ( 18 ) of the exhaust gas cooler ( 17 ) is arranged. Abgasrückführvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Abgaskühler (17) ein an dessen Abgaseingang (20) und an dessen Abgasausgang (21) im Abgas-Abzweigkanal (16) mündender Bypasskanal (22) zugeordnet ist und dass die Ultraschallmesseinrichtung (25) am Abgas-Abzweigkanal (16) stromabwärts der ausgangsseitigen Mündung (222) des Bypasskanals (22) angeordnet ist.Exhaust gas recirculation device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the exhaust gas cooler ( 17 ) at the exhaust inlet ( 20 ) and at its exhaust outlet ( 21 ) in the exhaust branch duct ( 16 ) opening bypass channel ( 22 ) and that the ultrasonic measuring device ( 25 ) at the exhaust branch duct ( 16 ) downstream of the exit-side orifice ( 222 ) of the bypass channel ( 22 ) is arranged. Abgasrückführvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der eingangsseitigen Mündung (221) des Bypasskanals (22) eine steuerbare Schwenkklappe (24) so angeordnet ist, dass sie in einer von zwei Schwenkendstellungen den Abgaseingang (20) des Abgaskühlers (17) und in der anderen die eingangsseitige Mündung (221) des Bypasskanals (22) zu verschließen vermag.Exhaust gas recirculation device according to claim 4, characterized in that at the input-side mouth ( 221 ) of the bypass channel ( 22 ) a controllable pivoting flap ( 24 ) is arranged so that in one of two Schwenkendstellungen the exhaust gas inlet ( 20 ) of the exhaust gas cooler ( 17 ) and in the other the entrance-side mouth ( 221 ) of the bypass channel ( 22 ) can close. Abgasrückführvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem Messsignal der Ultraschallmesseinrichtung (25) ein für ein Leck im Abgaskühler (17) signifikantes Leckerkennungssignal abgeleitet ist.Exhaust gas recirculation device according to one of claims 1 to 5, characterized in that from a measuring signal of the ultrasonic measuring device ( 25 ) one for a leak in the exhaust gas cooler ( 17 ) significant leak detection signal is derived. Abgasrückführvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Leckerkennungssignal in ein solches Stellsignal für die Schwenkklappe (24) umgesetzt ist, dass die Stellklappe (24) in ihre den Abgaseingang (20) des Abgaskühlers (17) verschließende Endschwenkstellung überführt ist.Exhaust gas recirculation device according to claim 6, characterized in that the leak detection signal in such a control signal for the pivoting flap ( 24 ) is implemented, that the butterfly valve ( 24 ) in their exhaust gas inlet ( 20 ) of the exhaust gas cooler ( 17 ) Closing Endschwenkstellung is transferred. Abgasrückführvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Leckerkennungssignal in ein Anzeigesignal für eine Leckwarnanzeige (38) umsetzbar ist.Exhaust gas recirculation device according to claim 6 or 7, characterized in that the leak detection signal in a display signal for a leak warning indicator ( 38 ) can be implemented. Abgasrückführvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkklappe (24) ein aus dem Messsignal des Temperatursensors (32) abgeleitetes Stellsignal zugeführt ist, das die Schwenkstellung der Schwenkklappe (24) zwischen ihren beiden Endstellungen bestimmt.Exhaust gas recirculation device according to one of claims 6 to 8, characterized in that the pivoting flap ( 24 ) from the measuring signal of the temperature sensor ( 32 ) derived control signal is supplied to the pivoting position of the pivoting flap ( 24 ) between its two end positions. Abgasrückführvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel zur Steuerung der über den Abgas-Abzweigkanal (16) abgezweigten Abgasmenge ein stromaufwärts des Abgaskühlers (17) angeordnetes Abgasrückführventil (23) aufweisen, das von einem Motorsteuergerät (37) gesteuert ist, dem seinerseits die Messsignale der Ultraschallmesseinrichtung (25) zugeführt sind.Exhaust gas recirculation device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the control means for controlling the via the exhaust branch duct ( 16 ) branched off exhaust gas upstream of the exhaust gas cooler ( 17 ) arranged exhaust gas recirculation valve ( 23 ) provided by an engine control unit ( 37 ), in turn, the measuring signals of the ultrasonic measuring device ( 25 ) are supplied. Abgasrückführvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Anzeigesignal für die Leckwarnanzeige (38) und die Stellsignale für die Schwenkklappe (24) an der Mündung (221) des Bypasskanals (22) vom Motorsteuergerät (37) generiert sind.Exhaust gas recirculation device according to claim 10, characterized in that the display signal for the leak warning indicator ( 38 ) and the positioning signals for the pivoting flap ( 24 ) at the mouth ( 221 ) of the bypass channel ( 22 ) from the engine control unit ( 37 ) are generated. Abgasrückführvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskühler (17) mit Bypasskanal (22) und Schwenkklappe (24) sowie die Ultraschallmesseinrichtung (25) zu einer in den Abgas-Abzweigkanal (16) einfügbaren Baueinheit (40) zusammengefasst sind.Exhaust gas recirculation device according to one of claims 4 to 11, characterized in that the exhaust gas cooler ( 17 ) with bypass channel ( 22 ) and swing flap ( 24 ) as well as the ultrasonic measuring device ( 25 ) to one in the exhaust branch duct ( 16 ) insertable assembly ( 40 ) are summarized.
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