AT504741B1 - Verfahren zur regeneration eines egr-kühlers - Google Patents

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AT504741B1 AT0048208A AT4822008A AT504741B1 AT 504741 B1 AT504741 B1 AT 504741B1 AT 0048208 A AT0048208 A AT 0048208A AT 4822008 A AT4822008 A AT 4822008A AT 504741 B1 AT504741 B1 AT 504741B1
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Description

oitc'iticha!'« patenuimt AT 504 741 B1 2009-08-15
Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration eines EGR-Kühlers in einem zwischen einem Auslass- und einem Einlasssystem einer Brennkraftmaschine angeordneten EGR-Strang, wobei im EGR-Strang zumindest ein EGR-Ventil angeordnet ist, wobei während des Regenerationsbetriebes des EGR-Kühlers der Durchfluss durch den EGR-Kühler und /oder die Gastemperatur des EGR-Kühlers verändert wird. Weiters betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens.
[0002] EGR-Kühler (EGR = Exhaus Gas Recirculation), insbesondere solche, welche in Diesel-Brennkraftmaschinen eingesetzt werden, verlieren während des Betriebes wegen Verschmutzungen der Wände des EGR-Kühlers, insbesondere durch Partikel und unverbrannte Kraft-stoff/Schmieröl im Abgas wesentlich an Kühlleistung. Es sind thermische Verfahren bekannt, um die Verschmutzungen an den Wänden des EGR-Kühlers zu entfernen.
[0003] Die US 6,826,903 B2 beschreibt ein Abgasrückführsystem mit einem EGR-Kühler in einem EGR-Strang. In Abhängigkeit der Kühlleistung des EGR-Kühlers wird eine Regeneration des EGR-Kühlers eingeleitet, indem die Temperatur des Abgases erhöht wird, um Ruß oder unverbrannte Kohlenwasserstoffe im EGR-Kühler thermisch zu beseitigen. Nachteilig ist, dass zur Erhöhung der Temperatur des Abgases in die innermotorische Steuerung der Brennkraftmaschine eingegriffen wird, was zu erhöhtem Verbrauch und Emissionen führt.
[0004] Die US 2008/0060624 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderbänken, wobei jede Zylinderbank jeweils einen Abgasrückführstrang mit einem Abgasrückführkühler aufweist. In jedem der Abgasrückführstränge ist ein Abgasrückführventil angeordnet. Dabei wird zeitweise durch Schließen des jeweiligen Abgasrückführventils einer der beiden Abgasrückführstränge stillgelegt, wodurch der Durchsatz durch den anderen Abgasrückführstrang erhöht wird. Auf diese Weise kann der mit höheren Durchsatz beaufschlagte Abgasrückführkühler von Ablagerungen gereinigt werden.
[0005] Die WO 2004/067945 A1 offenbart eine Anordnung und ein Verfahren zur Rückführung von Abgas mit einer Abgasrückführleitung, in welcher ein Abgaskühler und ein Abgasrückführventil angeordnet ist. Eine Umgehungsleitung für den Abgasrückführkühler ist nicht vorgesehen.
[0006] Die DE 195 24 603 C1 beschreibt einen Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug, mit einer Abgasrückführung, wobei eine Abgasrückführleitung zwischen einer Abgasauslassleitung und einer Ladeluftleitung angeordnet ist. In der Abgasrückleitung ist ein Abgasrückführkühler angeordnet, wobei der Durchfluss durch die Abgasrückleitung über ein Abgasrückführventil gesteuert wird. Der Abgasrückführkühler ist durch eine Drucklufteinführungseinrichtung, die Druckluft in die Abgasrückleitung einleitet, reinigbar. Nachteilig ist, dass für die Reinigung des Abgasrückführkühlers ein zusätzliches Medium, nämlich Druckluft, erforderlich ist.
[0007] Ferner sind aus der US 6,848,434 B2 und der US 6,085,732 A Verfahren zum Berechnen der Wirkungsgradverluste eines EGR-Kühlers bekannt.
[0008] Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren zur Regeneration eines EGR-Kühlers zu entwickeln, welches auf einfache Weise eine effektive Regenerierung des EGR-Kühlers erlaubt.
[0009] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass während des Regenerationsbetriebes des EGR-Kühlers der Durchfluss durch den EGR-Kühler und /oder die Gastemperatur des EGR-Kühlers schlagartig verändert wird. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Änderung des Durchflusses und /oder der Temperatur durch schnelles Öffnen oder Schließen des EGR-Ventils erfolgt.
[0010] Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Beobachtung, dass die Durchführung eines Lastwechsels bei einer Brennkraftmaschine einen regenerativen Effekt auf den EGR-Kühler ausübt. Es wird angenommen, dass dieser Regenerationseffekt auf Wärmespannungen zu Folge von Temperaturänderungen, hohen Scherungsspannungen durch die Gasgeschwin- 1/5
AT 504 741 B1 2009-08-15 digkeit und durch Vibrationen auftritt.
[0011] Prinzipiell kann das Regenerationsverfahren wasserfrei oder in Anwesenheit von flüssigem Wasser im Bereich des EGR-Kühlers stattfinden. Wird die Regeneration mit Wasser durchgeführt, so können Kondensationseffekte des im Abgas enthaltenen Wasserdampfes genutzt werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn zumindest während der Regeneration des EGR-Kühlers die Temperatur des EGR-Kühlers unterhalb einer die Kondensation von Wasser im abgasseitigen EGR-Kühler ermöglichende Temperatur abgesenkt wird. Um die Kondensation zu fördern ist es vorteilhaft, wenn der Kaltwasserkreislauf des EGR-Kühlers auf ein Temperaturniveau zwischen 25°C und 40°C bei ISO-Umgebungsbedingungen ausgelegt ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Regeneration des EGR-Kühlers während einer Kaltstartphase der Brennkraftmaschine durchgeführt wird.
[0012] Zur Durchführung einer wasserfreien Regeneration ist es wesentlich, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases im EGR-Strang schlagartig verändert wird, was durch Öffnen und Schließen des EGR-Ventils erreicht wird. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Abgasstrom alternierend durch den EGR-Kühler und eine den EGR-Kühler umgehende Umgehungsleitung gelenkt wird, wobei ein Umschaltventil oder ein Schaltventil in der Umgehungsleitung kurzzeitig betätigt wird.
[0013] Das schnelle Aktivieren und Deaktivieren der Bypassleitung des EGR-Kühlers kann innerhalb des normalen EGR-Betriebsbereiches der Brennkraftmaschine durchgeführt werden. Weiters ist es möglich, dass die Regeneration des EGR-Kühlers während einer Regeneration eines Dieselpartikelfilters im Abgasstrang durchgeführt wird und/oder dass die Regeneration des EGR-Kühlers während der Aufheizung eines SCR-Katalysators durchgeführt wird und/oder dass die Regeneration des EGR-Kühlers während der Regeneration eines NOx-Speicherkatalysators durchgeführt wird.
[0014] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur näher erläutert.
[0015] Die Figur zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Einlassstrang 2 und einem Auslassstrang 3, wobei zwischen dem Auslassstrang 3 und dem Einlassstrang 2 ein EGR-System 4 mit einem EGR-Strang 5 angeordnet ist. Der EGR-Strang 5 weist einen EGR-Kühler 6 und ein EGR-Ventil 7 auf. Weiters kann eine strichliert eingezeichnete Umgehungsleitung 8 mit einem weiteren EGR-Ventil 9 zur Umgehung des EGR-Kühlers 6 vorgesehen sein.
[0016] Um eine optimale Funktion des EGR-Kühlers 6 zu gewährleisten, wird in regelmäßigen oder in unregelmäßigen Abständen eine Regeneration des EGR-Kühlers 6 durchgeführt. Diese Regeneration kann entweder im Bedarfsfall, also bei Unterschreiten der Kühlleistung des EGR-Kühlers 6 unterhalb eines definierten Schwellwertes, oder regelmäßig in bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine 1 durchgeführt werden.
[0017] Die Regeneration des EGR-Kühlers 6 wird durch eine plötzliche Änderung der Durchfluss- und Strömungsbedingungen im EGR-Strang 5 erreicht, z.B. durch alternierendes Öffnen und Schließen des EGR-Ventils 7, bzw. des EGR-Ventils 9. Die Regeneration selbst kann dabei auf thermische Spannungen zu Folge Temperaturänderungen, auf hohe Scherspannungen zu Folge der Gasgeschwindigkeit und auf Vibrationen des EGR-Sytsems 4 bei unstetigem Wechsel des Durchflusses zurückgeführt werden. Die Regeneration kann weiters entweder wasserfrei oder in Anwesenheit von Wasser, beispielsweise Kondenswasser, auf der Abgasseite des EGR-Kühlers 6 durchgeführt werden.
[0018] Kondenswasser im Bereich des EGR-Kühlers 6 tritt insbesondere dann auf, wenn bei kaltem Motor, als beispielsweise bei Kaltstart, eine Abgasrückführung durchgeführt wird. Alternativ dazu oder zusätzlich kann die Kondensation im Bereich des EGR-Kühlers 6 gefördert werden, wenn das Kühlmedium des EGR-Kühlers 6 unter einer definierten Kondensationstemperatur, beispielsweise unter 40°C, gehalten wird. Dazu ist es zweckmäßig, wenn der Kaltwasserkreislauf des EGR-Kühlers 6 auf ein Temperaturniveau zwischen 25° C und 40° C bei ISO-Umgebungsbedingungen ausgelegt ist. Dies hat weiters den Vorteil, dass NOx-Emissionen verringert werden können. 2/5

Claims (15)

  1. ästeifcscfistiss patent AT 504 741 B1 2009-08-15 [0019] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die niedrige Kühlmitteltemperatur mit der Umgehung des EGR-Kühlers 6 kombiniert wird. [0020] Um hohe Regenerationswirkungen zu Folge hoher Scherspannungen durch die Gasgeschwindigkeiten im EGR-Strang 5 zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn Abgasrückführung mit niedrigen Partikelemissionen in Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine 1 durchgeführt wird, bei denen normalerweise keine Abgasrückführung erforderlich ist, beispielsweise über 2500 Umdrehungen/min bei Personenkraftfahrzeugen. Patentansprüche 1. Verfahren zur Regeneration eines EGR-Kühlers (6) in einem zwischen einem Auslass- (3) und einem Einlasssystem (2) einer Brennkraftmaschine (1) angeordneten EGR-Strang (5), wobei im EGR-Strang (5) zumindest ein EGR-Ventil (7, 9) angeordnet ist, wobei während des Regenerationsbetriebes des EGR-Kühlers (6) der Durchfluss durch den EGR-Kühler (6) und /oder die Gastemperatur des EGR-Kühlers (6) verändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchfluss und/oder die Temperatur durch plötzliches Aktivieren oder Deaktivieren einer Umgehungsleitung (8) des EGR-Kühlers (6) schlagartig verändert wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung des Durchflusses und/oder der Temperatur durch schnelles Öffnen oder Schließen des EGR-Ventils (7, 9) erfolgt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeneration außerhalb eines motorbetriebsbedingten Betriebsbereiches mit Abgasrückführung, vorzugsweise im Hochlastbereich der Brennkraftmaschine (1), durchgeführt wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeneration des EGR-Kühlers (6) während einer Regeneration eines Dieselpartikelfilters im Abgasstrang (3) durchgeführt wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeneration des EGR-Kühlers (6) während der Aufheizung eines SCR-Katalysators im Abgasstrang (3) durchgeführt wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeneration des EGR-Kühlers (6) während der Regeneration eines NOx-Speicherkatalysators im Abgasstrang (3) durchgeführt wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeneration des EGR-Kühlers (6) während einer Kaltstartphase der Brennkraftmaschine (1) durchgeführt wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeneration des EGR-Kühlers (6) im Schubbetrieb durchgeführt wird.
  9. 9. 9.Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeneration des EGR-Kühlers (6) in Anwesenheit von vorzugsweise kondensiertem Wasser im EGR-Strang (5) durchgeführt wird.
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest während der Regeneration des EGR-Kühlers (6) die Temperatur des EGR-Kühlers (6) unterhalb einer die Kondensation von Wasser im abgasseitigen EGR-Kühler (6) ermöglichende Temperatur abgesenkt wird.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Kühlmediums des EGR-Kühlers (6) unterhalb von 40°C gehalten wird.
  12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeneration des EGR-Kühlers (6) wasserfrei durchgeführt wird.
  13. 13. Brennkraftmaschine (1) zur Durchführung des Verfahrens zur Regeneration eines EGR- 3/5
    oitc'iticriiSfks patenuimt AT 504 741 B1 2009-08-15 Kühlers (6), welcher in einem EGR-Strang (5) zwischen einem Auslasssystem (3) und einem Einlasssystem (2) angeordnet ist, mit zumindest einem EGR-Ventil (7) im EGR-Strang (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei während des Regenerationsbetriebes des EGR-Kühlers (6) der Durchfluss durch den EGR-Kühler (6) veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchfluss durch plötzliches Aktivieren oder Deaktivieren einer Umgehungsleitung (8) für den EGR-Kühler (6) schlagartig veränderbar ist.
  14. 14. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchfluss durch den EGR-Kühler (6) durch kurzes Öffnen oder Schließen des EGR-Ventils (7, 9) veränderbar ist.
  15. 15. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kaltwasserkreislauf des EGR-Kühlers (6) auf ein Temperaturniveau zwischen 25 °C und 40 °C bei ISO-Umgebungsbedingungen ausgelegt ist. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 4/5
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