DE102004030270A1 - Nutzung von Motorparametern für Kondensationsverhinderungsstrategien - Google Patents

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Abstract

Es werden eine Steuerung und ein Verfahren für einen Verbrennungsmotor mit einem Abgasrezirkulationssystem angegeben, um eine kritische Temperatur (Taupunkt) für einen Einlasskrümmer anzugeben, bei der beim Eintritt in die Abgasrezirkulation eine Kondensation auftreten würde. Die Steuerung berechnet die kritische Einlasskrümmungstemperatur (IMT_Critical) als Funktion von vorbestimmten festgestellten oder angenommenen Werten, indem sie eine Gleichung verarbeitet, in deren Variablen die Werte eingesetzt werden. Die Steuerung veranlasst Anpassungen an den Betrieb des Abgasrezirkulationssystems in Reaktion auf die Berechnung, vorzugsweise nachdem die tatsächliche Einlasskrümmertemperatur den Wert IMT_Critical für eine vorbestimmte Zeitdauer überschritten hat.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Kompressionszündungs-Verbrennungsmotoren mit einer Abgasrezirkulation, die in ihrem Betrieb zwischen einem Abgasrezirkulationsmodus (EGR-Modus) und einem nicht-EGR-Modus (Boost-Modus) wechseln können, wobei eine Motorsteuerung die Betriebsbedingungen überwacht und eine kritische Einlasskrümmertemperatur unter den Betriebsbedingungen als eine Funktion eines ausgewählten Satzes von Einflussfaktoren berechnet, um eine Kondensation vorauszusagen, wobei wenn die Betriebsbedingungen während des EGR-Modus eine Kondensation in dem Einlasskrümmer zur Folge haben würden, der Motor im nicht-EGR-Modus betrieben wird.
  • Die Kondensation ist ein Problem, das bei Motoren mit einer Abgasrezirkulation (EGR) auftritt. Das heiße Abgas von Dieselmotoren umfasst eine Mischung aus Wasserdampf aus dem verbrannten Kraftstoff und aus der Umgebungsluft. EGR-Motoren rezirkulieren eine begrenzte Menge von Abgas zurück zu dem Einlasskrümmer, um nicht genutzten Kraftstoff und Nebenprodukte zu verbrennen. Wegen der niedrigeren Temperatur der Einlassluft am Einlasskrümmer kann eine Kondensation in dem Krümmer auftreten, wenn das Abgas mit der frischen Luft in dem Einlasskrümmer gemischt wird. Bei einer bestimmten Betriebsbedingung (bei fixem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, variablem Rezirkulationsgrad und Einlasskrümmerdruck) und bei bestimmten Umgebungsbedingungen wie etwa der Umgebungstemperatur und der relativen Feuchtigkeit kondensiert der Wasserdampf bei einer Taupunkttemperatur. Die Taupunkttemperatur wird als die kritische Einlasskrümmmertemperatur (IMT Critical) definiert und wird durch viele Bedingungen beeinflusst. Das Kondensat ist aufgrund des Vorhandenseins von Stickstoff- und Schwefelverbindungen aus dem Kraftstoff sauer. Weiterhin werden der Motor und die umgebenden Einrichtungen in breiten Umgebungstemperaturbereichen von beispielsweise zwischen –25 Grad Celsius und 50 Grad Celsius und in breiten Bereichen der relativen Feuchtigkeit zwischen 0% und 100 betrieben.
  • Die Verwendung und die Variation des EGR-Betriebs ließe sich entsprechend steuern, wenn alle Einflüsse gleichzeitig erfasst werden könnten. Aber einige der Einflussbedingungen oder -parameter können nicht einfach oder wirtschaftlich in der Betriebsumgebung festgestellt werden, die insbesondere bei Fahrzeugen verschiedene Umgebungsbedingungen und Betriebsmodi umfasst. Wenn zum Beispiel die relative Feuchtigkeit nicht gemessen werden kann, muss eine fixe relative Feuchtigkeit je nach dem erforderlichen Schutzgrad angenommen werden. Es kann zum Beispiel ein Überschutz vorteilhaft sein, wobei in diesem Fall ein hoher Feuchtigkeitswert angenommen wird, wobei der Eintritt in den EGR-Modus beschränkt wird, um den Motor zu schützen. Alternativ hierzu kann ein Unterschutz eine niedrige Feuchtigkeit annehmen, sodass der Eintritt in den EGR-Modus gefördert wird, um Emissionen zu reduzieren, wobei dies aber das Risiko einer verkürzten Motorlebensdauer mit sich bringt.
    •
  • Die vorliegende Erfindung beseitigt die oben genannten Nachteile, indem sie eine neue Möglichkeit zum Berechnen der kritischen Einlasskrümmertemperatur (IMT Critical) angibt. Dieses Verfahren verwendet eine Gleichung, die IMT Critical als eine Funktion eines ausgewählten Satzes von Motorbetriebsparametern definiert, obwohl tatsächlich viele verschiedene Motorbetriebsparameter den Wert IMT Critical beeinflussen. Die Erfindung reduziert die Anzahl der in der Steuerung verarbeiteten Parameter und reduziert dadurch die Komplexität bei der Verarbeitung der Parameter, die IMT Critical beeinflussen. Das Verfahren gibt weiterhin eine Gleichung an, die der Motorsteuereinheit eine genaue Berechnung einer Voraussage für IMT Critical ermöglicht, die dann in Steueralgorithmen verwendet werden kann.
  • In der bevorzugten Ausführungsform ist IMT Critical als eine lineare Funktion der spezifizierten Parameter definiert, um die komplexen Verarbeitungs- und Speicheranforderung für Gleichungen höherer Ordnung zu vermeiden. Der Typ und die Anzahl der Parameter der linearen Funktion werden derart ausgewählt, um eine optimale Kurvenannäherung (R2) zu erhalten. Die Kombination aus einer reduzierten Anzahl von Parametern wird derart gewählt, das die optimale R2 (Maß für die Annäherungsqualität) erhalten wird, weil zum Beispiel das Luft/Kraftstoff-Verhältnis und der variable Rezirkulationsgrad direkt von der Luftmasse abhängen, und die Luftmasse nicht direkt gemessen wird. Außerdem üben einige Faktoren einen größeren Einfluss auf den Taupunkt aus als andere.
  • Ein bevorzugtes Beispiel der Gleichung für IMT_Critical ist.
    IMT_Critical = x1·V1 + x2·V2 + x3·V3 + x4·V4 + x5·V5 + x6·V1·V1 + x7·V2·V2 + x8·V3·V3 + x9·V4·V4 + x10·V5·V5 + x11·V1·V2 + x12·V1·V3 + x13·V1·V4 + x14·V1·V5 + x19·V3·V5 + x20·V4·V5 + x21 wobei x1, x2,... x21 zu bestimmende Konstanten sind, und V1, V2,... V5 gemessene Motorparameter sind.
    •
  • Diese Gleichung kann in der elektronischen Motorsteuereinheit verwendet werden, um eine Voraussage für IMT_Critical zu berechnen. Die Kondensationsgleichung bestimmt IMT_Critical auf der Basis der erforderlichen Parameter, die berechnete, festgestellte oder angenommene Werte sein könne, wobei die kombinierten Parameter ein verbessertes Ergebnis ohne aufwändige Verarbeitung oder unsichere Annahmen ohne Bezug auf die tatsächlichen Bedingungen bieten. Wenn also die gemessene Einlasskrümmertemperatur im EGR-Modus höher als IMT_Critical ist, kann die Steuerung veranlassen, dass der Motor im Abgasrezirkulationsmodus betrieben wird, ohne dass eine schädliche Kondensation am Einlasskrümmer auftritt. Dieses Verfahren wird vorzugsweise nur bei stabilen Fahrbedingungen des Fahrzeugs angewendet, weil eine Verweilzeit Voraussetzung für das Auftreten der Kondensation ist.
  • Die vorliegende Erfindung wird durch die folgende ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht, in denen gleiche Bezugszeichen auf ähnliche Teile verweisen.
  • 1 ist eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs oder einer Maschine und umfasst eine perspektivische Ansicht eines Motors mit einer Motorsteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine schematische Ansicht eines Steuersystems für die Steuerung einer Abgasrezirkulation in dem Motor von 1.
  • 3 ist ein Blockdiagramm einer Analyse in einem Motorsteuerverfahren zum Feststellen des Taupunkts in einem Krümmer gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Kompressionszündungs-Verbrennungsmotors 20, der verschiedene Merkmale der Motorsteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst. Wie dem Fachmann deutlich sein sollte, kann der Motor 20 in verschiedenen Einrichtungen 11 etwa für Lastkraftwägen, Baufahrzeuge, Schiffe und Generatoren verwendet werden. Der Motor 20 umfasst eine Vielzahl von Zylindern, die unter einer entsprechenden Abdeckung angeordnet sind und allgemein durch das Bezugszeichen 12 angegeben werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Motor 20 ein Mehrzylinder-Kompressionszündungs-Verbrennungsmotor wie etwa ein Dieselmotor mit 4, 6, 8, 12, 16 oder 24 Zylindern. Außerdem ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf einen besonderen Typ von Motor oder Kraftstoff beschränkt ist.
  • Der Motor 20 umfasst ein Motorsteuermodul (ECM) 28. Das ECM 28 kommuniziert mit verschiedenen Motorsensoren und Aktuatoren über assoziierte Kabel oder Drähte, die allgemein durch das Bezugszeichen 18 angegeben werden, um eine Steuereinrichtung 25 (2) zum Steuern des Motors 20 in der Einrichtung 11 vorzusehen. Außerdem kommuniziert eine Steuereinrichtung 26 mit dem Bediener über assoziierte Leuchten, Schalter, Anzeigen und ähnliches wie in 2 gezeigt. In einem Fahrzeug ist der Motor 20 über eine Schwungscheibe 16 mit einem Getriebe verbunden. Dem Fachmann sollte deutlich sein, dass viele Getriebe eine Zapfwellenkonfiguration umfassen, in der eine Hilfswelle mit einer assoziierten Hilfseinrichtung verbunden werden kann, die durch den Motor und das Getriebe mit einer relativ konstanten Drehgeschwindigkeit unter Verwendung des Verstellreglers des Motors angetrieben wird. Die Hilfseinrichtung kann eine Hydraulikpumpe für eine Baumaschine, eine Wasserpumpe für ein Feuerwehrauto, ein Generator oder ein anderes Gerät mit Drehantrieb sein. Gewöhnlich wird der Zapfwellenmodus nur verwendet, während das Fahrzeug steht. Die vorliegende Erfindung ist jedoch unabhängig von dem speziellen Betriebsmodus des Motors und weiterhin unabhängig davon, ob das Fahrzeug steht oder fährt, wenn der Motor in einem Fahrzeug mit einem Zapfwellenmodus verwendet wird.
  • Wie besser in 2 zu erkennen, kann das ECM 28 der Steuereinrichtung 25 mit verschiedenen Fahrzeug-Ausgabeeinrichtungen wie etwa Statusanzeigen/-leuchten 96, analogen Anzeigen 98, digitalen Anzeigen 100 und verschiedenen analogen/digitalen Messanzeigen 102 kommunizieren. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet das ECM 28 eine Standard-Datenverbindung 104, um verschiedene Status- und/oder Steuermeldungen zu senden, die Angaben zu der Motorgeschwindigkeit, der Gaspedalposition, der Fahrzeuggeschwindigkeit und ähnliches enthalten können. Vorzugsweise entspricht die Datenverbindung 104 den Standards SAE J1939 und SAE J1587, um verschiedene Service-, Diagnose- und Steuerinformationen zu anderen Motorsystemen, Subsystemen und verbundenen Einrichtungen wie etwa der Anzeige 100 zu geben. Vorzugsweise umfasst das ECM 28 eine Steuerlogik, um aktuelle Betriebsbedingungen und Umgebungsbedingungen des Motors wie etwa EGR-Kondensationsbedingungen festzustellen und den Motor entsprechend zu steuern, um eine EGR-Kondensation zu vermeiden. Wie weiter unten ausführlicher beschrieben, überwacht das ECM 28 vorzugsweise die Motorgeschwindigkeit und -last, die Umgebungstemperatur, den EGR-Fluss (%) und die EGR-Temperatur, den Ladedruck und/oder den Krümmerdruck und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, um einen Schwellwert für die Aktivierung von Kondensationsverhinderungsstrategien zu bestimmen, die das wahlweise Umleiten von wenigstens einem Teil des EGR-Flusses um den EGR-Kühler umfassen können, um die Einlasskrümmertemperatur zu erhöhen und eine Kondensation des rezirkulierten Abgases zu reduzieren bzw. zu beseitigen. Entsprechend kann wenigstens ein Teil der Ladeluft wahlweise um den Ladeluftkühler umgeleitet werden.
  • Ein Servicewerkzeug 106 kann periodisch über eine Datenverbindung 104 angeschlossen werden, um ausgewählte Parameter in dem ECM 20 zu programmieren und/oder Diagnoseinformationen von dem ECM 28 zu empfangen. Entsprechend kann ein Computer mit der entsprechenden Software und Hardware über die Datenverbindung 104 verbunden werden, um Informationen zu dem ECM 28 zu übertragen und verschiedene Informationen zu dem Betrieb des Motors 12, des Fahrzeugs 14 und den Steuerverfahren der vorliegenden Erfindung zu empfangen.
  • Der Motor 20 enthält einen Einlasskrümmer 22, einen Abgaskrümmer 24 und ein Abgasrezirkulationssystem (EGR-System), das allgemein durch das Bezugszeichen 26 angegeben wird. Ein Motorsteuermodul (ECM) 28 enthält gespeicherte Daten, die Befehle und Kalibrierungsinformation für die Steuerung des Motors 20 wiedergeben. Das ECM 28 kommuniziert mit verschiedenen Sensoren und Aktuatoren, die EGR-Sensoren wie etwa einen EGR-Flusssensor 30 und einen EGR-Temperatursensor 32 umfassen. Das ECM 28 steuert das EGR-System 26 über Aktuatoren wie etwa ein EGR-Ventil 34, ein EGR-Kühler-Bypassventil 36 (BPVEGR) und optional eines oder mehrere Ladeluftkühler-Bypassventile (BPVCAC) 38, 40. Außerdem steuert das ECM 28 vorzugsweise eine variable Düse oder einen Turbolader mit variabler Geometrie (VGT) 42 und überwacht einen assoziierten Turbogeschwindigkeitssensor 44 und einen Turboladesensor.
  • Das EGR-System 26 umfasst vorzugsweise einen EGR-Kühler 50, der mit dem Motorkühlkreis 52 verbunden sein kann. Der EGR-Kühler 50 ist vorzugsweise ein Vollfluss-Kühler, der in Reihe mit dem Motorkühlsystem verbunden ist, wobei aber auch andere Anordnungen und Typen von EGR-Kühlern verwendet werden können, ohne dass dadurch der Umfang der vorliegenden Erfindung verlassen wird. Der EGR-Kühler 50 kann direkt mit einer entsprechenden Wasser- oder Kühlmittelpumpe 54 verbunden sein, oder kann je nach der besonderen Anwendung an einer anderen Position im Motorkühlkreis angeordnet sein. Außerdem ist der EGR-Kühler 50 vorzugsweise ein Zweilauf-Kühler mit einem ersten Lauf 56 und einem zweiten Lauf 58 für das durch den Kern hindurchgehende rezirkulierte Abgas.
  • Das EGR-Kühler-Bypassventil (BPVEGR) 36 kann wahlweise durch das ECM 28 betrieben werden, um die Temperatur des EGR-Flusses zu steuern, indem kein, ein Teil oder der gesamte Fluss um den EGR-Kühler 50 auf der Basis von aktuellen Umgebungs- und Motorbetriebsbedingungen umgeleitet wird. Das Ventil 36 kann ein Solenoid-betätigtes Ein/Aus-Ventil sein, sodass ein Teil oder der gesamte EGR-Fluss bei Umgebungs- oder Motorbetriebsbedingungen, die eine Kondensation fördern, um den EGR-Kühler 50 herum geleitet wird. Ein modulierendes Bypassventil kann für einige Anwendungen nützlich sein, ist aber nicht erforderlich, weil die Modulation des EGR-Ventils 34 zur Steuerung des EGR-Flusses verwendet werden kann. Entsprechend können eine oder mehrere Ladeluft-Bypassventile (BPVCAC) 38, 40 vorgesehen werden, um wahlweise die Ladelufttemperatur und folglich die Einlasskrümmertemperatur zu erhöhen. Wie gezeigt, leitet das Ladeluft-Bypassventil 40 wahlweise keine, einen Teil oder die gesamte Ladeluft um den Ladeluftkühler 74 herum. Alternativ oder in Kombination damit leitet das Bypassventil 40 keine, einen Teil oder die gesamte Ladeluft vom Ausgang des Turboladeverdichter 70 zu dem Eingang, um die Einlasslufttemperatur zu erhöhen. Vorzugsweise betreibt das ECM-Ventil 28 die Ventile 36 und/oder 38 und/oder 40, um die EGR-Temperatur auf der Basis der aktuellen Umgebungs- und Betriebsbedingungen zu steuern, um die Kondensation des rezirkulierten Abgases in dem EGR-Kreis und in dem Einlasskrümmer zu reduzieren oder zu beseitigen. Wie weiter unten beschrieben, kann die Steuerstrategie die Umgebungstemperatur, die relative Feuchtigkeit, die Einlasskrümmertemperatur und den Einlasskrümmerdruck, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis und den variablen Rezirkulationsgrad verwenden, um zu bestimmen, wann das EGR-Ventil 34 und eines oder mehrere der Bypassventile 36, 38, 40 zu steuern sind, um die Kondensation zu reduzieren oder zu beseitigen.
  • Im Betrieb steuert das ECM 28 das EGR-System 26 und den Turbolader mit variabler Geometrie (VGT) 42 auf der Basis der aktuellen Umgebungs- und Betriebsbedingungen sowie auf der Basis von Kalibrierungsinformationen, um das rezirkulierte Abgas über den Mischer 62, der vorzugsweise eine Rohrverbindung ist, mit Ladeluft zu mischen. Die Kombination aus der Ladeluft und dem rezirkulierten Abgas wird dann über den Einlasskrümmer 22 zu dem Motor 20 geführt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Motor 120 ein 6-Zylinder-Kompressionszündungs-Verbrennungsmotor, wobei jedoch die Anzahl der Zylinder und der Typ des Motors variiert werden können, ohne dass dadurch der Erfindungsumfang verlassen wird. Das ECM 28 umfasst eine Steuerlogik zum Überwachen der aktuellen Umgebungsbedingungen wie etwa der Temperatur und optional der Feuchtigkeit sowie der Motorsteuerparameter und Motorbetriebsbedingungen, um das EGR-System 26 zu steuern. Während des Betriebs des Motors 20 geht Einlassluft durch den Verdichterteil 70 des Turboladers mit variabler Geometrie (VGT) 42, der durch einen Turbinenteil 72 mittels heißer Abgase betrieben wird. Die verdichtete Luft geht durch den Ladeluftkühler 74 hindurch, der vorzugsweise ein durch Staudruckluft 76 gekühlter Luft-zu-Luft-Kühler ist. Die Ladeluft geht durch den Kühler 74 zu dem Mischer 62, der vorzugsweise eine Rohrverbindung ist, wo die Ladeluft auf der Basis von aktuellen Motorbetriebsbedingungen mit rezirkuliertem Abgas kombiniert wird. Das durch den Abgaskrümmer 24 austretende Abgas geht durch das EGR-Ventil 34, wo ein Teil des Abgases wahlweise durch den EGR-Kühler 50 umgeleitet werden kann. Das Bypassventil 36 wird wahlweise betätigt, um einen Teil (kein, einen Teil oder alles) des umgeleiteten Abgases um den Kühler 50 zu leiten, um die Temperatur des rezirkulierten Abgases einzustellen. Die EGR-Gase fließen an dem EGR-Flusssensor 30 und dem Temperatursensor 32 vorbei zu dem Mischventil 62, wo sie mit verdichteter Ladeluft kombiniert werden. Die verbleibenden Abgase, die nicht durch das EGR-Ventil 34 umgeleitet werden, gehen durch den Turbinenteil 72 des Turboladers mit variabler Geometrie (VGT) 42 und den Auspuff 80 hindurch, bevor sie in die Atmosphäre ausgestoßen werden. Der EGR-Kühler 50 kühlt das erhitzte Abgas unter Verwendung des Motorkühlkreises 44. Das Motorkühlmittel wird wiederum über einen Kühlventilator 84 und einen Kühler 86 gekühlt.
  • Wie oben beschrieben, können eines oder mehrere Bypassventile zu der Einlassseite des Motors 20 vor dem Ladeluftkühler (CRC) 74 hinzugefügt werden, um wahlweise einen Teil, alles oder keine Ladeluft von dem Verdichterteil 70 des Turboladers mit variabler Geometrie 42 umzuleiten. Das bzw. die Ladeluftkühler (CAC)-Bypassventil(e) werden wahlweise ähnlich wie das EGR-Bypassventil unter Umgebungs- und Betriebsbedingungen betrieben, die eine Kondensation in dem Einlasskrümmer wie beschrieben und gezeigt fördern können. Diese Strategie kann auf einer gemessenen, geschätzten oder berechneten Temperatur für die Ladeluft oder auf der kombinierten Ladung nach dem Mischen mit dem EGR-Fluss am Mischer 62 gemäß der vorliegenden Erfindung basieren.
  • Ein Blockdiagramm zu dem Betrieb einer Ausführungsform für ein System oder ein Verfahren zum Steuern eines Motors zur Vermeidung einer EGR-Kondensation gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 3 gezeigt. Dem Fachmann sollte deutlich sein, dass das Blockdiagramm von 3 eine Steuerlogik wiedergibt, die durch Hardware, Software oder eine Kombination aus Hardware und Software implementiert werden kann. Die verschiedenen Funktionen werden vorzugsweise durch einen programmierten Mikroprozessor vorgesehen, der etwa in dem DDEC-Controller von der Detroit Diesel Corporation, Detroit, Michigan hergestellt wird. Natürlich kann die Steuerung des Motors/Fahrzeugs kann eine oder mehrere Funktionen umfassen, die durch dedizierte Elektrik, Elektronik oder integrierte Schaltungen implementiert werden. Wie dem Fachmann deutlich sein sollte, kann die Steuerlogik unter Verwendung einer Anzahl von bekannten Techniken und Strategien zur Programmierung und Verarbeitung implementiert werden und ist nicht auf die dargestellte Reihenfolge bzw. Sequenz beschränkt. Zum Beispiel wird gewöhnlich eine Unterbrechungs- oder Ereignis-gesteuerte Verarbeitung in Echtzeit-Steueranwendungen wie zum Beispiel der Steuerung eines Motors oder Fahrzeugs und keine rein sequentielle Strategie verwendet. Entsprechend kann ein System und ein Verfahren mit Parallelverarbeitung, Multi-Tasking oder Multi-Threading verwendet werden, um die Zielsetzungen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung zu bewerkstelligen. Die Erfindung ist unabhängig von der besonderen Programmiersprache, dem Betriebssystem, dem Prozessor oder dem Schaltungsaufbau, die zur Entwicklung und/oder Implementierung der gezeigten Steuerlogik verwendet werden. Entsprechend können in Abhängigkeit von der besonderen Programmiersprache und der Verarbeitungsstrategie verschiedene Funktionen in der gezeigten Sequenz im wesentlichen gleichzeitig oder in einer anderen Sequenz durchgeführt werden, um die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung zu bewerkstelligen. Die gezeigten Funktionen können modifiziert oder in einigen Fällen ausgelassen werden, ohne dass dadurch der Erfindungsumfang verlassen wird.
  • In verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die gezeigte Steuerlogik primär durch Software implementiert und in Computer-lesbaren Speichermedien in dem ECM gespeichert. Wie dem Fachmann deutlich sein sollte, können verschiedene in dem ECM gespeicherte Steuerparameter, Befehle und Kalibrierungsinformationen wahlweise durch den Fahrzeugbesitzer/den Fahrer modifiziert werden, während andere Informationen nur für autorisiertes Service- oder Werkspersonal zugänglich sind. Die Computer-lesbaren Speichermedien können auch verwendet werden, um Motor/Fahrzeug-Betriebsinformationen für Fahrzeugbesitzer/Fahrer und Diagnoseinformationen für Wartungs-/Servicepersonal zu speichern. Obwohl nicht gezeigt, können verschiedene Schritte oder Funktionen wiederholt in Abhängigkeit von dem Typ der verwendeten Verarbeitung durchgeführt werden.
  • In der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von 3 werden in Block 80 aktuelle Umgebungsbedingungen bestimmt oder überwacht. Umgebungsbedingungen können unter Verwendung von entsprechenden Sensoren bestimmt oder je nach der besonderen Anwendung geschätzt, abgeleitet oder angenommen werden. Vorzugsweise umfasst der Block 80 wenigstens eine Bestimmung der Umgebungslufttemperatur in Block 82. Es wird wenigstens eine von fünf Betriebsbedingungen, vorzugsweise aus der Gruppe, die Umgebungstemperatur, Einlasskrümmertemperatur, EGR-Massenrate, Motorgeschwindigkeit und Einlasskrümmer umfasst, wird erfasst, wobei aber auch andere Betriebsbedingungen überwacht werden können.
  • Weiterhin kann die relative Feuchtigkeit in Block 84 unter Verwendung eines Sensors (Block 86) bestimmt oder auf einen vorbestimmten Wert gesetzt werden (Block 88). Anstelle eines Feuchtigkeitssensors kann die vorliegende Erfindung zum Beispiel einen fixen hohen Wert für die relative Feuchtigkeit verwenden, wie etwa 100%, was eine sehr konservative Kalibrierung wiedergibt. Dies bietet den größten Schutz bzw. die größte Fehlerspanne für den Betrieb ohne EGR-Kondensation am Einlasskrümmer. Natürlich können auch niedrigere gespeicherte Feuchtigkeitswerte verwendet werden, um zu bestimmen, ob der EGR-Kühler und/oder der Ladeluftkühler umgangen werden sollen, wobei jedoch niedrigere Werte wahrscheinlicher zu einer Kondensation unter bestimmten Umgebungs- und Betriebsbedingungen führen.
  • Die aktuellen Motorbetriebsbedingungen werden in Block 90 überwacht oder bestimmt. Dies kann die Feststellung der Einlasskrümmertemperatur (Block 92), der Motorgeschwindigkeit und -last (Block 94), des Einlasskrümmerdrucks (Block 96) und des EGR-Flusses (%) (Block 98) umfassen. Alternativ hierzu kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder die Ladung auf andere Weise bestimmt werden, wobei aber die kombinierten Eingaben des Einlasskrümmerdrucks (IMP) und des EGR-Flusses (%) einen praktischen Ersatz für diese Parameter bieten. Der EGR-Fluss (Block 98) und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Block 120) können je nach der besonderen Anwendung auf der Basis von Tabellenwerten oder auf der Basis von tatsächlich festgestellten Werten bestimmt werden. Die in den Blöcken 80 und 90 festgestellten aktuellen Umgebungs- und Betriebsbedingungen werden dann verwendet, um zu bestimmen, ob die Bedingungen eine EGR-Kondensation im Einlasskrümmer fördern (Block 122).
  • Natürlich kann die vorausgesagte kritische Temperatur des Einlasskrümmers (IMT_Critical) sehr genau auf der Basis der zahlreichen Parameter berechnet werden, die einen Einfluss auf die Temperatur haben. Wie in dem Diagramm von 3 gezeigt, haben die Umgebungstemperatur, die relative Feuchtigkeit, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, der EGR-Prozentsatz und der Einlasskrümmerdruck einen wesentlichen Effekt auf die Einlasskrümmertemperatur, wenn in den Abgasrezirkulationsmodus eingetreten wird. Wenn zum Beispiel die relative Feuchtigkeit nicht gemessen werden kann, dann kann eine fixe relative Feuchtigkeit in Abhängigkeit davon angenommen werden, ob ein Überschutz oder ein Unterschutz erforderlich ist. Weil das fixe Luft/Kraftstoff-Verhältnis und der EGR-Prozentsatz direkt von der Luftmasse abhängen, und die Luftmasse nicht direkt gemessen wird, kann eine andere Möglichkeit zur Berechnung von IMT_Critical genutzt werden.
  • Durch empirische Tests im Labor hat die Erfindung die Anzahl der Parameter reduziert, die erforderlich sind, um eine relativ genaue Angabe von IMT_Critical vorzusehen. Zum Beispiel konnte empirisch bestimmt werden, dass Motorbetriebsbedingungen wie etwa die Kraftstoffmasse, die Kraftstofftemperatur und die EGR-Auslasstemperatur einen geringen Einfluss auf die vorausgesagte kritische Temperatur des Einlasskrümmers (IMT_Critical) im Vergleich zu anderen Eingangs-/Ausgangsparametern wie etwa die Turbinentemperaturen oder die Abgastemperaturen haben. Es können andere Parameter, die einfach gemessen werden können, verwendet werden, um eine relativ genaue Voraussage zu machen. Wie in 3 gezeigt bieten die Umgebungstemperatur, die Einlasskrümmertemperatur, die EGR-Massenrate, die Motorgeschwindigkeit und der Einlasskrümmerdruck einen bevorzugten Satz von Parametern, sodass die Gleichung begrenzt werden kann, um nützliche Anpassungen am Betrieb und der Steuerung der Abgasrezirkulation vorzunehmen.
  • Vorzugsweise ist die kritische Temperatur de Einlasskrümmers (IMT_Critical) als eine lineare Funktion der spezifizierten Parameter definiert, wobei die Parameter der linearen Funktion durch statistische Werkzeuge/Software optimiert werden, um eine optimale Kurvenannäherung zu erhalten. Es wird eine Kombination der Parameter gewählt, die eine optimale Kurvenanpassung (R2) durch die statistischen Werkzeuge/Software zu erhalten.
  • Die bevorzugte Gleichung für IMT_Critial ist:
    IMT_Critical = x1·V1 + x2·V2 + x3·V3 + x4·V4 + x5·V5 + x&·V1·V1 + x7·V2·V2 + x8·V3·V3 + x9·V4·V4 + x10·V5·V5 + x11·V1·V2 + x12·V1·V3 + x13·V1·V4 + x14·V1·V5 + x19·V3·V5 + x20·V4·V5 + x21
    wobei x1, x2,... x21 zu bestimmende Konstanten sind, und V1, V2,... V5 gemessene Motorparameter sind.
  • Diese Gleichung kann in die ECU (elektronische Motorsteuereinheit) integriert werden, um die Berechnung einer vorausgesagten kritischen Temperatur des Einlasskrümmers (IMT_Critical) und das Verfahren zur Steuerung eines Motors oder einer EGR-Steuerung zu vereinfachen.
  • In einer Ausführungsform wird der Taupunkt (IMT_Critical) der kombinierten Mischung aus EGR und Ladeluft in Block 124 bestimmt. Die Motorsteuerung bestimmt dann, ob die vorausbestimmte IMT_Critical höher ist als die im Krümmer durch den Sensor gemessene Temperatur des Einlasskrümmers (IMT_Measuered), um eine Änderung in der Abgasrezirkulation anzuweisen, wie zum Beispiel einen Abgasbypass um einen Kühler, dessen Betrieb ansonsten eine Kondensation fördern würde. Vorzugsweise umfasst die Steuerung des Motors auch wenigstens eine Modifikation des Ladeluftflusses oder eine Modifikation des EGR-Flusses. Es können auch andere Methoden zum Erhöhen der Einlasskrümmertemperatur in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Vorzugsweise wird ein Wechsel des Modus aufgeschoben, bis eine Stabilisierungszeit abläuft, während welcher die Bedingungen in dem Krümmer erhalten werden. Diese Kondensationsprüfung wird gewöhnlich nur während eines stabilen Fahrzustands durchgeführt, weil eine Verweilzeit Voraussetzung für das Auftreten einer Kondensation ist.
  • Die Kombination aus den Werten, die durch Messungen und Annahmen erhalten werden, wird dann bei der Verarbeitung der Daten in der Steuerung 26 durch Algorithmen verwendet, nachdem die IMT_Critical-Gleichung einen IMT_Critical-Wert bestimmt. Wie in 128 gezeigt, wird die Einlasskrümmertemperatur mit der Voraussage von IMT_Critical verglichen. Wenn die gemessene Temperatur des Einlasskrümmers größer als die durch die Berechnung vorausgesagte kritische Temperatur des Einlasskrümmers ist, veranlassen Steuerbefehle in Block 130 eine Aktivierung der Abgasrezirkulation. Wenn nicht, kann der Motor in Block 128 im Boost-Modus gehalten werden. Andere Betriebsänderungen können durch die Steuerung 28 in Reaktion auf den Vergleich vorgesehen werden.
  • Es wurden Ausführungsformen der Erfindung gezeigt und beschrieben, wobei die Erfindung jedoch nicht auf diese gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Die Beschreibung ist beispielhaft und nicht einschränkend, wobei verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Steuern der Abgasrezirkulation eines Verbrennungsmotors, mit folgenden Schritten: Bestimmen einer stabilen Bedingung, bei der die Einlasskrümmertemperatur unter einer kritischen Einlasskrümmertemperatur liegt, bei der eine Kondensation in dem Einlasskrümmer auftreten kann, Feststellen von wenigstens einer Vielzahl von Parametern aus der Gruppe, die die Umgebungstemperatur, die Einlasskrümmertemperatur, die EGR-Massenrate, die Motorgeschwindigkeit und den Einlasskrümmerdruck umfasst, um einen ersten Satz von Werten einschließlich des wenigstens einen Parameters zu bilden, Bestimmen von wenigstens einem Parameterwert für einen zweiten Satz von Werten für die Betriebsbedingungen aus der Gruppe, Verarbeiten einer Gleichung, mit der die kritische Einlasskrümmertemperatur (IMT_Critical) als eine Funktion der Gruppe von Betriebsbedingungsvariablen vorausgesagt wird, indem die ersten und zweiten Sätzen von Werte in die Variablen eingesetzt werden, und Auswählen eines Befehls in Reaktion auf die Verarbeitung.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen das Annehmen eines fixen Werts für den Parameterwert umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststellen das Feststellen der Parameter aus der Gruppe von Betriebsbedingungen umfasst, um eine Kombination von bevorzugten Variablen zu bilden, die den kritischen Einlasskrümmerdruck als eine lineare Funktion der bevorzugten Variablen definieren.
  4. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen das Zuweisen eines Wertes aus einem Datenspeicher umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuweisen das Lesen einer Nachschlagetabelle umfasst.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswählen das Schalten des Motors zu dem Abgasrezirkulationsmodus umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswählen das Umleiten des zum Einlasskrümmer rezirkulierten Abgases an einem Kühler vorbei umfasst.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verarbeiten das Berechnen des kritischen Einlasskrümmerdrucks in einer linearen Gleichung umfasst.
  9. Computer-lesbares Speichermedium mit darin gespeicherten Daten, die Befehle wiedergeben, die durch einen Computer ausgeführt werden können, um einen Kompressionszündungs-Verbrennungsmotor in einem Fahrzeug zu steuern, sodass eine Anpassung des Abgasrezirkulations-Betriebs vorgesehen wird, wobei das Computer-lesbare Speichermedium umfasst: Befehle zum Bilden eines Kombination von Parameterwerten für einen Satz von Motorbetriebsbedingungen, Befehle zum Berechnen einer Voraussage für die Einlasskrümmertemperatur in Reaktion auf das Bilden der Kombination, indem die Kombination der Parameterwerte in die Variablen einer Gleichung eingesetzt wird, Befehle zum Vergleichen der Voraussage für die Einlasskrümmertemperatur mit einer gemessenen Einlasskrümmertemperatur, und Befehle zum Auswählen eines Befehls in Reaktion auf das Vergleichen, der den Abgasrezirkulationsbetrieb des Motors in Reaktion auf das Vergleichen anpasst.
  10. Computer-lesbares Speichermedium nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Befehle zum Bilden der Kombination von Parameterwerten Befehle zum Quantifizieren einer festgestellten Betriebsbedingung des Motors umfassen.
  11. Computer-lesbares Speichermedium nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die festgstellte Betriebsbedingung aus der Gruppe genommen wird, die die Umgebungstemperatur, die Einlasskrümmertemperatur, die EGR-Massenrate, die Motorgeschwindigkeit und den Einlasskrümmerdruck umfasst.
  12. Computer-lesbares Speichermedium nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion auf das Vergleichen davon abhängig ist, ob die Einlasskrümmertemperatur größer als die Voraussage für die Einlasskrümmertemperatur ist.
  13. Computer-lesbares Speichermedium nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassen das Aktivieren der Abgasrezirkulation umfasst, wenn die Einlasskrümmertemperatur größer als die Voraussage für die Einlasskrümmertemperatur ist.
  14. System zum Steuern eines Kompressionszündungs-Verbrennungsmotors in einem Fahrzeug mit einem Abgasrezirkulations-Betriebsmodus, mit: wenigstens einem Sensor zum Bestimmen von wenigstens einem aus einer Vielzahl von Parametern aus der Gruppe von Betriebsbedingungen, die die Umgebungstemperatur, die Einlasskrümmertemperatur, die EGR-Massenrate, die Motorgeschwindigkeit und den Einlasskrümmerdruck umfasst, um einen ersten Satz von Werten zu bilden, einer Einrichtung zum Bestimmen einer Kombination von Werten einschließlich des ersten Satzes von Werten, einer Verarbeitungseinrichtung zum Berechnen der kritischen Einlasskrümmertemperatur als eine Funktion der Kombination von Werten, und eine Steuereinrichtung zum Wechseln zu dem Betrieb im Abgasrezirkulationsmodus, wenn die berechnete kritische Temperatur eine vorbestimmte kritische Einlasskrümmertemperatur übersteigt, bei der eine Kondensation in dem Einlasskrümmer auftritt.
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