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Die
vorliegende Erfindung betrifft Kompressionszündungs-Verbrennungsmotoren mit einer Abgasrezirkulation,
die in ihrem Betrieb zwischen einem Abgasrezirkulationsmodus und
einem Boost-Modus wechseln können,
wobei eine Motorsteuerung die Betriebsbedingungen überwacht,
um die Abgasrezirkulation zu begrenzen, wenn die Betriebsbedingungen
eine Kondensation in dem Einlasskrümmer zur Folge haben würden, und
um automatisch wieder in den Abgasrezirkulationsmodus einzutreten,
wenn die Kondensationsbedingungen behoben sind.
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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. 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.
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Wenn
bei einer bekannten Motorsteuerung die gemessene Einlasskrümmertemperatur
(IMT) kleiner oder gleich als IMT_Critical wird, ist die Motorsteuerung
derart programmiert, das sie in einen Kondensationsmodus eintritt
und die Abgasrezirkulation ausschaltet. Sobald die Abgasrezirkulation
abgeschaltet ist, läuft
der Motor in einem Modus ohne Abgasrezirkulation. Dieser Modus wird
als Boost-Modus bezeichnet. Ein Timer bestimmt dann, wann die Steuerung
zurück
zum Abgasrezirkulationsmodus (EGR-Modus) wechselt. Es wird eine
Berechnung von IMT_Critical durchgeführt, um das Verbleiben im EGR-Modus
zu bestätigen.
Wenn bestimmt wird, dass die gemessene Einlasskrümmertemperatur IMT niedriger
als IMT_Critical ist, wird die EGR ausgeschaltet. Wenn sich der
Motor im Boost-Modus befindet, können
die oben genannten Steuerungen nicht feststellen, ob eine Kondensation
auftreten würde,
wenn die EGR eingeschaltet wird. Dementsprechend können unnötige Moduswechsel
wiederholt werden. Bei der aktuellen Strategie wird der Motor einfach
weiter im Boost-Modus betrieben, bis der Timer abläuft, auch
wenn sich die Geschwindigkeit und die Lastbedingungen des Fahrzeugs
aus verschiedenen Gründen
geändert
haben.
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Die
vorliegende Erfindung überwindet
die oben genannten Nachteile, indem sie eine Steuerung und ein Verfahren
zum Wiedereintreten in den Abgasrezirkulationsbetrieb eines Verbrennungsmotors
angeben. Die Steuerung sagt die kritische Einlasskrümmertemperatur
voraus und vergleichst sie mit der tatsächlichen Einlasskrümmertemperatur.
Die Steuerung wechselt zum Boost-Modus, wenn bestimmt wird, dass
die tatsächliche
Einlasskrümmertemperatur
(IMT) niedriger als die kritische Einlasskrümmertemperatur (IMT_Critical)
ist. Die Steuerung sagt dann einen Werte der Einlasskrümmertemperatur
voraus und sagt vorzugsweise einen Wert der Einlasskrümmertemperatur
voraus, der auftreten würde,
wenn der Motorbetrieb vom Boost-Modus zum
EGR-Modus wechseln würde.
Die Voraussagen werden verendet, um eine berechnete kritische Einlasskrümmertemperatur
(IMT_Critical) im EGR-Modus zu bestimmen. Die Steuerung schaltet
dann den Motorbetrieb zum Abgasrezirkulationsmodus (EGR-Modus),
wenn die vorausgesagte Einlasskrümmertemperatur
für den
EGR-Modus die berechnete kritische Einlasskrümmertemperatur für den EGR-Betrieb überschreitet,
bei der eine Kondensation im Einlasskrümmer auftreten würde.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
wird die Steuerung mit Differenzdruck-/temperatur-Tabellen versehen,
die jeweils die Druck- und Temperaturdifferenzen zwischen dem Betrieb
im Abgasrezirkulationsmodus und im Boost-Modus bei verschiedenen
Geschwindigkeiten und Lasten dokumentieren, um den Einlasskrümmerdruck
und die Einlasskrümmertemperatur
im Rezirkulationsmodus zu bestimmen. Eine Einlasskrümmertemperatur-Voraussage
im EGR-Modus wird als die gemessene Einlasskrümmertemperatur plus die Einlasskrümmertemperaturdifferenz
aus der ersten Tabelle bestimmt. Entsprechend wird der Einlasskrümmrdruck
im EGR-Betrieb vorausgesagt,
indem die Differenz aus der Drucktabelle zu dem Einllasskrümmerdruck
im Boost-Modus addiert wird, sodass sich die Summe aus dem gemessenen
Einlasskrümmerdruck
plus der Einlasskrümmerdruckdifferenz
aus der zweiten Tabelle ergibt. Obwohl auch andere Auswahlkriterien
möglich sind,
werden die Tabellen vorzugsweise vorbereitet, indem empirisch die
Differenzen in den gesteuerten variablen Betriebsbedingungen des
Verbrennungsmotors festgestellt werden.
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Mit
Bezug auf die beiden Tabellen verwendet die Steuerung die vorausgesagten
Temperatur- und Druckwerte, um eine vorausgesagte oder berechnete
kritische Einlasskrümmertemperatur
zu bestimmen, wenn der Motorbetrieb zu dem EGR-Modus wechselt. Dann
bestimmt die Kondensationsgleichung eine vorbestimmte kritische
Einlasskrümmertemperatur
(IMT_Critical) im EGR-Modus als eine Funktion der vorausgesagten
Temperatur, des vorausgesagten Drucks und anderer Parameter. Als
Gleichung, die vorzugsweise eine lineare Gleichung ist, kann die
Gleichung verwendet werden, die in der gleichzeitig anhängigen und
hier unter Bezug eingeschlossenen Anmeldung mit dem Titel „Nutzung
von Motorparametern für
Kondensations-Verhinderungsstrategien" angegeben ist. Es können die angepassten Werte
der vorausgesagten Temperatur im EGR-Modus und des vorausgesagten
Drucks im EGR-Modus sowie andere Funktionen wie etwa die aus der gewünschten
EGR-Rate abgeleitete Massenflussrate verwendet werden. Wenn die
vorausgesagte Einlasskrümmertemperatur
im EGR-Modus höher
als die vorausgesagte kritische Einlasskrümmertemperatur im EGR-Modus
ist, veranlasst die Steuerung über
einen Befehl, dass der Motor wieder in den Abgasrezirkulationsmodus
eintritt. Vorzugsweise wird der Befehl erst dann ausgegeben, wenn
die ausreichend hohe vorausgesagte Einlasskrümmertemperatur für eine vorbestimmte
Zeitdauer aufrechterhalten wurde. Außerdem können weitere Korrekturfaktoren
für Änderungen
in den Bedingungen verwendet werden.
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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.
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1 ist eine schematische
Ansicht eines Fahrzeugs oder einer Maschine und umfasst eine perspektivische
Ansicht eines Motors mit einer Motorsteuerung gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2 ist eine schematische
Ansicht eines Steuersystems für
die Abgasrezirkulationssteuerung in dem Motor von 1.
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3 ist ein Blockdiagramm
eines Programms für
ein Motorsteuerverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung.
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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.
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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.
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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 Einlaskrümmertemperatur
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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Wie
oben beschrieben, können
eines oder mehrere Bypassventile zu der Einlassseite des Motors 20 vor
dem Ladeluftkühler
(CAC) 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 basieren.
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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 in 3 gezeigte
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.
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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.
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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
oder abgeleitet werden. Vorzugsweise umfasst der Block 80 wenigstens
eine Bestimmung der Umgebungslufttemperatur in Block 82.
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 für
eine Überschutzstrategie
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.
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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), des EGR-Flusses (%) (Block 98) und
des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses
umfassen. 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).
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In
einer Ausführungsform
wird in Block 124 der Taupunkt der kombinierten Mischung
aus EGR und Ladeluft auf der Basis der vorausgesagten kritischen
Einlasskrümmertemperatur
(IMT_Critical) im EGR-Modus bestimmt. Die Motorsteuerung bestimmt
dann, ob die gemessene Einlasskrümmertemperatur
kleiner als IMT_Critical ist, um den Eintritt in den EGR-Modus zu
veranlassen oder den Betrieb im Boost-Modus zu wählen. Allgemein ist das Kondensationsproblem
erst dann schädlich,
wenn ein stabiler Motorbetrieb für
eine längere
Zeitdauer aufrechterhalten wird, weil der Korrosionseffekt unter
den tatsächlichen
Einflüssen
einige Zeit benötigt.
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Vorzugsweise
umfasst die Motorsteuerung auch eine Modifikation des Ladeluftflusses
und/oder eine Modifikation des EGR-Flusses, wobei jedoch auch andere
Methoden zum Anpassen der Einlasskrümmertemperatur und der Kondensationsbedingungen
gemäß der Erfindung
Verwendung werden können.
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Wenn
der Motor mit aktivierter Abgasrezirkulation läuft, wird der Motorbetrieb
als EGR-Modus definiert. Die Einlasskrümmertemperatur (IMT) wird gemessen
und als IMT_measured bezeichnet. Der Einlasskrümmerdruck (IMP) wird gemessen
und als IMP_measured bezeichnet. IMT_measured und IMP_measured werden
in Block 124 verwendet, um IMT_Critical (die Taupunkttemperatur
der Gase im Einlasskrümmer)
unter Verwendung einer weiter oben genannten Gleichung zu berechnen,
die die kritische Temperatur als eine Funktion von ausgewählten Einflüssen definiert.
Wenn IMT_measured kritisch ist, dann wird die Abgasrezirkulation in
Block 28 ausgeschaltet. Im Folgenden wird der Motor im
Boost-Modus betrieben (keine Abgasrezirkulation).
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Die
Einlasskrümmertemperatur
(IMT) und der Einlasskrümmerdruck
(IMP) werden gemessen und jeweils als IMT_measured_boostmode und
IMP_measured_boostmode bezeichnet. Diese Werte werden dann angepasst,
um Werte für
den EGR-Modus vorauszusagen. Vorzugsweise wurden die zwei Tabellen
durch experimentelle Tests erstellt, wobei aber auch andere Datenquellen
verwendet werden können,
ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird. In der Delta-IMT-Tabelle
1 werden die Temperaturdifferenzwerte während des Laufs des Motors
im EGR-Modus und dann im Boost-Modus bei gleicher Geschwindigkeit
und Last erfasst. Die Differenz in der Einlasskrümmertemperatur IMT zwischen
dem EGR-Modus und dem Boost-Modus wird als IMT_delta bezeichnet.
Vorzugsweise wird die Delta-IMP-Tabelle 2 entsprechend der Delta-IMT-Tabelle
anhand von Druckdifferenzwerten erstellt, wobei diese Werte als
IMP_delta bezeichnet werden.
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Um
die Möglichkeit
einer Kondensation an einem neuen Betriebspunkt nach dem Abschalten
der Abgasrezirkulation und während
des Betriebs im Boost-Modus vorauszusagen, sagt die Steuereinrichtung 26 die Möglichkeit
einer Kondensation bei Verbleib im Boost-Modus voraus und bestimmt,
ob ein Wiedereintreten in den EGR-Modus ohne Kondensation möglich ist,
indem sie auf die Informationen in den Tabellen Bezug nimmt. In
der bevorzugten Ausführungsform
wurden die Tabellen empirisch bestimmt, wobei jedoch auch andere Quellen
für die
Differenzen verwendet werden können,
ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird. Die Tabellen
werden an einer bestimmten Umgebungsbedingung kalibriert.
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Wenn
der Motor im Boost-Modus betrieben wird, wird die Einlasskrümmertemperatur
im EGR-Modus vorausgesagt, indem die im Boost-Modus gemessene Einlasskrümmertemperatur
zu der Differenz aus der Tabelle 1 addiert wird, die den Betriebsbedingungen
Last und Geschwindigkeit am nächsten
kommt. Auf diese Weise wird die vorausgesagte Einlasskrümmertemperatur
erzeugt. Entsprechend wird der Einlasskrümmerdruck in dem Abgasrezirkulationsmodus
vorausgesagt, indem der im Boost-Modus gemessene Einlasskrümmerdruck
durch die Differenz des Einlasskrümmerdrucks zwischen dem Boost-Modus
und dem EGR-Modus aus
der Tabelle 2 für
die entsprechenden Geschwindigkeits- und Lastwerte gewählt wird.
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Während also
der Motor im Boost-Modus läuft,
addiert die Steuerung in Block 130 IMT_delta zu IMT_measured_boostmode,
um IMT_predicted_EGRmode zu erzeugen. Entsprechend addiert die Steuerung in
Block 132 IMP delta zu IMP_measured_boostmode, um IMP_predicted_EGRmode
zu erhalten.
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Die
vorausgesagten Werte werden dann in der Verarbeitung der Daten in
der Steuerung 26 durch Algorithmen einschließlich einer
Kondensationsgleichung verwendet, um eine kritische Einlasskrümmertemperatur
IMT_Critical im EGR-Modus zu berechnen. Ein Beispiel für diese
Gleichung aus der oben zitierten Anmeldung 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 + x21wobei
x1, x2, ... x21 zu bestimmende Konstanten sind, und V1, V2, ...
V5 gemessene Motorparameter sind.
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Wenn
die vorausgesagte Einlasskrümmertemperatur
größer als
die berechnete vorausgesagte kritische Einlasskrümmertemperatur ist, schaltet
die Steuerung die Abgasrezirkulation ein, sodass der Motor wieder
in den Abgasrezirkulationsmodus eintritt.
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Diese
Werte geben eine Voraussage der Temperatur und des Drucks sowie
die kritische Temperatur wieder, die zu erwarten ist, wenn der Motor
zu dem EGR-Modus geschaltet würde,
wobei der Motor jedoch im Boost-Modus betrieben wird. Mit anderen
Worten verwendet die Steuerung dann die zwei vorausgesagten Werte,
um die kritische Temperatur IMT_critical im EGR-Modus (IMT_critical_EGRmode)
vorauszusagen. Wenn IMT_predicted_EGRmode < IMT_critical-EGRmode ist, dann verbleibt
der Motor wie in Block 140 gezeigt im Boost-Modus. Wenn
IMT_predicted_EGRmode > IMT_critical_EGRmode
ist, dann kann die Abgasrezirkulation eingeschaltet werden, sodass
der Motor wie in Block 138 gezeigt in den EGR-Modus eintritt.
Es können
jedoch weitere Korrekturfaktoren für Änderungen in den Umgebungsbedingungen,
insbesondere in der Temperatur und im Druck, erforderlich sein.
Zum Beispiel muss in der Höhe
eine barometrische Kompensation vorgesehen werden.
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Der
IMT_critical wird kontinuierlich durch eine entsprechende Gleichung
bestimmt, vorzugsweise als Funktion der Parameter Umgebungstemperatur,
relative Feuchtigkeit, berechnete kritische Einlasskrümmertemperatur,
Einlasskrümmerdruck
und Abgasrezirkulationsrate. Die Abgasrezirkulationsrate für die Geschwindigkeit
und die Last kann aus einer Tabelle erhalten werden, die eine gewünschte EGR-Rate
als Funktion der Geschwindigkeit und Last bestimmt.
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Entsprechend
wird der Einlasskrümmerdruck
vorausgesagt, indem zu dem Einlasskrümmerdruck im Boost-Modus die
Differenz aus der Differenztabelle 2 addiert wird (Block 132).
Der Prozess berechnet dann die kritische Einlasskrümmertemperatur
IMT_critical im EGR-Modus als eine Funktion der Umgebungstemperatur
am Einlass, der relativen Feuchtigkeit am Einlass bei der derart
bestimmten kritischen Einlasskrümmertemperatur
und bei dem Einlasskrümmerdruck
sowie der EGR-Rate. Der resultierende Wert wird mit der vorausgesagten
Temperatur verglichen. Wenn die vorausgesagte Einlasskrümmertemperatur
größer als
die vorausgesagte kritische Einlasskrümmertemepratur ist, wird ein
Wiedereintreten in den EGR-Modus veranlasst. Wenn der Wert von IMT_critical
für eine
vorbestimmte Zeitdauer größer oder
gleich IMT_Critical EGR bzw. dem Taupunkt ist, wird ein Befehl ausgegeben,
um den aktuellen Betriebsmodus des Motors anzupassen.
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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.
