DE102006046341A1

DE102006046341A1 - Verfahren zum Betreiben eines Abgasrückführungssystems

Info

Publication number: DE102006046341A1
Application number: DE102006046341A
Authority: DE
Inventors: Douglas Trombley; Thomas Dr. Wagner
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2008-04-03
Also published as: WO2008037318A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasrückführungssystems (AGR) eines Kraftfahrzeugverbrennungsmotors. Das AGR-System umfasst den Verbrennungsmotor mit einem Ansaugkrümmer und einem Abgaskrümmer, eine AGR-Leitung, welche den Ansaug- und Abgaskrümmer fluidleitend miteinander verbindet, einen AGR-Kühler für die Abgaskühlung, der in der AGR-Leitung so angeordnet ist, dass das durch die AGR-Leitung strömende Abgas ebenfalls durch den AGR-Kühler strömt, und ein Durchflussregelventil für die Bestimmung eines Abgasdurchflusses durch die AGR-Leitung, wobei das Durchflussregelventil von einer elektronischen Steuereinheit geregelt wird, welche mit einer Relation zwischen unterschiedlichen AGR-Kühleralterungen und Abgasdurchflüssen, derart, dass eine Konzentration eines gewählten Abgasbestandteils unterhalb eines gewählten Grenzwerts liegt, versehen ist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bestimmen der Alterung eines gleichen AGR-Kühlers und Modifizieren eines Abgasdurchflusses auf Basis der Relation für die ermittelte Alterung des AGR-Kühlers.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Steuerungsstrategien für elektronisch gesteuerte Abgasrückführungssysteme (AGR-Systeme), wie sie in Dieselverbrennungsmotoren verwendet werden, und insbesondere ein Verfahren zum Betreiben eines solchen AGR-Systems.
STAND DER TECHNIK
Wenn in einer Umgebung mit Sauerstoffüberschuss eine Verbrennung stattfindet, erhöhen sich die Verbrennungsspitzentemperaturen, was zur Bildung von unerwünschten Emissionen, beispielsweise Stickoxide (NO_x), führt.
In den meisten industrialisierten Ländern müssen die NO_x-Emissionen von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor unterhalb von bestimmten, in verschiedenen Abgasvorschriften festgelegten Grenzwerten liegen, um nachteilige Auswirkungen des Abgases auf die Umwelt zu vermeiden.
Um diese Abgasvorschriften zu erfüllen, wurden in den letzten Jahren Fahrzeuge in zunehmendem Maße mit elektronisch gesteuerten AGR-Systemen ausgestattet, in denen Abgas aus dem Abgaskrümmer über ein steuerbares AGR-Ventil, das die mit der Ansaugluft zu vermischende Abgasmenge reguliert, selektiv in den zum Ansaug krümmer strömenden Frischluftstrom eingebracht (rückgeführt) werden kann. Genauer gesagt, wird Abgas, das unverbrannten Kraftstoff und sonstige Verunreinigungen enthält, mit der frischen Ansaugluft des Motors vermischt, um die Verbrennungsspitzentemperaturen zu senken und hierdurch eine NO_x-Reduzierung zu erzielen.
AGR-Systeme umfassen optional auch einen AGR-Kühler, um das Abgas zu kühlen, bevor es mit der Motoransaugluft vermischt wird, so dass eine weitere Reduzierung der Stickoxide erreicht werden kann. AGR-Kühler umfassen in der Regel einen Wasser-Gas-Wärme tauscher, der das Kühlwasser des Verbrennungsmotors verwendet.
In Fahrzeugen im Dauerbetrieb wurde beobachtet, dass in AGR-Kühlern mit zunehmender Alterung eine Minderung im Leistungsverhalten eintritt. Genauer gesagt, steigt die Abgasauslasstemperatur des mit frischer Motoransaugluft zu vermischenden Abgases infolge einer verminderten Wärmeübertragung zwischen Abgas und Kühlwasser an. Wie den Fachleuten auf diesem Gebiet wohlbekannt ist, wird die Reduzierung der Wärmeübertragung durch eine Ansammlung von Ruß auf den Innenflächen des AGR-Kühlers verursacht, wodurch der Wärmeübertragungskoeffizient reduziert wird.
Es wird nun Bezug auf 1 genommen, welches ein Diagramm zeigt, in dem anhand einer beispielhaften Relation verdeutlicht wird, wie die Abgasauslasstemperaturen mit der anhand der Betriebsstunden des Motors gemessenen Betriebszeit des Verbrennungsmotors variieren. 1 zeigt außerdem drei verschiedene Kalibrierungen des AGR-Systems für unterschiedliche Abgasströme. 1 zeigt für jede Kalibrierung, dass mit zunehmender Betriebszeit des Motors eine Erhöhung der Abgasauslasstemperatur zu beobachten ist. Diese Erhöhung der Abgastemperatur bewirkt eine Erhöhung der Gesamtladetemperatur des mit der Motoransaugluft vermischten Abgases, was eine unerwünschte Erhöhung der NO_x-Emissionen zur Folge hat (siehe ebenfalls 2).
Es wird nun Bezug auf 2 genommen, welche ein Diagramm zeigt, das eine beispielhafte Relation zwischen NO_x-Emissionen (willkürliche Einheiten) und der Kilometerleistung zweier Fahrzeuge im Dauerbetrieb verdeutlicht. Aus 2 ist ersichtlich, dass sich die NO_x-Emissionen in der Regel mit zunehmender Kilometerleistung der Fahrzeuge erhöhen. Der Pfeil gibt an, dass in einem der Fahrzeuge nach einem Kilometerstand von 50 000 ein neuer AGR-Kühler eingebaut wurde, wodurch die NO_x-Emissionen auf den anfänglichen, bei Kilometerstand 0 (Null) erreichten Wert reduziert werden konnten. Daraus geht eindeutig hervor, dass die Erhöhung der NO_x-Emissionen mit zunehmender Kilometerleistung des Fahrzeugs überwiegend auf die Alterung des AGR-Kühlers zurückzuführen ist.
Um die Abgasvorschriften unter Berücksichtigung der zurückgelegten Kilometerzahl sicher zu erfüllen, wurde bisher in Anbetracht der steigenden NO_x-Emissionen infolge der Alterung des AGR-Kühlers die Kalibrierung neuer AGR-Systeme mithilfe eines mit einer vorgegebenen Kilometerleistung gealterten AGR-Kühlers durchgeführt. Durch Verwendung eines solchen voll-gealterten AGR-Kühlers für die Kalibrierung des AGR-Systems kann sichergestellt werden, dass die NO_x-Emissionen unter den geltenden Normwerten liegen, wobei eine Kilometerleistung von beispielsweise 100 000 km (wie in Euro 4-Norm der Europäischen Gemeinschaft vorgeschrieben) oder 160 000 km (wie in Euro 5-Norm der Europäischen Gemeinschaft vorgeschrieben) berücksichtigt sind. Um die bei einem gealterten AGR-Kühler auftretenden höheren AGR-Abgastemperaturen auszugleichen, ist im Vergleich zu einem unverbrauchten (neuen) AGR-Kühler ein höherer AGR-Abgasstrom erforderlich, um hierdurch den Gehalt an für die Kraftstoffverbrennung notwendigen Sauerstoff zu senken.
Wenn jedoch ein ungebrauchter AGR-Kühler in einem AGR-System verwendet wird, welches mithilfe eines voll-gealterten AGR-Kühlers kalibriert wurde, entsteht das Problem, dass der durch die Kalibrierung eingestellte erhöhte AGR-Abgasstrom in Kombination mit den niedrigen Abgastemperaturen aufgrund der noch hohen Effizienz des neuen AGR-Kühlers bei manchen Motorbetriebsbedingungen eine instabile Verbrennung zur Folge hat. Wegen der unvollständigen Verbrennung kann dies zu einem unerwünscht hohen Gehalt an Kohlenwasserstoffen und CO im Abgas führen. In manchen Fällen bemerkt der Fahrer die Auswirkungen der instabilen Verbrennung durch rüttelartige Stöße. Obgleich dieser Zustand mit zunehmender Kilometerleistung des Fahrzeugs verschwindet, da die Russablagerung im AGR-Kühler die Leistung des AGR-Kühlers senkt und hierdurch eine Steigerung der AGR-Abgastemperaturen bewirkt, ist die bis zu diesem Zeitpunkt bestehende Situation nicht annehmbar.
Um diese Nachteile zu überwinden, ist gemäß vorliegender Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines AGR-Systems offenbart.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Anbetracht des Vorstehenden ist gemäß vorliegender Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines elektronisch gesteuerten Abgasrückführungssystems eines Verbrennungsmotors für Fahrzeuge gezeigt.
Das AGR-System umfasst einen Verbrennungsmotor mit einem Ansaugkrümmer und einem Abgaskrümmer, sowie eine AGR-Leitung, die den Ansaugkrümmer und den Abgaskrümmer fluidleitend miteinander verbindet. Darüber hinaus umfasst das AGR-System einen AGR-Kühler für die Kühlung von Abgas, der so in der AGR-Leitung angeordnet ist, dass das durch die AGR-Leitung strömende Abgas auch durch den AGR-Kühler strömt. Das AGR-System umfasst ferner ein Durchflussregelventil für die Regelung eines Abgasdurchflusses durch die AGR-Leitung, wobei das Durchflussregelventil von einer elektronischen Steuereinheit gesteuert wird. Die elektronische Steuereinheit ist mit einer Relation zwischen unterschiedlichen AGR-Kühleralterungen und kritischen (minimalen) Abgasdurchflüssen, bei denen eine Konzentration eines gewählten Abgasbestandteils (vorzugsweise Stickoxide (NO_x)) unterhalb eines gewählten Grenzwerts liegt, versehen (z. B. durch Speicherung).
In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird für einen selben in dem AGR-System benutzten AGR-Kühler die Alterung des AGR-Kühlers mithilfe eines Mittels zur Bestimmung der Alterung ermittelt (oder zumindest geschätzt) und ein kritischer (d. h. minimaler) Abgasdurchfluss auf Basis der festgelegten Relation für die ermittelte Alterung des AGR-Kühlers (zum Beispiel periodisch) modifiziert.
Gemäß einer bevorzugen Ausführungsform der Erfindung wird bei der Festlegung der Relation zwischen den unterschiedlichen AGR-Kühleralterungen und kritischen Abgasdurchflüssen für jeden einer Vielzahl von unterschiedlich gealterten AGR-Kühlern ein kritischer (d. h. minimaler) Abgasdurchfluss so bestimmt, dass eine Konzentration eines ausgewähltes Abgasbestandteils unterhalb eines gewählten Grenzwertes liegt. Die unterschiedlich gealterten AGR-Kühler umfassen vorzugsweise einen "voll-gealterten" AGR-Kühler, welcher als ein solcher definiert ist, der mit einem Motor mit einer repräsentativen Kalibrierung bis zur geforderten maximalen Kilometerleistung, wie sie in Abgasvorschriften vorgegeben ist, betrieben wurde, sowie AGR-Kühler geringerer Alterungen bis hin zu einem ungebrauchten AGR-Kühler.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird für die ermittelte oder geschätzte Alterung des AGR-Kühlers ein kritischer Abgasdurchfluss vorzugsweise modifiziert durch Multiplizieren der kritischen Abgasdurchflusses eines wählbar maximal gealterten AGR-Kühlers (voll-gealterter AGR-Kühler) mit einem AGR-Abgasdurchflussmultiplikationsfaktor, wobei der AGR-Abgasdurchflussmultiplikationsfaktor durch Dividieren von kritischen Abgasdurchflüssen von AGR-Kühlern, die jünger als der voll-gealterte AGR-Kühler sind, durch den kritischen Abgasdurchfluss des voll-gealterten AGR-Kühlers gewonnen wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Alterung des AGR-Kühlers auf Basis einer Bestimmung der Betriebszeit (Laufzeit) des Verbrennungsmotors ermittelt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Alterung des AGR-Kühlers auf Basis einer Bestimmung der Fahrzeugkilometerleistung ermittelt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Alterung des AGR-Kühlers auf Basis einer Bestimmung der AGR-Kühlerauslassgastemperatur bestimmt, da die AGR-Kühlerauslassgastemperatur typischer Weise mit zunehmender Alterung des Kühlers ansteigt. Zu diesem Zweck umfasst das AGR-System einen Abgastemperatursensor zum Erfassen von AGR-Kühlerauslassgastemperaturen. In einer solchen Ausführungsform umfasst die elektronische Steuereinheit, abgesehen davon, dass sie mit einer Relation zwischen verschiedenen AGR-Kühleralterungen und kritischen (minimalen) Abgasdurchflüssen, bei welchen ein ausgewählter Abgasbestandteil unterhalb eines gewählten Schwellenwertes liegt, versehen ist, ebenfalls eine Relation zwischen verschiedenen AGR-Kühleralterungen und zugehörigen Kühlerauslassgastemperaturen. Alternativ kann die elektronische Steuereinheit mit einer Relation zwischen unterschiedlichen AGR-Kühlerauslassgastemperaturen und kritischen (minimalen) Abgasdurchflüssen, bei welchen ein ausgewählter Abgasbestandteil unterhalb eines gewählten Schwellenwertes liegt, versehen sein. In einer solchen Ausführungsform wird für einen gleichen im AGR-System verwendeten AGR-Kühler die Kühlerauslassgastemperatur bestimmt und ein kritischer (minimaler) Abgasdurchfluss auf Basis der festgelegten Relation für die bestimmte AGR-Kühlerauslassgastemperatur modifiziert. Um die vorstehende Relation zwischen verschiedenen AGR-Kühlerauslassgastemperaturen und kritischen Abgasdurchflüssen festzulegen, kann es vorteilhaft sein, die Kühlerauslassgastemperaturen und die kritischen (minimalen) Abgasdurchflüsse, bei welchen die Konzentration eines gewählten Abgasbestandteiles unterhalb eines gewählten Grenzwertes liegt, für jeden einer Vielzahl unterschiedlich gealterter AGR-Kühler zu bestimmen. In diesem Fall umfassen die AGR-Kühler unterschiedlicher Alterung vorzugsweise einen voll-gealterten AGR-Kühler und weniger gealterte AGR-Kühler bis hin zu einem ungebrauchten AGR-Kühler. In einer solchen Ausführungsform kann es auch vorteilhaft sein, dass für die ermittelte Kühlerauslassgastemperatur ein kritischer Abgasdurchfluss durch Multiplizieren des kritischen Abgasdurchflusses eines wählbar maximal gealterten AGR-Kühlers (voll-gealterter Kühler) mit einem AGR-Abgasdurchflussmultiplikationsfaktor modifiziert wird, wobei der AGR-Abgasdurchflussmultiplikationsfaktor durch Dividieren der kritischen Abgasdurchflüsse von AGR-Kühlern, die jünger als der voll-gealterte AGR-Kühler sind, durch den kritischen Abgasdurchfluss des voll-gealterten AGR-Kühlers, gewonnen wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine elektronische Steuereinheit für die Steuerung des Durchflussregelventils in einem AGR-System, welche für den Ablauf eines Computerprogramms eingerichtet ist, das logische Befehle enthält, die die Steuereinheit veranlassen, das vorstehend beschriebene Verfahren durchzuführen. Die Erfindung betrifft ferner ein Abgasrückführungssystem, das eine solche elektronische Steuereinheit umfasst.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Computerprogramm für eine elektronische Steuereinheit, die ein Durchflussregelungsventil eines AGR-Systems steuert, das logische Befehle enthält, die die Steuereinheit zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens veranlassen. Es betrifft darüber hinaus ein Computerprogrammprodukt, das ein wie vorstehend beschriebenes Computerprogramm speichert.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindungen ergeben sich genauer aus der folgenden Beschreibung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beigefügten Zeichnungen, die Bestandteil der Beschreibung sind, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der vorstehenden allgemeinen Beschreibung und der nachstehenden genauen Beschreibung zur Erklärung der Grundsätze der Erfindung.
1 ist ein Diagramm, das eine Relation zwischen der Abgasauslasstemperatur und der variierenden Betriebszeit des Verbrennungsmotors für drei unterschiedliche Kalibrierungen des AGR-Systems zeigt;
2 ist ein Diagramm, das eine Relation zwischen NO_x-Emissionen (willkürliche Einheiten) und der Laufleistung des Fahrzeugs für zwei Fahrzeuge im Dauerbetrieb zeigt;
3 zeigt ein schematisches Diagramm eines ein AGR-System enthaltenden Abgassystems eines Verbrennungsmotors;
4 ist ein Diagramm, das eine Relation zwischen dem AGR-Abgasdurchflussmodifikator und der Betriebszeit des Verbrennungsmotors zeigt.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Einzelnen beschrieben.
Die 1 und 2 wurden bereits in der Beschreibungseinleitung beschrieben. Aus diesem Grund und um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, erfolgen hier keine weiteren Erläuterungen.
Zunächst wird auf 3 Bezug genommen, die eine schematische Darstellung der Abgasanlage eines Verbrennungsmotors, einschließlich eines erfindungsgemäßen AGR-Systems zeigt.
Demnach umfasst das System einen Verbrennungsmotor 1, beispielsweise einen Diesel-Motor, mit einem Ansaugkrümmer 2, der über eine Ansaugleitung 5 fluidleitend mit einem Auslass eines Verdichters 3 eines Turboladers 4 verbunden ist. Der Verdichter 3 umfasst einen Verdichtereinlass, der mit einer Ansaugleitung 6 zur Aufnahme von in den Ansaugkrümmer 2 einzubringender Umgebungsluft verbunden ist. Das System umfasst ebenfalls einen Ansaugluftzwischenkühler 7, der innerhalb der Ansaugleitung 5 zwischen dem Turboladerverdichter 3 und dem Ansaugkrümmer 2 angeordnet ist.
Der Turboladerverdichter 3 ist über eine Antriebswelle 9 mit einer Turboladerturbine mechanisch gekoppelt, wobei die Turboladerturbine 8 einen Turbineneinlass umfasst, der über eine Abgasleitung 11 mit einem Abgaskrümmer 10 des Verbrennungsmotors 1 fluidleitend verbunden ist. Die Turboladerturbine 8 umfasst weiterhin einen Turbinenauslass, der über eine Abgasleitung 12 fluidleitend mit der Umgebung verbunden ist, wobei ein Vorkatalysator 13 und ein Hauptkatalysator 14 zwischen der Turboladerturbine 8 und der Umgebung in der Abgasleitung 12 angeordnet sind.
Das AGR-Ventil 15 umfasst einen AGR-Einlass, der mit einem Ende einer AGR-Leitung 16 fluidleitend verbunden ist, wobei letztere am entgegen gesetzten Ende mit einer Abgasauslassöffnung eines AGR-Kühlers 17 fluidleitend verbunden ist. Das AGR-Ventil 15 umfasst ferner einen AGR-Auslass, der über eine weitere AGR-Leitung 19 mit der Ansaugleitung 5 fluidleitend verbunden ist. Der AGR-Kühler 17 umfasst ebenfalls eine Abgaseinlassöffnung, die über eine weitere AGR-Leitung 18 mit dem Abgaskrümmer 10 fluidleitend verbunden ist.
Der AGR-Kühler 17 ist über fluidführende Leitungen (in 3 nicht gezeigt) an das Kühlsystem des Verbrennungsmotors angeschlossen. Auf diese Weise zirkuliert das durch das Kühlsystem des Verbrennungsmotors zirkulierende Kühlmittel durch den AGR-Kühler 17, um das hindurchströmende Abgas zu kühlen.
Das System umfasst außerdem eine Mikroprozessor-basierte Motorsteuereinheit (ECU) 20, welche so eingerichtet ist, dass sie die gesamten Funktionen des Verbrennungsmotors 1 regelt und verwaltet. Die ECU 20 umfasst beispielsweise eine Speichereinheit (in 3 nicht dargestellt), die verschiedene Kontrollalgorithmen für den Betrieb des Verbrennungsmotors 1 beinhaltet, sowie eine Reihe von Eingängen und Ausgängen zur Anbindung verschiedener Sensoren und Systemkomponenten, die mit dem Verbrennungsmotor 1 verbunden sind.
Die Motorsteuereinheit 20 umfasst eine Reihe von Eingängen für den Empfang von Signalen von verschiedenen Sensoren, die mit dem System verbunden sind.
Beispielsweise enthält das System einen Luftdurchflusssensor 21, der mit der Umgebungsluftansaugleitung 6 fluidleitend verbunden und über einen Signalpfad 22 mit einem Luftdurchflusseingang der ECU 20 elektrisch leitend verbunden ist. Der Luftdurchflusssensor 21 ist so eingerichtet, dass er ein Luftdurchflusssignal auf dem Signalpfad 22 erzeugt, welches den Luftdurchfluss der durch die Umgebungsluftansaugleitung 6 strömenden Luft angibt.
Das System umfasst außerdem einen Temperatursensor 23, der mit dem durch den Vorkatalysator 13 strömenden Abgas fluidleitend verbunden und über einen Signalpfad 24 mit einem Temperatureingang der ECU 20 elektrisch leitend verbunden ist. Der Temperatursensor 23 erzeugt ein Temperatursignal auf dem Signalpfad 24, das die Temperatur des durch den Vorkatalysator 13 strömenden Abgases angibt.
Das System umfasst außerdem einen Druckabfallsensor 25 der mit dem durch den Hauptkatalysator 13 strömenden Abgas fluidleitend verbunden und über einen Signalpfad 26 mit einem Druckabfalleingangsanschluss der ECU 20 elektrisch leitend verbunden ist. Der Druckabfallsensor 25 erzeugt ein Druckabfallsignal auf dem Signalpfad 26, das den Druckabfall des durch den Hauptkatalysator 14 strömenden Abgases angibt.
Die Motorsteuereinheit 20 umfasst außerdem eine Reihe von Ausgängen für die Steuerung der zu dem Abgassystem gehörenden Motorfunktionen.
Das System umfasst beispielsweise einen AGR-Ventilaktuator 27, der über einen Signalpfad 28 mit einem AGR-Ventilsteuerungsausgang der ECU 20 elektrisch leitend verbunden ist. Die ECU 20 erzeugt ein AGR-Ventilsteuerungssignal auf dem Signalpfad 28, wobei der AGR-Ventilaktuator 27 auf das AGR-Ventilsteuerungssignal reagiert, um die Position des AGR-Ventils 15 zu steuern. Folglich ist die ECU 20 zur Steuerung des AGR-Ventils 15 eingerichtet, um einen Rückstrom von Abgas von dem Abgaskrümmer 10 zum Ansaugkrümmer 2 selektiv bereit zu stellen.
Das System umfasst außerdem einen Aktuator 30 für den Turbolader mit variabler Geometrie (VGT), der über einen Signalpfad 29 mit einem VGT-Steuerungsausgang der ECU 20 elektrisch leitend verbunden ist. Der VGT-Aktuator 30 kann als eine beliebige Kombination mechanischer oder elektromechanischer Mechanismen ausgebildet sein, um das Aufnahmevermögen (Effizienz) des Turboladers 4 selektiv zu steuern, um beispielsweise die effektive Geometrie der Turboladerturbine 8 zu modifizieren. Folglich ist die ECU 20 so eingerichtet, dass sie auf dem Signalpfad 29 ein Signal für die Steuerung des Turboladeraktuators 30 erzeugen kann, wobei der Turboladeraktuator 30 auf dieses Steuersignal reagiert, um diese mechanischen und elektromechanischen Mechanismen selektiv zu kontrollieren.
Das System umfasst ferner ein Drosselventil 32, das in der Ansaugleitung 5 zwischen dem Zwischenkühler 7 und dem Ansaugkrümmer 2 angeordnet ist, um die zum Ansaugkrümmer 2 strömende Umgebungsluftmenge zu regulieren. Das Drosselventil 32 ist über einen Signalpfad 33 mit einem Drosselventilsteuerungsausgang der ECU 20 elektrisch leitend verbunden. Die ECU kann ein Drosselven tilsteuerungssignal auf dem Signalpfad 33 erzeugen, wobei das Drosselventil 32 auf das Drosselventilsteuerungssignal reagiert, um die Position des Drosselventils 32 zu kontrollieren. In gleicher Weise kann die ECU 20 das Drosselventil 32 kontrollieren, um einen Umgebungsluftstrom zum Ansaugkrümmer 2 selektiv bereit zu stellen.
Die ECU 20 umfasst außerdem einen Verbrennungsmotorsteuerungsausgang, der über einen Signalpfad 31 mit dem Verbrennungsmotor 2 elektrisch leitend verbunden ist, um verschiedener Funktionen des Verbrennungsmotors 2 zu steuern. Folglich kann die ECU 20 Verbrennungsmotorsteuerungssignale auf dem Signalpfad 31 erzeugen, wobei Verbrennungsmotoraktuatoren (in 3 nicht dargestellt), wie Einspritzventilaktuatoren auf die Verbrennungsmotorsteuerungssignale in bekannter Weise reagieren. Folglich kann die ECU 20 den Betrieb des Verbrennungsmotors 1 selektiv steuern.
Die ECU 20 kann darüber hinaus das AGR-Ventil 15 in der Weise steuern, dass der Abgasdurchfluss so eingerichtet wird, dass die NO_x-Emissionen unterhalb eines wählbaren Grenzwertes liegen.
Zu diesem Zweck muss vor dem Einsatz des AGR-Kühlers 17 im AGR-System für eine Vielzahl von AGR-Kühlern unterschiedlicher Alterung, einschließlich eines voll-gealterten AGR-Kühlers, der in einem Motor mit repräsentativer Kalibrierung bis zu einer von Abgasvorschriften vorgegebenen maximalen Kilometerleistung eingesetzt wurde, ein Abgasdurchfluss so bestimmt werden, dass eine NO_x-Konzentration unterhalb eines bestimmten, in den Abgasvorschriften vorgegebenen Grenzwertes liegt. Beginnend mit einem vollständig gealterten AGR-Kühler, wird das AGR-System typischer Weise auf einen Durchfluss kalibriert, der den gewünschten NO_x-Wert unterhalb des in den Abgasnormen spezifizierten Wertes ergibt, wobei eine Sicherheitsspanne eingehalten wird. Anschließend wird ein weiterer AGR-Kühler geringeren Alters in das AGR-System installiert und der AGR-Abgasdurchfluss (Kalibrierungswert) angepasst (reduziert), um die gleichen NO_x-Werte wie mit dem voll-gealterten AGR-Kühler zu erzielen. Dieser Schritt wird mehrmals mit AGR-Kühlern jeweils niedrigerer Alterung wiederholt bis ein ungebrauchter (neuer) AGR-Kühler in das AGR-System installiert wird, wobei für jeden AGR-Kühler der Abgasdurchfluss (Kalibrierungswert) angepasst (reduziert) wird, um den gleichen NO_x-Wert wie bei einem voll-gealterten AGR-Kühler zu erzielen.
Die gemessenen Kalibrierungswerte werden anschließend in eine Kalibrierungstabelle eingetragen, um eine Relation zwischen verschiedenen AGR-Kühleralterungen und Abgasdurchflüssen zu erstellen.
Anschließend wird ein ungebrauchter AGR-Kühler in das AGR-System eingebracht, wobei für denselben AGR-Kühler das Alter ermittelt und der Abgasdurchfluss auf Basis der aufgestellten Relation für das ermittelte Alter des AGR-Kühlers modifiziert wird.
Es wird nun Bezug auf 4 genommen, welche einen Graphen (Kalibrierungsdiagramm) zeigt, in dem eine Relation zwischen eine Modifikator des Abgasdurchflusses (Multiplikationsfaktor) und der Verbrennungsmotorbetriebszeit veranschaulicht ist. Der Multiplikationsfaktor wird gewonnen, indem der ermittelte Abgasdurchfluss eines jüngeren AGR-Kühlers durch den ermittelten Abgasdurchfluss des voll-gealterten AGR-Kühlers dividiert wird. Folglich kann eine Anpassung des Durchflusses durch Multiplikation des aktuellen Durchflusses mit dem Multiplikationsfaktor der aktuellen Alterung des AGR-Kühlers erreicht werden.
Für die Festlegung der Kalibrierungstabelle wurden die Betriebsstunden als Schätzwert für die Alterung des AGR-Kühlers verwendet. Alternativ kann auch die Kilometerleistung des Fahrzeugs für die Abszissenwerte verwendet werden, da dies in der Regel ein in der Motorsteuereinheit gespeicherter Wert ist. Im Rahmen eigener Versuche wurde festgestellt, dass die Betriebszeit des Motors ein besserer Schätzwert für die Alterung des AGR-Kühlers ist als die Kilometerleistung eines Fahrzeugs.
Ein solches Kalibrierungsdiagramm ist die einfachste Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es ist ein einzelner globaler Modifikator auf der gesamten Kalibrierungsbasiskarte des AGR-Durchflusses, die normalerweise eine dreidimensionale Tabelle ist. Komplexere Schemata können verwendet werden, beispielsweise eine zweite dreidimensionale Tabelle, die den AGR-Durchfluss in verschiedenen Bereichen der Basiskarte unterschiedlich modifiziert. Um eine noch höhere Genauigkeit zu erzielen, kann ein Temperatursensor für die Messung der Temperatur des Abgases aus dem AGR-Kühler installiert werden. Durch Vergleich dieser Werte bei unterschiedlichen Motorbetriebsbedingungen mit einer Tabelle mit Temperaturwerten, die mit einem ungebrauchten AGR-Kühler erzielt wurden, kann eine präzise Schätzung der Alterung des AGR-Kühlers erzielt und anstelle der Fahrzeugkilometerleistung oder der Motorbetriebsstunden als besserer Eingangswert für die Tabelle(n) der Modifikatoren des AGR-Durchflusses verwendet werden.
Die Motorsteuereinheit 20 ist zur Anpassung des Abgasdurchflusses für das ermittelte Alter der AGR-Kühlers eingerichtet (programmiert), welche periodisch durchgeführt wird, indem der Öffnungsgrad des AGR-Ventils kontrolliert wird.
Die Erfinder haben außerdem festgestellt, dass die Abgasbestandteile Einfluss auf die AGR-Kühleralterung haben. Genauer ausgedrückt, führen mehr Kohlenwasserstoffe und Ruß im Abgas zu einer erhöhten Russablagerungsrate innerhalb des Kühlers und somit zu einer beschleunigten Alterung. Den Fachleuten auf dem Gebiet ist bekannt, dass eine Erhöhung des AGR-Durchflusses zwar eine NO_x-Reduzierung zur Folge hat, jedoch den Anteil an Kohlenwasserstoffen und Ruß erhöht, wodurch die Russablagerungsrate im AGR-Kühler erhöht wird. Folglich führt das vorgeschlagene Verfahren, in welchem der AGR-Durchfluss anfänglich reduziert wird, zu einer verminderten Russablagerungsrate im AGR-Kühler und folglich zu einer Reduzierung der Alterung des AGR-Kühlers.
Ein weiterer Vorteil ist die reduzierte Russbelastung des Dieselrussfilters.
Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, dass zahlreiche Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung möglich sind. Folglich kann die Erfindung innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche auch auf eine andere Weise, als speziell beschrieben wurde, ausgeführt werden.
Während die Erfindung im Einzelnen unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen beschrieben wurde, ist dem Fachmann bekannt, dass verschiedene Änderungen und Modifizierungen ohne Abweichung vom Umfang der Erfindung möglich sind. Folglich ist vorgesehen, dass die vorliegende Erfindung auch die Modifizierungen und Variationen der Erfindung umfasst, vorausgesetzt, sie liegen im Umfang der beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente.

1: Verbrennungsmotor
2: Ansaugkrümmer
3: Verdichter
4: Turbolader
5: Luftansaugleitung
6: Zwischenkühler
7: Turbine
8: Zwischenkühler
9: Antriebswelle
10: Abgaskrümmer
11: Abgasleitung
12: Abgasleitung
13: Vorkatalysator
14: Hauptkatalysator
15: AGR-Ventil
16: AGR-Leitung
17: AGR-Kühler
18: AGR-Leitung
19: AGR-Leitung
20: Motorsteuereinheit
21: Durchflusssensor
22: Signalpfad
23: Temperatursensor
24: Druckabfallsensor
25: Signalpfad
26: AGR-Ventiltrieb
27: Signalpfad
28: Signalpfad
29: VGT-Aktuator
30: Signalpfad
31: Drosselventil
32: Signalpfad

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Abgasrückführungssystems (AGR) eines Verbrennungsmotors (1) eines Fahrzeugs, wobei das AGR-System umfasst: den Verbrennungsmotor (1) mit einem Ansaugkrümmer (2) und einem Abgaskrümmer (10), eine AGR-Leitung (18, 16, 19), die den Ansaug- und Abgaskrümmer fluidleitend miteinander verbindet, einen AGR-Kühler (17) für die Kühlung von Abgas, der in der AGR-Leitung so angeordnet ist, dass das durch die AGR-Leitung strömende Abgas auch durch den AGR-Kühler strömt, und ein Durchfluss-Regelungsventil (15) für die Bestimmung eines Abgasdurchflusses durch die AGR-Leitung, wobei das Regelungsventil von einer elektronischen Steuereinheit (20) gesteuert wird und diese elektronische Steuereinheit (20) mit einer Relation zwischen verschiedenen AGR-Kühleralterungen und kritischen Abgasdurchflüssen, bei welchen eine Konzentration eines gewählten Abgasbestandteils unterhalb eines gewählten Grenzwertes liegt, versehen ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bestimmung der Alterung des AGR-Kühlers und Modifizierung des Abgasdurchflusses durch die AGR-Leitung auf Basis der Relation für die ermittelte Alterung des AGR-Kühlers.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Alterung des AGR-Kühlers auf Basis einer Bestimmung der Betriebszeit des Verbrennungsmotors ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Alterung des AGR-Kühlers auf Basis einer Bestimmung der Kilometerleistung des Fahrzeugs ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorher gehenden Ansprüche, bei welchem für die Bestimmung der Relation zwischen den AGR-Kühleralterungen und den kritischen Abgasdurchflüssen für jeden einer Vielzahl von unterschiedlich gealterten AGR-Kühlern ein kritischer Abgasdurchfluss in der Weise bestimmt wird, dass eine Konzentration eines gewählten Abgasbestandteils unterhalb eines gewählten Grenzwertes liegt.
Verfahren nach einem der vorher gehenden Ansprüche, bei welchem für die ermittelte Alterung des AGR-Kühlers ein kritischer Abgasdurchfluss durch Multiplizieren des kritischen Abgasdurchflusses eines wählbar maximal gealterten AGR-Kühlers mit einem AGR-Abgasdurchflussmultiplikationsfaktor modifiziert wird, wobei der AGR-Abgasdurchflussmultiplikationsfaktor durch Dividieren der kritischen Abgasdurchflüsse von jüngeren AGR-Kühlern als der wählbar maximal gealterte AGR-Kühler durch den kritischen Abgasdurchfluss des wählbar maximal gealterten AGR-Kühlers gewonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Alter des AGR-Kühlers auf Basis einer Bestimmung der AGR-Kühlerauslassgastemperatur ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem die elektronische Steuereinheit mit einer Relation zwischen unterschiedlichen AGR-Kühlerauslassgastemperaturen und kritischen Abgasdurchflüssen versehen ist, wobei der kritische Abgasdurchfluss für die ermittelte AGR-Kühlerauslassgastemperatur modifiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem für die ermittelte AGR-Kühlerauslassgastemperatur ein kritischer Abgasdurchfluss durch Multiplizieren des kritischen Abgasdurchflusses eines wählbar maximal gealterten AGR-Kühlers mit einem Multiplikationsfaktor für den AGR-Abgasdurchfluss modifiziert wird, wobei der AGR-Abgasdurchflussmultiplikationsfaktor durch Dividieren der kritischen Abgasdurchflüsse von AGR-Kühlern, die jünger sind als der wählbar maximal gealterte AGR-Kühler, durch den kritischen Abgasdurchfluss des wählbar maximal gealterten AGR-Kühlers gewonnen wird.
Verfahren nach einem der vorher gehenden Ansprüche, bei welchem als Abgasbestandteile Stickoxide (NO_x) gewählt sind.
Elektronische Steuereinheit für die Steuerung eines Durchflussregelventils eines AGR-Systems, welche für den Ablauf eines Computerprogramms eingerichtet ist, das logische Befehle umfasst, die veranlassen, dass die Steuereinheit das Verfahren gemäß einem der vorher gehenden Ansprüche 1 bis 8 durchführt.
Abgasrückführungssystem, das eine elektronische Steuereinheit gemäß Anspruch 10 umfasst.
Computerprogramm für eine elektronische Steuereinheit für die Steuerung des Durchflussregelungsventils eines AGR-Systems, das logische Befehle umfasst, die veranlassen, dass die Steuereinheit das Verfahren nach einem der vorher gehenden Ansprüche 1 bis 8 durchführt.
Computerprogrammprodukt, das ein Computerprogramm gemäß Anspruch 12 speichert.