DE102008008492A1 - Internal combustion engine arrangement e.g. diesel engine arrangement, controlling method for motor vehicle, involves opening low pressure exhaust gases recycling pipeline by opening exhaust gases recycling-control valve - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung einer Kaltlaufphase einer Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoranordnung.The The invention relates to a method for controlling a cold running phase a motor vehicle engine assembly.
Moderne Verbrennungsmotoranordnungen weisen neben dem Verbrennungsmotor und einem Kühlmittelkreislauf mit einem Steuerelement zur bedarfsweisen Kühlmittelstrom-Steuerung zur Kühlung des Verbrennungsmotors weitere Nebenaggregate auf, die verschiedene Funktionen haben. Insbesondere ist bei Verbrennungsmotoren immer häufiger ein Ladeluft-Auflader mit einer Antriebsturbine im Abgasstrom und und einer Verdichterturbine auf der Ladeluftseite vorgesehen.modern Internal combustion engine arrangements are adjacent to the internal combustion engine and a coolant circuit with a control for on-demand coolant flow control to Cooling the Internal combustion engine on other ancillaries, the various Have functions. In particular, in internal combustion engines is always frequently a charge air supercharger with a drive turbine in the exhaust stream and and a compressor turbine provided on the charge air side.
Ferner ist zur Abgasreinigung sowohl bei Diesel- als auch bei Benzin-Verbrennungsmotoren ein Abgaskatalysator vorgesehen, dem in der Regel vor dem Einlass des Abgaskatalysators ein Abgastemperatur-Sensor zugeordnet ist. Ferner ist zur Minderung insbesondere von Stickstoffoxiden eine Niederdruck-Abgasrückführung mit einer Abgasrückführungsleitung von der Verbrennungsmotor-Auslassseite in Strömungsrichtung hinter dem Abgaskatalysator zu der Ladeluftseite in Strömungsrichtung vor der Verdichterturbine vorgesehen. Der Gasstrom durch die Abgasrückführungsleitung lässt sich durch ein Abgasrückführungs-Steuerventil steuern.Further is used for exhaust gas purification in both diesel and gasoline internal combustion engines Catalytic converter provided, usually before the inlet of the Catalytic converter is associated with an exhaust gas temperature sensor. Further is to reduce in particular of nitrogen oxides low pressure exhaust gas recirculation with an exhaust gas recirculation line from the engine exhaust side in the flow direction behind the catalytic converter to the charge air side in the flow direction provided in front of the compressor turbine. The gas flow through the exhaust gas recirculation line let yourself through an exhaust gas recirculation control valve Taxes.
Die Anforderungen an die Verringerung der Schadstoffemissionen von Verbrennungsmotoranordnungen steigen ständig. Die mit Abstand emissionsreichste Phase ist die zwischen dem Anlassen des kalten Verbrennungsmotors und dem Erreichen der Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors und aller beteiligten Aggregate und Fluide.The Requirements for reducing pollutant emissions from internal combustion engine arrangements rise constantly. By far the most emission-rich phase is that between the start of the cold combustion engine and reaching the operating temperature the internal combustion engine and all aggregates and fluids involved.
Bei den Verbrennungsmotoranordnungen nach dem Stand der Technik wird dieser Forderung durch entsprechende Steuerung und Regelung der Verbrennungsmotoranordnung Rechnung getragen. Allerdings beziehen sich die bekannten Steuerungen und Regelungen für die Verbrennungsmotoranordnung im wesentlichen auf den Betrieb bei Betriebstemperatur.at the internal combustion engine arrangements according to the prior art this requirement by appropriate control and regulation of the engine assembly Taken into account. However, refer to the known controls and Regulations for the internal combustion engine assembly essentially on the operation at Operating temperatur.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Steuerungsverfahren für eine Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoranordnung zu schaffen, das für eine Verringerung der Schadstoffemissionen sorgt, solange die Verbrennungsmotoranordnung die Betriebstemperatur nicht erreicht hat.task The invention is a control method for an automotive engine assembly to create that for a reduction of pollutant emissions ensures as long as the engine arrangement the operating temperature has not reached.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass nach dem Starten des Verbrennungsmotors kontinuierlich die Abgastemperatur mit dem Abgastemperatur-Sensor ermittelt wird. Solange die mit dem Abgastemperatur-Sensor ermittelte Abgastemperatur unter einem konstanten Grenzwert von über 200°C liegt, dauert die Kaltlaufphase an, und werden folgende Maßnahmen durchgeführt:
- • Der Kühlmittelkreislauf wird durch Betätigung des Kühlmittelkreislauf-Steuerelementes geschlossen, d. h. das Kühlmittel zum Kühlen des Verbrennungsmotors zirkuliert nicht mehr, sondern steht jedenfalls weitgehend still. Hierdurch werden während der Kaltlaufphase der Verbrennungsmotor und alle Aggregate, die darüber hinaus im Kühlmittelstrom angeordnet sind, nicht aktiv gekühlt. Das Kühlwasser entzieht dem Verbrennungsmotor und den von ihm darüber hinaus durchströmten Aggregaten nur ein unvermeidliches Minimum an Wärme. Auf diese Weise wird der Verbrennungsmotor durch den Verbrennungsprozess schnellstmöglich erwärmt und werden insbesondere auch die entstehenden Verbrennungsgase geringstmöglich durch den Verbrennungsmotor gekühlt. Im Ergebnis weisen die aus dem Abgas-Auslass des Verbrennungsmotors austretenden Gase eine höhere Temperatur auf, als dies bei bereits zirkulierendem Kühlmittel der Fall wäre.
- • Ferner wird während der Kaltlaufphase das Abgasrückführungs-Steuerventil der Niederdruck-Abgasrückführung geöffnet. Das aus dem Abgaskatalysator austretende Abgas wird mit der größtmöglichen Rate zurückgeführt auf die Ladeluftseite der Verbrennungsmotoranordnung. Hierdurch werden jedenfalls ein Teil des Abgases und damit jedenfalls ein Teil der Abgas-Wärme in die Ladeluftseite eingespeist. Die Wärme des aus dem Abgaskatalysator austretenden Abgases geht also nicht vollständig verloren, sondern wird zu einem erheblichen Teil der Ladeluft zugeführt, so dass diese Wärme der Verbrennungsmotoranordnung erhalten bleibt.
- • The coolant circuit is closed by actuation of the coolant circuit control, ie the coolant for cooling the engine no longer circulates, but is at least largely quiet. As a result, during the cold running phase of the internal combustion engine and all units, which are also arranged in the coolant flow, not actively cooled. The cooling water draws the internal combustion engine and the power from him through aggregates only an unavoidable minimum of heat. In this way, the internal combustion engine is heated as quickly as possible by the combustion process and, in particular, the resulting combustion gases are cooled as little as possible by the internal combustion engine. As a result, the gases exiting the exhaust gas outlet of the internal combustion engine have a higher temperature than would be the case with already circulating coolant.
- • Furthermore, during the cold running phase, the exhaust gas recirculation control valve of the low-pressure exhaust gas recirculation is opened. Exhaust gas exiting the catalytic converter is returned at the highest possible rate to the charge air side of the engine assembly. In this way, in any case, a part of the exhaust gas and thus at least part of the exhaust gas heat are fed into the charge air side. The heat of the exhaust gas emerging from the catalytic converter is therefore not completely lost, but is supplied to a considerable part of the charge air, so that this heat of the internal combustion engine arrangement is maintained.
In der Kaltlaufphase, in der die Abgastemperatur unter einem konstanten Grenzwert von über 200°C liegt, ist das Abgas der einzige Wärmeträger. Durch die beiden Maßnahmen, nämlich Schließen des Kühlmittelkreislaufes und Öffnen der Niederdruck-Abgasrückführung wird dafür gesorgt, dass sich das Abgas möglichst schnell erwärmt. Hierdurch wiederum wird dafür gesorgt, dass der Abgaskatalysator möglichst schnell auf die Grenzwert-Temperatur erwärmt wird. Der Abgaskatalysator nach dem Stand der Technik beginnt aus physikalischen Gründen erst bei Temperaturen oberhalb von 200°C zu arbeiten, d. h. die Schadstoffemissionen erheblich zu reduzieren. Der Grenzwert entspricht ungefähr der Mindest-Betriebstemperatur des Abgaskatalysators. Für Abgaskatalysatoren nach derzeitigen dem Stand der Technik ist der Grenzwert ein Wert oberhalb von 250°C.In the cold-running phase, in which the exhaust gas temperature is below a constant Limit of more than 200 ° C, the exhaust gas is the only heat carrier. By the two measures, namely Close the Coolant circuit and open the low-pressure exhaust gas recirculation is ensured, that the exhaust as possible heated quickly. In turn, this will be for it ensured that the exhaust gas catalyst as quickly as possible to the threshold temperature heated becomes. The catalytic converter of the prior art starts from physical reasons to work only at temperatures above 200 ° C, d. H. the pollutant emissions to reduce considerably. The limit is approximately equal to the minimum operating temperature of the catalytic converter. For Catalytic converters according to the current state of the art is the Limit value above 250 ° C.
Alternativ zu der Bestimmung und der Auswertung der Abgastemperatur zum Feststellen der Aktivität des Abgaskatalysators kann diese auch mit zwei λ-Sonden festgestellt werden, die vor und hinter dem Abgaskatalysator angeordnet sind. Wenn die Differenz des durch die λ-Sonden bestimmten Sauerstoff-Gehaltes einen bestimmten Grenzwert unterschreitet, wird angenommen, dass der Abgaskatalysator nicht arbeitet, was Voraussetzung für die Feststellung der Kaltlaufphase ist. Statt der die Abgastemperatur betreffenden Bedingung wäre die Bedingung in diesem Fall, dass die von den beiden λ-Sonden vor und hinter dem Abgaskatalysator bestimmte Differenz der Sauerstoffkonzentrationen einen Grenzwert unterschreitet, der eine nicht-abgasreinigende Wirkung des Abgaskatalysators anzeigt. In jedem Fall ist für die Feststellung der Kaltlaufphase die Nicht-Aktivität des Katalysators festzustellen.Alternatively to the determination and the evaluation of the exhaust gas temperature to determine the Activity of the catalytic converter, this can also be determined with two λ probes, which are arranged in front of and behind the catalytic converter. If the difference in the oxygen content determined by the λ probes falls below a certain limit value, it is assumed that the catalytic converter is not working, which is a prerequisite for determining the cold-running phase. Instead of the condition relating to the exhaust gas temperature, the condition in this case would be that the difference of the oxygen concentrations determined by the two λ probes before and after the catalytic converter falls below a limit which indicates a non-exhaust gas purifying effect of the catalytic converter. In any case, the non-activity of the catalyst should be noted for the determination of the cold-start phase.
Durch die beiden beschriebenen Verfahrensschritte, nämlich das Schließen des Kühlmittelkreislaufes und das Öffnen der Niederdruck-Abgasrückführung wird ein Wärme- oder Thermomanagement realisiert, das in der Kaltlaufphase die schnellstmögliche Erwärmung des Abgases zum Ziel hat, da auf diese Weise der Abgaskatalysator in kürzest möglicher Zeit seine Mindest-Betriebstemperatur erreicht. Auf diese Weise wird erreicht, dass bei einem Kaltstart insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen die Schadstoffemissionen im Abgas schnellstmöglich reduziert werden.By the two described method steps, namely the closing of the Coolant circuit and opening the low-pressure exhaust gas recirculation is a heat or thermal management realizes that in the cold running phase, the fastest possible heating of the Has exhaust gas to the goal, since in this way the exhaust gas catalyst in shortest potential Time reaches its minimum operating temperature. In this way is achieved at a cold start, especially at low Outside temperatures the Pollutant emissions in the exhaust gas are reduced as quickly as possible.
Bis der Verbrennungsmotor, die Nebenaggregate und Fluide die Betriebstemperatur erreicht haben, vergehen bei kleinen Benzinmotoren nur wenige Minuten. In dieser Zeit entstehen jedoch bis zu 90% der in den normierten Fahrzyklen gemessenen Schadstoffemissionen. Da die nominellen Abgaswerte von Verbrennungsmotoranordnungen bzw. Kraftfahrzeugen mit festgelegten Fahrzyklen ermittelt werden, und die Kaltlaufphase beispielsweise bei dem für den EU-Raum gültigen NEFZ einen relativ hohen Anteil hat, der insbesondere bei einem großen Verbrennungsmotor erheblich zur bilanzierten Schadstoffemission beiträgt, trägt das wärmeoptimierte Thermomanagement und damit die schnellstmögliche Erwärmung des Abgaskatalysators erheblich zur Verbesserung der nominalen Schadstoffemissions-Werte bei.To the internal combustion engine, the accessories and fluids the operating temperature have reached pass on small gasoline engines only a few minutes. During this time, however, up to 90% of the normed Driving cycles measured pollutant emissions. Because the nominal exhaust values of internal combustion engine assemblies or motor vehicles with specified Driving cycles are determined, and the cold running phase, for example at the for valid in the EU area NEDC has a relatively high share, especially in a huge Combustion engine significantly to the balanced pollutant emission contributes wear this heat-optimized thermal management and thus the fastest possible warming of the catalytic converter significantly to improve the nominal emissions of pollutants.
Das Kühlmittelkreislauf-Steuerelement in dem Kühlmittelkreislauf kann als Ventil und/oder als Kühlmittelpumpe realisiert sein. Große Vorteile kann hier eine elektrische Kühlmittelpumpe bieten, die durch Abschaltung auf einfache Weise den Kühlmittelkreislauf, wenn auch nicht vollständig, so doch ausreichend verschließen kann. Ergänzend kann ein entsprechendes Ventil in dem Kühlmittelkreislauf angeordnet sein, das jede nennenswerte Strömung innerhalb des Kühlmittelkreislaufes unterbindet. Entscheidend ist, dass bei geschlossenem Kühlmittelkreislauf durch entsprechende Betätigung des Kühlmittelkreislauf-Steuerelementes das Kühlmittel nicht mehr nennenswert zirkuliert.The Coolant circuit control in the coolant circuit can be used as a valve and / or as a coolant pump be realized. Size Benefits here can provide an electric coolant pump through Shutdown easily the coolant circuit, though not completely, close enough can. additional a corresponding valve can be arranged in the coolant circuit be that any significant flow within the coolant circuit in derogation. The decisive factor is that when the coolant circuit is closed by appropriate operation the coolant circulation control the coolant no longer circulating appreciably.
Insbesondere bei Diesel-Verbrennungsmotoren hat das Abgas relativ niedrige Temperaturen, so dass die Erwärmung des Verbrennungsmotors und der Aggregate sowie der Fluide relativ lange dauert. Gerade bei großen Diesel-Verbrennungsmotoren wird mit der beschriebenen Regelstrategie die Zeit, bis der Abgaskatalysator seine Arbeitstemperatur erreicht, erheblich verkürzt und die im normierten Fahrzyklus ermittelten Abgase erheblich reduziert.Especially in diesel internal combustion engines, the exhaust gas has relatively low temperatures, so that warming the internal combustion engine and the aggregates and the fluids relative takes long. Especially with big ones Diesel internal combustion engines will with the described control strategy the time until the exhaust gas catalyst reaches its working temperature, considerably shortened and in the normalized driving cycle determined exhaust gases significantly reduced.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung liegt der Grenzwert in einem Bereich zwischen 250 und 300°C. Herkömmliche Abgaskatalysatoren nach dem Stand der Technik beginnen bei einer Betriebstemperatur von ca. 270 Grad bis 280°C zu arbeiten. Die wärmeoptimierte Steuerung des Kühlmittelkreislaufes und der Niederdruck-Abgasrückführung wird erst dann beendet, wenn eine Abgas-Temperatur von mindestens 250–300°C erreicht ist.According to one preferred embodiment, the limit is in a range between 250 and 300 ° C. conventional Catalytic converters of the prior art start at a Operating temperature of about 270 degrees to 280 ° C to work. The heat-optimized Control of the coolant circuit and the low-pressure exhaust gas recirculation is only then stops when an exhaust temperature of at least 250-300 ° C is.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Verbrennungsmotor-Anordnung eine Hochdruck-Abgasrückführungsleitung von dem Abgas-Auslass des Verbrennungsmotors und vor dem Abgaskatalysator zu der Ladeluftseite hinter der Verdichterturbine auf. Gemäß dem vorliegenden Verfahren ist während der Kaltlaufphase der Verbrennungsmotor-Anordnung bei einer derartigen Anordnung vorgesehen, das Hochdruck-Abgasrückführungs-Steuerventil, das die Hochdruck-Abgasrückführungs-Leitung öffnet, schließt und regelt, während der Kaltlaufphase zu schließen. Da die Hochdruck-Abgasrückführungs-Leitung in Strömungsrichtung vor dem Abgaskatalysator in dem Verbrennungsmotor erwärmtes Abgas abzweigt, käme das abgezweigte Abgas zunächst nicht direkt der Erwärmung des Abgaskatalysators zu gute. Daher muss, wenn eine Hochdruck-Abgasrückführungs-Leitung vorgesehen ist, während der Kaltlaufphase das Steuerventil der Hochdruck-Abgasrückführung geschlossen sein.According to one preferred embodiment, the internal combustion engine arrangement a high pressure exhaust gas recirculation line from the exhaust outlet of the internal combustion engine and before the catalytic converter to the charge air side behind the compressor turbine. According to the present Procedure is during the cold running phase of the internal combustion engine arrangement in such a Arrangement provided, the high-pressure exhaust gas recirculation control valve, the High-pressure exhaust gas recirculation line opens, closes and regulates, during the Cold running phase to close. Because the high pressure exhaust gas recirculation line in the flow direction Exhaust gas heated in front of the catalytic converter in the internal combustion engine branches off, would come the branched off exhaust first not directly the warming the catalytic converter to good. Therefore, if provided a high pressure exhaust gas recirculation line is while the cold running phase, the control valve of the high-pressure exhaust gas recirculation closed be.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Verbrennungsmotor-Anordnung einen Ladeluftkühler zwischen der Verdichterturbine und dem Ladeluft-Einlass des Verbrennungsmotors auf. Dem Ladeluftkühler ist ein Bypass mit einem Steuerventil zur bedarfsweisen Umgehung des Ladeluftkühlers zugeordnet. Während der Kaltlaufphase ist das Bypass-Steuerventil geöffnet, so dass die Ladeluft nicht durch den Ladeluftkühler fließt, sondern diesen durch den Bypass umgeht. Auf diese Weise wird eine unnötige Abkühlung der Ladeluft in dem Ladeluftkühler vermieden und wird der Ladeluft so wenig Wärme entzogen, wie dies möglich ist.According to one preferred embodiment, the internal combustion engine arrangement a charge air cooler between the compressor turbine and the charge air inlet of the internal combustion engine on. The intercooler is a bypass with a control valve for on-demand bypass assigned to the intercooler. While During the cold run phase, the bypass control valve is open, allowing the charge air not through the intercooler flows, but bypasses it by the bypass. That way, one becomes unnecessary Cooling the charge air in the intercooler avoided and the charge air is withdrawn so little heat, as possible is.
Sowohl der Antriebsturbine als auch dem turbinenartigen Verdichter des Ladeluft-Aufladers kann jeweils ein Bypass mit einem Bypass-Ventil zugeordnet sein, die im wesentlichen der Druckbegrenzung dienen. Die Antriebsturbine entzieht dem Abgas Wärme. Der Verdichter hat beim Kaltstart zunächst die gleiche Temperatur wie die angesaugte Ladeluft. Im Betrieb erwärmt die Verdichterturbine die Ladeluft durch die Verdichtung.Both the drive turbine and the tur binenartigen compressor of the charge air supercharger can be assigned to each bypass with a bypass valve, which serve essentially to limit the pressure. The drive turbine removes heat from the exhaust gas. The compressor initially has the same temperature as the charged charge air during cold start. During operation, the compressor turbine heats the charge air through the compression.
Falls die Verbrennungsmotor-Anordnung einen Abgaskrümmer mit einer an einen eigenen Kühlkreislauf oder an den Motor-Kühlmittelkreislauf angeschlossenen Kühlvorrichtung und ein Steuerelement zur Steuerung der Kühlmittel-Speisung der Kühlmittelvorrichtung aufweist, wird das Steuerelement der Abgaskrümmer-Kühlvorrichtung während der Kaltlaufphase geschlossen um dem Abgas nicht unnötig viel Wärme zu entziehen.If the internal combustion engine arrangement an exhaust manifold with a to a separate Cooling circuit or to the engine coolant circuit connected cooling device and a controller for controlling the coolant supply of the coolant device the control becomes the exhaust manifold cooling device while the cold run phase closed around the exhaust not unnecessarily much Heat too revoke.
Grundsätzlich gilt für alle Wärmetauscher der Verbrennungsmotoranordnung, dass diese nicht in Betrieb sind. Beispiele für weitere Wärmetauscher sind Motoröl-Wärmetauscher oder Getriebeöl-Wärmetauscher, die eine Ölleitung, eine Abgasleitung und/oder eine Kühlmittelleitung aufweisen. Alle Kühlfunktionen der Verbrennungs-Motoranordnung sind also abzuschalten, damit alle nutzbare Wärme dem Motor und dem Abgaskatalysator zugeführt wird.Basically for all Heat exchanger of Combustion engine assembly that they are not in operation. Examples for further Heat exchangers are Engine oil heat exchangers or transmission oil heat exchangers, the one oil pipe, have an exhaust pipe and / or a coolant line. All cooling functions the combustion engine assembly are so turn off, so that all usable heat the engine and the catalytic converter is supplied.
Im
folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand der Zeichnung näher
erläutert:
Die
Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer Verbrennungsmotor-Anordnung.In the following an embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawing:
The drawing shows a schematic representation of an internal combustion engine arrangement.
In
der Figur ist schematisch eine komplexe Verbrennungsmotor-Anordnung
Frische
Ladeluft wird durch einen Luftfilter
Von
dem Mischer
Das
aus dem Auslass
Dieser
Gas-Hauptstrom weist drei Verzweigungen auf, nämlich eine Niederdruck-Abgasrückführung, einen
Hochdruck-Abgasrückführung sowie ein
Abzweig für
die Versorgung von zwei Drei-Wege-Wärmetauschern
Die
Niederdruck-Abgasrückführung wird
von einer Leitung
Ferner
ist eine Hochdruck-Abgasrückführung vorgesehen,
wobei die Hochdruck-Abgasrückführungs-Leitung
In
Strömungsrichtung
hinter dem Kühler
Eine
weitere Abgas-Leitung
Der
zweite Drei-Wege-Wärmetauscher
Vorliegend
sind zwei Kühlmittelkreisläufe vorgesehen,
nämlich
ein erster Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf
Der
Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf
Zwischen
dem Kühlmittel-Auslass
des Verbrennungsmotors
Die
Kühlmittelströme werden
mit Hilfe von Steuerventilen
Im
Verlauf der Schmiermittel-Leitungen
Die
beiden Kühler
Die
Kaltlaufphase des Verbrennungsmotors läuft wie folgt ab: Die Kaltlaufphase
wird definiert durch die Abgastemperatur, die von dem Abgastemperatur-Sensor
Ferner
wird das Kühlmittel-Steuerventil
Während der
Kaltlaufphase bleibt die Hochdruck-Abgasrückführung geschlossen, was insbesondere
durch Schließen
aller Steuerventile
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---|---|
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