DE102008033350A1 - Differentialdruck(Delta-P)-AGR-Anlage für starke Strömung mit Vorkehrung sowohl für Strömungssteuerung als auch OBD-Überwachung - Google Patents

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Abstract

Bei einer Vorgehensweise wird ein Verfahren zum Messen von Abgasrückführungsstrom in einem Motor vorgesehen. Das Verfahren umfasst das Teilen von AGR-Strom in mindestens eine erste Strömung und eine zweite Strömung, das Leiten der abgetrennten ersten Strömung durch eine Drosselungszone, wobei die erste Strömung separat von der abgetrennten zweiten Strömung durch die Drosselungszone tritt, das Zusaas Einleiten der zusammengeführten Strömungen in einen Zylinder des Motors, wo der AGR-Strom geteilt und dann in einem gemeinsamen AGR-Kanal zusammengeführt wird.

Description

  • Hintergrund/Kurzdarlegung
  • Abgasrückführung (AGR) ist ein Verfahren, das NOx-Gase (z. B. Stickstoffoxid und Stickstoffdioxid) in einem von turbogeladenen Dieselmotoren erzeugten Abgasstrom verringern kann. AGR funktioniert durch Rückführen eines Teils des von einem Motor ausgestoßenen Abgasstroms zurück zu den Zylindern des Motors. Der gesamte Verbrennungsprozess wird dadurch verlangsamt und abgekühlt. Da sich NOx-Gase leichter bei höheren Temperaturen bilden, kann somit die Bildung von NOx-Gasen verringert werden. Fehler bei dem Strömen von rückgeführtem Gas können aber verschiedene Probleme verursachen. Das Einleiten von größeren Mengen rückgeführten Abgases kann zum Beispiel zu verzögerter Motorleistung führen, während niedrigere Mengen die NOx-Gasbildung und die Erzeugung von Motorklingeln verstärken können.
  • Das Dosieren der Menge rückgeführten Abgases, das von einer AGR-Anlage verarbeitet werden kann, kann zum Teil durch Messen der gesamten Volumenstromrate rückgeführten Abgases durch die Anlage erreicht werden. Typischerweise wird diese Messung durch Leiten des gesamten rückgeführten Gasstroms durch eine Öffnung, die durch eine Messblende gebildet wird, und durch Messen des resultierenden Druckabfalls über der Blende ausgeführt. Dann kann eine gesamte AGR-Volumenstromrate mittels Verwendung zum Beispiel der Bernouilli-Gleichung berechnet werden.
  • Solche Messkonfigurationen für einen Messblendenstrom können bei einer AGR-Anlage eine übermäßige Strömungsdrosselung einbringen und können daher erfordern, dass eine größere Öffnung verwendet wird, um die Wirkungen von Strömungsdrosselung zu mildern. Bei größeren Öffnungsdurchmessern ist aber die Fähigkeit einer solchen Konfiguration, einen Druckabfall über der Öffnung bei niedrigeren Volumenstromraten präzis zu messen, verringert und es kann insgesamt zu Platzbedarfproblemen im Motorraum kommen.
  • Die vorliegenden Erfinder haben erkannt, dass ein Strömungsmesskonfiguration, die eine Strömungsdrosselung verringert und einen größeren dynamischen Strömungsmessbereich zulässt, vorteilhaft sein kann. Bei einer Vorgehensweise wird ein Verfahren zum Messen von Abgasrückführungsstrom in einem Motor vorgesehen. Das Verfahren umfasst das Teilen von AGR-Strom in mindestens eine erste Strömung und eine zweite Strömung, wobei die abgetrennte erste Strömung durch eine Drosselungszone geführt wird, wobei die erste Strömung separat von der abgetrennten zweiten Strömung durch die Drosselungszone tritt, das Zusammenführen der abgetrennten zweiten Strömung und das Einleiten der zusammengeführten Strömungen in einen Zylinder des Motors, wo der AGR-Strom geteilt und dann in einem gemeinsamen AGR-Kanal zusammengeführt wird.
  • Auf diese Weise kann es möglich sein, einen ausreichenden dynamischen Messbereich (für höhere und niedrigere AGR-Ströme) aufrechtzuerhalten, während die gesamte AGR-Drosselung verringert wird. Somit kann eine erwünschte Baugröße der gesamten AGR-Anlage erreicht werden.
  • Zu beachten ist, dass verschiedene Verfahrensweisen zum Teilen des AGR-Stroms verwendet werden können, beispielsweise Teilen eines rohrförmigen Kanals der AGR-Anlage, Vorsehen mehrerer AGR-Kanäle, etc. Zu beachten ist ferner, dass verschiedene Drosselungen die Drosselungszone bilden können, beispielsweise mittels einer integrierten oder separat ausgebildeten Öffnung. Schließlich ist zu beachten, dass der gemeinsame AGR-Kanal eine gemeinsame rohrförmige Anordnung, separate Rohe, die mittels verschiedener Ventile miteinander verbunden sind, etc. sein kann.
  • Bei einer anderen Vorgehensweise kann ein anderes Verfahren zum Messen des Abgasrückführungsstroms (AGR) in einem Motor verwendet werden. Das Verfahren kann umfassen: Teilen von AGR-Strom in zwei getrennte Strömungen, die eine erste abgetrennte Strömung und eine zweite abgetrennte Strömung umfassen; Leiten der abgetrennten ersten Strömung durch eine Strömungsdrosselungszone, wobei die erste Strömung separat von der zweiten Strömung durch die Strömungsdrosselungszone tritt; Zusammenführen der ersten und der zweiten abgetrennten Strömung und Einleiten der zusammengeführten Strömungen in einen Zylinder des Motors, wo der AGR-Strom durch ein gemeinsames AGR-Ventil gesteuert wird, und wobei die zweite abgetrennte Strömung einen größeren Massenstrom als die erste abgetrennte Strömung umfasst; und Korrelieren der ersten abgetrennten Strömung mit der zusammengeführten Strömung und Verstellen des AGR-Ventils als Reaktion darauf.
  • Auf dieses Weise kann eine präzise Steuerung sowohl von höheren als auch niedrigeren AGR-Strömen durch das AGR-Ventil erreicht werden, während Auswirkungen auf den Motorplatzbedarf in dem Motorraum verringert werden.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine Abgasanlage zum Aufbereiten von Abgasen eines Verbrennungsmotors.
  • 2 zeigt eine Seitenansicht einer Abgasrückführungsanlage der Abgasanlage von 1 in größerem Detail als Längsquerschnitt.
  • 3A zeigt eine perspektivische Ansicht des Strömungsmessbereichs von 2 in größerem Detail als Längsquerschnitt.
  • 3B zeigt eine Querschnittansicht des Strömungsmessbereichs von 2, der mit einer Strömungsdrosselungszone ausgelegt ist, die einen Querschnitt aufweist, der im Wesentlichen von runder Form ist.
  • 3C zeigt eine Querschnittansicht des Strömungsmessbereichs von 2, der mit einer Strömungsdrosselungszone ausgelegt ist, die einen Querschnitt aufweist, der im Wesentlichen von rechteckiger Form ist.
  • 4 zeigt ein Flussdiagramm, das eine beispielhafte Routine 400 zum Aufbereiten der Strömung eines Motorabgasstroms durch eine Strömungsmesszone einer AGR-Anlage darstellt.
  • 5 zeigt ein Flussdiagramm, das eine beispielhafte Routine zum Anpassen eines Betrags an Abgasrückführung beruhend auf Fahrzeugbetriebsparametern und einem in einer Strömungsdrosselungszone gemessenen Differentialdruck darstellt.
  • 6 zeigt eine grafische Darstellung einer theoretischen Strömungskurve durch einen Strömungsmessbereich einer AGR-Anlage.
  • Eingehende Beschreibung
  • 1 zeigt eine Abgasanlage 100 zum Aufbereiten von Abgasen eines Verbrennungsmotors 102. Als nicht einschränkendes Beispiel umfasst der Motor 102 einen Dieselmotor, der durch Verbrennen eines Gemisches aus Luft aus dem Einlasssystem 140 und Dieselkraftstoff, den er von der Kraftstoffanlage 128 mittels eines Kraftstoffkanals 132 erhält, mechanischen Abtrieb erzeugt. Alternativ kann der Motor 102 andere Arten von Motoren umfassen, beispielsweise Benzin verbrennende Motoren, Alkohol verbrennende Motoren und Kombinationen derselben usw. Ferner kann der Motor 102 in einem Antriebssystem für ein Fahrzeug ausgelegt sein. Alternativ kann der Motor 102 in einer stationären Anwendung, beispielsweise als elektrischer Generator, betrieben werden. Während die Abgasanlage 100 bei stationären Anwendungen anwendbar ist, versteht sich, dass die Abgasanlage 100, wie sie hierin beschrieben wird, besonders für Fahrzeuganwendungen geeignet ist.
  • Die Abgasanlage 100 kann auch ein oder mehrere von folgenden umfassen: eine Anlage für Abgasrückführung (AGR) 104, die einen Teil eines aus dem Motor 102 austretenden Abgasstroms aufnimmt, und einen Luftansaugkrümmer 112, der dem Motor 102 Frischluft und rückgeführtes Abgas liefert. Unter manchen Bedingungen kann die AGR-Anlage 104 zum Regeln der Temperatur und/oder Verdünnung des Luft- und Kraftstoffgemisches in dem Brennraum verwendet werden, wodurch während mancher Verbrennungsmodi ein Verfahren zum Steuern der Zündsteuerzeiten vorgesehen wird. Ferner kann während manchen Bedingungen ein Teil von Verbrennungsgasen in dem Brennraum durch Steuern von Auslassventilsteuerzeiten zurückgehalten oder eingeschlossen werden. Die AGR-Anlage 104 wird auch gezeigt, wie sie einen gemeinsamen AGR-Kanal von der Abgasanlage zur Einlassanlage bildet.
  • Die Abgasanlage 100 kann auch einen Turbolader 106 umfassen. Der Turbolader 106 kann eine Turbine 108 und einen Verdichter 110 umfassen, die an einer gemeinsamen Welle angebracht sind. Die Schaufeln der Turbine 108 können veranlasst werden, um die gemeinsame Welle zu drehen, wenn ein Teil des aus dem Motor 102 ausgestoßenen Abgasstroms auf die Schaufeln der Turbine trifft. Der Verdichter 110 kann mit der Turbine 108 gekoppelt sein, so dass der Verdichter 110 betätigt werden kann, wenn die Schaufeln der Turbine 108 zum Drehen gebracht werden. Bei Betätigung kann der Verdichter 110 dann druckbeaufschlagtes Frischgas zum Luftansaugkrümmer 102 leiten, wo es dann zum Motor 104 geleitet werden kann. Während 1 eine Hochdruck-AGR-Anlage zeigt, kann die AGR-Anlage auch zwischen stromabwärts der Turbine und stromaufwärts des Verdichters angebracht sein.
  • Der Motor 102 kann zumindest teilweise durch ein Steuersystem, das ein Steuergerät 116 umfasst, und durch Eingabe von einem Fahrzeugbediener mittels einer Eingabevorrichtung 130 gesteuert werden. In diesem Beispiel umfasst die Eingabevorrichtung 130 ein Gaspedal und einen Pedalstellungssensor 132 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalstellungssignals PP. Als nicht einschränkende Beispiele kann das Steuergerät 116 auch zumindest teilweise die AGR-Anlage 104 mittels Eingaben von dem Motor 102, der Eingabevorrichtung 130 und der AGR-Anlage 104 steuern.
  • Zusätzlich kann die Abgasanlage 100 mehrere Durchlässe für das fluidische Verbinden der verschiedenen Abgasanlagenkomponenten umfassen. Zum Beispiel kann wie durch 1 gezeigt der Turbolader 106 mit dem Motor 102 durch den Auslasskanal 116 fluidisch verbunden sein, und die ARG-Anlage 104 kann mit dem Motor 102 mittels Auslasskanälen 116 und 122 fluidisch verbunden sein. Zusätzlich können die AGR-Anlage 104, der Turbolader 106 und der Motor 102 mit einem Luftansaugkrümmer 112 mittels Auslasskanälen 122, 124 bzw. 114 fluidisch verbunden sein. Aus dem Turbolader 106 werden Abgase mittels des Auslasskanals 126 zu einem Katalysator für selektive katalytische Reduktion (SCR, kurz vom engl. Selective Catalytic Reduktion) und/oder zu einer Geräusch hemmenden Vorrichtung strömen gelassen, die beide nicht durch 1 dargestellt werden. Anschließend können die Abgase dann mittels eines Auslasskanals, der in 1 ebenfalls nicht dargestellt ist, an die Umgebung abgelassen werden.
  • Weiterhin versteht sich, dass die verschiedenen Teile der Abgaslage, die die verschiedenen Abgasanlagenkomponenten verbinden, ein oder mehrere Biegungen oder Krümmungen umfassen können, um einer bestimmten Fahrzeuganordnung gerecht zu werden. Des Weiteren versteht sich, dass die Abgasanlage 100 in manchen Ausführungsformen zusätzliche Komponenten umfassen kann, die in 1 nicht gezeigt sind, beispielsweise verschiedene Ventile, Pumpen, Drosselungen etc., oder auf hierin beschriebene Komponenten oder Kombinationen derselben verzichten kann.
  • 2 zeigt eine Seitenansicht der Abgasrückführungsanlage 104 in größerem Detail als Längsquerschnitt. Ein Teil des aus dem Motor 102 ausgestoßenen Abgasstroms kann mittels des Auslasskanals 122 zur AGR-Anlage 104 umgeleitet werden. Wenn Abgas in die AGR-Anlage 104 eindringt, kann es zuerst durch den Strömungsmessbereich bzw. die Strömungsmesszone 212 geleitet werden. Der durch den Strömungsmessbereich 212 strömende rückgeführte Abgasstrom kann dann in eine erste abgetrennte Strömung entlang eines ersten parallelen Strompfads und eine abgetrennte zweite Strömung entlang eines zweiten parallelen Strompfads geteilt werden, da ein Teil des in den Strömungsmessbereich eindringenden Abgasstroms durch eine Strömungsdrosselungszone 208 umgeleitet werden kann. Die erste Strömung, die durch die Strömungsdrosselungszone 208 umgeleitet wird, kann dann durch eine Öffnung 228 strömen, die durch die Messblende 210 in der Strömungsdrosselungszone 208 ausgebildet ist. Die zweite abgetrennte Strömung kann dann abhängig von der Position der Strömungsdrosselungszone angrenzend an und/oder um die Strömungsdrosselungszone 208 strömen.
  • Auch wenn sie an einer nicht mit der mittleren Zone des Strömungsmessbereichs 212 zusammenfallenden Stelle angeordnet gezeigt wird, können andere Ausführungsformen vorsehen, dass die mittlere Längsachse 216 der Strömungsdrosselungszone 208 an verschiedenen anderen Stellen in dem Strömungsmessbereich 212 angeordnet ist, beispielsweise an einer Stelle, an der die abgetrennte erste Strömung zumindest teilweise und/oder vollständig von der abgetrennten zweiten Strömung umgeben sein würde. Ferner können die abgetrennten Strömungen in einer gemeinsamen rohrförmigen Außenzone auftreten oder können in separaten Rohren auftreten. Weiterhin können die abgetrennten Strömungen eine gleiche oder ungleiche Strömungslänge aufweisen und können eine Strömungszone, eine Länge und/oder einen Querschnitt aufweisen, die ähnlich oder anders geformt sind.
  • Zusätzlich kann in manchen Ausführungsformen die abgetrennte zweite Strömung wesentlich größer als die abgetrennte zweite Strömung sein. Zum Beispiel kann die Volumenstromrate der abgetrennten zweiten Strömung zehnmal (oder noch) größer als die Volumenstromrate der abgetrennten ersten Strömung sein (z. B. aufgrund von unterschiedlich bemessenen Strömungsbereichen, Strömungswiderständen, etc.) Entsprechend kann in manchen Ausführungsformen die abgetrennte zweite Strömung einen größeren Massenstrom als die erste abgetrennte Strömung umfassen. In anderen Ausführungsformen kann das durch die Volumenstromraten der zweiten und ersten abgetrennten Strömungen ausgebildete Verhältnis kleiner oder größer sein. Zum Beispiel können Verhältnisse wie 12:1, 8:1, 7,5:1, 5:1 oder andere geeignete Verhältnisse verwendet werden. Analog kann das Volumenstromverhältnis zu einem Verhältnis eines abgetrennten Strömungsbereichs, das auch als Verhältnis des Querschnittströmungsbereichs des Strömungsmessbereichs 212 minus des Querschnittströmungsbereichs der Strömungsdrosselungszone 208 zu dem Querschnittbereich der Strömungsdrosselungszone 208 festgelegt sein kann, proportional sein.
  • Wie in 2 gezeigt, können Druckmessbohrungen 204 und 206 stromaufwärts bzw. stromabwärts der Messblende 210 angeordnet sein. Die Druckmessbohrungen 204 und 206 können auch mit einem Drucksensor 202 verbunden sein, der so ausgelegt sein kann, dass er ein Druckdifferential Pa über die Öffnung 230 erfasst. Der Durchmesser 226 der Strömungsdrosselungszone, der Durchmesser 230 der Öffnung und Po können von dem Steuergerät 116 zum Berechnen der Volumenstromrate der ersten abgetrennten Strömung (die Strömung durch die Strömungsdrosselungszone 208) mittels zum Beispiel Verwendens von Bernouillis Gleichung genutzt werden. Die Volumenstromrate der zweiten abgetrennten Strömung kann dann durch Multiplizieren der berechneten Volumenstromrate durch die Strömungsdrosselungszone 208 mit dem Strömungsbereichverhältnis der abgetrennten Strömung berechnet werden. Eine Gesamtvolumenstromrate durch den Strömungsmessbereich 212 kann dann durch Addieren der Volumenstromraten der ersten und der zweiten abgetrennten Strömung erhalten werden.
  • Durch Nutzen einer Strömungsdrosselungszone, die proportional kleiner als der Gesamtströmungsmessbereich ist, kann eine einheitlichere, weniger veränderliche Gesamtvolumenstromratenberechnung verwirklicht werden. Zusätzlich kann die dynamische Zone einer präzisen Öffnungsdruckdifferentialmessung in solchen Auslegungen größer als die von größeren Strömungsmesskonfigurationen mit Öffnung in der Mitte der Strömung sein, die die Gesamtvolumenstromrate durch einen Strömungsmessbereich direkt messen. Typischerweise erfordern größere Strömungsmesskonfigurationen mit einer Öffnung im Wesentlichen in der Mitte der Strömung ein größeres Strömen durch eine Öffnung, um den Druckabfall über die Öffnung präzis zu messen und somit die Gesamtvolumenstromrate durch den Strömungsmessbereich zu berechnen. Daher können bei niedrigeren Gesamtströmraten die Berechnungen der Volumenstromrate bei einer solchen Auslegung mit Unsicherheiten behaftet sein. Weiterhin kann die Drosselung des AGR-Stroms, die durch Strömungsmesskonfigurationen mit größerer Öffnung im Strom erzeugt werden, bei der Kalibrierung der AGR-Anlage nicht präzis vorhergesagt oder berücksichtigt werden und kann zu einem zusätzlichen Fehler bei der Berechnung der Gesamt-AGR-Strömrate führen.
  • Der Platzbedarf einer AGR-Anlage, die eine Strömungsdrosselungszone nutzt, die proportional kleiner als der gesamte Strömungsmessbereich ist, kann ebenfalls kleiner als der einer Strömungsmesskonfiguration mit größerer Öffnung im Strom sein. Somit kann eine Drosselung der Strömung verringert werden und es können erwünschte Baugrößeneigenschaften verwirklicht werden.
  • Nach Austreten aus der Strömungsdrosselungszone 208 kann die abgetrennte erste Strömung mit der abgetrennten zweiten Strömung zusammengeführt werden, um einen einzigen AGR-Strom in dem Strömungsmessbereich 212 zu bilden. Der zusammengeführte Abgasstrom kann dann (mittels AGR-Ventil 214 und Auslasskanal 220) zu einem Abgasoxidationskatalysator (EOC) 216 geleitet werden, der unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid in dem rückgeführten Abgasstrom reduzieren kann. Der Teil des aus dem Motors 102 ausgestoßenen Abgasstroms, der durch die AGR-Anlage 104 treten darf und zum Motor 102 rückgeführt wird, kann durch die gemessene Betätigung des AGR-Ventils 214 dosiert werden, das durch das Steuergerät 116 gesteuert werden kann. Die Betätigung des AGR-Ventils 214 kann auf verschiedenen Fahrzeugbetriebsparametern und der berechneten gesamten AGR-Strömrate durch den Strömungsmessbereich 212 (wie bezüglich 5 näher beschrieben) beruhen.
  • Nach Aufbereiten durch den EOC 216 kann der AGR-Strom dann mittels des Abgaskanals 222 zum AGR-Kühler 218 geleitet werden. Der AGR-Kühler 218 kann zum Senken der Gesamttemperatur des AGR-Stroms dienen, bevor er den Strom mittels des Auslasskanals 128 weiter zum Luftansaugkrümmer 112 leitet, wo er mit Frischluft zusammengeführt und mittels des Auslasskanals 114 zum Motor 102 geleitet werden kann.
  • Bei einem anderen Vorgehen können eine oder mehrere der abgetrennten Strömungen durch einen Oxidationskatalysator, AGR-Kühler, ein zusätzliches Ventil oder eine andere Vorrichtung treten, bevor sie in dem AGR-Kanal zusammengeführt werden und in den Ansaugkrümmer treten. Ferner kann das AGR-Ventil stromaufwärts des Strömungsmessbereichs positioniert sein.
  • 3A zeigt eine bestimmte Ausführungsform mittels einer perspektivischen Ansicht als Längsquerschnitt eines beispielhaften Strömungsmessbereichs, der als Strömungsmessbereich 212 von 2 verwendet werden kann. Wie gezeigt ist die Längsachse 216 der Zone gedrosselter Strömung 208 parallel zur Längsachse 214 des Strömungsmessbereichs 212. In manchen Ausführungsformen kann die Zone gedrosselter Strömung 208 in dem Strömungsmessbereich 212 angeordnet sein, so dass der kleinste Abstand zwischen der Längsachse 216 und der Außenwand des Strömungsmessbereichs 212 kleiner als der Abstand zwischen der Längsachse 216 und der Längsachse 214 ist.
  • In anderen Ausführungsformen kann die Zone gedrosselter Strömung 208 in dem Strömungsmessbereich 212 angeordnet sein, so dass der kleinste Abstand zwischen der Längsachse 216 und der Außenwand des Strömungsmessbereichs 212 größer oder gleich dem Abstand zwischen der Längsachse 216 und der Längsachse 214 ist. Durch Auslegen der Strömungsdrosselungszone 208 in dem Strömungsmessbereich 212 (und nicht getrennt von dem Strömungsmessbereich 212) können in diesem Beispiel die gesamten Baugrößenmaße verringert werden und zusätzliche Komponentenkosten können gesenkt werden.
  • Zusätzlich können alternative Ausführungsformen Strömungsdrosselungszonen mit anderen Geometrien nutzen. Zum Beispiel kann in manchen Ausführungsformen die Gesamtlänge des Strömungsdrosselungsbereichs 208 drei Zoll (7,62 cm) betragen. In anderen Ausführungsformen kann die Gesamtlänge des Strömungsdrosselungsbereichs 208 zwei Zoll (5,08 cm), vier Zoll (10,16 cm) oder eine andere geeignete Länge betragen. Ferner können sich alternative Ausführungsformen bezüglich der Position des Strömungsdrosselungsbereichs 208 im Verhältnis zur Längsachse 214 des Strömungsmessbereichs 212 unterscheiden. Zum Beispiel kann der Punkt, an dem Abgase in den Strömungsdrosselungsbereich 208 eindringen, an einer Stelle angeordnet sein, die mit einer die Längsachse 214 halbierenden Linie zusammenfällt. In anderen Ausführungsformen kann der Punkt, an dem Abgase in den Strömungsdrosselungsbereich 208 treten, an einer Steile an einer Seite der Linie angeordnet sein, die die Längsachse 214 halbiert.
  • Wie gezeigt können Druckmessbohrungen 204 und 206 stromaufwärts bzw. stromabwärts der Messblende 210 angeordnet sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Abstand zwischen den Druckmessbohrungen und der Messblende schwanken. In einer Ausführungsform kann die Druckmessbohrung 204 zum Beispiel einen Zoll (2,54 cm) stromaufwärts der Messblende 210 angeordnet sein, und die Druckmessbohrung 206 kann einen Zoll (2,54 cm) stromabwärts der Messblende 210 angeordnet sein. In einer anderen Ausführungsform kann die Druckmessbohrung 204 0,5 Zoll (1,27 cm), 2 Zoll (5,08 cm) oder bei einem anderen geeigneten Abstand stromaufwärts der Messblende 210 angeordnet sein, und die Druckmessbohrung 206 kann einen halben Zoll (1,27 cm), zwei Zoll (5,08 cm) oder bei einem anderen geeigneten Abstand stromabwärts der Messblende 210 angeordnet sein.
  • 3B und 3C zeigen alternative Ausführungsformen der Querschnittform der Strömungsdrosselungszone 208 und der Messblende 210. 3B zeigt die Querschnittform der Strömungsdrosselungszone 208 und der Messblende 210 als im Wesentlichen kreisförmig. Die Öffnung 230, die durch die Messblende 210 gebildet wird, kann zum Beispiel mit einem Durchmesser von einem Zoll (2,54 cm) ausgelegt sein. Andere Ausführungsformen können die Öffnung 230 mit einem Durchmesser von 0,5 Zoll (1,27 cm), einem Durchmesser von 2 Zoll (5,08 cm) oder einem anderen geeigneten Durchmesser auslegen.
  • 3C zeigt die Querschnittform der Strömungsdrosselungszone 208 und der Messblende 210 als im Wesentlichen rechteckig. Andere Ausführungsformen können die Querschnittform der Strömungsdrosselungszone 208 und der Messblende 210 als im Wesentlichen elliptisch, achteckig, sechseckig, dreieckig oder von jeder anderen geeigneten Form auslegen. Zudem können manche Ausführungsformen die Messblende 210 mit einer Solldicke von 0,25 Zoll (0,64 cm) offenbaren. Andere Ausführungsformen können die Messblende 210 mit einer Solldicke von 0,10 Zoll (0,25 cm), 0,5 Zoll (1,27 cm), 1,5 Zoll (3,81 cm), 2 Zoll (5,08 cm) oder einer anderen geeigneten Dicke offenbaren
  • 4 zeigt ein Flussdiagramm, das eine beispielhafte Routine 400 zum Aufbereiten der Strömung eines Abgasstroms durch den Strömungsmessbereich 212 der AGR-Anlage 104 darstellt. Bei 402 kann ein Teil des von dem Motor 102 abgelassenen Abgasstroms von dem Auslasskanal 116 mittels des Auslasskanals 122 zur AGR-Anlage 104 umgeleitet werden. Bei 404 kann der zur AGR-Anlage 102 umgeleitete Abgasstrom in den Strömungsmessbereich 212 eindringen und kann dann mittels des Strömungsdrosselungsbereichs 208 in eine erste abgetrennte Strömung und eine zweite abgetrennte Strömung unterteilt werden. Bei 406 kann die erste abgetrennte Strömung durch die Strömungsdrosselungszone 208 geleitet werden, wo sie durch eine durch die Messblende 210 gebildete Öffnung geleitet werden kann. Bei 408 kann ein Druckabfall über der Messblende 210 von dem Drucksensor 202 mittels Druckmessbohrungen 204 und 206 erfasst werden, die stromaufwärts bzw. stromabwärts der Messblende 210 angeordnet sein können. Eine Gesamtvolumenstromrate durch den Strömungsmessbereich 212 kann dann (wie hierin näher beschrieben) ermittelt werden.
  • Bei 410 kann die erste abgetrennte Strömung nach Durchqueren der Strömungsdrosselungszone 208 mit der zweiten abgetrennten Strömung zusammengeführt werden, die die Strömungsdrosselungszone 208 umgangen hat. Schließlich kann bei 412 die zusammengeführte Strömung durch das Rückführungsventil 214, den EOC 216, den Kühler 218 und den Luftansaugkrümmer 112 geleitet werden, wo sie mit Frischluft zusammengeführt und mittels des Auslasskanals 114 zu dem Motor 102 geleitet werden kann (wie hierin näher beschrieben wird).
  • 5 zeigt ein Flussdiagramm, das eine beispielhafte Routine zum Anpassen eines Betrags an Abgasrückführung beruhend auf Fahrzeugbetriebsparametern und einem in der Strömungsdrosselungszone 208 gemessenen Differentialdruck darstellt. Bei 502 kann ein Fahrzeug-PCM verschiedene Betriebsparameter lesen, beispielsweise Fahrzeuggeschwindigkeit, Motorlast, Luft/Kraftstoff-Verhältnis und Abgastemperatur. Beruhend auf den bei 502 gelesenen Betriebsparametern kann ein Sollbetrag der Abgasrückführung bei 504 ermittelt werden. Bei 506 kann das Fahrzeug-PCM einen Differentialdruck über der Messblende 210 lesen, der dann zum Berechnen einer Gesamtvolumenstromrate durch die Strömungsmessfläche 212 verwendet werden kann.
  • Bei 508 kann ein AGR-Ventil 214 beruhend auf der bei 506 berechneten AGR-Volumenstromrate angepasst werden, um den Sollbetrag an Abgasrückführung zu erzeugen, der bei 504 ermittelt wurde. Zum Ermitteln eines Sollprozentsatzes des zu dem Motor 102 geleiteten Gesamtgasstroms, der aus rückgeführten Abgasen besteht, kann eine Motorlast/Motordrehzahl-Lookup-Tabelle verwendet werden. Dann kann die folgende Gleichung genutzt werden, um eine erwünschte AGR-Massenstromrate DES EM zu berechnen: DES EM = Am·%AGR/(1 – %AGR)wobei Am eine Luftmassenstromrate darstellt, die in den Luftansaugkrümmer 112 eindringt, und %AGR den Sollprozentsatz des zu dem Motor 102 geleiteten Gesamtgasstroms darstellt, der aus rückgeführten Abgasen besteht. Eine Lookup-Tabelle, die DES EM mit einem Solldifferentialdruck Pd über der Messblende 210 in Beziehung setzt, kann dann zum Ermitteln eines Solldifferentialdrucks über der Messblende 210 genutzt werden. Das Steuergerät 116 kann dann die tatsächliche Druckdifferenz Pa nutzen, die über der Messblende 210 durch den Drucksensor 202 mittels Druckmessbohrungen 204 und 206 erfasst wird, um das AGR-Ventil 214 so zu steuern, dass es auslöst, um eine Druckdifferenz über der Messblende 210 zu erzeugen, die näher an der Solldruckdifferenz Pd liegt. Auf diese Weise kann das AGR-Ventil angepasst werden, um den gesamten AGR-Strom präzis zu steuern, auch wenn nur ein Teil des AGR-Stroms gemessen wird.
  • 6 zeigt eine grafische Darstellung einer theoretischen Strömungskurve 602 durch den Strömungsmessbereich 212 der Abgasrückführungsanlage 104. Bei dieser grafischen Darstellung stellt die horizontale Achse 604 die Druckdifferenz über der Messblende 210 dar, die von dem Drucksensor 202 mittels Druckmessbohrungen 204 und 206 gemessen wird. Zudem stellt die vertikale Achse 606 die Massenstromrate der abgetrennten ersten Strömung durch die Strömungsdrosselungszone 208 dar, und die vertikale Achse 608 stellt die Massenstromrate der abgetrennten zweiten Strömung nahe der und/oder um die Strömungsdrosselungszone 208 dar (durch Strömungsmessbereich 212).
  • Bei dieser Darstellung wird die Massenstromrate der abgetrennten zweiten Strömung in etwa zehnmal größer als die Massenstromrate der abgetrennten ersten Strömung gezeigt. In anderen Ausführungsformen kann das Verhältnis, das durch die Massenstromraten der zweiten und ersten abgetrennten Strömungen gebildet wird, kleiner oder größer sein, beispielsweise 12:1, 8.1, 7,5:1, 5:1 oder ein anderes geeignetes Verhältnis. Bei niedrigeren Gesamt-AGR-Massenstromraten kann eine Konfiguration, die eine kleinere Messblende verwendet, die eine abgetrennte zweite Strömung aufnimmt, die proportional kleiner als eine abgetrennte erste Strömung ist, einen ausgeprägteren messbaren Druckabfall über einer Messblende erzeugen, als durch eine größere Strömungsmesskonfiguration mit einer Öffnung im Wesentlichen in der Mitte des Stroms bei der gleichen niedrigeren Gesamt-AGR-Massenstromrate aufgewiesen werden kann. Somit kann eine zuverlässigere, robustere Konfiguration zum Messen des AGR-Massenstroms sowohl bei höheren als auch niedrigeren AGR-Massenstromraten verwirklicht werden. Entsprechend kann die Betätigung des AGR-Ventils 214 auf präziseren Echtzeit-AGR-Strom-Berechnungen beruhen, die zu einer feineren, präziseren Steuerung des gesamten AGR-Stroms führen können.
  • Zu beachten ist, dass die hierin enthaltenen beispielhaften Routinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hierin beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere einer Reihe von Verarbeitungsstrategien darstellen, beispielsweise ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen. Daher können verschiedene gezeigte Schritte, Betriebe oder Funktionen in der gezeigten Abfolge oder parallel ausgeführt oder in manchen Fällen ausgelassen werden. Analog ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungen zu verwirklichen, wird aber zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung vorgesehen. Ein oder mehrere der gezeigten Schritte oder Funktionen können abhängig von der jeweils eingesetzten Strategie wiederholt ausgeführt werden. Weiterhin können die beschriebenen Schritte einen in ein maschinenlesbares Speichermedium in dem Motorsteuersystem einzuprogrammierenden Code graphisch darstellen, wobei der Code durch den Computer ausführbar ist.
  • Es versteht sich, dass die hierin enthaltenen offenbarten Auslegungen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht einschränkend zu betrachten sind, da zahlreiche Abänderungen möglich sind. Die vorstehende Technologie kann zum Beispiel auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, Gegenkolben- oder andere Motortypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuartigen und nicht nahe liegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart werden.
  • Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen auf, welche als neuartig und nicht nahe liegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können auf „ein" Element oder „ein erstes" Element oder eine Entsprechung desselben verweisen. Diese Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie das Integrieren eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen, wobei sie zwei oder mehrere dieser Elemente weder fordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden, ob sie nun gegenüber dem Schutzumfang der ursprünglichen Ansprüche breiter, enger, gleich oder unterschiedlich sind, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.

Claims (19)

  1. Verfahren zum Messen eines Abgasrückführungsstroms (AGR) in einem Motor, welches umfasst: Teilen eines AGR-Stroms in mindestens eine erste abgetrennte Strömung und eine zweite abgetrennte Strömung; Leiten der abgetrennten ersten Strömung durch eine Strömungsdrosselungszone, wobei die erste Strömung separat von der zweiten Strömung durch die Strömungsdrosselungszone tritt; Zusammenführen der ersten und zweiten abgetrennten Strömungen und Einleiten der zusammengeführten Strömungen in einen Zylinder des Motors, wo der AGR-Strom geteilt und dann in einem gemeinsamen AGR-Kanal zusammengeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite abgetrennte Strömung einen größeren Massenstrom als die erste abgetrennte Strömung umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die abgetrennte erste Strömung zumindest teilweise von der abgetrennten zweiten Strömung umgeben ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, welches weiterhin das Messen der ersten abgetrennten Strömung umfasst, während sie von der zweien abgetrennten Strömung getrennt ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, welches weiterhin das Verdichten des zusammengeführten AGR-Stroms umfasst.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, welches weiterhin das Korrelieren der gemessenen ersten abgetrennten Strömung mit der zusammengeführten Strömung und das Verstellen des AGR-Ventils als Reaktion darauf umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselungszone eine Messblende mit einer ersten Druckmessbohrung stromaufwärts der Messblende und einer zweiten Druckmessbohrung stromabwärts der Messblende umfasst.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, welches weiterhin das Leiten des kombinierten AGR-Stroms durch einen Kühler und einen Abgasoxidationskatalysator umfasst.
  9. System für einen Motor mit einem Ansaug- und einem Abgaskrümmer, welches umfasst: eine Dieselkraftstoffanlage; einen zwischen dem Ansaug- und Abgaskrümmer angeschlossenen Turbolader, wobei der Turbolader einen Verdichter und eine Turbine aufweist; eine stromaufwärts der Turbine und stromaufwärts des Verdichters angeschlossene AGR-Anlage, wobei die AGR-Anlage weiterhin aufweist: einen Abgasoxidationskatalysator; einen Kühler; ein AGR-Ventil stromaufwärts des Abgasoxidationskatalysators und Kühlers; eine Strömungsmesszone stromaufwärts des AGR-Ventils, wobei die Strömungsmesszone mindestens einen ersten und einen zweiten parallelen Strömpfad umfasst, wobei der erste Pfad durch eine Messblende blockiert wird und der zweite Pfad den ersten Pfad umgeht, wobei ein Strömungsbereich des zweiten Pfads wesentlich größer als ein Strömungsbereich des ersten Pfads ist; und einen in der AGR-Anlage angeschlossenen Differentialdrucksensor zum Messen eines Differentialdrucks über der Messblende mittels Druckmessbohrungen, die sich stromaufwärts und stromabwärts der Messblende befinden.
  10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung kreisförmig ist.
  11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Pfad zumindest teilweise den ersten Pfad umgibt.
  12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Pfad und der zweite Pfad in einem rohrförmigen Bereich der AGR-Anlage ausgebildet sind.
  13. System nach Anspruch 12, wobei der rohrförmige Bereich im Wesentlichen gerade ist.
  14. Verfahren zum Messen eines Abgasrückführungsstroms (AGR) in einem Motor, welches umfasst: Teilen eines AGR-Stroms in zwei abgetrennte Strömungen, die eine erste abgetrennte Strömung und eine zweite abgetrennte Strömung umfassen; Leiten der abgetrennten ersten Strömung durch eine Strömungsdrosselungszone, wobei die erste Strömung separat von der zweiten Strömung durch die Strömungsdrosselungszone tritt; Zusammenführen der ersten und zweiten abgetrennten Strömungen und Einleiten der zusammengeführten Strömungen in einen Zylinder des Motors, wo der AGR-Strom durch ein gemeinsames AGR-Ventil gesteuert wird und wobei die zweite abgetrennte Strömung einen größeren Massenstrom als die erste abgetrennte Strömung umfasst; und Korrelieren der ersten abgetrennten Strömung mit der zusammengeführten Strömung und Verstellen des AGR-Ventils als Reaktion darauf.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die abgetrennte erste Strömung mindestens teilweise von der abgetrennten zweiten Strömung umgeben ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 14, welches weiterhin das Messen der ersten abgetrennten Strömung umfasst, während sie von der zweiten abgetrennten Strömung getrennt ist.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, welches weiterhin das Verdichten des zusammengeführten AGR-Stroms umfasst.
  18. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselungszone eine Messblende mit einer ersten Druckmessbohrung stromaufwärts der Messblende und eine zweite Druckmessbohrung stromabwärts der Messblende umfasst.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, welches weiterhin das Leiten des zusammengeführten AGR-Stroms durch einen Kühler und einen Abgasoxidationskatalysator umfasst.
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