DE102010030796B4

DE102010030796B4 - AGR-Kühlerbypassstrategie

Info

Publication number: DE102010030796B4
Application number: DE102010030796.3A
Authority: DE
Inventors: Daniel Joseph Styles; Kevin Chen; David Curtis Ives; Frank M. Korpics; Norman Hiam Opolsky; Timothy Webb
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2010-07-01
Publication date: 2024-05-08
Anticipated expiration: 2030-07-02
Also published as: CN101988447A; US8047184B2; CN101988447B; DE102010030796A1; US20110023839A1

Abstract

Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors (10) mit einem AGR-System (50-56), das einen Kühler (52) und ein AGR-Kühlerbypassventil (58) enthält, das AGR-Fluss durch oder um den AGR-Kühler steuert, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
Ansteuern des AGR-Kühlerbypassventils (58) in eine Bypass-Stellung auf Grundlage darauf, dass mindestens ein Kraftstoffeinspritzventil (26) zur Bereitstellung von Nacheinspritzung angesteuert wird und dass eine Kühlmitteltemperatur (T_Kühlmittel) am Einlass des Kühlers (52) niedriger als ein Temperaturschwellwert (T_{sw, Kmt}) ist.

Description

HINTERGRUND
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft Abgasrückführungssysteme (AGR-Systeme) mit AGR-Kühlern und das Verhindern von Verunreinigung des AGR-Kühlers durch Vorbeiführen von Fluss um den AGR-Kühler herum.
2. Stand der Technik
Ein bekannter Lösungsansatz zur Verringerung der während der Verbrennung in einem Verbrennungsmotor erzeugten NOx-Menge besteht darin, der Frischluft Abgase zuzumischen, was gemeinhin als Abgasrückführung (AGR) bezeichnet wird. Bei Dieselmotoren können sehr hohe AGR-Grade toleriert werden. NOx wird weiter reduziert, wenn AGR-Gase in der AGR-Schleife gekühlt werden, da NOx-Bildung hoch temperaturempfindlich ist. Des Weiteren reduziert AGR-Kühlung erforderliche Aufladung, da die AGR-Gase dichter sind. Somit ist ein AGR-Kühler (oder Wärmetauscher) gemeinhin im AGR-Kanal angeordnet.
Es bilden sich Ablagerungen an den Innenflächen des AGR-Kühlers, die zunächst bewirken, dass der AGR-Kühler weniger effizient ist, und schließlich zu einer Verstopfung des AGR-Kühlers führen. Um dieses Problem anzugehen, sind AGR-Katalysatoren/-Filter im AGR-Kanal stromaufwärts des AGR-Kühlers vorgesehen worden. Bei einigen Systemen nach dem Stand der Technik wird ein Katalysator zur Oxidierung von unverbranntem Kraftstoff und einigen Feststoffen in den Abgasen eingesetzt. Bei anderen Systemen nach dem Stand der Technik wird ein Partikelfilter eingesetzt, um die Feststoffe aus den Abgasen zu entfernen. Das Erfordernis eines Katalysators und/oder Filters im AGR-Kanal ist mit zusätzlichen Kosten und zusätzlicher Systemkomplexität verbunden. Darüber hinaus gewährleisten AGR-Katalysatoren/-Filter eine Durchflussbegrenzung, die sich nachteilig auf den zur Verfügung stehenden AGR-Durchfluss auswirken kann.
Die Schrift US 2007/0012034 A1 beschreibt eine Partikelfilter-Regeneration, während der die Temperatur im Filter aufgrund exothermer Reaktion von vorne nach hinten ansteigt, sodass die hinteren Abschnitte leichter freigebrannt werden. Zum Freibrennen des vorderen Bereichs nach Abbrand der übrigen Abschnitte wird die Eintrittstemperatur des Filters weiter angehoben, wofür erstens das Einspritzmuster verändert und zweitens der AGR-Kühler umgangen wird, um eine Verbrennung der Nacheinspritzung sicherzustellen.
Die DE 10 2006 058 748 A1 beschreibt eine langsame Steigerung der Abgastemperatur für eine Partikelfilter-Regeneration, um eine kontrollierte Aufheizung des Filters zu erreichen. Hierzu wird eine Bypass-Klappe zur Steuerung der Einlasstemperatur genutzt.
Die Schrift JP 2006 - 233 947 A befasst sich mit einer Versottung eines AGR-Kühlers während eines Betriebs mit Nacheinspritzung. Während der Nacheinspritzung wird vom Kühler auf den Bypass umgeschaltet, um mit einem Oxidationskatalysator zu arbeiten.
Die US 2006/0137665 A1 beschreibt einen aufgeladenen Motor mit Hoch- und Niederdruck-AGR, wobei in beiden AGR-Pfaden eine Umschaltung zwischen AGR-Kühler und AGR-Oxidationskatalysator möglich ist.
Motorsteuerstrategien nach dem Stand der Technik können auch ein AGR-Kühlerbypassventil steuern, um einen AGR-Fluss teilweise oder vollständig um den AGR-Kühler herumzuleiten, wenn die Abgastemperatur unter einem Schwellwert liegt, um die Bildung von Wasserkondensation zu reduzieren oder beseitigen oder Ladungstemperaturen im Einlasskrümmer bei geringen Drehzahlen und Lasten auf einer gewünschten Höhe zu halten. Der Stand der Technik erkennt jedoch keine anderen Bedingungen, die zu einer beschleunigten Verunreinigung oder Verstopfung eines AGR-Kühlers führen, insbesondere die mit Kraftstoffkondensation in Verbindung stehen.
KURZE DARSTELLUNG
Es hat sich herausgestellt, dass bestimmte Motorbetriebsbedingungen überwiegend für Verunreinigung des AGR-Kühlers verantwortlich sind. Somit wird gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein Bypass zu dem AGR-Kühler bereitgestellt, und die AGR-Gase werden teilweise oder vollständig durch den Bypass geleitet, wenn die zu einer Verunreinigung des AGR-Kühlers führenden Motorbedingungen angetroffen werden.
Ein Vorteil gemäß der Offenbarung besteht darin, dass die AGR-Kühlerleistung aufrechterhalten werden kann, ohne einen Oxidationskatalysator und/oder einen Dieselpartikelfilter im AGR-Kanal vorzusehen.
Die zu einem schnellen Aufbau von Ablagerungen im AGR-Kühler führenden Motorbedingungen sind: Leerlauf, Übergang, Auslasssystemerwärmung, Dieselpartikelfilterregenerierung und andere Motorbetriebsbedingungen, wenn Nacheinspritzung verwendet wird und die AGR-Temperatur unter einer Temperaturschwelle liegt. Die vorliegende Offenbarung erkennt, dass diese Bedingungen allgemein damit, dass die Temperatur der AGR-Gase unter einer Kraftstoffkondensationsschwelle liegt, und mit einer höheren Konzentration von nicht oxidiertem oder teilweise oxidiertem Kraftstoff in den AGR-Gasen in Verbindung stehen. Es hat sich herausgestellt, dass der unverbrannte Kraftstoff einen Belag auf den AGR-Kühlerflächen bildet. Bei anschließendem Betrieb zieht dieser Belag Ruß an. Bei aufeinanderfolgenden Wiederholungen dieser Vorgänge bildet sich Schicht auf Schicht. Der Aufbau wird dadurch verhindert, dass vermieden wird, dass der hohe Grad an unverbranntem Kraftstoff in den AGR-Kühler eintritt, wenn die AGR-Gastemperatur geringer ist als die Kraftstoffkondensationstemperatur.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors, der ein Einlasssystem, ein Auslasssystem und ein AGR-System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält;
2 ist eine Seitenansicht eines Motors, die Kolben in Motorzylindern zeigt;
3 ist eine Zeitachse von Kraftstoffeinspritzereignissen; und
4 ist ein Flussdiagramm einer AGR-Bypasssteuerventilstrategie gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Für den Durchschnittsfachmann ist offensichtlich, dass verschiedene Merkmale der unter Bezugnahme auf irgendeine der Figuren dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt werden, um alternative Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich dargestellt oder beschrieben werden. Die Kombinationen von dargestellten Merkmalen liefern Ausführungsbeispiele für typische Anwendungen. Es können jedoch verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die den Lehren der vorliegenden Offenbarung entsprechen, für bestimmte Anwendungen oder Implementierungen erwünscht sein. Die in den Darstellungen verwendeten Ausführungsbeispiele betreffen allgemein Konfigurationen für Nachbehandlungs- und AGR-Systeme für einen Dieselmotor mit Turbolader. Der Durchschnittsfachmann erkennt vielleicht ähnliche Anwendungen oder Implementierungen, die der vorliegenden Offenbarung entsprechen, zum Beispiel welche, bei denen Komponenten in einer etwas anderen Reihenfolge als bei den Ausführungsformen in den Figuren gezeigt angeordnet sind. Der Durchschnittsfachmann erkennt, dass die Lehren der vorliegenden Offenbarung auf andere Anwendungen oder Implementierungen angewandt werden können.
In 1 wird ein Verbrennungsmotor 10 gezeigt, der einen Einlasskrümmer 20 und einen Auslasskrümmer 22 aufweist. Die Motorzylinder 24 weisen ein Kraftstoffeinspritzventil 26 auf, das Kraftstoff direkt in die Motorzylinder 24 spritzt. Ein Drosselventil 28 ist im Motoreinlass stromaufwärts eines Verdichters 30 des Turboladers 31 vorgesehen, der eine Welle 32 aufweist, die auch mit der Turbine 33 im Motorauslass gekoppelt ist. Der Verdichter 30, die Turbine 33 und die Welle 32 sind in der Regel zusammen untergebracht, werden hier aber der Übersichtlichkeit halber getrennt gezeigt. Die von der Turbine 33 abgezogene Arbeit wird über die Welle 32 übertragen, um den Verdichter 30 anzutreiben.
Auf der Auslassseite des Motors 10 werden Abgase in ein AGR-System abgesaugt. Ein AGR-Kanal 50 leitet Abgase zu dem AGR-Ventil 51. Die Abgase werden dem AGR-Kühler 52 zugeführt und dann durch einen anderen Teil des AGR-Kanals 53 zu dem Motoreinlass geleitet. Die Flussmenge wird durch das AGR-Ventil 51 gesteuert. Der AGR-Kühler 52 weist einen Hochtemperaturkühlmittelkreislauf 54 auf, in dem ein Fluid, zum Beispiel Motorkühlmittel, durch einen Weg im AGR-Kühler 52 zirkuliert wird. Bei einigen Ausführungsformen wird für den AGR-Kühler 52 auch ein Niedertemperaturkühlmittelkreislauf 55 bereitgestellt. Des Weiteren wird ein AGR-Bypasskanal 56 bereitgestellt, der, wie dargestellt, bezüglich des Kühlers 52 außerhalb positioniert sein kann, oder in dem Kühlergehäuse integriert sein kann, um den Kühlerkern zu umgehen. Ein AGR-Bypassventil 58 ist an der Verbindungsstelle des AGR-Bypasskanals 56 und des AGR-Kühlers 52 platziert. In 1 wird das AGR-Bypassventil (bzw AGR- Kühlerbypassventil) 58 als Klappenventil gezeigt, dass Fluss zum AGR-Kühler 52 sperrt. Als Alternative dazu kann das AGR-Bypassventil 58 durch ein proportional gesteuertes Ventil zur Umleitungssteuerung des relativen Anteils oder der relativen Menge von Abgasen, die durch den Bypass-Kanal 56 und AGR-Kühler 52 geleitet werden, implementiert werden. Bei beiden Implementierungen kann das AGR-Bypassventil 58 gedreht werden, um Fluss durch den AGR-Bypasskanal 56 zu sperren. Bei einer Alternative wird ein AGR-Bypassventil im AGR-Bypasskanal 56 angeordnet. Wenn es geöffnet ist, strömt der Fluss vorzugsweise durch den AGR-Bypasskanal 56, da der AGR-Kühler 52 einen höheren Druckabfall hat. Bei noch einer anderen Alternative wird ein AGR-Bypassventil in der Nähe eines Ausgangs des AGR-Kühlers 52 angeordnet, wobei das Ventil entweder den Ausgang des AGR-Kühlers 52 oder den AGR-Bypasskanal 56 sperrt. Bei einigen alternativen Ausführungsformen wird nur ein Wärmeaustauschfluid für den AGR-Kühler 52 zur Verfügung gestellt. Bei einer anderen alternativen Ausführungsform kann der AGR-Bypassdurchgang vollständig von dem AGR-Kühler entfernt werden und ein getrenntes AGR-Dosierventil ähnlich wie 51 enthalten. In 1 wird ein Vierzylinder-Reihenmotor dargestellt. Die Offenbarung bezieht sich jedoch auch auf Motoren mit: mehreren Reihen in einer V-Konfiguration, verschiedenen Anzahlen von Zylindern, mehreren Turboladern usw.
Die Abgasnachbehandlungskomponenten sind allgemein stromabwärts der Turbine 33 platziert. Diese können einen Diesel-Oxidationskatalysator (DOC - diesel oxidation catalyst) 60, einen Katalysator für selektive katalytische Reduktion (SCR - selective reduction catalyst) und einen Dieselpartikelfilter (DPF) 64 umfassen. Die Reihenfolge der in 1 gezeigten Abgasnachbehandlungskomponenten wird als ein Beispiel gezeigt und soll nicht einschränkend sein.
Die Leistung des AGR-Kühlers 52 hängt von den Flächen ab, die relativ frei von Ablagerungen bleiben. Wenn Ablagerungen Innenflächen verunreinigen, wird der Wirkungsgrad des Wärmetauschers beeinträchtigt. Wenn die Bildung von Ablagerungen ungehindert weitergeht, wird der AGR-Kühler 52 verstopft.
Wie die vorliegende Offenbarung erkennt, tragen bestimmte Betriebsbedingungen unverhältnismäßig zu einer Verunreinigung und/oder Verstopfung des AGR-Kühlers 52 bei. Ein Verringern oder Beseitigen von Fluss durch den AGR-Kühler 52 unter diesen Betriebsbedingungen sollte Verunreinigung und/oder Verstopfung reduzieren, um die Lebensdauer zu verlängern und einen wirksamen Betrieb des AGR-Kühlers 52 aufrechtzuerhalten. Die vorliegende Offenbarung erkennt, dass dies durch Schließen des AGR-Ventils 51 erreicht werden könnte. Dies kann sich jedoch nachteilig auf NOx-Feedgasemissionen auswirken. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird unter Bedingungen, die zu einer Verunreinigung oder zu einem Verstopfen des AGR-Kühlers 52 führen würden, das AGR-Bypassventil 58 in eine Stellung angesteuert, um mindestens einen AGR-Teil um den AGR-Kühler 52 herum umzuleiten, um durch den Bypass-Kanal 56 zu dem Motoreinlass zu strömen. Somit wird der sich durch den Bypass-Kanal 56 bewegende AGR-Teil aufgrund der Umgehung des Kühlers 52 nicht gekühlt. Wenn sich die Betriebsbedingungen des Motors 10 von solchen Verunreinigungs-/Verstopfungs-Bedingungen ändern, wird das AGR-Bypassventil 58 dahingehend angesteuert, Fluss zum AGR-Bypasskanal 56 zu reduzieren oder zu beseitigen, wodurch mehr Fluss oder sämtlicher Fluss durch den AGR-Kühler 52 gestattet wird.
Wie für den Durchschnittsfachmann allgemein ersichtlich, wird der DPF 64 in einem Sammelmodus betrieben, in dem Feststoffe (Ruß) aus Abgasen herausgefiltert werden. Nach dem Sammeln einer bestimmten Menge von Feststoffen wird der DPF 64 durch Erhöhen der Temperatur von Abgas in den DPF 64 über die Zündtemperatur der Feststoffe regeneriert. Die Regenerierung kann dadurch eingeleitet werden, dass die Einspritzventile 26 Kraftstoff in Zylinder 24 nacheinspritzen, um dem DOC 60 ein Gemisch aus unverbranntem Kraftstoff und Abgas zuzuführen, das oxidiert werden soll, um die Abgastemperatur zum DPF 64 zu erhöhen.
In 2 wird ein Motorblock 82 gezeigt, der vier darin ausgebildete Zylinder 84 aufweist. Die Kolben 86 bewegen sich im Zylinder 84 hin und her. Die Einspritzzeitpunkteinstellungen, wie unter Bezugnahme auf 3 beschrieben werden wird, werden hinsichtlich Kurbelwellengrade auf herkömmliche Weise beschrieben, die die Stellung des Kolbens in einem bestimmten Zylinder in Beziehung setzt, wenn Kraftstoff in den bestimmten Zylinder eingespritzt wird
Beispielhafte Einspritzzeitpunkteinstellungen werden in 3 gezeigt. Eine oder mehrere Nacheinspritzungen können neben der Voreinspritzung 90 und Haupteinspritzung 92 vorgesehen werden. In der Regel werden sowohl eine nahe Nacheinspritzung 94 und eine ferne Nacheinspritzung 96 vorgesehen, um die Regenerierung des DPF 64 einzuleiten und aufrechtzuerhalten. Die nahe Nacheinspritzung 94 beginnt, das heißt der Einspritzstart liegt, schon bei 20 Grad nach dem oberen Totpunkt (NoT), aber in der Regel häufiger bei 30 Grad NoT. Die ferne Nacheinspritzung 96 beginnt in der Regel nach 90 Grad NoT. Während der fernen Nacheinspritzung 96 eingespritzter Kraftstoff ist meistens nicht oxidiert und tritt unverbrannt in das Auslasssystem ein. Der Kraftstoff wird im DOC oxidiert, um die Abgastemperatur auf die Höhe zu erhöhen, die zur Oxidation der kohlenstoffhaltigen Feststoffe erforderlich ist.
Kraftstoff oder insbesondere oxidierter Kraftstoff, der dem Auslasssystem während der Nacheinspritzung zugeführt wird, kann im AGR-Kühler 52 oxidieren, wenn die Temperatur im AGR-System unter einer Temperaturschwelle liegt. Bei einer Ausführungsform, wenn die Abgastemperatur am AGR-Ventil 51 über einer Einlasstemperaturschwelle liegt, was zum Beispiel am AGR-Ventil 51 ermittelt wird, und die Abgastemperatur am Auslass des AGR-Kühlers über einer Abgastemperaturschwelle liegt, kondensiert der Kraftstoff nicht. Die AGR-Temperatur stromaufwärts des AGR-Kühlers 52 kann für eine andere Stelle als am AGR-Ventil 51 geschätzt werden. Als Alternative dazu kann die Temperatur auch an beliebiger Stelle stromaufwärts des AGR-Kühlers 52 verwendet werden.
Selbst bei Nacheinspritzung 9 und durch den AGR-Kühler 52 strömender AGR bilden sich keine Ablagerungen im AGR-Kühler 52. Unter der Bedingung der Nacheinspritzung und einer Temperatur am AGR-Ventil 51, die niedriger ist als die Einlasstemperaturschwelle, und einer Temperatur am Auslass des AGR-Kühlers 52, die niedriger ist als die Auslasstemperaturschwelle, kann der AGR-Kühler 52 verunreinigt werden. In solch einer Situation wird das Bypass-Ventil 58 in eine Bypass-Stellung angesteuert, in der mindestens ein Teil der Gase um den AGR-Kühler 52 herum umgeleitet werden, so dass nacheingespritzten Kraftstoff enthaltende AGR-Gase nicht in den AGR-Kühler 52 eintreten. Wie hier verwendet, bezieht sich Nacheinspritzung auf eine Kraftstoffeinspritzung, die nach der Haupteinspritzung erfolgt, welche nahe dem oberen Totpunkt zwischen dem Verdichtungs- und dem Verbrennungstakt eingeleitet wird.

Des Weiteren erkennt die vorliegende Offenbarung, dass der AGR-Kühler 52 auch bei Betriebsbedingungen von Motorleerlauf, Übergang, DPF-Regenerierung und Auslasssystemerwärmung, bei denen es eine höhere Konzentration von unverbranntem Kraftstoff gibt und die Abgastemperaturen niedrig sind, verunreinigt oder verstopft werden kann. Motorleerlauf und Motorübergang sind Bedingungen mit sehr geringem mittlerem Arbeitsdruck (MAD) und Motordrehzahl nahe dem Minimum. MAD, ein dem Fachmann bekannter Motorparameter, ist proportional zum Motordrehmoment, wird aber durch Motorhubraum normalisiert. Übergangsbedingungen sind jene mit einer Drehzahl von weniger als 1200 und einem MAD von ca. 1,0 bar über dem Motorleerlauf (MAD ca. 1,2 bar). Auslasssystemerwärmung folgt Kaltstart des Motors. Nacheingespritzter Kraftstoff oxidiert in einem Dieseloxidationskatalysator, um im Abgasnachbehandlungssystem eine exotherme Reaktion zu verursachen. Das AGR-Bypassventil 58 wird als Reaktion auf Leerlaufbedingungen und während Auslasssystemerwärmung, wenn die Temperatur im AGR-System geringer als Schwelltemperaturen ist, angesteuert, Fluss durch den AGR-Kühler 52 zu begrenzen oder zu drosseln. Die folgende Tabelle zeigt, dass die Schwelltemperaturen für jeden Betriebszustand ausgewählt werden können. Es wird erkannt, dass im DPF-Regenerierungsbetriebsmodus die Menge an nacheingespritztem Kraftstoff groß ist, was zu einer größeren Kohlenwasserstoffkonzentration im AGR-Strom führen kann. Des Weiteren wird die Kohlenwasserstoffspeziesverteilung durch die Zeitpunkteinstellung der Nacheinspritzung beeinflusst. Die Konzentration von Kohlenwasserstoffen in den AGR-Gasen und die Speziesverteilung wirken sich auf das Ausmaß der Kraftstoffkondensation im AGR-Kühler 52 aus. Somit hängt die Temperaturschwelle, bei der Umgehung angesteuert wird, von der Betriebsbedingung ab. Die nachfolgende Tabelle ist einfach ein Beispiel für die Einstellung der Schwellwerte und ist nur zur Veranschaulichung und nicht als Einschränkung vorgesehen. Zum Beispiel sollten in der nachfolgenden Tabelle die Bedingungen, unter denen ein Test zur Bestimmung, ob der AGR-Kühler 52 umgangen werden sollte, durchgeführt wird, wie folgt sein: Leerlauf und Übergang, Auslasssystemerwärmung und DPF-Regenerierung bei sowohl Nah- als auch Fernnacheinspritzung.

Betriebsbedingung, die potentiell zu Verunreinigung führt	AGR-Gaseinlasstemperaturschwelle (bei AGR-Ventil)	AGR-Gasauslasstemperaturschwelle (bei AGR-Kühlerauslass)	AGR-Niedrigtemperaturkühlmittelauslassschwelle
Leerlauf und Übergang	175 Grad C	75 Grad C	50 Grad C
Auslasssystem-	200 Grad C	80 Grad C	55 Grad C
erwärmung (nahe Nacheinspritzung)
DPF-Regenerierung (nahe Nacheinspritzung)	200 Grad C	80 Grad C	55 Grad C
DPF-Regenerierung (ferne Nacheinspritzung)	220 Grad C	100 Grad C	65 Grad C

In der obigen Tabelle sind drei Schwelltemperaturen aufgeführt. Spalte 2 zeigt die AGR-Gaseinlasstemperaturschwelle. Diese ist die gemessene oder geschätzte AGR-Gastemperatur im AGR-Kanal stromaufwärts des AGR-Kühlers 52. Sie kann am AGR-Ventil 51 oder an anderer Stelle bestimmt werden. Eine andere Temperaturschwelle ist die AGR-Gasauslasstemperaturschwelle, die eine Ermittlung der den Auslass des AGR-Kühlers 52 verlassenden AGR-Gastemperatur ist. Eine andere Temperaturschwelle ist die AGR-Niedertemperaturkühlmittelauslassschwelle. Bei einer Ausführungsform ist der AGR-Kühler 52 mit einem Kreislauf für Hochtemperaturkühlmittel und einem Kreislauf für Niedertemperaturkühlmittel versehen. Das Niedertemperaturkühlmittel korreliert gut mit der AGR-Gasauslasstemperatur. Somit kann dieser Schwellwert (AGR-Niedertemperaturkühlmittelauslass) statt der AGR-Gasauslasstemperaturschwelle oder zusätzlich dazu verwendet werden. Wie oben beschrieben, wird die AGR-Niedertemperaturkühlmittelauslassschwelle am Niedertemperaturkühlmittelauslass geschätzt, kann aber als Alternative dazu auch am Einlass ermittelt werden, da sich die Temperatur des Niedertemperaturkühlmittels im Kühler aufgrund seiner Wärmekapazität nicht wesentlich ändert.
Die Schwelltemperaturen in der oben stehenden Tabelle sind Beispieltemperaturen. Tatsächliche Schwelltemperaturen können in Abhängigkeit von der besonderen Anwendung, dem Motor-/AGR-Kühlerlayout usw. von diesen Werten abweichen.
Des Weiteren sind die Schwelltemperaturen in der Tabelle für ein Szenarium, in dem die Höhe der unverbrannten Kohlenwasserstoffe ca. 1000 ppm beträgt (auf Grundlage von C1-Kohlenwasserstoffen). Wenn die Höhe der Kohlenwasserstoffe deutlich geringer ist als die 1000 ppm, können die Temperaturschwellen niedriger sein als die Temperaturen in der Tabelle. Die Menge an Kohlenwasserstoffen im Abgasstrom kann durch Modellierung, Messung oder eine Kombination der beiden geschätzt werden. Als Alternative dazu können die Kohlenwasserstoffe aus einer Nachschlagetabelle bestimmt werden. Ein anderer Faktor, der sich auf die Schwelltemperatur aufwirkt, ist die Kohlenwasserstoffspezies im Abgasstrom. Hochmolekulare Kohlenwasserstoffe kondensieren bei höheren Temperaturen als niedermolekulare Kohlenwasserstoffe. Später eingespritzter Kraftstoff hat weniger Zeit zu reagieren. Somit neigen unverbrannte Kohlenwasserstoffe aus solch einem später eingespritzten Kraftstoff dazu, hochmolekularer zu sein als jene aus einer früheren Einspritzung.
4 zeigt den Ablauf eines Systems oder eines Verfahrens zum Steuern von AGR-Fluss gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wie für den Durchschnittsfachmann offensichtlich, können verschiedene Funktionen, die durch die Blöcke von 4 dargestellt werden, durch Software und/oder Hardware unter direkter oder indirekter Steuerung der ECU 80 (1) durchgeführt werden. Im Allgemeinen sind Anweisungen in rechnerlesbaren Medien in der ECU 80 gespeichert und werden von einem Mikroprozessor ausgeführt, um das dargestellte Verfahren zum Betrieb des Systems durchzuführen. In Abhängigkeit von der besonderen Verarbeitungsstrategie, wie zum Beispiel ereignisgesteuert, interruptgesteuert usw., können die verschiedenen Funktionen in einer anderen Reihenfolge oder Sequenz als in den Figuren dargestellt durchgeführt werden. Ebenso können ein(e) oder mehrere Schritte oder Funktionen wiederholt durchgeführt oder weggelassen werden, obgleich dies nicht ausdrücklich dargestellt wird. Bei einer Ausführungsform werden die dargestellten Funktionen in erster Line durch Software, Anweisungen oder durch einen in einem rechnerlesbaren Speichermedium gespeicherten Code, der durch einen auf einem Mikroprozessor basierenden Rechner oder eine solche Steuerung, wie zum Beispiel durch die ECU 80 dargestellt, ausgeführt wird, implementiert, um den Betrieb des AGR-Systems eines Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Offenbarung zu steuern.
Das System oder das Verfahren beginnt mit der Ermittlung bei 100 in 4, ob AGR-Gase durch den AGR-Kühler 52 fließen sollten. Als erstes wird bei 102 ermittelt, ob eine Nacheinspritzung vorliegt. Ist dies der Fall, geht die Steuerung zu 104 über, um die AGR-Gastemperatur sowohl am Einlass als auch am Auslass des AGR-Kühlers 52 zu ermitteln, T_AGR,ein und T_AGR,aus. Die Temperaturen werden durch Messen, Modellierung oder eine Kombination ermittelt. Wie hier beschrieben, wird die AGR-Einlasstemperatur am AGR-Ventil ermittelt. Die AGR-Einlasstemperatur kann an anderen Stellen ermittelt werden. Wenn eine der AGR-Temperaturen an einer anderen Stelle im AGR-System ermittelt wird, dann wird die Temperaturschwelle, bei der bestimmt wird, dass Kraftstoffkondensation ein Problem verursacht, ordnungsgemäß eingestellt. Wie oben besprochen, können die Schwelltemperaturen, die bestimmungsgemäß ein Problem verursachen, T_sw,ein und T_sw,aus, von Betriebsbedingungen abhängig sein. Somit wird bei 106 der für die vorliegende Betriebsbedingung geeignete Schwellwert auf Grundlage der Betriebsbedingung ausgewählt. Weiter auf 4 Bezug nehmend, geht die Steuerung dann zu 108 über, um zu ermitteln, ob die AGR-Einlasstemperatur oder die AGR-Auslasstemperatur oder die Kühlmitteltemperatur (T_Kühlmittel) am AGR-Kühler niedriger ist als ihre entsprechenden Schwellwerte T_sw,ein, T_sw,aus bzw. T_sw,Kmt. Die Verknüpfung in 108 ist boolesch ODER, so dass, falls irgendeine ein positives Ergebnis ergibt, die Steuerung zu 110 übergeht, wo das Bypass-Ventil 58 in die Bypass-Stellung angesteuert wird. Wenn jedoch alle Tests in 108 ein negatives Ergebnis ergeben, dann geht die Steuerung zu 114 über, um das Bypass-Ventil 58 in die Kühlerstellung anzusteuern, so dass der AGR-Fluss nicht durch den AGR-Kühler 52 fließt. In 108 werden drei Tests gezeigt. Als Alternative dazu kann in 106 eine beliebige Kombination von Vergleichen (zum Beispiel Verwenden von nur einem oder zwei der Tests) der drei Isttemperaturen mit ihren jeweiligen Schwelltemperaturen verwendet werden, um zu ermitteln, ob Kraftstoffkondensation im AGR-Kühler 52 wahrscheinlich auftritt und umgangen werden sollte.
In 102 von 4 geht die Steuerung, wenn keine Nacheinspritzung vorliegt, zu 112 über, wo ermittelt wird, ob die vorliegende Betriebsbedingung ein MAD/Drehzahlbereich ist, der eine Leerlaufbedingung oder Übergangsbedingung anzeigt. Ist dies der Fall, geht die Steuerung zu 104 über, um zu ermitteln, ob die Einlass- und Auslasstemperaturen kühler sind als jene, bei denen Kraftstoffkondensation zu Ablagerungen führen kann. Ergibt 114 ein negatives Ergebnis, geht die Steuerung zu 114 über, wo das Bypass-Ventil 58 in die Kühlerstellung angesteuert wird, was bedeutet, dass der Fluss durch den AGR-Kühler 52 geleitet wird. Von sowohl 110 als auch 114 geht die Steuerung zu 102 über, um zu ermitteln, ob derzeit Nacheinspritzung vorliegt. Die Reihenfolge der Ermittlung, ob Nacheinspritzung vorliegt 102 und ob der Motor unter Leerlaufbedingungen läuft 102, kann in einer anderen Reihenfolge als der in 4 gezeigten durchgeführt werden.
Durch Überwachung der Betriebsbedingungen und die Erkennung von Bedingungen, die zu beschleunigter Verunreinigung und/oder Verstopfung des AGR-Kühlers führen, leiten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter diesen Bedingungen somit gezielt mindestens einen Teil des AGR-Flusses um den AGR-Kühler (oder Kühlerkern) herum, um Verunreinigung/Verstopfen zu vermeiden. Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung halten AGR-Kühlerleistung aufrecht, ohne einen Oxidationskatalysator und/oder einen Dieselpartikelfilter im AGR-Kanal vorzusehen.
Obgleich die beste Durchführungsweise ausführlich beschrieben worden ist, erkennt der Fachmann verschiedene alternative Auslegungen und Ausführungsformen im Schutzbereich der folgenden Ansprüche. Zum Beispiel ist die in 4 dargestellte Routine nur ein Beispiel, um eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zu erreichen. Des Weiteren beschreibt die vorliegende Offenbarung mehrere Motorbedingungen, die zu einer Verunreinigung eines AGR-Kühlers führen. Das Bypass-Ventil kann für beliebige Motorbedingungen geschlossen werden, die zur Bildung von Ablagerungen im AGR-Kühler führen, die zusätzliche Bedingungen zu den hier beschriebenen umfassen können. Es wurden zwar eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung als Vorteile bietend oder bevorzugt gegenüber anderen Ausführungsformen und/oder dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer Eigenschaften beschrieben, jedoch liegt für einen Fachmann auf der Hand, dass zwischen verschiedenen Merkmalen Kompromisse geschlossen werden können, um die gewünschten Systemmerkmale zu erreichen, was von der besonderen Anwendung und Implementierung abhängig ist. Zu diesen Merkmalen gehören unter anderem: Kosten, Festigkeit, Langlebigkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Packaging, Größe, Wartungsfreundlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Leichtigkeit der Montage usw. Ausführungsformen, die bezüglich einer oder mehrerer Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen nach dem Stand der Technik beschrieben werden, liegen nicht außerhalb des beanspruchten Schutzbereichs der Offenbarung.
Ein erfindungsgemäßes Vebrennungsmotorsystem umfasst Folgendes:

einen Motor mit einem Einlass und einem Auslass;
ein AGR-System, enthaltend:
- einen AGR-Kanal, der zwischen dem Einlass und dem Auslass gekoppelt ist;
- ein AGR-Ventil, das im AGR-Kühler angeordnet ist;
- einen AGR-Kühler, der im AGR-Kanal angeordnet ist;
- einen AGR-Bypasskanal, der parallel zu dem AGR-Kühler angeordnet ist, wobei der AGR-Bypasskanal an einem stromaufwärtigen Ende des AGR-Kühlers und an einem stromabwärtigen Ende des AGR-Kühlers mit dem AGR-Kanal gekoppelt ist; und
- ein AGR-Bypassventil, das entweder an der stromaufwärtigen Kopplung des AGR-Bypasskanals mit dem AGR-Kühler oder an der stromabwärtigen Kopplung des AGR-Bypasskanals mit dem AGR-Kühler in dem AGR-Bypasskanal angeordnet ist; und
eine elektronische Steuereinheit, die elektronisch mit dem Motor, dem AGR-Ventil und dem AGR-Bypassventil gekoppelt ist, wobei das AGR-Bypassventil zwei Stellungen hat: eine Bypass-Stellung, in der das AGR-Bypassventil im Wesentlichen sämtlichen Fluss durch den AGR-Kühler sperrt, und eine Kühlerstellung, in der das AGR-Bypassventil im Wesentlichen sämtlichen Fluss durch den AGR-Bypasskanal sperrt, wobei die elektronische Steuereinheit das AGR-Bypassventil in die Bypass-Stellung ansteuert, wenn die Motorbetriebsbedingungen entweder Leerlauf oder Übergang oder Nacheinspritzung sind, und das AGR-Bypassventil ansonsten in die Kühlerstellung ansteuert.

Bevorzugt umfasst das Verbrennungsmotorsystem weiterhin Kraftstoffeinspritzventile, die mit Motorzylindern gekoppelt sind, wobei die elektronische Steuereinheit Leerlauf und Übergang auf Grundlage darauf, dass der Motor-MAD unter einer MAD-Schwelle liegt, bestimmt.
Bei einer weiter bevorzugten Ausführung des Verbrennungsmotorsystems ist die Nacheinspritzung ein Einspritzereignis, dass später als 20 Grad nach dem oberen Totpunkt beginnt.
Ferner kann das Ansteuern des AGR-Bypassventils in die Bypass-Stellung weiterhin darauf basieren, dass eine AGR-Gaseinlasstemperatur unter einer AGR-Gaseinlasstemperaturschwelle liegt und eine AGR-Gasauslasstemperatur unter einer AGR-Gasauslasstemperaturschwelle liegt.
Dabei kann insbesondere die AGR-Gaseinlasstemperaturschwelle und die AGR-Gasauslasstemperaturschwelle auf einer Motorbetriebsbedingung basieren.
Weiterhin kann das Ansteuern des AGR-Bypassventils in die Bypass-Stellung darauf basieren, dass eine AGR-Niedertemperaturkühlmitteltemperatur unter einer AGR-Niedertemperaturkühlmitteltemperaturschwelle liegt.
Zeichenerklärung
1

31: Verdichter
20: Einlasskrümmer
22: Auslasskrümmer
52: AGR-Kühler
33: Turbine

Claims

Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors (10) mit einem AGR-System (50-56), das einen Kühler (52) und ein AGR-Kühlerbypassventil (58) enthält, das AGR-Fluss durch oder um den AGR-Kühler steuert, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Ansteuern des AGR-Kühlerbypassventils (58) in eine Bypass-Stellung auf Grundlage darauf, dass mindestens ein Kraftstoffeinspritzventil (26) zur Bereitstellung von Nacheinspritzung angesteuert wird und dass eine Kühlmitteltemperatur (T_Kühlmittel) am Einlass des Kühlers (52) niedriger als ein Temperaturschwellwert (T_{sw, Kmt}) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das AGR-Bypassventil (58) zwei Stellungen hat: eine Kühlerstellung, die Fluss zu einem AGR-Bypasskanal (56) im Wesentlichen sperrt und Fluss durch den AGR-Kühler (52) gestattet; und die Bypass-Stellung, die Fluss zum AGR-Kühler im Wesentlichen sperrt und Fluss durch den AGR-Bypasskanal (56) gestattet.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin umfasst: Ermitteln einer AGR-Gaseinlasstemperatur, wobei das Ansteuern des AGR-Kühlerbypassventils (58) in eine Bypass-Stellung weiterhin darauf basiert, dass die AGR-Gaseinlasstemperatur unter einer entsprechenden AGR-Gaseinlasstemperaturschwelle liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin umfasst: Ermitteln einer AGR-Gasauslasstemperatur, wobei das Ansteuern des AGR-Kühlerbypassventils (58) in eine Bypass-Stellung weiterhin darauf basiert, dass die AGR-Gasauslasstemperatur unter einer entsprechenden AGR-Gasauslasstemperaturschwelle liegt.
Verfahren nach Anspruch 3, das weiterhin umfasst: Ermitteln einer AGR-Gasauslasstemperatur; Ansteuern des AGR-Kühlerbypassventils (58) in die Kühlerstellung, wenn die AGR-Gaseinlasstemperatur größer ist als die entsprechende AGR-Gaseinlasstemperaturschwelle und die AGR-Gasauslasstemperatur größer ist als eine entsprechende AGR-Gasauslasstemperaturschwelle.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die AGR-Gaseinlasstemperaturschwelle und die AGR-Gasauslasstemperaturschwelle auf Motorbetriebsbedingungen basieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Motor(10) Kolben (86) aufweist, die sich in Motorzylindern (24) hin und her bewegen, und die Nacheinspritzung (94, 96) eine Einspritzung ist, die später als 20 Grad nach dem oberen Totpunkt im Verbrennungstakt des Kolbens beginnt.
Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors mit einem AGR-System, das einen AGR-Kühler (52) und ein AGR-Kühlerbypassventil (58) enthält, das in einem AGR-Kühlerbypasskanal (50, 53, 56) angeordnet ist, wobei der Motor des Weiteren einen Partikelfilter (64) enthält, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Ansteuern des AGR-Bypassventils in eine Bypass-Stellung während der Partikelfilterregenerierung in Abhängigkeit davon, dass eine Kühlmitteltemperatur (T_Kühlmittel) am Einlass des AGR-Kühlers (52) niedriger als ein Temperaturschwellwert (T_{sw, Kmt}) ist, wobei die Bypass-Stellung mindestens einen Teil des Flusses durch den AGR-Bypasskanal und um den AGR-Kühler herum umleitet.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Ansteuern weiterhin darauf basiert, dass eine AGR-Gaseinlasstemperatur unter einer AGR-Gaseinlasstemperaturschwelle liegt, wobei die AGR-Gaseinlasstemperatur an einer Stelle im AGR-System stromaufwärts des AGR-Kühlers ermittelt wird.