DE102011056460A1 - Niederdruck-abgasrückführungs(egr)-system und verfahren zur prüfung von wirkungsgrad von niederdruck-egr-kühler - Google Patents

Niederdruck-abgasrückführungs(egr)-system und verfahren zur prüfung von wirkungsgrad von niederdruck-egr-kühler Download PDF

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Abstract

Ein Verfahren für ein Niederdruck-EGR-System (100) zur Diagnose eines Wirkungsgrads eines Niederdruck-Abgasrückführungs(EGR)-Kühlers (160) weist die Schritte auf: Messen einer Drehzahl und einer Last s einer Differenz zwischen einer Modell-Temperatur und einer detektierten Temperatur stromabwärts des Niederdruck-EGR-Kühlers (160) gemäß der Drehzahl und der Last des Motors (400); Messen einer Druckdifferenz zwischen einer Anströmseite und einer Abströmseite eines Niederdruck-EGR-Ventils (130); Berechnen eines Massenstroms eines Abgases, das durch den Niederdruck-EGR-Kühler (160) hindurchgeht, basierend auf der gemessenen Druckdifferenz; Berechnen des Wirkungsgrads des Niederdruck-EGR-Kühlers (160) basierend auf dem gemessenen Massenstrom; Berechnen der Modell-Temperatur stromabwärts des Niederdruck-EGR-Kühlers (160) basierend auf dem berechneten Wirkungsgrad; und Vergleichen der Modell-Temperatur stromabwärts des Niederdruck-EGR-Kühlers (160) mit der detektierten Temperatur stromabwärts des Niederdruck-EGR-Kühlers (160). Es wird auch ein Niederdruck-EGR-System (100) offenbart.

Description

  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung mit der Nummer 10-2011-0057019 , eingereicht am 13. Juni 2011 beim Koreanischen Amt für geistiges Eigentum, deren gesamter Inhalt für alle Zwecke durch diese Bezugnahme hierin einbezogen ist.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines Wirkungsgrads eines Niederdruck-Abgasrückführungs(im Folgenden: „EGR”)-Systems und eines Niederdruck-EGR-Kühlers. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Temperaturberechnungsverfahren für einen Niederdruck-EGR-Kühler eines Niederdruck-EGR-Systems und ein Verfahren zur Diagnose eines Wirkungsgrads eines Niederdruck-EGR-Kühlers, das ein Niederdruck-EGR-Ventil-Modell und ein Niederdruck-EGR-Kühler-Modell verwendet.
  • Im Allgemeinen sind die meisten Dieselmotoren mit einem Abgasrückführungs(EGR)-System versehen, um Abgasvorschriften zu erfüllen.
  • Das Abgasrückführungssystem führt einen Teil des Abgases, das vom Motor, d. h. dem Verbrennungsmotor, ausströmt, zu einer Ansaugleitung zurück, um die Verbrennungstemperatur des Motors und die erzeugte Menge an NOx (Stickoxide) zu reduzieren.
  • Die Eliminierung von NOx ist gemäß den Abgasvorschriften in der EU und in Nordamerika zu einem wichtigen Faktor geworden, und ein Niederdruck-EGR-System sowie ein Hochdruck-EGR-System werden verwendet, um die Temperatur und die Durchflussrate des zurückgeführten Abgases zu steuern bzw. zu regeln.
  • Insbesondere ist neuerdings ein EGR-Kühler eingesetzt worden, um die Abgasvorschriften für die Dieselmotoren zu erfüllen. Da der EGR-Kühler das Abgas kühlt, können allerdings Rauch (bzw. Ruß) oder Partikel (PM) die innere Passage des EGR-Kühlers blockieren. In einem solchen Fall verschlechtert sich der Wirkungsgrad des EGR-Kühlers.
  • Wenn sich der Wirkungsgrad des EGR-Kühlers verschlechtert, wird das Abgas nicht normal gekühlt, und es ist schwierig, dem Anschein nach festzustellen, ob der EGR-Kühler blockiert ist oder nicht, und daher ist es notwendig, ein Modell oder ein Verfahren zu entwickeln, um den Wirkungsgrad des Kühlers vorherzusagen. Insbesondere ist es notwendig, den Wirkungsgrad des EGR-Kühlers zu überprüfen, ohne den EGR-Kühler auseinanderzubauen.
  • Die hier im Zusammenhang mit dem allgemeinen Hintergrund der Erfindung offenbarten Informationen sollen lediglich dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung dienen und sollen nicht als eine Anerkennung oder irgendeine Form von Hinweis verstanden werden, dass diese Informationen einen dem Fachmann bereits bekannten Stand der Technik darstellen.
  • Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung sind darauf gerichtet, ein Verfahren bereitzustellen, das die Vorteile einer Diagnose eines Wirkungsgrads eines Niederdruck-EGR-Kühlers mittels eines Niederdruck-EGR-Ventil-Modells und eines Niederdruck-EGR-Kühler-Modells in einem Niederdruck-EGR-System aufweist.
  • Andere Aspekte der vorliegenden Erfindung sind darauf gerichtet, ein System bereitzustellen, das die Vorteile einer Diagnose eines Wirkungsgrads eines Niederdruck-EGR-Kühlers mittels Berechnens einer Modell-Temperatur (bzw. einer modellierten Temperatur) an einer Abströmseite bzw. einer stromabwärts gelegenen Seite (im Folgenden: „Abströmseite”) eines Niederdruck-EGR-Kühlers aufweist.
  • Beispielhafte Verfahren zur Diagnose eines Wirkungsgrads eines Niederdruck-EGR-Kühlers der vorliegenden Erfindung weisen die Schritte auf: Messen einer Drehzahl und einer Last eines Motors; Festlegen eines Schwellenwertes (bzw. Grenzwertes) einer Differenz zwischen einer Modell-Temperatur und einer detektierten Temperatur stromabwärts des Niederdruck-EGR-Kühlers gemäß der Drehzahl und der Last des Motors; Messen einer Druckdifferenz zwischen einer Anströmseite (bzw. einer stromaufwärts gelegenen Seite, im Folgenden: „Anströmseite”) und einer Abströmseite eines Niederdruck-EGR-Ventils; Berechnen eines Massenstroms bzw. eines Massendurchsatzes bzw. eines Massendurchflusses (im Folgenden: „Massenstrom”) eines Abgases, das durch den Niederdruck-EGR-Kühler hindurchgeht, basierend auf der gemessenen Druckdifferenz; Berechnen des Wirkungsgrads des Niederdruck-EGR-Kühlers basierend auf dem gemessenen Massenstrom; Berechnen der Modell-Temperatur stromabwärts des Niederdruck-EGR-Kühlers basierend auf dem berechneten Wirkungsgrad; und Vergleichen der Modell-Temperatur stromabwärts des Niederdruck-EGR-Kühlers mit der detektierten Temperatur stromabwärts des Niederdruck-EGR-Kühlers.
  • vorzugsweise wird der Massenstrom des Abgases, das durch den Niederdruck-EGR-Kühler hindurchgeht, mittels eines Niederdruck-EGR-Ventil-Modells berechnet.
  • Vorzugsweise wird der Wirkungsgrad des Niederdruck-EGR-Kühlers berechnet basierend auf dem Massenstrom des Abgases, das durch den Niederdruck-EGR-Kühler hindurchgeht, einer Kühlmitteltemperatur und einer Abgastemperatur an einem Einlass des Niederdruck-EGR-Kühlers.
  • Vorzugsweise wird die Temperatur stromabwärts des Niederdruck-EGR-Kühlers berechnet mittels eines Niederdruck-EGR-Kühler-Wirkungsgrad-Modells. Wenn die Differenz zwischen der Modell-Temperatur und der detektierten Temperatur größer ist als der vorbestimmte Schwellenwert, wird eine Entprellzeit (im Englischen: debounce time) fortgeführt. Vorzugsweise wird das Niederdruck-EGR-System gestoppt, wenn Fehler kontinuierlich erzeugt werden, während die Entprellung durchgeführt wird.
  • Das Verfahren zur Diagnose eines Wirkungsgrads eines Niederdruck-EGR-Kühlers weist ferner den Schritt des Sendens eines Alarms mittels einer Warnlampe auf, wenn das Niederdruck-EGR-System gestoppt wird.
  • Beispielhafte Niederdruck-EGR-Systeme, die aufweisen: eine Ansaugleitung, durch die Ansaugluft zu einem Motor geliefert wird; eine Abgasleitung, durch die ein Abgas des Motors hindurchgeht; eine Niederdruck-EGR-Leitung, die von der Abgasleitung abgezweigt ist und mit der Ansaugleitung verbunden ist; ein Niederdruck-EGR-Ventil, das an der Niederdruck-EGR-Leitung angeordnet ist; und einen Niederdruck-EGR-Kühler, der das Abgas, das durch das Niederdruck-EGR-Ventil strömt, kühlt, weisen ferner auf: Drucksensoren, die an einer Anströmseite und einer Abströmseite des Niederdruck-EGR-Ventils angeordnet sind; einen Temperatursensor, der an einer Abströmseite des Niederdruck-EGR-Kühlers angeordnet ist; und einen Steuerungsabschnitt (bzw. eine Steuereinheit), der eine Druckdifferenz, die mittels der Drucksensoren gemessen ist, verwendet, um einen Massenstrom des Abgases, das durch die Niederdruck-EGR-Leitung hindurchgeht, zu berechnen, und den berechneten Massenstrom verwendet, um eine Temperatur der Abströmseite des Niederdruck-EGR-Kühlers zu berechnen.
  • Vorzugsweise sind die Drucksensoren an der Anströmseite und der Abströmseite des Niederdruck-EGR-Ventils und/oder an der Anströmseite und der Abströmseite des Niederdruck-EGR-Kühlers (160) angeordnet.
  • Vorzugsweise ist ein Notfilter an der Anströmseite des Niederdruck-EGR-Kühlers angeordnet. Vorzugsweise ist ein Katalysator an einer Anströmseite der Niederdruck-EGR-Leitung angeordnet. Vorzugsweise weist der Katalysator einen Dieselfilterkatalysator, z. B. einen beschichteten Diesel-Partikelfilter, und einen Diesel-Oxidationskatalysator auf. Vorzugsweise leuchtet eine Warnlampe, um einen Alarm einer Notfallbedingung des Niederdruck-EGR-Systems auszusenden.
  • Beispielhafte Diagnoseverfahren der vorliegenden Erfindung verwenden das Massenstrom-Modell im Niederdruck-EGR-Ventil und das Wirkungsgrad-Modell im Niederdruck-EGR-Kühler, um den Wirkungsgrad des Niederdruck-EGR-Kühlers zu diagnostizieren.
  • Die Menge des Abgases, das durch den Niederdruck-EGR-Kühler hindurchgeht, und die Temperatur des Abgases, das in den Einlass des Niederdruck-EGR-Kühlers strömt, werden verwendet, um die Temperatur an der Abströmseite des Niederdruck-EGR-Kühlers zu berechnen.
  • Ferner wird die Modell-Temperatur an der Abströmseite des Niederdruck-EGR-Kühlers mit der gemessenen Temperatur davon verglichen, um den Wirkungsgrad des Niederdruck-EGR-Kühlers zu diagnostizieren.
  • Des Weiteren kann die vorliegende Erfindung die Vorschriften, wie z. B. Euro-6, erfüllen, indem der Wirkungsgrad des Niederdruck-EGR-Kühlers vorhergesagt wird.
  • Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben weitere Merkmale und Vorteile, wie im Detail aus den angehängten Zeichnungen, die hierin einbezogen sind, und den folgenden näheren Beschreibungen sichtbar werden, die zusammen zur Erläuterung gewisser Prinzipien der vorliegenden Erfindung dienen.
  • 1 ist ein schematisches Diagramm eines beispielhaften EGR-Systems gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist ein Flussdiagramm zur Berechnung einer Modell-Temperatur an der Abströmseite eines Niederdruck-EGR-Kühlers gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung.
  • Es wird nun im Detail Bezug genommen auf die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, von denen Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind. Während die Erfindung im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschrieben wird, versteht sich, dass die vorliegende Beschreibung nicht beabsichtigt, die Erfindungen auf diese beispielhafte Ausführungsformen zu beschränken. Auf der anderen Seite ist beabsichtigt, dass die Erfindung nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen Äquivalente und andere Ausführungsformen decken, die in den Sinn und Schutzbereich der Erfindung fallen, wie in den angehängten Patentansprüchen definiert.
  • Im Allgemeinen werden in einem System, wie in 1 gezeigt, in welchem Abgas von einer Abgasleitung 110 zu einer Ansaugleitung 180 zurückgeführt wird, ein Hochdruck-EGR-System 200 von einer Anströmseite einer Turbine 171 bzw. einer Abgasturbine eines Turboladers 170 abgezweigt und ein Niederdruck-EGR-System 100 von einer Abströmseite einer Reinigungsvorrichtung, wie z. B. eines Diesel-Partikelfilters (DPF), abgezweigt.
  • Bezugnehmend auf 1, weist das Niederdruck-EGR-System 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf: eine Ansaugleitung 180, die den Motor mit Frischluft versorgt; eine Niederdruck-EGR-Leitung 140, die von der Abgasleitung 110, durch welches das Abgas vom Motor 400 strömt, abgezweigt ist, um mit der Ansaugleitung 180 verbunden zu sein, so dass das Abgas über diese zurückgeführt wird; ein Niederdruck-EGR-Ventil 130, das an der Niederdruck-EGR-Leitung 140 angeordnet ist, um die Menge des zurückgeführten Abgases einzustellen; Drucksensoren 121, 122, 123, 124, die an einer Anströmseite und einer Abströmseite des Niederdruck-EGR-Ventils 130 angeordnet sind; einen Temperatursensor 125, der an einer Abströmseite des Niederdruck-EGR-Kühlers 160 angeordnet ist; einen Niederdruck-EGR-Kühler 160, der an der Niederdruck-EGR-Leitung 140 angeordnet ist, um das zurückgeführte Abgas zu kühlen; und einen Steuerungsabschnitt 500, der die Druckdifferenz zwischen der Abströmseite und der Anströmseite des Niederdruck-EGR-Ventils 130 und die Durchflussmenge, die durch die Niederdruck-EGR-Leitung 140 hindurchgeht, verwendet, um eine Modell-Temperatur einer Abströmseite des Niederdruck-GR-Kühlers 160 zu berechnen, und die berechnete Modell-Temperatur mit der gemessenen bzw. detektierten Temperatur der Abströmseite des Niederdruck-EGR-Kühlers 160 vergleicht, um in der Lage zu sein, den Wirkungsgrad des Niederdruck-EGR-Kühlers 160 zu diagnostizieren.
  • Ferner ist in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Niederdruck-EGR-Ventil 130 an einem Abschnitt, der von der Abgasleitung 110 abgezweigt ist, angeordnet, wobei das Ventil ein Drei-Wege-Ventil sein kann, das das Abgas der Abgasleitung 110 in die Niederdruck-EGR-Leitung 140 strömen lassen kann.
  • In diesem Fall ist ein Katalysator 120 an der Abgasleitung 110 angeordnet, wobei der Katalysator 120 einen Diesel-Partikelfilter (DPF) oder einen Diesel-Oxidationskatalysator (DOC) aufweisen kann, und das Niederdruck-EGR-Ventil 130 ist an einer Abströmseite des Katalysators 120 angeordnet. Der DPF ist beispielsweise an der Abgasleitung 110, die mit dem Abgaskrümmer 410 verbunden ist, stromaufwärts betrachtet an erster Stelle angeordnet, um Partikel (PM) zu filtern, und der DOC ist beispielsweise an einer Abströmseite des DPF angeordnet und oxidiert Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxide des Abgases sowie lösliche organische Fraktion (SOF) der Partikel, um sie zu Kohlendioxide und Wasser umzuwandeln.
  • Ferner ist in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung der Niederdruck-EGR-Kühler 160, der das Abgas, das durch das Niederdruck-EGR-Ventil 130 strömt, an einer Abströmseite des Niederdruck-EGR-Ventils 130 angeordnet, und ein Notfilter 150 ist an einer Abströmseite des Niederdruck-EGR-Ventils 130 angeordnet, um fremde Materialien, die im Niederdruck-EGR-Abgas enthalten sind, zu filtern.
  • Hierbei versorgt das Hochdruck-EGR-System 200 eine Hochdruck-EGR-Leitung 220 mit Abgas von der Abgasleitung 110, die mit dem Abgaskrümmer 410 des Motors 400 verbunden ist, mittels eines Hochdruck-EGR-Ventils 210, und das Abgas von hoher Temperatur und hohem Druck geht durch einen Hochdruck-EGR-Kühler 230 hindurch, um gekühlt zu werden, und wird mit der Ansaugluft zusammengeführt, um über den Ansaugkrümmer 420 dem Motor 400 zugeführt zu werden.
  • Hierbei ist der Turbolader 170 an der Abgasleitung 110 und der Ansaugleitung 180 angeordnet, wobei der Turbolader 170 aufweist die Turbine 171, die ein heißes Hochdruckabgas, das in der Abgasleitung 110 strömt, verwendet, um eine Rotationsenergie zu erzeugen, und den Verdichter 172, der mit der Turbine 171 verbunden ist, um die Ansaugluft der Ansaugleitung 180 zu verdichten, die mit dem Motor 400 verbunden ist, um so die Ansaugluft dem Motor 400 zuzuführen.
  • Das Gemisch aus dem zurückgeführten Abgas und der Ansaugluft, das in der Ansaugleitung 180 strömt, passiert einen Zwischenkühler 300 bzw. einen Ladeluftkühler, um gekühlt zu werden, und wird über den Ansaugkrümmer 420 dem Motor 400 zugeführt.
  • Ferner sind der Drucksensor 121 an einer Anströmseite und die Drucksensoren 122, 123 und 124 an einer Abströmseite des Niederdruck-EGR-Ventils 130 angeordnet. In verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen die abströmseitigen Drucksensoren auf: einen Drucksensor 122, der unmittelbar stromabwärts des Niederdruck-EGR-Ventils 130 angeordnet ist, einen Drucksensor 123, der stromaufwärts des Niederdruck-EGR-Kühlers 160 angeordnet ist, und/oder einen Drucksensor 124, der stromabwärts des Niederdruck-EGR-Kühlers 160 angeordnet ist. Allerdings können die Positionen der Drucksensoren, die verwendet werden, um die Durchflussrate des Abgases, das durch den Niederdruck-EGR-Kühler 160 hindurchgeht, mittels der Druckdifferenz zwischen der Anströmseite und der Anströmseite des Niederdruck-EGR-Kühlers 160 zu messen bzw. zu berechnen, variiert werden.
  • Der erste Drucksensor 121 ist zwischen dem Katalysator 120 und dem Niederdruck-EGR-Ventil 130 angeordnet, und die zweiten Drucksensoren 122, 123, 124 sind an einer der unmittelbar stromabwärts gelegenen Seite des Niederdruck-EGR-Ventils 130 bzw. der stromaufwärts oder stromabwärts gelegenen Seite des Niederdruck-EGR-Kühlers 160 angeordnet, wie in 1 gezeigt. Mit anderen Worten werden der erste Drucksensor 121 und einer der zweiten Drucksensoren 122, 123 und 124 verwendet, um die Druckdifferenz zwischen der Anström- und der Abströmseite des Niederdruck-EGR-Ventils 130 zu berechnen.
  • In verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden die Druckdifferenz, die von den Drucksensoren 121, 122, 123, 124, die an einer Anströmseite und einer Abströmseite des Niederdruck-EGR-Kühlers 160 angeordnet sind, gemessen werden und der Massenstrom des Abgases, das durch den Niederdruck-EGR-Kühler 160 hindurchgeht, verwendet, um die Temperatur der Abströmseite des Niederdruck-EGR-Kühlers 160 zu berechnen.
  • Ferner wird die Modell-Temperatur der Abströmseite des Niederdruck-EGR-Kühlers 160 mit der gemessenen Temperatur davon verglichen, um den Wirkungsgrad des Niederdruck-EGR-Kühlers 160 zu diagnostizieren, so dass eine Verschlechterung des Kühlwirkungsgrads des Abgases vermieden wird.
  • insbesondere kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung der Wirkungsgrad des Niederdruck-EGR-Kühlers 160 diagnostiziert werden, wobei mittels der Drucksensoren die Druckdifferenz zwischen stromabwärts und stromaufwärts des Niederdruck-EGR-Ventils 130 gemessen wird und die gemessene Druckdifferenz verwendet wird, um den Massenstrom des Abgases, das durch den Niederdruck-EGR-Kühler 160 hindurchgeht, zu berechnen, und der berechnete Massenstrom wird verwendet, um die Modell-Temperatur der Abströmseite des Niederdruck-EGR-Kühlers 160 zu berechnen.
  • Nachfolgend, bezugnehmend auf 2, wird ein Verfahren zu Diagnose des Wirkungsgrads des Niederdruck-EGR-Kühlers 160 beschrieben.
  • Wie in 2 gezeigt, werden die Drehzahl und die Last des Motors gemessen, um die Modell-Temperatur der Abströmseite des Niederdruck-EGR-Kühlers 160 zu berechnen, in S10.
  • Ein Schwellenwert einer Differenz zwischen der Modell-Temperatur und der gemessenen Temperatur der Abströmseite des Niederdruck(LP)-EGR-Kühlers 160 wird festgelegt gemäß der gemessenen Drehzahl und der Last, in S20, und die Temperatur der Abströmseite des Niederdruck-EGR-Kühlers 160 wird berechnet mittels des Modells des Niederdruck-EGR-Systems 100, in S30.
  • Die berechnete Modell-Temperatur der Abströmseite des Niederdruck-EGR-Kühlers 160 wird mit der gemessenen Temperatur der Abströmseite des Niederdruck-EGR-Kühlers 160 verglichen, und es wird festgestellt, ob die Differenz zwischen der Modell-Temperatur und der gemessenen Temperatur größer ist als der Schwellenwert, in S40. Wenn die Differenz zwischen der Modell-Temperatur und der gemessenen Temperatur kleiner ist als der Schwellenwert, wird festgestellt, dass das Niederdruck-EGR-System 100 normal arbeitet, in S70. Allerdings, wenn die Differenz zwischen der Modell-Temperatur und der gemessenen Temperatur größer ist als der vorbestimmte Schwellenwert, wird erlaubt, dass dieser Zustand für eine vorbestimmte Zeit fortgeführt wird, in S50. Der Grund liegt darin, dass das System infolge von Geräusch etc. vorübergehend eine Fehlfunktion aufweisen kann. Diese Zeit wird als Entprellzeit (im Englischen: debounce time) bezeichnet.
  • Wenn die Zeit fortgeschritten ist und die Fehler kontinuierlich detektiert werden mittels der Differenz zwischen der Modell-Temperatur und der gemessenen Temperatur, leuchtet eine Notfalllampe auf, um ein Warnsignal auszugeben, und das Niederdruck-EGR-System 100 wird gestoppt bzw. abschaltet, in S60.
  • Nachfolgend wird das Verfahren zur Berechnung der Modell-Temperatur der Abströmseite des Niederdruck-EGR-Kühlers 160 beschrieben.
  • Das Strömungs- bzw. Durchflussmodell im Niederdruck-EGR-Ventil 130 kann die Form eines idealen Düsen-Durchflussrate-Modells aufweisen unter der Annahme, dass das Abgas ein ideales Gas ist und die Strömung isentrop ist. Die Durchflussrate kann basierend auf der Bernoulli-Gleichung, wie folgt, berechnet werden. P1 + 1 / 2·ρ·V 2 / 1 = P2 + 1 / 2·ρ·V 2 / 2 Gleichung 1
  • In Gleichung 1 sind P1 der Druck an einer Anströmseite des Niederdruck-EGR-Ventils 130, P2 der Druck an einer Abströmseite der Niederdruck-EGR-Leitung 140, ρ die Dichte des Abgases, V1 die Strömungsgeschwindigkeit an einer Anströmseite des Niederdruck-EGR-Ventils 130 und V2 die Strömungsgeschwindigkeit an einer Abströmseite des Niederdruck-EGR-Ventils 130.
  • Allerdings, da die tatsächliche Düsenströmung (bzw. Rohrströmung) nicht eine ideale Strömung ist, muss eine Anpassung vorgenommen werden, und zu diesem Zweck wird eine effektive Strömungsfläche (im Englischen: effective flow area) in das Modell eingeführt.
  • Insbesondere wird der Massenstrom des Abgases, das durch den Niederdruck-EGR-Kühler 160 hindurchgeht, wie folgt, gemäß einer Drosselgleichung berechnet.
  • Figure 00120001
  • In Gleichung 2 sind mLP . -EGR ein Massenstrom des Abgases, das in der Niederdruck-EGR-Leitung 140 strömt, Pexh eine Dichte davon, ein Volumenstrom, C ein Koeffizient, AFlap ein Querschnitt des Niederdruck-EGR-Ventils 130, ΔP eine Druckdifferenz zwischen der Anströmseite und der Abströmseite des Niederdruck-EGR-Ventils 130 und „valve position” eine Öffnungsrate des Niederdruck-EGR-Ventils 130.
  • Wie in Gleichung 2 erkennbar, werden die Druckdifferenz zwischen der Vorder- und der Rückseite des Niederdruck-EGR-Ventils 130 und die Ventilöffnungsrate verwendet, um den Massenstrom des Abgases, das durch die Niederdruck-EGR-Leitung 140 hindurchgeht, zu berechnen.
  • Ferner wird die Modell-Temperatur der Abströmseite des Niederdruck-EGR-Kühlers 160 mit den Gleichungen des Massenstroms des Abgases, das durch den Niederdruck-EGR-Kühler 160 hindurchgeht, der Kühlmitteltemperatur und der Temperatur des Abgases am Einlass des Niederdruck-EGR-Kühlers 160 berechnet, wobei angenommen wird, dass es im Modell des Niederdruck-EGR-Kühlers 160 keinen Druckverlust aufgrund des Niederdruck-EGR-Kühlers 160 gibt und dass die Wärme über Konvektion übertragen wird.
  • Die Wirkungsgradgleichung des Niederdruck-EGR-Kühlers 160 lautet wie folgt. Tout = Tin – η(Tin – Tcoolant) Gleichung 3
  • In Gleichung 3 sind Tout eine Modell-Temperatur der Abströmseite des Niederdruck-EGR-Kühlers 160, Tin eine Abgastemperatur einer Anströmseite des Niederdruck-EGR-Kühlers 160, η ein Wirkungsgrad des Niederdruck-EGR-Kühlers 160 und Tcoolant eine Kühlmitteltemperatur des Kühlmittels, das in den Niederdruck-EGR-Kühler 160 hinein bzw. aus ihm heraus strömt.
  • Die Wirkungsgradgleichung des Niederdruck-EGR-Kühlers 160 kann wie folgt ausgedruckt werden. η = f(mLP . -EGR, Tcoolant – Tin) Gleichung 4
  • In Gleichung 4, wenn der Massenstrom des Abgases, das durch den Niederdruck-EGR-Kühler 160 hindurchgeht, die Kühlmitteltemperatur des Niederdruck-EGR-Kühlers 160 und die Abgastemperatur am Einlass des Niederdruck-EGR-Kühlers 160 bekannt sind, kann der Wirkungsgrad des Niederdruck-EGR-Kühlers 160 berechnet werden.
  • Der Wirkungsgrad in Gleichung 4 wird in Gleichung 3 eingesetzt, um die Modell-Temperatur der Abströmseite des Niederdruck-EGR-Kühlers 160 zu berechnen.
  • Die berechnete Modell-Temperatur der Abströmseite des Niederdruck-EGR-Kühlers 160 wird mit der gemessenen Temperatur der Abströmseite des Niederdruck-EGR-Kühlers 160 verglichen, um den Wirkungsgrad des Niederdruck-EGR-Kühlers 160 zu diagnostizieren.
  • Wenn dabei die Modell-Temperatur größer ist als die gemessene Temperatur und die Differenz davon größer ist als der Schwellenwert, kann festgestellt werden, dass der Wirkungsgrad des Niederdruck-EGR-Kühlers 160 nicht in Ordnung ist. Wenn die Differenz zwischen der Modell-Temperatur und der gemessenen Temperatur kleiner ist als der vorbestimmte Schwellenwert, kann gefolgert werden, dass das Niederdruck-EGR-System 100 normal arbeitet. Wenn aber die Differenz größer ist als der vorbestimmte Schwellenwert und der Fehlerzustand für eine Entprellzeit lang anhält, kann gefolgert werden, dass das Niederdruck-EGR-System 100 anormal arbeitet. In diesem Fall veranlasst der Steuerungsabschnitt 500, dass eine Warnlampe aufleuchtet, um einem Operator einen Notfallzustand mitzuteilen, so dass der Operator das System stoppen kann.
  • Zwecks Erläuterung und genauer Definition der angehängten Ansprüche werden Begriffe wie zum Beispiel „stromaufwärts”, „stromabwärts” usw. zur Beschreibung der Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen mit Bezug auf die Positionen verwendet, wie sie in den Figuren dargestellt sind.
  • Die vorhergehenden Beschreibungen der spezifischen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dienen dem Zweck der Darstellung und Beschreibung. Sie sollen nicht als erschöpfend oder die Erfindung auf die genaue offenbarte Form einschränkend verstanden werden. Es sind offensichtlich viele Modifikationen und Variationen möglich angesichts der obigen Lehre. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Grundsäte der Erfindung und deren praktische Anwendung zu erläutern und damit dem Fachmann die Herstellung und den Gebrauch der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowie von deren zahlreichen Alternativen und Modifikationen zu ermöglichen. Es ist beabsichtigt, dass der Schutzumfang der Erfindung durch die angeführten Ansprüche und deren Äquivalente definiert werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • KR 10-2011-0057019 [0001]

Claims (13)

  1. Ein Verfahren für ein Niederdruck-EGR-System (100) zur Diagnose eines Wirkungsgrads eines Niederdruck-Abgasrückführungs(EGR)-Kühlers (160), das die Schritte aufweist: Messen einer Drehzahl und einer Last eines Motors (400); Festlegen eines Schwellenwertes einer Differenz zwischen einer Modell-Temperatur und einer detektierten Temperatur stromabwärts des Niederdruck-EGR-Kühlers (160) gemäß der Drehzahl und der Last des Motors (400); Messen einer Druckdifferenz zwischen einer Anströmseite und einer Abströmseite eines Niederdruck-EGR-Ventils (130); Berechnen eines Massenstroms eines Abgases, das durch den Niederdruck-EGR-Kühler (160) hindurchgeht, basierend auf der gemessenen Druckdifferenz; Berechnen des Wirkungsgrads des Niederdruck-EGR-Kühlers (160) basierend auf dem gemessenen Massenstrom; Berechnen der Modell-Temperatur stromabwärts des Niederdruck-EGR-Kühlers (160) basierend auf dem berechneten Wirkungsgrad; und Vergleichen der Modell-Temperatur stromabwärts des Niederdruck-EGR-Kühlers (160) mit der detektierten Temperatur stromabwärts des Niederdruck-EGR-Kühlers (160).
  2. Das Verfahren zur Diagnose eines Wirkungsgrads eines Niederdruck-Abgasrückführungs(EGR)-Kühlers (160) nach Anspruch 1, wobei der Massenstrom des Abgases, das durch den Niederdruck-EGR-Kühler (160) hindurchgeht, mittels eines Niederdruck-EGR-Ventil-Modells berechnet wird.
  3. Das Verfahren zur Diagnose eines Wirkungsgrads eines Niederdruck-Abgasrückführungs(EGR)-Kühlers (160) nach Anspruch 1, wobei der Wirkungsgrad des Niederdruck-EGR-Kühlers (160) berechnet wird basierend auf dem Massenstrom des Abgases, das durch den Niederdruck-EGR-Kühler (160) hindurchgeht, einer Kühlmitteltemperatur und einer Abgastemperatur an einem Einlass des Niederdruck-EGR-Kühlers (160).
  4. Das Verfahren zur Diagnose eines Wirkungsgrads eines Niederdruck-Abgasrückführungs(EGR)-Kühlers (160) nach Anspruch 1, wobei die Temperatur stromabwärts des Niederdruck-EGR-Kühlers (160) berechnet wird mittels eines Niederdruck-EGR-Kühler-Wirkungsgrad-Modells.
  5. Das Verfahren zur Diagnose eines Wirkungsgrads eines Niederdruck-Abgasrückführungs(EGR)-Kühlers (160) nach Anspruch 1, wobei, wenn die Differenz zwischen der Modell-Temperatur und der detektierten Temperatur größer ist als der vorbestimmte Schwellenwert, eine Entprellung durchgeführt wird.
  6. Das Verfahren zur Diagnose eines Wirkungsgrads eines Niederdruck-Abgasrückführungs(EGR)-Kühlers (160) nach Anspruch 5, wobei das Niederdruck-EGR-System (100) gestoppt wird, wenn Fehler kontinuierlich erzeugt werden, während die Entprellung durchgeführt wird.
  7. Das Verfahren zur Diagnose eines Wirkungsgrads eines Niederdruck-Abgasrückführungs(EGR)-Kühlers (160) nach Anspruch 6, das ferner den Schritt aufweist: Senden eines Alarms mittels einer Warnlampe, wenn das Niederdruck-EGR-System (100) gestoppt wird.
  8. Ein Niederdruck-EGR-System (100), das aufweist: eine Ansaugleitung (180), durch die Ansaugluft zu einem Motor (400) geliefert wird; eine Abgasleitung (110), durch die ein Abgas des Motors (400) hindurchgeht; eine Niederdruck-EGR-Leitung (140), die von der Abgasleitung (110) abgezweigt ist und mit der Ansaugleitung (180) verbunden ist; ein Niederdruck-EGR-Ventil (130), das an der Niederdruck-EGR-Leitung (140) angeordnet ist; und einen Niederdruck-EGR-Kühler (160), der das Abgas, das durch das Niederdruck-EGR-Ventil (130) strömt, kühlt, wobei das System (100) ferner aufweist: Drucksensoren (121, 122, 123, 124), die an einer Anströmseite und einer Abströmseite des Niederdruck-EGR-Ventils (130) angeordnet sind; einen Temperatursensor (125), der an einer Abströmseite des Niederdruck-EGR-Kühlers (160) angeordnet ist; und einen Steuerungsabschnitt (500), der eine Druckdifferenz, die mittels der Drucksensoren (121, 122, 123, 124) gemessen ist, verwendet, um einen Massenstrom des Abgases, das durch die Niederdruck-EGR-Leitung (140) hindurchgeht, zu berechnen, und den berechneten Massenstrom verwendet, um eine Temperatur der Abströmseite des Niederdruck-EGR-Kühlers (160) zu berechnen.
  9. Das Niederdruck-EGR-System (100) nach Anspruch 8, wobei die Drucksensoren (121, 122, 123, 124) an der Anströmseite und der Abströmseite des Niederdruck-EGR-Ventils (130) und/oder an der Anströmseite und der Abströmseite des Niederdruck-EGR-Kühlers (160) angeordnet sind.
  10. Das Niederdruck-EGR-System (100) nach Anspruch 8, wobei ein Notfilter (150) an der Anströmseite des Niederdruck-EGR-Kühlers (160) angeordnet ist.
  11. Das Niederdruck-EGR-System (100) nach Anspruch 8, wobei ein Katalysator (120) an einer Anströmseite der Niederdruck-EGR-Leitung (140) angeordnet ist.
  12. Das Niederdruck-EGR-System (100) nach Anspruch 11, wobei der Katalysator (120) einen Dieselfilterkatalysator und einen Dieseloxidationskatalysator aufweist.
  13. Das Niederdruck-EGR-System (100) nach Anspruch 8, wobei eine Warnlampe leuchtet, um einen Alarm einer Notfallbedingung des Niederdruck-EGR-Systems (100) auszusenden.
DE102011056460.8A 2011-06-13 2011-12-15 Niederdruck-abgasrückführungs(egr)-system und verfahren zur prüfung von wirkungsgrad von niederdruck-egr-kühler Active DE102011056460B4 (de)

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