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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Abgasrückführung bei einem Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Abgasrückführungskühler.
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Stand der Technik
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Zur Einhaltung aktueller und künftig geplanter Abgasvorschriften, ist es bei Verbrennungsmotoren, insbesondere bei Dieselmotoren, erforderlich, der Verbrennungsfrischluft Abgasteilmengen beizumengen (Abgasrückführung), und den Abgasteilstrom dabei zu kühlen.
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Bei bekannten Abgasrückführungskühlern nimmt die Kühlleistung mit zunehmender Fahrstrecke ab, da sich aufgrund der Kondensation des durchströmenden Abgases Ablagerungen in der Abgasrückführungsstrecke bilden (Versottung).
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Steuerung einer Abgasrückführung bei einem Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1, eine Vorrichtung gemäß Anspruch 9 und ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 10 vorgesehen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zur Steuerung einer Abgasrückführung bei einem Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Abgasrückführungskühler vorgesehen, wobei das Verfahren umfasst:
- – Ermitteln eines Wirkungsgrads des Abgasrückführungskühlers und
- – Steuerung des Betriebs des Verbrennungsmotors derart, dass eine Regeneration des Abgasrückführungskühlers eingeleitet wird, wenn der ermittelte Wirkungsgrad einen vorbestimmten Wert unterschreitet.
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Durch eine derartige Regeneration können Ablagerungen in einer Abgasrückführungsstrecke während des Fahrbetriebs beseitigt werden, ohne dass eine Werkstatt aufgesucht werden muss. Der Wirkungsgrad des Abgasrückführungskühlers bleibt somit dauerhaft oberhalb eines vorbestimmten Grenzwerts. Dadurch kann sichergestellt werden, dass auch langfristig die gewünschten Abgaswerte, wie beispielsweise Stickoxidemissionen, des Kraftfahrzeugs erreicht werden. Weiterhin wird durch eine verbesserte Kühlleistung des Abgasrückführungskühlers der Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs gesenkt.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass die Regeneration des Abgasrückführungskühlers eine Erhöhung der Temperatur des Abgases umfasst, welches dem Abgasrückführungskühler zugeführt wird. Dadurch können Ablagerungen im Inneren des Abgasrückführungskühlers durch die höhere Abgastemperatur abgelöst bzw. freigebrannt werden, so dass der Wirkungsgrad des Abgasrückführungskühlers wieder verbessert werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform wird die Temperatur des Abgases auf Werte über 550°C eingestellt, um eine möglichst vollständige Regeneration des Abgasrückführungskühlers zu erreichen.
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Die Temperatur des Abgases kann durch Einstellen des Öffnungsbetrags einer Drosselklappe, durch Einstellen einer durch einen Turbolader zugeführten Frischluftmasse; durch Erhöhen der dem Abgasrückführungskühler zugeführten Abgasmenge und/oder durch Einstellen einer Nacheinspritzmenge des Verbrennungsmotors erhöht werden. Grundsätzlich zielen alle diese Maßnahmen darauf, kurzzeitig dem Verbrennungsmotor ein fetteres Gemisch zuzuführen, und/oder eine weniger effiziente Verbrennung des Gemisches zuzulassen, um die Abgastemperatur zu erhöhen.
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Bei einer weiteren Ausführungsform wird ein für eine Regeneration günstiger Fahrzustand erkannt, und eine Regeneration wird nur während eines günstigen Fahrzustands eingeleitet.
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Der günstige Fahrzustand kann dabei anhand der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, der Drehzahl und/oder der Last des Verbrennungsmotors, der zeitlichen Änderung der Drehzahl, der Abgastemperatur, des Abgas-Gegendrucks, der dem Verbrennungsmotor zugeführten Frischluftmasse, der Motortemperatur und/oder der Umgebungstemperatur ermittelt werden. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass eine vollständige Regeneration des Abgasrückführungskühlers durchgeführt werden kann, und dass für die Regeneration ein Betriebszustand genutzt wird, bei dem die erforderlichen hohen Abgastemperaturen problemlos erreicht werden können.
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Bei bestimmten Fahrzuständen, wie beispielsweise bei einer Konstantfahrt bei sehr hohen Geschwindigkeiten, kann es vorkommen, dass auch ohne weitere Maßnahmen die Abgastemperatur bereits für eine Regeneration des Abgasrückführungskühlers ausreicht. In diesem Fall kann eine Regeneration des Abgasrückführungskühlers dadurch bewirkt werden, dass ein Abgasrückführungsventil geöffnet wird, um dem Abgasrückführungskühler eine möglichst große Menge heißen Abgases zuzuführen.
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Bei einer weiteren Ausführungsform kann vor Einleiten der Regeneration überprüft werden, ob eine Fehlerbedingung der Motorsteuerung vorliegt und/oder ob die Abgastemperatur und/oder die Motortemperatur außerhalb vorgegebener Bereiche liegen, wobei die Regeneration nur dann eingeleitet wird, wenn die jeweils überprüfte Bedingung nicht erfüllt ist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Regeneration während Betriebszuständen, in welchen möglicherweise Fehlfunktionen auftreten, oder in welchen keine vollständige Regeneration möglich ist, nicht durchgeführt wird.
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Nach erfolgter Regeneration kann der Wirkungsgrad des Abgasrückführungskühlers ermittelt werden, wobei ein Hinweis an den Fahrer ausgegeben wird, wenn der Wirkungsgrad nach erfolgter Regeneration geringer als ein vorbestimmter Wert ist. Der Fahrer wird somit gewarnt, wenn trotz durchgeführter Regeneration der gewünschte Wirkungsgrad des Abgasrückführungskühlers nicht wieder hergestellt werden konnte, und kann dann eine Werkstatt aufsuchen.
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Weiterhin stellt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung bereit, umfassend einen Verbrennungsmotor mit einem Abgasrückführungskühler und ein Steuergerät, wobei das Steuergerät derart ausgebildet ist, dass es das voranstehend beschriebene Verfahren zur Steuerung einer Abgasrückführung durchführt.
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Schließlich stellt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch ein Computerprogrammprodukt bereit, das einen Programmcode enthält, der, wenn er auf einem Datenverarbeitungsgerät ausgeführt wird, das voranstehend beschriebene Verfahren durchführt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ein Flussdiagramm, welches eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert; und
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3 beispielhafte Motorkennfelder für Abgastemperatur und Luft-/Kraftstoffverhältnis eines Verbrennungsmotors.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Wie in 1 gezeigt ist, umfasst ein Kraftfahrzeug 10 einen Verbrennungsmotor 12, wie beispielsweise einen Dieselmotor, ein Abgasrückführungssystem 14 mit einem Abgasrückführungskühler, einem Abgasrückführungskühler-Bypass und einem Abgasrückführungsventil und ein Motor-Steuergerät 16 zur Steuerung des Verbrennungsmotors 12 und des Abgasrückführungssystems 14. Der Motor 12 umfasst einen Turbolader zur wahlweisen Erhöhung der dem Motor zugeführten Frischluftmenge.
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Zur Diagnose des Betriebszustands des Verbrennungsmotors 12 sind mehrere Sensoren, wie beispielsweise Temperatursensoren zur Bestimmung der Motortemperatur, der Abgastemperatur und/oder der Umgebungstemperatur, und/oder Sensoren zur Bestimmung der Drehzahl, der Last und der zeitlichen Änderung der Drehzahl vorgesehen.
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Diese Sensoren geben jeweils Messwerte an das Motor-Steuergerät 16 aus, welches die jeweiligen Messwerte auswertet und den Betrieb des Motors 12 gemäß dem ermittelten Betriebszustand steuert. Weiterhin ist das Motor-Steuergerät 16 dazu ausgelegt, Fehlerzustände des Motors 12 zu erkennen, wenn die Messwerte eines oder mehrerer der Sensoren außerhalb vorbestimmter normaler Betriebsbereiche liegen.
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Das Abgasrückführungssystem 14 umfasst Sensoren zur Bestimmung des Wirkungsgrads des Abgasrückführungskühlers und zur Bestimmung der dem Abgasrückführungskühler zugeführten Abgasmenge und Abgastemperatur. Die von diesen Sensoren bestimmten Messwerte werden ebenfalls dem Motor-Steuergerät 16 zugeführt, welches das Abgasrückführungsventil entsprechend dem Betriebszustand des Abgasrückführungssystems 14 und des Motors 12 steuert.
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2 zeigt ein Verfahren zum Betrieb des voranstehend beschriebenen Kraftfahrzeugs 10.
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Dabei wird in Schritt S1 zunächst eine Diagnose des Abgasrückführungskühlers zur Bestimmung des Wirkungsgrads durchgeführt. Hierfür werden beispielsweise die Abgastemperaturen stromaufwärts und stromabwärts des Abgasrückführungskühlers ermittelt und miteinander verglichen. Alternativ kann die Diagnose des Abgasrückführungskühlers auch in einer Werkstatt mittels geeigneter Diagnosegeräte durchgeführt werden.
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Anschließend wird in Schritt S2 überprüft, ob der ermittelte Wirkungsgrad kleiner als ein vorbestimmter Grenzwert ist. Falls dies nicht der Fall ist („nein“ in Schritt S2), weist der Abgasrückführungskühler einen ausreichenden Wirkungsgrad auf und es wird keine Regeneration benötigt. In diesem Fall ist das Verfahren beendet. Das Verfahren wird in vorbestimmten Abständen, welche durch eine verstrichene Zeitspanne oder einer bestimmten Fahrstrecke seit der letzten Durchführung definiert sein können, wieder neu gestartet, um den Wirkungsgrad des Abgasrückführungskühlers regelmäßig zu überprüfen.
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Falls in Schritt S2 bestimmt wird, dass der Wirkungsgrad des Abgasrückführungskühlers kleiner als der vorbestimmte Grenzwert ist („ja“ in Schritt S2), wird in Schritt S3 die Betriebsart des Kraftfahrzeugs 10 ermittelt.
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Hierbei wird überprüft, ob sich das Kraftfahrzeug 10 und der Motor 12 in einem Betriebszustand befinden, welcher eine Regeneration ermöglicht. Beispielsweise werden die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 10, die Drehzahl und/oder die Last des Verbrennungsmotors 12, die zeitliche Änderung der Drehzahl, die Abgastemperatur, der Abgas-Gegendruck, die dem Verbrennungsmotor 12 zugeführte Frischluftmasse, die Motortemperatur und/oder die Umgebungstemperatur, oder jeweils nur einige dieser Werte ermittelt. Grundsätzlich ist für die Regeneration ein Betriebszustand günstig, in dem eine ausreichend hohe Drehzahl, Last und Abgastemperatur vorliegen, bei möglichst konstanter Fahrt des Kraftfahrzeugs 10.
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Weiterhin kann in Schritt S3 auch bestimmt werden, ob eine Bedingung vorliegt, welche gegen das Einleiten einer Regeneration des Abgasrückführungskühlers spricht. Dabei kann es sich um eine Fehlerbedingung in der Motorsteuerung handeln, oder die Abgastemperatur und/oder die Motortemperatur können zu hoch oder zu niedrig für die erfolgreiche Durchführung einer Regeneration sein.
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Aufgrund des in Schritt S3 bestimmten Betriebszustandes wird in Schritt S4 überprüft, ob eine Regeneration des Abgasrückführungskühlers möglich ist, d.h. ob ein für eine Regeneration günstiger Betriebszustand vorliegt oder ob Bedingungen vorliegen, unter denen eine Regeneration nicht eingeleitet werden kann.
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Wenn in Schritt S4 bestimmt wird, dass keine Regeneration möglich ist („nein“ in Schritt S4) wird das Verfahren beendet. Wie voranstehend beschrieben, wird in vorbestimmten Abständen eine erneute Diagnose des Abgasrückführungskühlers eingeleitet, so dass eine Regeneration eingeleitet werden kann, sobald sich der Betriebszustand verändert hat.
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Wenn in Schritt S4 bestimmt wird, dass eine Regeneration möglich ist („ja“ in Schritt S4), wird in Schritt S5 die Regeneration des Abgasrückführungskühlers eingeleitet.
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Bei der Regeneration wird die Temperatur der dem Abgasrückführungskühler zugeführten Abgasteilmenge auf Werte von > 550°C erhöht. Um dies zu erreichen, wird eine Temperaturregelung durchgeführt, wobei als Führungsgröße die Abgastemperatur vor Einleitung in den Abgasrückführungskühler genutzt wird, und als Stellgrößen Parameter des Luftsystems und/oder des Einspritzsystems des Motors 12 derart geregelt werden, dass der gewünschte Wert der Abgastemperatur erreicht wird.
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3 zeigt beispielhafte Motorkennfelder für einen zweistufig aufgeladenen Dieselmotor mit 1,5l Hubraum. Das gezeigte Fahrzeug stellt hier lediglich ein Beispiel dar, um das Prinzip der vorliegenden Erfindung zu erläutern. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind grundsätzlich bei allen Verbrennungsmotoren mit externer Abgasrückführungskühlung einsetzbar und nicht auf einen bestimmten Motorentyp beschränkt.
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Im oberen Kennfeld ist die Abgastemperatur TAbgas in Abhängigkeit von effektivem Mitteldruck und Drehzahl dargestellt. Das untere Kennfeld zeigt das Luft-/Kraftstoffverhältnis in Abhängigkeit von Verdichtungsdruck und Drehzahl. Bei einer Regeneration des Abgasrückführungskühlers muss außer einer ausreichend hohen Abgastemperatur auch eine ausreichende Luftmenge zur Verfügung stehen, damit ein starkes Rußen des Motors vermieden werden kann.
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Anhand von ist ersichtlich, dass sowohl die Abgastemperatur als auch das Luft-/Kraftstoffverhältnis in einem Bereich ab etwa einer Drehzahl von 3000 1/min und einem effektiven Mitteldruck von pme = 12 bar ausreichend hoch sind. Bei höheren Lasten wird das Luft-/Kraftstoffverhältnis zu niedrig, bei kleineren Lasten reicht die Abgastemperatur nicht mehr aus. Somit ist die Regeneration des Abgasrückführungskühlers in etwa innerhalb des mit R bezeichneten Bereichs möglich, ohne dass weitere Maßnahmen zur Erhöhung der Abgastemperatur durchgeführt werden müssen.
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Im vorliegenden Beispiel, einer Mittelklasselimousine mit 1,5l Dieselmotor, entspricht dieser Bereich einer Konstantfahrt im 6. Gang zwischen 160 und 200 km/h. Derartig hohe Geschwindigkeiten sind allerdings im normalen Betrieb eines Kraftfahrzeugs nur selten über längere Zeiten möglich oder üblich, so dass üblicherweise zur Regeneration des Abgasrückführungskühlers die Abgastemperatur durch geeignete Maßnahmen erhöht werden muss.
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Hierbei werden beispielsweise über die Öffnung der Drosselklappe oder über die Steuerung des Turboladers die dem Motor 12 zugeführte Frischluftmasse verringert, und/oder es werden Einspritzparameter, wie beispielsweise die Nacheinspritzmenge, angepasst. Bei der Temperaturregelung kann weiterhin zum Schutz der Bauteile des Abgasrückführungssystems 14 eine maximale Temperatur vorgegeben sein, welche während des Regenerationsprozesses nicht überschritten werden soll.
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Weiterhin kann während der Regeneration die dem Abgasrückführungskühler zugeführte Abgasmenge erhöht werden, indem das Abgasrückführungsventil den Durchfluss durch den Abgasrückführungskühler-Bypass verringert.
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Während der Regeneration strömt heißes Abgas durch den Abgasrückführungskühler, welches Ablagerungen, die sich an den Innenwänden des Abgasrückführungskühlers gebildet haben, ablöst bzw. abbrennt. Somit wird der Wirkungsgrad des Abgasrückführungskühlers wieder verbessert, da die durch die Ablagerungen bedingte Verschlechterung der Wärmeleitung der Innenwände des Abgasrückführungskühlers während der Regeneration wieder rückgängig gemacht werden kann.
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Während der Regeneration werden sowohl der Wirkungsgrad des Abgasrückführungskühlers, als auch der Betriebszustand des Kraftfahrzeugs 10 überwacht, so dass die Regeneration sofort abgebrochen werden kann, wenn sich der Betriebszustand des Kraftfahrzeugs ändert oder wenn wieder ein ausreichender Wirkungsgrad des Abgasrückführungskühlers erreicht worden ist. Hierfür können verschiedene Motor- oder Fahrzeuggrößen, wie voranstehend beschrieben, oder auch Umgebungsbedingungen ermittelt werden und als Korrekturwerte in die voranstehend beschriebene Temperaturregelung durch Anpassung von Parametern des Luft- und/oder Einspritzsystems des Kraftfahrzeugs 10 einfließen.
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Falls trotz Durchführung einer Regeneration der Wirkungsgrad des Abgasrückführungskühlers immer noch vermindert ist, wird der Fahrer darauf hingewiesen, dass der Abgasrückführungskühler in einer Werkstatt ausgetauscht werden muss.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit nicht nur eine Regeneration des Abgasrückführungskühlers im Fahrbetrieb, sondern ein nicht im Fahrbetrieb regenerierbarer Schaden des Abgasrückführungskühlers kann auch zuverlässig erkannt und dem Fahrer mitgeteilt werden.
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Somit ist durch das erfindungsgemäße Verfahren sichergestellt, dass das Abgasrückführungssystem 14 des Kraftfahrzeugs 10 auch nach langen Betriebszeiten noch effizient und zuverlässig arbeitet, so dass die Abgaswerte des Kraftfahrzeugs 10 auch langfristig die vorgegebenen Emissionsgrenzwerte erfüllen.
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Die Erfindung ist grundsätzlich für alle Verbrennungsmotoren mit externer Abgasrückführung geeignet. Dies gilt insbesondere für Dieselmotoren, die im Zertifizierungszyklus den zugeführten Abgasmassenstrom stark kühlen müssen, so dass es häufig zum Ausfallen von Wasser im Abgasrückführungskühler und damit zur Versottung kommt.
