DE102011087260A1 - Arrangement for recirculating exhaust gas and supplying cooled charge air to multi-cylinder internal combustion engine in motor vehicle, has control unit controlling gas mass flow via cooling stages and/or controlling flow through bypass - Google Patents
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Abstract
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Rückführung von Abgas und Zuführung von gekühlter Ladeluft zu einer Brennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine eine Abgaslade- und eine Abgaskühlanordnung aufweist, insbesondere nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein diesbezügliches Verfahren.The invention relates to an arrangement for recirculating exhaust gas and supplying cooled charge air to an internal combustion engine, wherein the internal combustion engine has an exhaust gas charging and an exhaust gas cooling arrangement, in particular according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a related method.
Stand der TechnikState of the art
Anordnungen zur Rückführung von Abgas und zur Zuführung von gekühlter Ladeluft zu einer Brennkraftmaschine sind im Stand der Technik vielfältig bekannt. So ist durch die Anmeldung
Die Erzeugung eines Kondensats bei Brennkraftmaschinen mit Abgassystemen bzw. Ladeluftsystemen ist somit als nachteiliger Effekt in solchen Vorrichtungen in bestimmten Betriebszuständen bekannt.The generation of a condensate in internal combustion engines with exhaust systems or charge air systems is thus known as a disadvantageous effect in such devices in certain operating states.
Das Kondensat ist dabei ein saures Kondensat mit etwa pH 1 bis 2, das u. a. Schwefel- und Salpetersäure enthält, und das auf Grund seiner aggressiven sauren Eigenschaften zu einer verstärkten Korrosion der Bauteile der Anordnung zur Rückführung von Abgas und zur Zuführung von gekühlter Ladeluft zu einer Brennkraftmaschine führt.The condensate is an acidic condensate with about pH 1 to 2, the u. a. Contains sulfuric and nitric acid, and due to its aggressive acidic properties leads to increased corrosion of the components of the arrangement for recirculation of exhaust gas and for supplying cooled charge air to an internal combustion engine.
Gemäß der
Dies hat insbesondere für die Brennkraftmaschine und deren Bauteile den Nachteil, dass das Kondensat im Bereich des Abgaskühlers grundsätzlich in bestimmten Betriebszuständen entsteht und dort bereits zu verstärkter Korrosion führen kann, bevor es ausgeschieden und abgeleitet wird.This has the disadvantage, in particular for the internal combustion engine and its components, that the condensate in the region of the exhaust gas cooler basically arises in certain operating states and can there already lead to increased corrosion before it is separated and discharged.
Die Druckschrift
Die Druckschrift
All die aufgeführten Druckschriften lassen in den Abgaskühlern zu, dass ein Kondensat entsteht, welches zu erhöhter Korrosion der Bauteile der Brennkraftmaschine führt. Da das Kondensat Flüssig ist, kann es in der Brennkraftmaschine auch zu Tropfenschlag kommen, was auch zu erheblichen Schäden von Bauteilen der Brennkraftmaschine führen kann.All of the listed publications allow in the exhaust gas cooler that a condensate is produced, which leads to increased corrosion of the components of the internal combustion engine. Since the condensate is liquid, it can also come in the engine to drip, which can also lead to significant damage of components of the internal combustion engine.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, VorteilePresentation of the invention, object, solution, advantages
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zur Rückführung von Abgas und zur Zuführung von gekühlter Ladeluft zu einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die vor einer Erzeugung von saurem Kondensat im Wesentlichen geschützt ist bzw. eine Erzeugung eines solchen sauren Kondensats zumindest im Wesentlichen reduziert ist. Auch ist es die Aufgabe der Erfindung ein diesbezügliches Verfahren zu schaffen, mittels welchem die Entstehung von saurem Kondensat im Wesentlichen reduziert oder gar vermieden werden kann.It is the object of the invention to provide an arrangement for recycling exhaust gas and for supplying cooled charge air to an internal combustion engine, which is substantially protected from generation of acidic condensate or generation of such an acidic condensate is at least substantially reduced. It is also the object of the invention to provide a related method, by means of which the formation of acidic condensate can be substantially reduced or even avoided.
Die Aufgabe zu der Anordnung wird erreicht mit den Merkmalen von Anspruch 1, wonach eine Anordnung zur Rückführung von Abgas und Zuführung von gekühlter Ladeluft zu einer Brennkraftmaschine geschaffen wird, wobei die Brennkraftmaschine eine Abgaslade- und eine Abgaskühlanordnung aufweist, die gekennzeichnet ist, durch eine Abgaskühlanordnung mit einem zweistufigen Abgaskühler mit einer ersten Kühlstufe und mit einer zweiten Kühlstufe, mit zumindest einem Bypass zur Umgehung der ersten und/oder zweiten Kühlstufe des Abgaskühlers und mit zumindest einem Abgasregelventil, mit zumindest einem ersten Ladeluftkühler und einem Bypass zur Umgehung des ersten Ladeluftkühlers und mit einem Ladeluftregefventil, mit zumindest einem Temperatursensor zur Messung der Abgas- und/oder Ladelufttemperatur, mit einer Steuereinheit zur Steuerung des Abgasmassenstroms durch die erste und/oder durch die zweite Kühlstufe des Abgaskühlers und/oder zur Steuerung des Massenstroms durch den Bypass zur Umgehung der ersten und/oder zweiten Kühlstufe des Abgaskühlers und/oder zur Steuerung des Ladeluftmassenstroms durch den ersten Ladeluftkühler und/oder zur Steuerung des Massenstroms durch den Bypass zur Umgehung des ersten Ladeluftkühlers zur Vermeidung von Kondensatbildung im Abgaskühler und/oder im ersten Ladeluftkühler.The object of the arrangement is achieved with the features of claim 1, according to which an arrangement for the return of exhaust gas and supply of cooled charge air to an internal combustion engine is provided, wherein the internal combustion engine has an exhaust gas charging and an exhaust gas cooling arrangement, which is characterized by an exhaust gas cooling arrangement with a two-stage exhaust gas cooler with a first cooling stage and with a second cooling stage, with at least one bypass for bypassing the first and / or second cooling stage of the exhaust gas cooler and with at least one exhaust gas control valve, with at least a first charge air cooler and a bypass for bypassing the first charge air cooler and a charge air control valve, with at least one temperature sensor for measuring the exhaust gas and / or charge air temperature, with a control unit for controlling the exhaust gas mass flow through the first and / or by the second cooling stage of the exhaust gas cooler and / or for controlling the mass flow through the bypass to bypass the first and / or second cooling stage of the exhaust gas cooler and / or for controlling the charge air mass flow through the first charge air cooler and / or for controlling the mass flow through the bypass for bypassing the first charge air cooler to prevent condensation in the exhaust gas cooler and / or in the first intercooler.
Durch die Messung der Temperaturen und der Massenströme kann in im Wesentlichen jeder Betriebssituation die Regelung der Massenströme derart erfolgen, dass die Erzeugung von saurem Kondensat im Abgaskühler und/oder im Ladeluftkühler zumindest in einigen Betriebszuständen stark vermindert oder sogar verhindert wird.By measuring the temperatures and the mass flows, the control of the mass flows can take place in essentially any operating situation such that the generation of acidic condensate in the exhaust gas cooler and / or in the charge air cooler is greatly reduced or even prevented, at least in some operating states.
Auch können dadurch Betriebssituationen der Brennkraftmaschine gezielt angesteuert werden um ein Kondensat in dieser Betriebssituation sicher zu vermeiden. So kann vor einem Abschalten der Brennkraftmaschine nach einem fahrerseitigen Abschaltwunsch diese zuvor noch gezielt in eine Betriebssituation gesteuert werden, in der das Kondensat sicher nicht anfällt bzw. in der ein zuvor ggf. entstandenes Kondensat gezielt verdampft und entfernt wird.This also allows operating situations of the internal combustion engine to be specifically controlled in order to reliably avoid condensate in this operating situation. Thus, before a shutdown of the engine for a driver-side shutdown this previously targeted to be controlled in an operating situation in which the condensate does not accumulate or in which a previously possibly formed condensate is deliberately evaporated and removed.
Auch kann die Entstehung von Kondensat dadurch reduziert oder verhindert werden, dass in Abhängigkeit zumindest eines detektierten Massenstroms und/oder zumindest einer Temperatur ein Betriebszustand ermittelt wird, in welchem Kondensat entstehen könnte, so dass durch eine veränderte Ansteuerung des Verbrennungsmotors ein Betriebszustand der Brennkraftmaschine angesteuert wird, in der kein oder nur ein reduziertes Kondensat anfallen würde.The formation of condensate can also be reduced or prevented by determining, as a function of at least one detected mass flow and / or at least one temperature, an operating state in which condensate could form, so that an operating state of the internal combustion engine is triggered by a changed control of the internal combustion engine , in which no or only a reduced condensate would occur.
Auch kann die Ansteuerung in die Zukunft extrapoliert werden, so dass absehbar wird, warm bei gegebenem Betriebszustand ein Kondensat anfallen könnte, wenn dieser sich wie vorliegend weiter entwickeln würde, so dass in die Entwicklung des Betriebszustands eingegriffen würde, um den erwarteten Betriebszustand mit Kondensaterzeugung gezielt zu vermeiden.The control can also be extrapolated into the future, so that it is foreseeable that a condensate could occur at a given operating state, if it would continue to develop as in the present case, so that the development of the operating state would interfere with the expected operating state with condensate production to avoid.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn weiterhin ein Heizer im Bypass des ersten Ladeluftkühlers vorgesehen ist, dessen Heizleistung zur Vermeidung einer Kondensatbildung von der Steuereinheit steuerbar ist. Dadurch wird die Ladeluft nach dem Ladeluftkühler heizbar und in der Temperatur einstellbar.It is expedient if, furthermore, a heater is provided in the bypass of the first charge air cooler whose heating power is controllable by the control unit to prevent condensation. This makes the charge air after the intercooler heatable and adjustable in temperature.
Auch ist es vorteilhaft, wenn als Abgasregelventil ein erstes Ventil und/oder ein zweites Ventil vorgesehen ist zur Steuerung des Abgasmassenstroms durch die erste und/oder durch die zweite Kühlstufe des Abgaskühlers und/oder zur Steuerung des Massenstroms durch zumindest einen Bypass zur Umgehung der ersten und/oder zweiten Kühlstufe des Abgaskühlers oder durch einen Bypass zur Umgehung der ersten Kühlstufe des Abgaskühlers. Dabei kann auch ein zweiter Bypass vorgesehen sein zur Umgehung nur der ersten Kühlstufe, wobei der erste Bypass die erste und die zweite Kühlstufe umgehen würde.It is also advantageous if a first valve and / or a second valve is provided for controlling the exhaust gas mass flow through the first and / or the second cooling stage of the exhaust gas cooler and / or for controlling the mass flow through at least one bypass for bypassing the first and / or second cooling stage of the exhaust gas cooler or by a bypass for bypassing the first cooling stage of the exhaust gas cooler. In this case, a second bypass may be provided to bypass only the first cooling stage, wherein the first bypass would bypass the first and the second cooling stage.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn als Ladeluftregelventil ein drittes Ventil vorgesehen ist zur Steuerung des Ladeluftmassenstroms durch den ersten Ladeluftkühler und/oder zur Steuerung des Ladeluftmassenstroms durch einen Bypass zur Umgehung des ersten Ladeluftkühlers. So kann die Menge der Ladeluft durch den Kühler bzw. durch den Bypass gesteuert werden.Furthermore, it is expedient if a third valve is provided as the charge air control valve for controlling the charge air mass flow through the first charge air cooler and / or for controlling the charge air mass flow through a bypass to bypass the first charge air cooler. Thus, the amount of charge air can be controlled by the radiator or by the bypass.
Dabei ist es auch vorteilhaft, wenn ein viertes Ventil vorgesehen ist zur Steuerung des Kühlmittelmassenstroms durch den ersten Ladeluftkühler.It is also advantageous if a fourth valve is provided for controlling the coolant mass flow through the first charge air cooler.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn ein erster Temperatursensor ausgangsseitig der ersten und/oder zweiten Kühlstufe des Abgaskühlers angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Temperatursensor nach der Zuströmung des Bypasses nach dem Ausgang des Abgaskühlers angeordnet, so dass er eine Mischtemperatur zwischen dem gekühlten Abgas und dem umgeleiteten Abgas messen kann.Furthermore, it is expedient if a first temperature sensor is arranged on the output side of the first and / or second cooling stage of the exhaust gas cooler. Preferably, the temperature sensor is arranged after the inflow of the bypass to the outlet of the exhaust gas cooler, so that it can measure a mixing temperature between the cooled exhaust gas and the bypassed exhaust gas.
Dabei ist es auch vorteilhaft, wenn ein zweiter Temperatursensor ausgangsseitig des ersten Ladeluftkühlers angeordnet ist. Vorzugsweise ist dieser Temperatursensor nach der Zuströmung des Bypasses nach dem Ausgang des Ladeluftkühlers angeordnet, so dass er eine Mischtemperatur zwischen der gekühlten Ladeluft und der umgeleiteten Ladeluft messen kann.It is also advantageous if a second temperature sensor is arranged on the output side of the first charge air cooler. Preferably, this temperature sensor is arranged after the inflow of the bypass to the output of the charge air cooler, so that it can measure a mixing temperature between the cooled charge air and the bypassed charge air.
Die Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens erreicht durch ein Verfahren zur Steuerung einer Anordnung zur Rückführung von Abgas und Zuführung von gekühlter Ladeluft zu einer Brennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine eine Abgaslade- und eine Abgaskühlanordnung aufweist mit einer Abgaskühlanordnung mit einem zweistufigen Abgaskühler mit einer ersten Kühlstufe und mit einer zweiten Kühlstufe, mit zumindest einem Bypass zur Umgehung der ersten und/oder zweiten Kühlstufe des Abgaskühlers und mit zumindest einem Abgasregelventil, weiterhin mit zumindest einem ersten Ladeluftkühler und einem Bypass zur Umgehung des ersten Ladeluftkühlers und mit einem Ladeluftregelventil, weiterhin mit zumindest einen Temperatursensor zur Messung der Abgas- und/oder Ladelufttemperatur, weiterhin mit einer Steuereinheit zur Steuerung des Abgasmassenstroms durch die erste und/oder durch die zweite Kühlstufe des Abgaskühlers und/oder zur Steuerung des Massenstroms durch den Bypass zur Umgehung der ersten und/oder zweiten Kühlstufe des Abgaskühlers und/oder zur Steuerung des Ladeluftmassenstroms durch den ersten Ladeluftkühler und/oder zur Steuerung des Massenstroms durch den Bypass zur Umgehung des ersten Ladeluftkühlers zur Vermeidung von Kondensatbildung im Abgaskühler und/oder im ersten Ladeluftkühler, wobei der Abgasmassenstrom und/oder der Ladeluftmassenstrom in Abhängigkeit der Temperatur des Abgasstroms und/oder der Ladelufttemperatur derart gesteuert wird, dass im Wesentlichen kein Kondensat erzeugt wird.The object is achieved with regard to the method by a method for controlling an arrangement for recycling exhaust gas and supplying cooled charge air to an internal combustion engine, wherein the internal combustion engine has an exhaust gas charging and an exhaust gas cooling arrangement with an exhaust gas cooling arrangement with a two-stage exhaust gas cooler with a first cooling stage and with a second cooling stage, with at least one bypass for bypassing the first and / or second cooling stage of the exhaust gas cooler and with at least one exhaust control valve, further comprising at least a first charge air cooler and a bypass for bypassing the first charge air cooler and with a charge air control valve, further comprising at least one temperature sensor for Measurement of the exhaust gas and / or charge air temperature, further comprising a control unit for controlling the exhaust gas mass flow through the first and / or by the second cooling stage of the exhaust gas cooler and / or Control of the mass flow through the bypass to bypass the first and / or second cooling stage of the exhaust gas cooler and / or for controlling the charge air mass flow through the first charge air cooler and / or for controlling the mass flow through the bypass to bypass the first charge air cooler to prevent condensation in the exhaust gas cooler and In the first charge air cooler, the exhaust gas mass flow and / or the charge air mass flow is controlled in dependence on the temperature of the exhaust gas flow and / or the charge air temperature such that substantially no condensate is generated.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn weiterhin mittels eines Heizers im Bypass des ersten Ladeluftkühlers die durchgeleitete Ladeluft gesteuert erwärmt wird, insbesondere zur Vermeidung einer Kondensatbildung.In this case, it is advantageous if, further by means of a heater in the bypass of the first charge air cooler, the charge air conducted through is heated in a controlled manner, in particular to avoid condensate formation.
Auch ist es vorteilhaft, wenn mittels eines ersten Ventils und/oder eines zweiten Ventils eine Steuerung des Abgasmassenstroms durch die erste und/oder durch die zweite Kühlstufe des Abgaskühlers gesteuert wird und/oder durch einen Bypass zur Umgehung der ersten und/oder zweiten Kühlstufe des Abgaskühlers oder durch einen Bypass zur Umgehung der ersten Kühlstufe des Abgaskühlers.It is also advantageous if, by means of a first valve and / or a second valve, control of the exhaust gas mass flow is controlled by the first and / or the second cooling stage of the exhaust gas cooler and / or by a bypass for bypassing the first and / or second cooling stage of Exhaust gas cooler or by a bypass to bypass the first cooling stage of the exhaust gas cooler.
Dabei ist es auch vorteilhaft, wenn mittels eines dritten Ventils eine Steuerung des Ladeluftmassenstroms durch den ersten Ladeluftkühler und/oder eine Steuerung des Ladeluftmassenstroms durch einen Bypass zur Umgehung des ersten Ladeluftkühlers erfolgt.It is also advantageous if by means of a third valve, a control of the charge air mass flow through the first charge air cooler and / or a control of the charge air mass flow through a bypass to bypass the first charge air cooler takes place.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn mittels eines vierten Ventils eine Steuerung des Kühlmittelmassenstroms durch den ersten Ladeluftkühler erfolgt.Furthermore, it is expedient if by means of a fourth valve, a control of the coolant mass flow through the first charge air cooler takes place.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung und durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine niedrige Kaltstartemission erreicht. Die Kondensatreduzierung bzw. die Kondensatvermeidung wird im Betrieb und bei Motorstoppsituationen erreichtBy the arrangement according to the invention and by the method according to the invention a low cold start emission is achieved. The condensate reduction or condensate avoidance is achieved during operation and in engine stop situations
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die nachfolgende Figurenbeschreibung und durch die Unteransprüche beschrieben.Further advantageous embodiments are described by the following description of the figures and by the subclaims.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage zumindest eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail on the basis of at least one embodiment with reference to the drawings. Show it:
Bevorzugte Ausführung der ErfindungPreferred embodiment of the invention
Die
Der Brennkraftmaschine wird die Luft für die Verbrennung des Kraftstoffs über ein Saugmodul
Dabei wird das Abgas einer zweitstufigen Aufladungsanordnung zugeführt. Die zweistufige Aufladungsanordnung ist dabei durch zwei Turbolader
Neben einer Ausleitung des Abgases über die Leitungen
Am Ausgang des Wärmeübertragers
Der Abgaswärmeübertrager
Die erste Kühlstufe
Dem Saugrohr
Parallel zu dem Ladeluftkühler
Am Ausgang des Wärmeübertragers
Der Bypass
Durch die Zuheizung im Bereich des Bypasses
Weiterhin ist zu erkennen, dass die Brennkraftmaschine
Der Kühlkreislauf
Somit wird die erste Kühlstufe
Der zweite Kühlmittelkreislauf
Mit der Pumpe
Erfindungsgemäß wird nun die Anordnung derart gestaltet und von einem Steuerverfahren betrieben, dass mittels einer Steuereinheit
Hierzu werden die genannten Eingangssignale
Die Einstellung eines entsprechenden Betriebszustandes des Verbrennungsmotors erfolgt dabei vorzugsweise auch in solchen Betriebszuständen, in welchen eine Kondensatbildung auch bei einer erwarteten Entwicklung des Betriebszustands eintreten würde, so dass die Kondensatbildung durch eine prädiktive Steuerung vorhergesagt werden kann, wobei durch eine Änderung der Einstellungen der Anordnung es verhindert werden kann, dass das Kondensat tatsächlich erzeugt wird. Dies kann beispielsweise bei einer Motorstoppsituation erfolgen, nachdem der Fahrer einen Motorstoppwunsch durch beispielsweise eine Betätigung eines Schlüssels oder eines Zündungsein- bzw. ausschaltknopfes signalisiert hat, so dass vor Abschalten des Motors eine Betriebssituation herbeigeführt wird, die eine sichere Vermeidung eines Kondensats in der Abschaltsituation vermeidet.The setting of a corresponding operating state of the internal combustion engine is preferably carried out in such operating conditions in which a condensate formation would occur even with an expected development of the operating state, so that the formation of condensation can be predicted by a predictive control, wherein by changing the settings of the arrangement it can be prevented that the condensate is actually generated. This can be done, for example, in an engine stop situation after the driver has signaled an engine stop request by, for example, an operation of a key or an ignition on or off button, so that before switching off the engine an operating situation is brought about, which avoids a safe avoidance of condensate in the shutdown situation ,
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102005008103 A1 [0007] DE 102005008103 A1 [0007]
- DE 102005023958 A1 [0008] DE 102005023958 A1 [0008]
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