DE102011110914B4

DE102011110914B4 - Modulation hydrodynamischer Strömungscharakteristiken, um eine Kontamination eines Kraftfahrzeug-Wärmetauschers zu vermeiden

Info

Publication number: DE102011110914B4
Application number: DE102011110914.9A
Authority: DE
Inventors: Patrick G. Szymkowicz; Alexander Knafl
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-09-01
Filing date: 2011-08-18
Publication date: 2019-06-19
Anticipated expiration: 2031-08-19
Also published as: US8820301B2; US20120048245A1; DE102011110914A1; CN102383973A; CN102383973B

Abstract

Verfahren zum Regulieren von Schmutzstoffablagerungen aus Verbrennungsnebenprodukten in einem Wärmetauscher (97) eines Fahrzeugs, wobei der Wärmetauscher (97) eine Abgasrückführungsströmung verarbeitet, wobei das Verfahren umfasst:wiederholtes Wechseln einer Strömungssteuervorrichtung (210), die die Abgasrückführungsströmung durch den Wärmetauscher (97) steuert, von einer ursprünglichen Position zu einer Zwischenposition und zurück zu der ursprünglichen Position;wobei die ursprüngliche Position basierend auf einer erforderlichen Abgasrückführungsströmung in einen Ansaugkrümmer (85) bestimmt ist;Überwachen einer Periode einer Druckwellenoszillation durch einen den Wärmetauscher (97) enthaltenden Kreislauf, die aus dem Wechsel der Strömungssteuervorrichtung (210) resultiert; und wobei der Wechsel der Strömungssteuervorrichtung (210) auf der Periode der Druckwellenoszillation basiert,wobei das wiederholte Wechseln der Strömungssteuervorrichtung (210) aus der ursprünglichen Position in die Zwischenposition und zurück zu der ursprünglichen Position ein wiederholtes Wechseln der Strömungssteuervorrichtung (210) von einer geschlossenen Position zu einer offenen Position und zurück zu der geschlossenen Position umfasst; undwobei das Wechseln der Strömungssteuervorrichtung (210) basierend auf der Periode der Druckwellenoszillation ein Steuern einer Periode des Wechsels der Strömungssteuervorrichtung (210) umfasst, um eine Strömung in einer ersten Richtung durch den Wärmetauscher (97) und eine anschließende Strömung in einer zweiten Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, zu erzeugen.

Description

Die Offenbarung betrifft ein Verfahren, um Schmutzstoffablagerungen aus Verbrennungsnebenprodukten in einem Wärmetauscher in einem Abgasrückführungskreislauf eines Verbrennungsmotors zu regulieren.
Eine Abgasrückführung (AGR) wird bei einer Verbrennungsmotorsteuerung verwendet. AGR-Kreisläufe entfernen einen Anteil von Abgasströmung von dem Abgassystem zur Zufuhr als Teil der Zylinderladung. AGR-Kreisläufe sind zur Verwendung bei vielen verschiedenen Motortypen und -konfigurationen, beispielsweise sowohl Diesel- als auch Benzinmotoren, bekannt.
Die Verbrennung ist stark von den Bedingungen, die in dem Brennraum vorhanden sind, abhängig. Änderungen der Eigenschaften, wie einer Temperatur in dem Brennraum, können nachteilige Wirkungen auf die resultierende Verbrennung haben. Die Temperatur der AGR-Strömung, die in den Brennraum geführt wird, besitzt Wirkungen auf die Gesamttemperatur in dem Brennraum. Infolge des Bedarfs, diese Temperaturen zu steuern, sind Verfahren bekannt, um die Temperatur der AGR-Strömung in dem AGR-Kreislauf durch die Verwendung eines AGR-Kühlers, der eine Wärmetauschervorrichtung aufweist, zu modulieren.
Wärmetauschervorrichtungen können viele Formen annehmen. Eine bekannte Wärmetauschervorrichtung ist ein Wärmetauscher vom Gas/Flüssigkeits-Typ. Eine weitere bekannte Wärmetauschervorrichtung ist ein Wärmetauscher vom Gas/Gas-Typ. Eine effiziente Wärmeübertragung erfordert allgemein große Oberflächen durch Strömungspfade mit großem Querschnitt. Die Strömungsgeschwindigkeit nimmt allgemein ab, wenn der Querschnitt des Strömungspfades zunimmt.
Die AGR-Strömung enthält Nebenprodukte der Verbrennung. Partikelmaterial (PM) und andere Verbrennungsnebenprodukte gelangen durch das Abgassystem mit der Abgasströmung. Der AGR-Kreislauf ist durch Abzweig in das Abgassystem diesen Nebenprodukten ausgesetzt. Wärmetauscher können schmale und unterteilte Durchgänge aufweisen, um eine Wärmeübertragung von dem heißen Gas auf die Kühlflüssigkeit zu maximieren. Jedoch können schmale Durchgänge mit großen Oberflächen als Filter für die Verbrennungsnebenprodukte wirken, wobei sich Partikelablagerungen an den Oberflächen in den Durchgängen sammeln. Zusätzlich haben Tests gezeigt, dass geringere Abgasgeschwindigkeiten, die tendenziell in einem Wärmetauscher existieren, die Rate erhöhen, mit der Partikelablagerungen an den Oberflächen zurückbleiben. Derartige Ablagerungen in dem Wärmetauscher können eine Anzahl nachteiliger Wirkungen für den Wärmetauscher haben, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, Korrosion, erhöhter Strömungswiderstand, Strömungsblockierung, Reduktion der Wärmeübertragungsfähigkeit und Geräusch, Vibration und Rauheit (NVH von engl.: „noise, vibration and harshness“).
DE 10 2006 028 146 A1 offenbart eine Abgasrückführeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem in einer Abgasrückführleitung angeordneten Rückführventil zum Einstellen einer Abgasrückführrate, indem ein durchströmbarer Querschnitt der Abgasrückführleitung zu vorbestimmten oder eingeregelten Schaltzeitpunkten abwechselnd verkleinert und vergrößert bzw. gesperrt oder geöffnet wird.
US 2009 / 0 235 662 A1 beschreibt ein Verfahren zum Verringern des Aufbaus von Verbrennungsnebenproduktablagerungen in einem Wärmetauscher eines Kraftfahrzeugs, wobei der Wärmetauscher einen Abgas enthaltenden Gasstrom durch Beibehalten einer Gasstrommindestgeschwindigkeit in dem Wärmetauscher aufbereitet, wobei ein Gasstromgesamtquerschnitt des Wärmetauschers verringert wird, um eine Gasstromgeschwindigkeit lokal anzuheben.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem es möglich ist, auf einfache und zuverlässige Weise ein Spülen eines AGR-Kühlers zu erreichen, um einen Aufbau von Partikelablagerungen im AGR-Kühler zu vermeiden.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Ein Fahrzeugwärmetauscher verarbeitet eine Abgasrückführungsströmung. Ein beispielhaftes Verfahren zur Regulierung von Schmutzstoffablagerungen von Verbrennungsnebenprodukt in dem Wärmetauscher umfasst ein wiederholtes Wechseln einer Strömungssteuervorrichtung, die die Abgasrückführungsströmung durch den Wärmetauscher steuert, von einer ursprünglichen Position zu einer Zwischenposition und zurück zu der ursprünglichen Position. Die ursprüngliche Position ist auf Grundlage einer erforderlichen Abgasrückführungsströmung in einen Ansaugkrümmer bestimmt.
Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:

1 ein Schema eines Verbrennungsmotors und Steuersystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
2 ein Schema eines Motors ist, die einen AGR-Kreislauf mit einem AGR-Kühler gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet;
3 eine Schnittansicht eines bekannten AGR-Kühlers gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
4 eine perspektivische Ansicht eines in einem AGR-Kühler verwendeten Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
5 - 9 beispielhafte Strömungsmuster zeigen, die durch die hier beschriebenen Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können;
10 eine perspektivische Ansicht eines Strömungssteuertüren verwendenden Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
11 ein beispielhaftes Strömungsmuster gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt; und
12 beispielhafte Testergebnisse gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt.

1 zeigt ein Schema eines Verbrennungsmotors 10 und eines Steuersystems 25, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung aufgebaut ist. Die Ausführungsform, wie gezeigt, ist als Teil eines Gesamtsteuerschemas angewendet, um einen beispielhaften fremdgezündeten Benzin-Viertakt-Verbrennungsmotor mit Direktinjektion und mehreren Zylindern zu betreiben. Jedoch können, wie dem Fachmann offensichtlich ist, die hier beschriebenen Verfahren an vielen und verschiedenen Motorkonfigurationen verwendet werden, und die beispielhafte Motorkonstruktion, die in 1 gezeigt ist, nur zu Veranschaulichungszwecken gemeint.
Der beispielhafte Motor 10 weist einen Gussmetallmotorblock mit einer Mehrzahl darin geformter Zylinder, von denen einer gezeigt ist, und einem Motorkopf 27 auf. Jeder Zylinder weist einen Zylinder mit geschlossenem Ende auf, der einen darin eingesetzten bewegbaren Hubkolben 11 aufweist. Ein Brennraum 20 mit variablem Volumen ist in jedem Zylinder gebildet und wird durch Wände des Zylinders, den bewegbaren Kolben 11 und den Kopf 27 definiert. Der Motorblock umfasst bevorzugt Kühlmitteldurchgänge 29, durch die Motorkühlmittelfluid gelangt. Ein Kühlmitteltemperatursensor 37, der dazu dient, die Temperatur des Kühlmittelfluids zu überwachen, ist an einer geeigneten Stelle angeordnet und stellt ein Signal bereit, das in das Steuersystem 25 eingegeben wird, das dazu verwendbar ist, den Motor zu steuern. Der Motor umfasst bevorzugt bekannte Systeme, wie ein externes Abgasrückführungs-(AGR)-Ventil und ein Ansaugluftdrosselventil.
Jeder bewegbare Kolben 11 weist eine Vorrichtung auf, die gemäß bekannten Kolbenausbildungsverfahren konstruiert ist, und umfasst ein Oberteil und einen Körper, der im Wesentlichen mit dem Zylinder, mit dem er zusammenwirkt, übereinstimmt. Der Kolben besitzt ein Oberteil oder einen Kolbenbodenbereich, der dem Brennraum ausgesetzt ist. Jeder Kolben ist über einen Bolzen 34 und eine Pleuelstange 33 mit einer Kurbelwelle 35 verbunden. Die Kurbelwelle 35 ist drehbar an dem Motorblock an einem Hauptlagerbereich nahe einem unteren Abschnitt des Motorblocks befestigt, so dass die Kurbelwelle um eine Achse rotieren kann, die rechtwinklig zu einer durch jeden Zylinder definierten Längsachse ist. Ein Kurbelsensor 31 ist an einer geeigneten Stelle angeordnet und dient dazu, ein Signal zu erzeugen, das von dem Controller 25 verwendbar ist, um einen Kurbelwinkel zu messen, und das umsetzbar ist, um Maße der Kurbelwellenrotation, der Geschwindigkeit bzw. Drehzahl sowie Beschleunigung bereitzustellen, die in verschiedenen Steuerschemata verwendbar sind. Während des Betriebs des Motors bewegt sich jeder Kolben 11 in dem Zylinder auf eine Hubweise aufgrund der Verbindung mit und Rotation der Kurbelwelle 35 und des Verbrennungsprozesses aufwärts und abwärts. Die Rotationswirkung der Kurbelwelle bewirkt eine Umsetzung einer Linearkraft, die auf jeden Kolben während der Verbrennung ausgeübt wird, in einen Winkeldrehmomentausgang von der Kurbelwelle, der an eine andere Vorrichtung, beispielsweise einen Fahrzeugantriebsstrang, übertragen werden kann.
Der Motorkopf 27 weist eine Gussmetallvorrichtung auf, die einen oder mehrere Ansaugkanäle 17 und einen oder mehrere Abgasdurchlässe 19 aufweist, die zu dem Brennraum 20 verlaufen. Der Ansaugkanal 17 liefert Luft an den Brennraum 20. Verbrannte (einer Verbrennung unterzogene) Gase strömen von dem Brennraum 20 über den Abgasdurchlass 19. Eine Luftströmung durch jeden Ansaugkanal wird durch die Betätigung eines oder mehrerer Ansaugventile 21 gesteuert. Die Strömung verbrannter Gase durch jeden Abgasdurchlass wird durch Betätigung eines oder mehrerer Abgasventile 23 gesteuert.
Die Ansaug- und Abgasventile 21, 23 besitzen jeweils einen Kopfabschnitt, der einen oberen Abschnitt aufweist, der dem Brennraum ausgesetzt ist. Jedes der Ventile 21, 23 besitzt einen Schaft, der mit einer Ventilbetätigungsvorrichtung verbunden ist. Eine Ventilbetätigungsvorrichtung 60 dient dazu, ein Öffnen und Schließen von jedem der Ansaugventile 21 zu steuern, und eine zweite Ventilbetätigungsvorrichtung 70 dient dazu, ein Öffnen und Schließen von jedem der Abgasventile 23 zu steuern. Jede der Ventilbetätigungsvorrichtungen 60, 70 ist signaltechnisch mit dem Steuersystem 25 verbunden und dient dazu, einen Zeitpunkt, eine Dauer sowie eine Größe des Öffnens und Schließens jedes Ventils entweder gemeinsam oder einzeln, zu steuern. Die erste Ausführungsform des beispielhaften Motors umfasst ein System mit doppelter oben liegender Nocke, das eine Vorrichtung mit variabler Hubsteuerung (VLC von engl.: „variable lift control“) und eine Vorrichtung mit variabler Nockenphasenverstellung (VCP von engl.: „variable cam phasing“) besitzt. Die VCP-Vorrichtung dient dazu, einen Zeitpunkt des Öffnens und Schließens jedes Ansaugventils und jedes Abgasventils relativ zu einer Rotationsposition der Kurbelwelle zu steuern, und öffnet jedes Ventil für eine fixierte Kurbelwinkeldauer. Beispielhafte VCP-Vorrichtungen umfassen bekannte Nockenphasensteller. Die beispielhafte VLC-Vorrichtung dient dazu, eine Größe eines Ventilhubs in eine von zwei Positionen zu steuern: eine Position zu 3 - 5 mm Hub für eine Offendauer von 120 - 150 Kurbelwinkelgrad und eine andere Position zu 9 - 12 mm Hub für eine Offendauer von 220 - 260 Kurbelwinkelgrad. Beispielhafte VLC-Vorrichtungen umfassen bekannte Zweistufen-Hubnocken. Einzelne Ventilbetätigungsvorrichtungen können dieselbe Funktion für denselben Effekt ausführen. Die Ventilbetätigungsvorrichtungen werden bevorzugt durch das Steuersystem 25 gemäß vorbestimmter Steuerschemata gesteuert. Alternative Vorrichtungen für variable Ventilbetätigung, einschließlich beispielsweise voll flexibler elektrischer oder elektrohydraulischer Vorrichtungen, können ebenfalls verwendet werden und den weiteren Vorteil einer unabhängigen Öffnungs- und Schließphasensteuerung wie auch eine im Wesentlichen unendliche Ventilhubvariabilität innerhalb der Grenzen des Systems haben. Ein spezifischer Aspekt eines Steuerschemas zum Steuern eines Öffnens und Schließens der Ventile ist hier beschrieben. Der Fachmann erkennt, dass Motorventile und Ventilbetätigungssysteme viele Formen annehmen können, und die beispielhafte Motorkonfiguration nur zu Veranschaulichungszwecken gezeigt ist. Die hier beschriebenen Verfahren sind nicht dazu bestimmt, die bestimmte beispielhafte Konfiguration, die hier beschrieben ist, einzuschränken.
Luft wird dem Ansaugdurchlass 17 durch einen Ansaugkrümmerkanal 50 zugeführt, der gefilterte Luft aufnimmt, die durch eine bekannte Luftzumessvorrichtung und ein Drosselventil gelangt. Abgas gelangt von dem Abgasdurchlass 19 zu einem Abgaskrümmer 42, der Abgassensoren 40 aufweist, die dazu dienen, Bestandteile des Abgaszustroms zu überwachen und dabei in Verbindung stehende Parameterwerte zu bestimmen. Die Abgassensoren 40 können beliebige von mehreren bekannten Erfassungsvorrichtungen aufweisen, die dazu dienen, Parameter für den Abgaszustrom, einschließlich Luft/Kraftstoff-Verhältnis, oder eine Messung von Abgasbestandteilen bereitzustellen, beispielsweise NOx, CO, HC und andere. Das System kann einen innerhalb des Zylinders vorgesehenen Sensor zur Überwachung von Verbrennungsdrücken, nicht intrusive Drucksensoren oder eine inferentiell bestimmte Druckbestimmung (beispielsweise durch Kurbelwellenbeschleunigungen) aufweisen. Die vorher erwähnten Sensoren und Zumessvorrichtungen liefern jeweils ein Signal als einen Parametereingang zu dem Steuersystem 25. Diese Parametereingänge können von dem Steuersystem dazu verwendet werden, Verbrennungsleistungsmessungen zu bestimmen.
Das Steuersystem 25 weist bevorzugt einen Untersatz einer Gesamtsteuerarchitektur auf, der dazu dient, eine koordinierte Systemsteuerung des Motors 10 und anderer Systeme bereitzustellen. Im Gesamtbetrieb ist das Steuersystem 25 betreibbar, um Bedienereingaben, Umgebungsbedingungen, Motorbetriebsparameter und Verbrennungsleistungsmessungen zu synthetisieren und Algorithmen auszuführen, um verschiedene Aktuatoren zu steuern und damit Ziele für Steuerparameter zu erreichen, einschließlich Parametern wie Kraftstoffwirtschaftlichkeit, Emissionen, Leistungsfähigkeit und Fahrverhalten. Das Steuersystem 25 ist funktionell mit einer Mehrzahl von Vorrichtungen verbunden, durch die ein Bediener typischerweise einen Betrieb des Motors steuert oder lenkt. Beispielhafte Bedienereingänge umfassen ein Gaspedal, ein Bremspedal, einen Getriebewählhebel sowie eine Fahrzeuggeschwindigkeits-Fahrtregelung, wenn der Motor in einem Fahrzeug eingesetzt ist. Das Steuersystem kann mit anderen Controllern, Sensoren und Aktuatoren über einen Local-Area-Network-(LAN)-Bus kommunizieren, der bevorzugt eine strukturierte Kommunikation von Steuerparametern und Anweisungen zwischen verschiedenen Controllern ermöglicht.
Das Steuersystem 25 ist funktionell mit dem Motor 10 verbunden und dient dazu, Parameterdaten von Sensoren aufzunehmen und eine Mehrzahl von Aktuatoren des Motors 10 über geeignete Schnittstellen 45 zu steuern. Das Steuersystem 25 empfängt eine Motordrehmomentanweisung und erzeugt einen Solldrehmomentausgang auf Grundlage der Fahrereingaben. Beispielhafte Motorbetriebsparameter, die von dem Steuersystem 25 unter Verwendung der vorher erwähnten Sensoren erfasst sind, umfassen Motorkühlmitteltemperatur, Kurbelwellendrehzahl (U/min) und -position, Krümmerabsolutdruck, Umgebungsluftströmung und -temperatur sowie Umgebungsluftdruck. Verbrennungsleistungsmessungen umfassen typischerweise gemessene und abgeleitete Verbrennungsparameter, einschließlich Luft/Kraftstoff-Verhältnis, Anordnung des Spitzenverbrennungsdrucks, und andere.
Aktuatoren, die durch das Steuersystem 25 gesteuert werden, umfassen: Kraftstoffinjektoren 12; die VCP/VLC-Ventilbetätigungsvorrichtungen 60, 70, Zündkerze 14, die funktionell mit Zündmodulen zur Steuerung einer Zündhaltezeit und eines Zündzeitpunkts verbunden ist; ein Abgasrückführungs-(AGR)-Ventil sowie ein elektronisches Drosselsteuermodul und einen Wasserinjektor 16. Der Kraftstoffinjektor 12 ist funktionell betreibbar, um Kraftstoff direkt in jeden Brennraum 20 zu injizieren. Spezifische Details beispielhafter Direktinjektions-Kraftstoffinjektoren sind bekannt und hier nicht detailliert beschrieben. Die Zündkerze 14 wird von dem Steuersystem 25 dazu verwendet, eine Zündzeitpunktsteuerung des beispielhaften Motors über Anteile des Motordrehzahl- und Lastbetriebsbereichs zu steigern. Wenn der beispielhafte Motor in einem Autozündungsmodus betrieben wird, verwendet der Motor keine erregte Zündkerze. Es hat sich als erstrebenswert herausgestellt, eine Funkenzündung zur Ergänzung von Autozündmoden unter gewissen Bedingungen, einschließlich beispielsweise während Kaltstart, bei Niedriglastbetriebsbedingungen nahe einer Niedriglastgrenze und zur Verhinderung einer Verschmutzung, zu verwenden. Auch hat es sich als bevorzugt erwiesen, eine Funkenzündung bei einer Hochlastbetriebsgrenze in Autozündmoden und bei Betriebsbedingungen mit hoher Geschwindigkeit/Last unter gedrosseltem oder nicht gedrosseltem Funkenzündungsbetrieb zu verwenden.
Steuersystem, Steuermodul, Modul, Controller, Steuereinheit, Prozessor und ähnliche Begriffe bedeuten eine oder verschiedene geeignete Kombinationen aus einem oder mehreren aus anwendungsspezifischer integrierter Schaltung(en) (ASIC), elektronischer Schaltung(en), Zentralverarbeitungseinheit(en) (bevorzugt Mikroprozessor(en)) und zugeordneter Speicher (Nurlesespeicher, programmierbarer Nurlesespeicher, Direktzugriffsspeicher, Festplatte, etc.), die eine oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, kombinatorischer Logikschaltung(en), Eingangs/Ausgangs-Schaltung(en) und -vorrichtungen, geeignete Signalkonditionierungs- und Pufferschaltungen, sowie andere geeignete Komponenten, um die beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Das Steuersystem 25 besitzt einen Satz von Steueralgorithmen, einschließlich residenter Softwareprogrammanweisungen und -kalibrierungen, die in dem Speicher gespeichert und ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen bereitzustellen. Die Algorithmen werden bevorzugt während voreingestellter Schleifenzyklen ausgeführt. Die Algorithmen werden ausgeführt, wie durch eine Zentralverarbeitungseinheit, und dienen dazu, Eingänge von Erfassungsvorrichtungen und anderen vernetzten Steuermodulen zu überwachen und Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen, um einen Betrieb von Aktuatoren zu steuern. Schleifenzyklen können in regelmäßigen Intervallen, beispielsweise alle 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden während des laufenden Motor- und Fahrzeugbetriebs ausgeführt werden. Alternativ dazu können Algorithmen in Ansprechen auf das Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
AGR-Kreisläufe werden in einer breiten Vielzahl von Motortypen und Motorkonstruktionen verwendet. 1 zeigt einen beispielhaften Motor, der in der Lage ist, einen AGR-Kreislauf zu verwenden. Das Kraftstoff/ Luft-Gemisch, das verwendet wird, um den Motor 10 zu betreiben, kann Benzin oder Benzinmischungen aufweisen, jedoch kann die Mischung auch andere flexible Kraftstofftypen aufweisen, wie Ethanol oder Ethanolmischungen, wie den Kraftstoff, der üblicherweise als E85 bekannt ist. Es ist bekannt, dass verschiedene Motorkonfigurationen andere Kraftstoffe verwenden, wie Dieselkraftstoff oder Dieselmischungen, und AGR-Kreisläufe verwenden. Die beschriebenen Verfahren hängen nicht von der jeweiligen Vielzahl von verwendeten Kraftstoffen ab und sind nicht dazu bestimmt, die hier offenbarten Ausführungsformen zu beschränken.
2 zeigt schematisch eine beispielhafte Motorkonfiguration, die einen AGR-Kreislauf gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet. Der Motor 10 ist mit einer Ausgangswelle 75, einem Abgassystem 80, einem Ansaugkrümmer 85 und einem AGR-Kreislauf 90 gezeigt. Der Motor 10 empfängt zumindest den Luftanteil des Kraftstoffluftgemischs, der zur Verbrennung notwendig ist, durch den Ansaugkrümmer 85, führt den Verbrennungsprozess in Brennräumen in dem Motor 10 aus, liefert ein Drehmoment an die Ausgangswelle 75 und emittiert eine Abgasströmung, die den Motor 10 durch das Abgassystem 80 verlässt. Der AGR-Kreislauf 90 ist kommunizierend an dem Abgassystem 80 angebracht und mit einem AGR-Ventil 94 und einem AGR-Kühler 97 gezeigt. Das AGR-Ventil 94 wird durch das Steuersystem 25 betätigt. Das beispielhafte AGR-Ventil 94 ist eine Strömungssteuervorrichtung, die in der Lage ist, eine Strömung durch den AGR-Kreislauf zu blockieren oder zu ermöglichen. Jedoch können Strömungssteuervorrichtungen für einen AGR-Kreislauf eine Anzahl verschiedener Ausführungsformen aufweisen, und die Offenbarung ist nicht zur Beschränkung auf das beispielhafte AGR-Ventil bestimmt. In der Technik sind verschiedene Steuervorgehensweisen zur Aktivierung des AGR-Ventils unter bestimmten Betriebsbedingungen bekannt und sind hier nicht detailliert beschrieben. Das AGR-Ventil 94, wenn es in eine Aus-Position gesteuert ist, blockiert jegliche Abgasströmung von dem Abgassystem 80, die Strömung unter einem Druckgradienten aus dem Verbrennungsprozess, vor einem Eintritt in den AGR-Kreislauf 90. Das AGR-Ventil 94, wenn es in eine Ein- oder Offen-Position gesteuert ist, öffnet, und der AGR-Kreislauf 90 kann dann den Druck oder die Geschwindigkeit der Abgasströmung verwenden, um einen Anteil der Abgasströmung in den AGR-Kreislauf 90 als eine AGR-Strömung zu führen. Das AGR-Ventil 94 ist bei einigen Ausführungsformen in der Lage, teilweise zu öffnen, wodurch die Menge an Abgas, die in eine AGR-Strömung umgelenkt wird, moduliert wird. Die AGR-Strömung gelangt durch den AGR-Kreislauf 90 zu dem Ansaugkrümmer 85, wo sie mit zumindest dem Luftanteil des Kraftstoff-Luft-Gemisches kombiniert wird, um die Verbrennungssteuereigenschaften abzuleiten, die durch die Verwendung einer AGR ermöglicht werden, wie oben beschrieben ist. Wie oben beschrieben ist, ist der Verbrennungsprozess in dem Motor 10 empfindlich gegenüber Bedingungen, wie der Temperatur in dem Brennraum während der Verbrennung. Eine AGR-Strömung, die von einer Hochtemperatur-Abgasströmung genommen wird, kann die Temperatur in dem Brennraum auf unerwünschte Niveaus erhöhen. Daher ist es bekannt, einen AGR-Kühler 97 zu verwenden, um Wärme von der AGR-Strömung zu entfernen, um dadurch die resultierende Temperatur der AGR-Strömung, die schließlich in den Brennraum eintritt, zu steuern.
Es sind verschiedene Verfahren bekannt, um die Temperatur einer Gasströmung in einem Wärmetauscher zu reduzieren. Gas/Gas-Wärmetauscher werden verwendet, um Wärme von einer Gasströmung an eine andere zu übertragen. Gas/Flüssigkeits-Wärmetauscher werden verwendet, um Wärme von einem Gas auf eine Flüssigkeit zu übertragen. Es können verschiedene Gas- oder Flüssigkeitsmedien verwendet werden, um Wärme zu oder von der Gasströmung zu übertragen. In jedem Wärmetauscher, der eine Gasströmung verarbeitet, tritt die Gasströmung in den Wärmetauscher durch die Gasströmungsdurchgänge ein, wird einer Wärmeübertragung mit einem anderen Medium unterzogen und verlässt den Wärmetauscher mit einer Temperaturänderung, die aus der Wärmeübertragung resultiert. Es ist bekannt, dass Motoren eine Motorkühlmittelflüssigkeit verwenden, um verschiedene Teile des Motors zu kühlen. Eine beispielhafte Konfiguration des AGR-Kühlers 97 ist in 2 als ein Gas/Flüssigkeits-Wärmetauscher gezeigt, wobei eine Hochtemperatur-AGR-Strömung durch den AGR-Kühler 97 gelangt, Wärme an ein flüssiges Medium in der Form einer Motorkühlmittelflüssigkeitsströmung überträgt, wobei die AGR-Strömung anschließend den AGR-Kühler 97 als eine AGR-Strömung mit reduzierter Temperatur verlässt. Einige bekannte beispielhafte Ausführungsformen des AGR-Kühlers 97 umfassen eine Motorkühlmittelsteuervorrichtung in Kommunikation mit dem Steuersystem 25, die in der Lage ist, eine Strömung und Menge von Motorkühlmittelflüssigkeit, die in den AGR-Kühler 97 eintritt, zu steuern, wodurch die Wärmemenge, die von der AGR-Strömung übertragen wird, gesteuert wird und die Reduktion der Temperatur der AGR-Strömung gesteuert wird. Unter gewissen Betriebsbedingungen und -konfigurationen kann die Motorkühlmittelflüssigkeitsströmung abgeschaltet werden oder der Wärmetauscher kann umgangen werden, so dass die AGR-Strömung an den Brennraum bei einer maximalen Temperatur geliefert wird.
3 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Gas/Flüssigkeits-Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Offenbarung. Wärmetauscher und deren Komponenten können aus vielen Materialien hergestellt sein. Hohe Temperaturen, die in der Abgasströmung auftreten, beeinflussen die Wahl der Materialien, die in Wärmetauschern verwendet werden, die in Kontakt mit den Hochtemperaturgasen kommen. Zusätzlich beeinflussen korrosive Verbrennungsnebenprodukte, die in den Abgasen vorhanden sind, ebenfalls die Wahl der verwendeten Materialien. Rostfreier Stahl stellt ein bekanntes Material dar, das in Abgaskomponenten aufgrund seiner Beständigkeit gegenüber sowohl hohen Temperaturen als auch Korrosion verwendet wird. Gewisse andere Konstruktionen, bei denen Temperaturen, die den Wärmetauscher erreichen, etwas geringer sind und korrosiven Kräften entgegengewirkt wird, können andere Materialien, wie Aluminium, verwenden. Andere beispielhafte Konstruktionen der Wärmetauscher verwenden Kunststoff- oder andere synthetische Materialien, um beispielsweise Abschnitte von Sammelleitungen oder Verbindungsdurchbrechungen auszubilden, wo ein direkter Kontakt zu einer Strömung mit höherer Temperatur nicht zulässig ist. Es ist bekannt, dass Wärmetauscher verschiedene Beschichtungen aufweisen, um den Aufbau des Wärmetauschers zu schützen oder andere nützliche Eigenschaften zu verleihen. Die oben beschriebenen Materialien sind nur beispielhaft gegeben. Die Wahl der Materialien und Beschichtungen in bestimmten Wärmetauschern ist in der Technik bekannt, und die Materialien und Konstruktionen von Wärmetauschern innerhalb dieser Offenbarung sind nicht so bestimmt, die hier beschriebenen spezifischen beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken.
Bezug nehmend auf 3 ist ein beispielhafter Gas/Flüssigkeits-Wärmetauscher 100 mit einem Gaseinlassabschnitt 110, einem Gasauslassabschnitt 120, Kühlmitteldurchbrechungen 125, einem Bündel von Gasströmungsrohren 130, Endplatten 145 und einer Wärmetauscherummantelung 140 gezeigt. Wie oben erwähnt ist, weist jeder Wärmetauscher, der eine Gasströmung verarbeitet, Gasströmungsdurchgänge auf. Bei dieser Ausführungsform nehmen die Gasströmungsdurchgänge die Form von Rohren 130 an. Die Wärmetauscherummantelung 140 umgibt das Bündel von Rohren 130 und dichtet mit der Endplatte 145 zur Bildung eines Flüssigkeitsströmungsbehälters 150 ab. Die Endplatten 145 weisen Öffnungen auf, die so ausgelegt sind, dass sie jedes der Rohre 130 aufnehmen, fixieren und abdichten. Die Rohre 130 sind so angeordnet, dass Spalte 160 Rohre voneinander und von der Wärmetauscherummantelung 140 trennen. Kühlmittel tritt in den Flüssigkeitsströmungsbehälter 150 durch eine erste Kühlmitteldurchbrechung 125 ein und strömt um und durch Spalte 160 und verlässt den Flüssigkeitsströmungsbehälter durch eine zweite Kühlmitteldurchbrechung 125. Ähnlicherweise tritt eine Gasströmung in den Wärmetauscher 100 durch einen Gaseinlassabschnitt 110 ein, strömt durch Gasströmungsrohre 130 und verlässt den Wärmetauscher durch den Gasauslassabschnitt 120. Da die Gasströmungsrohre 130 in direktem Kontakt mit der kälteren Flüssigkeitskühlmittelströmung an der Außenseite und der heißeren Gasströmung an der Innenseite stehen, kann Wärme durch die Wände des Rohres 130 übertragen werden, wobei die Gasströmung gekühlt und die Flüssigkeitsströmung erwärmt werden. Auf diese Art und Weise ermöglicht der Wärmetauscher 100 eine Kühlung einer heißen Gasströmung.
4 ist eine perspektivische Ansicht eines Gas/Flüssigkeits-Wärmetauschers, der eine beispielhafte Konfiguration von Rohren gemäß der vorliegenden Offenbarung aufweist. Der Wärmetauscher 100 weist eine Wärmetauscherummantelung 140 und Endplatten 145 auf, die an jedem Ende befestigt sind. Die Rohre 130 werden durch die beiden Endplatten 145 an der Stelle gehalten und verlaufen parallel zu dem größeren Zylinder, der durch die Wärmetauscherummantelung 140 erzeugt wird. Die Rohre, wie gezeigt, besitzen einen runden Querschnitt. Dem Fachmann sei jedoch angemerkt, dass Rohre in einer breiten Vielzahl von Querschnittsformen verwendet werden können. Zusätzlich können Rohre hohl sein, mit einem Hohlraum, der längs durch das Rohr in derselben Form wie die Außenseite des Rohres verläuft, oder Rohre können komplexere Formen verwenden, die die Oberfläche erhöhen, mit der das durch das Rohr strömende Gas in Kontakt tritt. Viele Rohrkonstruktionen sind denkbar, und die Offenbarung ist nicht dazu bestimmt, die hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Eine flüssige Kühlmittelströmung tritt in eine erste Durchbrechung 125 ein, strömt durch den Wärmetauscher um die Rohre 130 und verlässt den Wärmetauscher durch eine zweite Durchbrechung 125. Die Gasströmung tritt in den Wärmetauscher durch die Rohre 130 ein, gelangt durch die Rohre und verlässt den Wärmetauscher. Der Wärmetauscher 100 ist mit einer zylindrischen Form gezeigt, wobei dem Fachmann jedoch angemerkt sei, dass der Wärmetauscher 100 in einer Anzahl von Formen verwendet werden kann, und die Offenbarung nicht dazu bestimmt ist, dass die hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt werden. Es sei auch angemerkt, dass Wärmetauscher alternativ so angeordnet werden können, dass das Kühlmedium durch Rohre getrieben werden kann und die zu kühlende Gasströmung durch Gasströmungsdurchgänge um die das Kühlmedium enthaltenden Rohre geführt wird. Es sind verschiedene Wärmetauscherkonstruktionen denkbar, und die Offenbarung ist nicht dazu bestimmt, dass die hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt werden.
Beispielhafte Ausführungsformen eines AGR-Kühlers verwenden Wärmetauscher, um eine AGR-Strömung in Vorbereitung dessen zu kühlen, dass die AGR-Strömung in einen Brennraum zugeführt wird. Wie vorher erwähnt ist, enthält die AGR-Strömung, die ein umgelenkter Anteil der Abgasströmung ist, PM und andere Schmutzstoffnebenprodukte des Verbrennungsprozesses. Derartige Nebenprodukte verringern die Wirksamkeit des AGR-Kühlers und verringern die Nutzlebensdauer des AGR-Kühlers. PM-Ablagerungen, die an den Oberflächen des Wärmetauschers, die der Gasströmung ausgesetzt sind, zurückbleiben, wirken als Abdichtungsschicht, die die Wärmemenge, die durch die Oberflächen gelangt, für eine gegebene Temperaturdifferenz zwischen den Strömungsmedium verringert. Ablagerungen, die sich an den Wänden der Gasströmungsdurchgänge aufgebaut haben, verringern ebenfalls die effektiven Querschnitte der Gasströmungsdurchgänge, wobei die Gasströmung, die durch die Gasströmungsdurchgänge strömt, für eine gegebene Druckdifferenz über den Wärmetauscher verringert wird. PM und andere Schmutzstoffe enthalten nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe, andere ätzende Substanzen und Wasser. Insbesondere in der Anwesenheit erhöhter Temperaturen, die in dem Motorraum und der AGR-Strömung vorhanden sind, unterstützen die Ablagerungen in den Gasströmungsdurchgängen eine Korrosion sowie anderweitige Verschmutzung bzw. Schädigung des AGR-Kühlers.
Eine Verschmutzung des AGR-Kühlers kann nach anhaltenden Betriebsperioden offenkundig werden, wobei eine AGR-Strömung im stabilen Zustand Ablagerungen in dem AGR-Kühler erzeugt. Tests haben gezeigt, dass ein schnelles Öffnen oder Schließen eines AGR-Ventils eine scharfe Änderung der Abgasgeschwindigkeit erzeugt und abgelagerte PM-Schmutzstoffe effektiv von Wänden des AGR-Kühlers wegtreiben kann. Es ist ein Verfahren offenbart, um PM-Ablagerungen in einem AGR-Kühler zu entfernen, indem ein AGR-Ventil in einem Schmutzstoffspülereignis periodisch schnell gewechselt wird, um einen schnellen Puls an sich ändernden Scherkräften in dem AGR-Kühler zu erzeugen, um die PM-Ablagerungen wegzutreiben.
Ein Spülereignis kann viele Formen annehmen. Die 5 - 9 zeigen graphisch beispielhafte Geschwindigkeitsprofile, die in einem AGR-Kühler möglich sind, konsistent mit einem Spülen von PM-Schmutzstoffen von dem Kühler gemäß der vorliegenden Offenbarung. 5 zeigt ein beispielhaftes periodisches Öffnen und Schließen eines geschlossenen AGR-Ventils. Hochdruckabgas in dem Abgassystem gelangte durch das offene AGR-Ventil. Die Strömung durch das AGR-Ventil ist im Wesentlichen proportional zu der Öffnung des AGR-Ventils, wobei sie Beziehungen ausgesetzt ist, die in der Technik bekannt sind. In einem System mit einer AGR-Strömung, wie in 5 gezeigt ist, kann die Änderung der Scherkräfte (engl.: „sheer forces“) auf die Wände des AGR-Kühlers durch die Änderung der gezeigten Strömungsgeschwindigkeit beschrieben werden. Die gesamte resultierende AGR-Strömung durch den AGR-Kreislauf über eine Zeitperiode mit der in 5 gezeigten Strömung ist abhängig von der Häufigkeit und Dauer der Öffnungen des AGR-Ventils relativ gering.
6 zeigt ein beispielhaftes periodisches Schließen und Wiederöffnen eines offenen AGR-Ventils. Die AGR-Strömung ist so gezeigt, dass sie einen stabilen AGR-Strömungswert mit periodischen Unterbrechungen der AGR-Strömung aufweist, die durch das periodische Schließen des AGR-Ventils erzeugt werden. Wie bei dem in 5 gezeigten Zustand zeigt 6 ein Hochdruckabgas, das durch das geöffnete AGR-Ventil strömt. Wiederum kann die Änderung der Scherkräfte durch die Änderung der gezeigten Strömungsgeschwindigkeit beschrieben werden. Die gesamte resultierende AGR-Strömung durch den AGR-Kreislauf über eine Zeitperiode mit der in 6 gezeigten Strömung ist abhängig von der stabilen AGR-Strömung und der Häufigkeit und Dauer des Schließens des AGR-Ventils relativ hoch.
7 zeigt ein beispielhaftes periodisches Öffnen und Schließen eines geschlossenen AGR-Ventils. Ein Kreislauf, der ein Fluid oder ein Gas enthält, kann so gewählt oder abgestimmt sein, dass eine Druckwelle, die durch den Kreislauf läuft und durch den Kreislauf zurückreflektiert wird, einen gewünschten Effekt besitzt. In diesem Fall sind der AGR-Kreislauf und das Öffnen und Schließen des AGR-Ventils so gewählt, dass die Druckwelle durch den AGR-Kreislauf, die durch das Öffnen des AGR-Ventils erzeugt wird, und das Hochdruckabgas, das in den AGR-Kreislauf eintritt, eine im Wesentlichen symmetrische Vorwärts- und Rückwärtsströmung durch den AGR-Kühler mit nahezu oder im Wesentlichen gleichen Größen erzeugt. Es sei angemerkt, dass auf Grundlage der erhöhten Geschwindigkeitsänderung der AGR-Strömung eine erhöhte Änderung der Scherkräfte auf die Wände des AGR-Kühlers im Vergleich zu der in 5 gezeigten AGR-Strömung erzeugt wird. Infolgedessen kann unter anderen ähnlichen Bedingungen die in 7 gezeigte AGR-Strömung beim Reinigen von Ablagerungen von den Wänden des AGR-Reinigers effektiver sein, als die in 7 gezeigte AGR-Strömung.
8 zeigt eine AGR-Strömung ähnlich der in 7 gezeigten AGR-Strömung mit der Ausnahme, dass die in 8 gezeigte AGR-Strömung im Wesentlichen nicht symmetrisch ist. Vielmehr ist die Strömung in der Vorwärtsrichtung durch den AGR-Kreislauf größer als in der Rückwärtsströmung. Infolgedessen ist die Änderung der Scherkräfte auf die Wände des AGR-Kühlers in 8 größer als bei 5 und in 8 kleiner als in 7.
7 zeigt eine AGR-Strömung ähnlich der in 6 gezeigten AGR-Strömung mit der Ausnahme, dass der AGR-Kreislauf derart abgestimmt ist, dass bei einem Wiederöffnen des AGR-Ventils die AGR-Strömung den stabilen Durchfluss überschreitet und sich dann auf den stabilen Wert einpendelt. Wie in Beziehung auf die 7 und 8 beschrieben ist, erhöht die erhöhte Änderung der in 9 gezeigten AGR-Strömung die Änderung der Scherkräfte auf die Wände des AGR-Kühlers im Vergleich zu der in 6 gezeigten AGR-Strömung. Es sei angemerkt, dass die in den 5, 7 und 8 beschriebenen Ausführungsformen Strömungsmuster zeigen, die am nützlichsten sind, wenn keine AGR-Strömung erforderlich ist, und die Ausführungsformen der 6 und 9 Strömungsmuster zeigen, die am nützlichsten sind, wenn eine AGR-Strömung erforderlich ist.
Die in den 5, 7 und 8 beschriebenen Ausführungsformen funktionieren, wenn die erforderliche Strömung durch den AGR-Kreislauf oder durch den AGR-Kühler Null ist. Ein Verfahren zum Betrieb einer dieser Ausführungsformen kann ein Überwachen einer erforderlichen Strömung, ein Bestimmen der erforderlichen Strömung als Null und ein Anweisen von Zyklen des AGR-Ventils auf Grundlage der Bestimmung der erforderlichen Strömung auf gleich Null umfassen.
Die beispielhafte Strömungsausführungsform der 11 ist eine Ausführungsform von Steuerparametern, die dazu verwendet werden können, das gewünschte Strömungsmuster gemäß der vorliegenden Offenbarung zu erzeugen. Es ist ein Muster mit einer Periode von 10 Sekunden gezeigt, wobei Strömungsereignisse für jede Periode insgesamt 0,5 Sekunden, mit 0,25 Sekunden für positive Strömung und 0,25 Sekunden für negative Strömung, andauern. Es sei angemerkt, dass ein derartiges Strömungsmuster mit positiver und negativer Strömung Parameter auf Grundlage der Abstimmung des AGR-Kreislaufs aufweisen kann. Die in 11 beschriebenen Parameter sind beispielhaft, und die Offenbarung ist nicht dazu bestimmt, auf die bestimmten beschriebenen Parameter beschränkt zu sein.
Tests bestätigen, dass ein Betrieb von Spülereignissen mit pulsierenden Druckstößen von Strömen durch einen AGR-Kühler den AGR-Kühler durch Spülen der Pfade innerhalb des Kühlers von PM-Schmutzstoffen reinigt und beibehält. 12 zeigt graphisch beispielhafte Testergebnisse, die Verschmutzungsbeständigkeitswerte aufweisen, über eine Testperiode für verschiedene AGR-Strömungsgeschwindigkeiten und für einen Betrieb, der Spülereignisse aufweist, gemäß der vorliegenden Offenbarung. Die drei AGR-Strömungsgeschwindigkeiten, die aufgelistet sind, 0,5 m/s, 0,75 m/s und 1,0 m/s, zeigen einen AGR-Betrieb, wobei die AGR bei einem fixierten Wert betrieben wird. Die Testdaten beschreiben eine inverse Beziehung zwischen der Strömungsgeschwindigkeit und Verschmutzung oder Bildung von PM-Schmutzstoffen in dem AGR-Kühler. Ein vierter Datensatz beschreibt einen Betrieb, wobei Spülereignisse periodisch gemäß den hier beschriebenen beispielhaften Verfahren betrieben werden. Dieser vierte Datensatz umfasst ein stabiles Muster mit 0,25 m/s, über das periodische Änderungen gelegt sind, die mit dem Muster von 11 übereinstimmen (+/- 0,25 m/s, eine Periode von 10 Sekunden). Unter normalen Umständen würde eine Strömung mit langsamer Geschwindigkeit, wie 0,25 m/s, eine erhöhte Verschmutzung des Wärmetauschers aufweisen. Stattdessen zeigen die Daten, dass das Spülereignis dazu dient, jeglichen Verschmutzungsaufbau durch die dargestellte Testperiode zu verhindern oder zu reinigen. Wie es aus den Testdaten und den gezeigten Ergebnissen von 12 offensichtlich ist, zeigt der AGR-Kreislauf keine erhöhte Verschmutzungsbeständigkeit infolge des Betriebs, der die Spülereignisse aufweist.
Ein AGR-Kreislauf kann mit einem einzelnen Strömungssteuerventil oder einem AGR-Ventil, wie in 2 gezeigt ist, ausgestattet sein. Schnelle Impulse der AGR-Strömung durch Wechseln des AGR-Ventils können verwendet werden, um PM-Schmutzstoffe, die in dem AGR-Kühler abgelagert sind, wegzutreiben, wie oben beschrieben ist. Ein Geschwindigkeitsprofil in dem AGR-Kühler, wie in 11 beschrieben ist, kann durch selektives Öffnen und Schließen des AGR-Ventils in Koordination mit dem gewünschten Geschwindigkeitsprofil erreicht werden. Wie dem Fachmann angemerkt sei, erzeugt ein höherer relativer Druck in dem Abgaspfad im Vergleich zu dem geringeren relativen Druck in dem Ansaugkrümmer oder der Druckdifferenz über den AGR-Kreislauf eine Strömung durch den AGR-Kreislauf, sobald das Ventil offen ist. Die Geschwindigkeit des Gases in dem AGR-Kreislauf kann allgemein durch die folgenden Gleichungen beschrieben werden: $\begin{array}{l} STRÖMUNGSGESCHWINDINGKEIT = DURCHFLUSS / QUERSHNITTS - \\ FLÄCHE \end{array}$
wobei $DURCHFLUSS = DRUCKDIFFERENZ / STRÖMUNGSWIDERSTAND$
Die Druckdifferenz über den AGR-Kreislauf ist neben anderen Faktoren eine Funktion des Betriebs des Motors. Für eine gegebene Periode des Motorbetriebs, und wobei andere Faktoren konstant gehalten werden, kann die Druckdifferenz als fixierter Wert genommen werden. Die Querschnittsfläche in dem Wärmetauscher kann als ein fixierter Wert als der Konstruktionswert des Wärmetauschers minus der Beschränkungswirkung jeglicher PM-Schmutzstoffe in dem Wärmetauscher genommen werden. Der Strömungswiderstand für den AGR-Kreislauf durch einen AGR-Ventilzyklus ist eine Funktion der AGR-Ventilposition. Wenn das AGR-Ventil geschlossen ist, ist der Strömungswiderstand für den AGR-Kreislauf unendlich, mit einem entsprechenden Durchfluss von Null. Wenn das AGR-Ventil offen ist, wird der Strömungswiderstand des AGR-Kreislaufs ein Wert, der durch die Geometrie in dem AGR-Kreislauf bestimmt ist. Wenn das AGR-Ventil teilweise offen ist, besitzt der Strömungswiderstand einen gewissen Wert zwischen unendlich und dem Wert des Kreislaufs mit dem offenen Ventil. Die Strömungsgeschwindigkeit durch den AGR-Kreislauf kann dadurch durch Modellieren des Strömungswiderstandes in dem Kreislauf gesteuert werden, wie durch Modulation einer Beschränkung der Strömung durch das AGR-Ventil. Ein Öffnen und Schließen des AGR-Ventils erzeugt ein im Wesentlichen äquivalentes Ansteigen und Fallen der Strömungsgeschwindigkeit durch den AGR- Kreislauf.
Es ist bekannt, dass AGR-Kreisläufe mehr als ein Strömungssteuerventil aufweisen. 10 zeigt eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften AGR-Kühlers gemäß der vorliegenden Offenbarung. Der AGR-Kühler 200 ist mit einer Mehrzahl von Strömungssteuertüren 210 und dem Steuermodul 220 gezeigt. Die Strömungssteuertüren 210 dienen dazu, auf Anweisung über das Steuersystem 25 durch das Steuermodul 220 individuell zu öffnen und zu schließen. Die Strömungssteuertüren 210 sind ein Beispiel eines Typs von Strömungssteuervorrichtung, wie dem beispielhaften AGR-Ventil, das oben beschrieben ist. Abhängig von der jeweiligen Konstruktion des in der Vorrichtung verwendeten Wärmetauschers können die Strömungssteuertüren 2 10 direkt an entsprechenden Gasströmungsdurchgängen des Wärmetauschers befestigt sein, wobei eine AGR-Strömung durch die einzelnen Gasströmungsdurchgänge blockiert oder zugelassen wird. Alternativ dazu können die Strömungssteuertüren 210 direkt einer Gruppe von Gasströmungsdurchgängen entsprechen; beispielsweise kann eine einzelne Tür eine Gruppe von sechs Rohren bedecken, die die Rohre als eine Gruppe inkrementell öffnet oder schließt. Alternativ dazu können die Strömungssteuertüren 210 Teil eines separaten Gehäuses oder einer AGR-Kühlerseitenabdeckung sein, wobei jede Türöffnung einen Anteil der Seite des Wärmetauschers bedeckt. Eine derartige Konfiguration muss Gasdurchgänge immer noch in einer gestuften oder binären Art und Weise öffnen und schließen, um so teilweise geöffnete Gasdurchgänge mit geringeren AGR-Strömungsgeschwindigkeiten zu vermeiden. In dem Fall eines separaten Gehäuses oder einer AGR-Kühlerseitenabdeckung, das/die Strömungssteuertüren 210 hält, insbesondere wenn die Türen von dem Gasströmungsdurchgang oder den Rohröffnungen getrennt sind, kann eine Dichtungsvorrichtung verwendet werden, um ein Ausbreiten der AGR-Strömung bei geringerer Geschwindigkeit an Abschnitte des Wärmetauschers zu verhindern, die nicht direkt mit der Türöffnung in Verbindung stehen. Es können viele Ausführungsformen von Steuertüren 210, die in Verbindung mit dem AGR-Kühler verwendet sind, oder mehrere Strömungssteuerventile, die eine ähnliche Parallelpfadsteuerung der AGR-Strömung erreichen, in Betracht gezogen werden, und die Offenbarung ist nicht dazu bestimmt, dass sie auf die hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt ist. Die Steuertüren 210 verwenden Dichtverfahren, die in der Technik bekannt sind, um zu verhindern, dass die AGR-Strömung an geschlossenen Türen vorbei gelangt oder von beabsichtigten Gasströmungsdurchgängen zu nicht beabsichtigten Gasströmungsdurchgängen gelangt. Zusätzlich müssen Türen, Dichtungsvorrichtungen und andere Komponenten, die der Gasströmung ausgesetzt sind, aus Materialien aufgebaut sein, die in der Lage sind, die Temperaturen und Korrosionskräfte in der Gasströmung auszuhalten, wie oben in Verbindung mit den Wärmetauschern beschrieben ist. Das Steuermodul 220 ist als eine einzelne Einheit mit einem Steuermittel gezeigt, das zu jeder einzelnen Strömungssteuertür 210 geführt ist. Das Steuermodul 220 und das jeweilige Verfahren, das das Modul verwendet, um die verschiedenen Strömungssteuertüren zu steuern, können viele Formen annehmen. Beispielsweise kann das Steuermodul 220 einen einzelnen Elektromotor mit einer Ausgangswelle verwenden, die an einem Zahnradsatz oder einer Nockenvorrichtung befestigt ist. Derartige Zahnradsätze und Nockenvorrichtungen sind in der Technik bekannt und können einen einzelnen Rotationseingang in inkrementelle Türbewegungen umsetzen. Alternativ dazu kann das Türsteuermodul 220 ein Steuermodul aufweisen, das an einzelnen elektrischen Aktuatoren, die an jeder Tür befestigt sind, befestigt ist, wobei das Steuermodul steuernde elektrische Signale an jeden Aktuator sendet, um Öffnungs- und Schließanweisungen zu bewirken. Alternativ dazu kann das Türsteuermodul 220 einzelne elektrische Aktuatoren aufweisen, die an jeder Tür befestigt sind und Anweisungen direkt von dem Steuersystem 25 aufnehmen. Viele Ausführungsformen der Steuerverfahren zur Betätigung von Strömungssteuertüren 210 werden in Betracht gezogen, und die Offenbarung ist nicht dazu bestimmt, die hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Durch Schließen eines Anteils der Strömungssteuertüren 210 kann die AGR-Strömung auf einen Anteil der Gasströmungsdurchgänge in dem AGR-Kühler beschränkt werden, wodurch der Querschnitt, durch den die AGR-Strömung in den Wärmetauscher strömt, reduziert wird und die resultierenden AGR-Strömungsgeschwindigkeiten in den AGR-Kühler erhöht werden.
Angewendet auf die hier beschriebenen Verfahren kann eine Änderung von AGR-Strömungsgeschwindigkeiten zur Reduzierung oder Reinigung von PM-Schmutzstoffen, die in einem AGR-Kühler abgelagert sind, ein AGR-Kühler mit mehreren Türen, die eine Strömung zu verschiedenen Abschnitten des AGR-Kühlers bedecken oder blockieren, verwendet werden, um sich ändernde Strömungsgeschwindigkeiten zu dem AGR-Kühler bereitzustellen. Beispielsweise können bei einer Ausführungsform, wenn keine Strömung durch den AGR-Kreislauf erforderlich ist, die verschiedenen Türen gewechselt werden, wobei beispielsweise eine Tür auf einmal für 50 Zyklen oder 50 Zyklen jeder Tür sequentiell gewechselt wird. Ähnlicherweise können Türen, wenn eine erforderliche Strömung durch den AGR-Kreislauf angewiesen ist, sich abwechselnd zyklisch geschlossen werden. Zusätzlich sei angemerkt, dass unter gewissen Bedingungen nur ein Anteil einer vollständigen Strömung durch den AGR-Kreislauf erforderlich ist. Unter derartigen Bedingungen kann ein AGR-Kühler mit vier Türen, die eine Strömung durch den AGR-Kühler steuern in der Lage sein, die erforderliche AGR-Strömung so bereitzustellen, dass zwei der vier Türen offen sind. In einem solchen Fall kann der Controller für die Türen einen Anteil der Türen, die offen bleiben, und einen anderen Anteil der Türen wählen, die periodisch wechseln, um PM-Schmutzstoffe zu reinigen, und dann kann der Controller die Funktionen der verschiedenen Türen nach einer Zeitperiode schalten. Es ist eine Anzahl ähnlicher Verfahren, Abfolgen oder Steuerstrategien zur Steuerung eines AGR-Kreislaufs mit mehreren Türen oder Ventilen, die eine Strömung durch einen AGR-Kühler steuern, vorstellbar, und die Offenbarung ist nicht dazu bestimmt, die hier beschriebenen bestimmten beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken.
Verfahren zum Messen oder Schätzen einer AGR-Strömung durch einen AGR-Kreislauf sind in der Technik bekannt und können dazu verwendet werden, eine erforderliche Strömung durch die Mehrzahl von Türen oder Steuerventilen zu steuern, wie oben beschrieben ist. Eine erforderliche Strömung durch den AGR ist ein Steuersignal auf Grundlage eines Motorbetriebs und entstammt häufig dem Motorsteuermodul und wird durch in der Technik bekannte Verfahren bestimmt.
Die oben beschriebenen Verfahren, die ein Öffnen einzelner Türen, Ventile oder ein Öffnen individueller Pfade verwenden, können betrieben werden, um den gesamten AGR-Kühler mit jedem Spülereignis zu spülen. Bei der Alternative, wenn bekannt ist, dass bestimmte Pfade durch den AGR-Kühler PM-Schmutzstoffe schneller beispielsweise im Betrieb ansammeln, wenn einige Strömungssteuertüren häufiger offen gehalten werden, als andere Türen, können Spülereignisse betätigt werden, um PM-Schmutzstoffe von den Pfaden mit mehr Schmutzstoffen häufiger zu spülen. Beispielsweise können Pfade, die im Betrieb des AGR verwendet werden, bei jedem Spülereignis gespült werden, und Pfade, die nur bei einem gewissen Betrieb des AGR verwendet werden, können jedes zweite oder jedes dritte Spülereignis gespült werden. Ein beispielhaftes Steuerverfahren kann Zeitproben für die verschiedenen Pfade im Betrieb sammeln, um einen möglichen Bedarf zum Spülen der verschiedenen Pfade nachzuverfolgen. Auf diese Art und Weise können Spülereignisse innerhalb des Umfangs und der Dauer auf Grundlage einer vorhergesagten Kontamination des AGR-Kühlers beschränkt werden.
Spülereignisse können periodisch, in regelmäßigen Intervallen über den Gebrauch des Motors betrieben werden. Bei der Alternative kann die Verwendung des AGR-Kreislaufs, wie überwacht, durch Motorbetrieb geschätzt oder auf Grundlage irgendeines Verfahrens vorhergesagt, das ausreichend ist, um eine akkumulierte Strömung durch den AGR-Kreislauf zu schätzen, verwendet werden, um Spülereignisse selektiv zu planen oder auszulösen. Spülereignisse können individuell geplant werden, einschließlich einem einzelnen Öffnungs- und Schließzyklus. Bei der Alternative können Spülereignisse kollektiv geplant werden, um eine Mehrzahl sich wiederholender Muster von Öffnungs- und Schließzyklen zu umschließen. Beispielsweise wird in 11 eine beispielhafte Gruppierung von Öffnungs- und Schließzyklen beschrieben, die in Intervallen von 10 Sekunden betrieben werden, von denen jedes 0,5 Sekunden dauert. Bei der Alternative können die mehreren Öffnungs- und Schließzyklen in Folge mit Perioden eines beibehaltenen Verschlusses zwischen den Gruppen sequentieller Zyklen betrieben werden. Ein Betrieb der periodischen Öffnungs- und Schließereignisse kann selektiv auf Grundlage eines Gebrauchs des AGR-Kreislaufs betätigt und deaktiviert werden. Der Betrieb und der Zeitpunkt einer derartigen Gruppierung können auf Grundlage eines Effekts der AGR-Strömung auf Motorbetrieb und einer geschätzten PM-Kontamination in dem AGR-Kühler modifiziert werden.
Die obigen Verfahren stimmen einen AGR-Kreislauf ab, so dass ein Wechsel eines AGR-Ventils in einer vorhersagbaren Druckwelle resultiert, die durch den AGR-Kreislauf oszilliert. Es sei angemerkt, dass eine derartige Abstimmung eine aktive Auswahl der Länge des AGR-Kreislaufs sein kann, was in einer gewünschten Periode für die Druckwellenoszillation resultiert, um beispielsweise eine gewünschte Periode des Wechsels des AGR-Ventils anzupassen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann ein existierender oder gewünschter AGR-Kreislauf hinsichtlich einer Periode für eine Druckwellenoszillation analysiert werden, und eine Periode für den Wechsel des AGR-Ventils kann auf Grundlage der Analyse gewählt werden. Zusätzlich oder alternativ dazu kann eine Anordnung des AGR-Ventils in dem AGR-Kreislauf die Periode einer resultierenden Druckwellenoszillation in dem AGR-Kreislauf beeinflussen. Faktoren, die eine Periode einer Druckwellenoszillation in einem AGR-Kreislauf beeinflussen, und Faktoren zur Steuerung eines AGR-Ventils, um eine Druckwellenoszillation anzupassen, sind in der Technik bekannt und hier nicht detailliert beschrieben.
Die obigen Verfahren beschreiben periodisch einen Wechsel des AGR-Ventils oder von Steuertüren, um den AGR-Kühler zu spülen undbeizubehalten. Es sei angemerkt, dass der Wechsel des AGR-Ventils wiederholt werden muss, da es unwahrscheinlich ist, dass ein einzelnes Öffnen und Schließen des AGR-Ventils die Schmutzstoffe von dem AGR-Kühler spült. Jedoch braucht das Wechseln nicht regelmäßig oder periodisch sein. Ein wiederholter Wechsel mit sich ändernden oder unregelmäßigen Intervallen zwischen den Zyklen ist äquivalent zu periodischen Zyklen.
Die hier beschriebenen Verfahren werden durch Erzeugung von Anweisungen in einem Steuermodul für die Strömungssteuervorrichtung oder -vorrichtungen verwendet. Das Steuermodul kann eine unabhängige Vorrichtung oder Gruppe von Vorrichtungen sein, oder das Steuermodul kann Teil eines Motorsteuermoduls sein. Ein derartiges Steuermodul ist eine elektronische Vorrichtung, die Eingänge überwacht und Signalausgänge auf Grundlage der hier beschriebenen Verfahren erzeugt.

Claims

Verfahren zum Regulieren von Schmutzstoffablagerungen aus Verbrennungsnebenprodukten in einem Wärmetauscher (97) eines Fahrzeugs, wobei der Wärmetauscher (97) eine Abgasrückführungsströmung verarbeitet, wobei das Verfahren umfasst: wiederholtes Wechseln einer Strömungssteuervorrichtung (210), die die Abgasrückführungsströmung durch den Wärmetauscher (97) steuert, von einer ursprünglichen Position zu einer Zwischenposition und zurück zu der ursprünglichen Position; wobei die ursprüngliche Position basierend auf einer erforderlichen Abgasrückführungsströmung in einen Ansaugkrümmer (85) bestimmt ist; Überwachen einer Periode einer Druckwellenoszillation durch einen den Wärmetauscher (97) enthaltenden Kreislauf, die aus dem Wechsel der Strömungssteuervorrichtung (210) resultiert; und wobei der Wechsel der Strömungssteuervorrichtung (210) auf der Periode der Druckwellenoszillation basiert, wobei das wiederholte Wechseln der Strömungssteuervorrichtung (210) aus der ursprünglichen Position in die Zwischenposition und zurück zu der ursprünglichen Position ein wiederholtes Wechseln der Strömungssteuervorrichtung (210) von einer geschlossenen Position zu einer offenen Position und zurück zu der geschlossenen Position umfasst; und wobei das Wechseln der Strömungssteuervorrichtung (210) basierend auf der Periode der Druckwellenoszillation ein Steuern einer Periode des Wechsels der Strömungssteuervorrichtung (210) umfasst, um eine Strömung in einer ersten Richtung durch den Wärmetauscher (97) und eine anschließende Strömung in einer zweiten Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das wiederholte Wechseln der Strömungssteuervorrichtung (210) von der ursprünglichen Position in die Zwischenposition und zurück zu der ursprünglichen Position einen wiederholten Wechsel der Strömungssteuervorrichtung (210) von einer geschlossenen Position zu einer offenen Position und zurück zu der geschlossenen Position umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das wiederholte Wechseln der Strömungssteuervorrichtung (210) von der ursprünglichen Position zu der Zwischenposition und zurück zu der ursprünglichen Position ein wiederholtes Wechseln der Strömungssteuervorrichtung (210) von einer offenen Position zu einer geschlossenen Position und zurück zu der offenen Position umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein wiederholtes Wechseln der Strömungssteuervorrichtung (210) aus der ursprünglichen Position in die Zwischenposition und zurück zu der ursprünglichen Position einen wiederholten Wechsel der Strömungssteuervorrichtung (210) von einer offenen Position in eine geschlossene Position und zurück zu der offenen Position umfasst; und wobei das Wechseln der Strömungssteuervorrichtung (210) basierend auf der Periode der Druckwellenoszillation ein Steuern einer Periode des Wechsels der Srömungssteuervorrichtung (210) umfasst, um bei Steuerung der Strömungssteuervorrichtung (210) zurück in die offenen Position eine Strömung durch den Wärmetauscher (97), die eine Strömung im stabilen Zustand überschreitet, und eine anschließende Strömung durch den Wärmetauscher (97) bei der Strömung im stabilen Zustand zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: wiederholtes Wechseln einer Mehrzahl von Strömungssteuervorrichtungen (210), die die Abgasrückführungsströmung durch den Wärmetauscher (97) steuern, wobei jede der Strömungssteuervorrichtungen (210) aus einer ursprünglichen Position in eine Zwischenposition und zurück zu der ursprünglichen Position gewechselt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Wechseln jeder der Mehrzahl von Strömungssteuervorrichtungen (210) aus der ursprünglichen Position in die Zwischenposition und zurück zu der ursprünglichen Position einen Wechsel jeweils einer der Mehrzahl von Strömungssteuervorrichtungen (210) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Wechseln jeder der Mehrzahl von Strömungssteuervorrichtungen (210) von einer ursprünglichen Position zu einer Zwischenposition und zurück zu der ursprünglichen Position umfasst: Verwenden eines Anteils der Mehrzahl von Strömungssteuervorrichtungen (210), um eine erforderliche Strömung zu erzeugen; und Wechsel eines anderen Anteils der Strömungssteuervorrichtungen (210) von einer geschlossenen Position in eine offene Position und zurück zu der geschlossenen Position.