DE102012213996B3

DE102012213996B3 - Verfahren zum Abführen von Kondensat aus einer Turboladeranordnung

Info

Publication number: DE102012213996B3
Application number: DE201210213996
Authority: DE
Inventors: Andreas Kuske; Christian Winge Vigild; Daniel Roettger
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-08-07
Filing date: 2012-08-07
Publication date: 2014-03-27
Anticipated expiration: 2032-08-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abführen von Kondensat aus einer Turboladeranordnung, die eine mittels wenigstens eines Turboladers (1) aufladbare Brennkraftmaschine (2) und einen zwischen dem Turbolader (1) und der Brennkraftmaschine (2) in einem Ansaugtrakt angeordneten Ladeluftkühler (3) aufweist, wobei sich im Ansaugtrakt bildendes Kondensat in einem Reservoir (4), das einen mit einem Ventil (6) verschließbaren Reservoirauslaß (5) aufweist, gesammelt wird. Es werden Druckdifferenzwerte (Δp) zwischen dem Luftdruck im Ansaugtrakt und der Umgebungsluft sowie deren zeitliche Änderung ermittelt und das Ventil (6) höchstens solange geöffnet, wie die zeitliche Änderung der Druckdifferenzwerte einen vorbestimmbaren Druckschwellenwert nicht überschreitet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abführen von Kondensat aus einer Turboladeranordnung mit einer mittels wenigstens eines Turboladers aufladbaren Brennkraftmaschine und einem zwischen dem Turbolader und der Brennkraftmaschine in einem Ansaugtrakt angeordneten.
Die US 2011/0099988 A1 offenbart ein Kondensat-Sammel-System für einen Verbrennungsmotor, welcher ein Abgasrückführsystem aufweist. Das Kondensat-Sammel-System hat einen Speicher, der einen Einlass und einen Auslass aufweist. Weiter hat das Kondensat-Sammel-System eine Kondensat-Sammel-Leitung, die einen Sammeleinlass und einen Sammelauslass aufweist, wobei der Sammeleinlass mit einem Lufteinlasssystem des Verbrennungsmotors verbunden ist, wobei der Sammelauslass mit dem Einlass des Kondensat Speichers verbunden ist. Das Kondensat-Sammel-System hat zudem eine Kondensat-Ausstoß-Leitung, welche mit dem Auslass des Kondensat Speichers verbunden ist. Ein Abschnitt der Kondensat-Ausstoß-Leitung ist in Kontakt mit einer Abgasleitung des Verbrennungsmotors, wobei die Kondensat-Ausstoß-Leitung einen Auslass zur Verfügung stellt, Kondensat aus dem System auszustoßen.
In der DE 10 2005 008 103 A1 ist ein Verbrennungsmotor mit einem Abgasturbolader offenbart, wobei eine Abgasrückführung vorgesehen ist. Die Abgasrückführung weist eine Abgaskühleinrichtung auf, die einen oder mindestens zwei Kühlkreisläufe umfasst, welche durch Wärmeübertragerblöcke geführt und die in Strömungsrichtung des Abgases hintereinander geschaltet sind. Der in Strömungsrichtung der Abgase am weitesten stromabwärts angeordnete Wärmeübertragerblock ist stehend angeordnet, so dass der Wärmeübertragerblock parallel oder im Wesentlichen parallel zu der Wirkungslinie der Schwerkraft von unten nach oben oder von oben nach unten von Abgas durchströmt wird, wobei am unteren Ende des Wärmeübertragerblocks eine Kondensatsammel- und/oder -abführeinrichtung vorgesehen ist.
Eine Niederdruck Abgasrückführung (AGR) für Diesel betriebene Verbrennungsmotoren ist in der US 6,301,887 B1 offenbart. Der AGR-Einlass ist stromauf eines Dieselpartikelfilters und stromab einer Turbinenseite eines Turboladers angeordnet, um so genügenden Gegendruck zum Sicherstellen einer AGR-Strömung in der AGR-Leitung zu generieren. Ein katalytischer Rußfilter welcher mit der AGR kommuniziert, besorgt gereinigte AGR-Abgase bei Einleitstelle stromab des Luftfilters und stromauf des Kompressors des Turboladers. Einen geriffelte AGR-Leitung ermöglicht ein Kühlen des AGR-Gases.
Auch die US 6,367,256 B1 beschäftigt sich mit einem AGR-System. Ein AGR-Ventil ist in Verbindung mit einer Auspuffseite der Brennkraftmaschine, um selektiv einen Anteil des Abgases über einen AGR-Kreislauf zu einer Ansaugseite der Brennkraftmaschine abzuzweigen. Ein Turbolader ist mit seiner Turbine in Verbindung mit der Abgasseite und dem AGR-Kreislauf, wobei der Kompressor mit der Ansaugseite in Verbindung steht. In dem AGR-Kreislauf ist ein Abgaskühler angeordnet, um das durchströmende, rückgeführte Abgas zu kühlen. Im wesentliche das gesamte Kühlmittel der Brennkraftmaschine fließt durch den Abgaskühler. Weiter ist ein Steuermodul vorgesehen, welches mit dem Turbolader und dem AGR-Ventil in Verbindung steht, um die durch den AGR-Kreislauf strömende Abgasmenge zu steuern. Es sind Mittel vorgesehen, welche die Ausbildung einer Kondensation zumindest entweder in der Abgasseite oder in der Ansaugseite vermindern.
Ladeluftkühler werden in an sich bekannter Weise dazu verwendet, die von dem Turbolader verdichtete Luft bzw. ein Luftgemisch aus zurückgeführtem Abgas und frischer Luft zu kühlen. Während des Abkühlens der Luft bzw. des Luftgemischs kann im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine, insbesondere im Ladeluftkühler, Feuchtigkeit, zum Beispiel Wasser, aus der Luft bzw. dem Luftgemisch kondensieren. Um zu verhindern, dass das flüssige Kondensat aus dem Ansaugtrakt in die Brennkraftmaschine gelangt und Beschädigungen an der Brennkraftmaschine und/oder an deren Teilsystemen beispielsweise durch Korrosion verursacht, muss das Kondensat aus dem Ansaugtrakt entfernt werden.
So ist beispielsweise aus der DE 10 2006 053 191 A1 ein Ladeluftkühlerkondensatablaufsystem für einen mittels eines Turboladers aufladbaren Verbrennungsmotor bekannt. Zwischen dem Turbolader und dem Motor ist ein Ladeluftkühler zur Kühlung von durch den Turbolader verdichteter Luft angeordnet. Ferner weist das Ladeluftkühlerkondensatablaufsystem ein Reservoir zur Speicherung von Kondensat mit einem Reservoireinlass und einem Reservoirauslass auf, wobei ein erstes Ventil zwischen einem Kondensatauslass des Ladeluftkühlers und dem Reservoireinlass angeordnet ist und durch eine erste Feder in Richtung einer geschlossenen Stellung belastet wird und ein zweites Ventil zwischen dem Reservoirauslass und der Umgebung angeordnet ist und durch eine zweite Feder in Richtung einer offenen Stellung belastet wird. Das zweite Ventil ist mittels einer Pilotleitung dem Druck in dem Ladeluftkühler ausgesetzt und schließt, wenn der Druck in dem Ladeluftkühler einen Grenzwert übersteigt. Hierdurch wird sichergestellt, dass einerseits in dem Ladeluftkühler entstehendes Kondensat in das Reservoir und anschließend in die Umgebung abgeführt wird und dass andererseits während Perioden niedrigen Ladedrucks oder eines Vakuums keine verschmutzte Luft aus der Umgebung in den Ladeluftkühler gelangen kann.
Vor diesem Hintergrund hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zum Abführen von Kondensat aus einer Turboladeranordnung anzugeben, das einerseits ein zuverlässiges Abführen von in der Turboladeranordnung gebildetem Kondensat gewährleistet und andererseits ein Entweichen von Ladeluft aus der Turboladeranordnung beim Abführen des Kondensats wirksam verhindert. Ferner soll das Verfahren besonders einfach durchführbar sein und insbesondere möglichst wenige zusätzliche, lediglich für die Durchführung des Verfahrens bestimmte Komponenten erfordern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
Erfindungsgemäß wird bei einem Verfahren zum Abführen von Kondensat aus einer Turboladeranordnung, die eine mittels wenigstens eines Turboladers aufladbare Brennkraftmaschine, insbesondere einen Otto- oder Dieselmotor eines Kraftfahrzeugs, und einen zwischen dem Turbolader und der Brennkraftmaschine in einem Ansaugtrakt angeordneten Ladeluftkühler (luft- oder wassergekühlt) aufweist, sich im Ansaugtrakt, insbesondere im Ladeluftkühler, bildendes Kondensat in einem Reservoir gesammelt. Das Reservoir weist einen mit einem Ventil verschließbaren Reservoirauslaß auf. Des Weiteren werden Druckdifferenzwerte zwischen dem Luftdruck im Ansaugtrakt und der Umgebungsluft, das heißt der Luft außerhalb der Turboladeranordnung, beispielsweise mittels entsprechender Drucksensoren ermittelt und ferner ebenso deren zeitliche Änderung. Das Ventil wird höchstens solange geöffnet, wie die zeitliche Änderung der Druckdifferenzwerte einen vorbestimmbaren Druckschwellenwert nicht überschreitet.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung kann das Reservoir integraler Bestandteil des Ladeluftkühlers sein, es kann jedoch auch ein von dem Ladeluftkühler separat angeordnetes Reservoir sein, in dem Kondensat gesammelt wird, das sich im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine bildet. In letzterem Fall steht das Reservoir über entsprechende Verbindungsleitungen mit dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine in fluidleitender Verbindung, um das Kondensat aus dem Ansaugtrakt in das Reservoir zu führen.
Der Ansaugtrakt umfaßt im Sinne der vorliegenden Erfindung jegliche Verbrennungsluft führenden Bauteile der Brennkraftmaschine, die sich stromab des Turboladers und stromauf der Brennkammer bzw. des Brennraums der Brennkraftmaschine befinden.
Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet ein zuverlässiges Abführen von in dem Reservoir gesammeltem Kondensat, wobei gleichzeitig ein Entweichen von Ladeluft aus dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine über den Reservoirauslaß während des Öffnungszustands des Ventils wirksam verhindert wird. Der Kondensatfüllstand im Reservoir bzw. der Zustand, in welchem sich kein Kondensat mehr im Reservoir befindet, wird alleine durch die Druckdifferenzwerte bzw. deren zeitliche Änderung während des Öffnungszustands des Ventils ermittelt. Solange das Ventil den Reservoirauslaß verschließt, gibt es eine Druckdifferenz zwischen dem Luftdruck im Ansaugtrakt (Ladeluftdruck) und dem Luftdruck der Umgebungsluft. Befindet sich Kondensat im Reservoir und wird das Ventil geöffnet, bleibt diese Druckdifferenz beim Abführen des Kondensats aus dem Reservoir im Wesentlichen erhalten bzw. ändert sich aufgrund des aus dem Reservoir abgeführten Kondensatvolumens nur geringfügig, da keine Ladeluft aus dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine über den geöffneten Reservoirauslaß entweichen kann. Sobald jedoch das gesamte Kondensat aus dem Reservoir abgeführt ist, strömt komprimierte Ladeluft aus dem Ansaugtrakt über das geöffnete Ventil aus dem Reservoir aus. Dies führt zu einer schlagartigen Abnahme des Ladeluftdrucks im Ansaugtrakt. Daher wird der vorbestimmbare Druckschwellenwert für die zeitliche Änderung der Druckdifferenzwerte derart gewählt, dass die zeitliche Änderung der Druckdifferenzwerte bei der schlagartigen Abnahme des Ladeluftdrucks im Ansaugtrakt aufgrund des Entweichens von Ladeluft aus dem Reservoir über das geöffnete Ventil den Druckschwellenwert übersteigt und somit der Zustand zuverlässig erkannt wird, dass kein Kondensat mehr im Reservoir vorhanden ist. Spätestens zu diesem Zeitpunkt wird das Ventil wieder geschlossen, um ein weiteres Entweichen von komprimierter Ladeluft aus dem Ansaugtrakt zu verhindern.
Vorteilhafterweise lassen sich die Ladeluftdruckwerte im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine durch einen in der Turboladeranordnung ohnehin bereits vorgesehenen Ladeluftdrucksensor erfassen, so dass das Vorsehen eines zusätzlichen Drucksensors zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht erforderlich ist und folglich die ohnehin vorhandenen Komponenten der Turboladeranordnung genutzt werden können.
Selbstverständlich kann das Ventil auch vor dem Erreichen des vorstehend beschriebenen Zustands wieder geschlossen werden. Um jedoch bei einem einzigen Öffnungsvorgang des Ventils sämtliches in dem Reservoir gesammeltes Kondensat abführen zu können, sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass das Ventil nach dem Öffnen erst wieder geschlossen wird, sobald die zeitliche Änderung der Druckdifferenzwerte den vorbestimmbaren Druckschwellenwert überschreitet und somit anzeigt, dass das Kondensat vollständig aus dem Reservoir abgeführt worden ist.
Da die Druckdifferenzwerte zwischen dem Luftdruck im Ansaugtrakt und der Umgebungsluft unmittelbar mit dem Luftmassenstrom im Ansaugtrakt stromauf des Reservoirs zusammenhängen, läßt sich das vorstehend beschriebene Verfahren zum Abführen von Kondensat aus der Turboladeranordnung alternativ auch durchführen, indem statt der Druckdifferenzwerte und deren zeitliche Änderung der Luftmassenstrom im Ansaugtrakt und dessen zeitliche Änderung erfaßt werden, wie nachstehend erläutert wird.
Erfindungsgemäß wird bei dem alternativen Verfahren zum Abführen von Kondensat aus einer Turboladeranordnung, die eine mittels wenigstens eines Turboladers aufladbare Brennkraftmaschine, insbesondere einen Otto- oder Dieselmotor eines Kraftfahrzeugs, und einen zwischen dem Turbolader und der Brennkraftmaschine in einem Ansaugtrakt angeordneten Ladeluftkühler (luft- oder wassergekühlt) aufweist, sich im Ansaugtrakt, insbesondere im Ladeluftkühler, bildendes Kondensat in einem Reservoir gesammelt. Das Reservoir weist einen mit einem Ventil verschließbaren Reservoirauslaß auf. Ferner wird ein Luftmassenstrom im Ansaugtrakt stromauf des Reservoirs beispielsweise mittels eines entsprechenden Luftmassenstromsensors ermittelt und außerdem ebenso dessen zeitliche Änderung. Das Ventil wird gemäß dieser Erfindung höchstens solange geöffnet, wie die zeitliche Änderung des Luftmassenstroms einen vorbestimmbaren Luftmassenstrom-Schwellenwert nicht überschreitet.
Die bei dem zuerst beschriebenen, auf der Erfassung der Druckdifferenzwerte beruhenden Verfahren erläuterte Begriffsbestimmung des Ansaugtrakts sowie die erläuterte Anordnungsbeziehung des Reservoirs bezüglich des Ladeluftfilters gelten in gleicher Weise ebenso bei dem erfindungsgemäßen, alternativen Verfahren. Es wird daher an dieser Stelle auf eine Wiederholung der entsprechenden Textpassagen verzichtet.
Das erfindungsgemäße, alternative Verfahren gewährleistet ein zuverlässiges Abführen von in dem Reservoir gesammeltem Kondensat, wobei gleichzeitig ein Entweichen von Ladeluft aus dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine über den Reservoirauslaß während des Öffnungszustands des Ventils wirksam verhindert wird. Der Kondensatfüllstand im Reservoir bzw. der Zustand, in welchem sich kein Kondensat mehr im Reservoir befindet, wird alleine durch den Luftmassenstrom bzw. dessen zeitliche Änderung während des Öffnungszustands des Ventils ermittelt. Solange das Ventil den Reservoirauslaß verschließt, wird im Ansaugtrakt stromauf des Reservoirs ein bestimmter Luftmassenstrom ermittelt. Befindet sich Kondensat im Reservoir und wird das Ventil geöffnet, bleibt dieser Luftmassenstrom beim Abführen des Kondensats aus dem Reservoir im Wesentlichen erhalten, da keine Ladeluft aus dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine über den geöffneten Reservoirauslaß entweichen kann. Sobald jedoch das gesamte Kondensat aus dem Reservoir abgeführt ist, strömt komprimierte Ladeluft aus dem Ansaugtrakt über das geöffnete Ventil aus dem Reservoir aus. Dies führt zu einer schlagartigen Zunahme des Luftmassenstroms im Ansaugtrakt stromauf des Reservoirs. Daher wird der vorbestimmbare Luftmassenstrom-Schwellenwert für die zeitliche Änderung des Luftmassenstroms derart gewählt, dass die zeitliche Änderung des Luftmassenstroms im Fall des Entweichens der Ladeluft aus dem Reservoir über das geöffnete Ventil den festgelegten Luftmassenstrom-Schwellenwert übersteigt und somit der Zustand zuverlässig erkannt wird, dass kein Kondensat mehr im Reservoir vorhanden ist. Spätestens zu diesem Zeitpunkt wird das Ventil wieder geschlossen, um ein weiteres Entweichen von komprimierter Ladeluft aus dem Ansaugtrakt zu verhindern.
Vorteilhafterweise läßt sich der Luftmassenstrom im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine durch einen in der Turboladeranordnung ohnehin bereits vorgesehenen Luftmassenstromsensor erfassen, so dass das Vorsehen eines zusätzlichen Luftmassenstromsensors zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht erforderlich ist und folglich die ohnehin vorhandenen Komponenten der Turboladeranordnung genutzt werden können.
Selbstverständlich kann das Ventil auch vor dem Erreichen des vorstehend beschriebenen Zustands wieder geschlossen werden. Um jedoch bei einem einzigen Öffnungsvorgang des Ventils sämtliches in dem Reservoir gesammeltes Kondensat abführen zu können, sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass das Ventil nach dem Öffnen erst wieder geschlossen wird, sobald die zeitliche Änderung des Luftmassenstroms den vorbestimmbaren Luftmassenstrom-Schwellenwert überschreitet und somit anzeigt, dass das Kondensat vollständig aus dem Reservoir abgeführt worden ist.
Die nachfolgend beschriebenen vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung betreffen sowohl das auf der Erfassung der Druckdifferenzwerte beruhende Verfahren als auch das auf der Erfassung des Luftmassenstroms beruhende Verfahren, sofern es im Folgenden nicht anders angegeben ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Ventil während des Betriebs der Turbolanderanordnung bzw. der Brennkraftmaschine periodisch in vorgegebenen Zeitabständen geöffnet. Somit ist gewährleistet, dass während des Betriebs der Brennkraftmaschine sich im Ansaugtrakt bildendes Kondensat in regelmäßigen Zeitabständen zuverlässig aus dem Reservoir abgeführt wird. Die Zeitabstände können in einer besonders einfachen Ausführung für alle Betriebzustände der Turboladeranordnung bzw. der Brennkraftmaschine fest vorgegeben sein, sie können jedoch auch an den jeweiligen Betriebzustand dynamisch angepaßt werden. In jedem Fall wird der Zeitabstand zum wiederholten, periodischen Öffnen des Ventils derart gewählt, dass bei einem gegebenen Kondensatfassungsvermögen des Reservoirs ein Überlaufen des Reservoirs vermieden wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das aus dem Reservoir abgeführte Kondensat in einen Abgastrakt der Brennkraftmaschine stromab eines im Abgastrakt angeordneten Katalysators und/oder eines im Abgastrakt angeordneten Dieselpartikelfilters geführt wird. Hierzu ist der Reservoirauslaß über eine fluidleitende Verbindungsleitung mit dem Abgastrakt verbunden. In diesem Fall kann das den Reservoirauslaß verschließende Ventil zum Beispiel auch in der den Reservoirauslaß mit dem Abgastrakt verbindenden Verbindungsleitung angeordnet sein. Der Abgastrakt umfaßt im Sinne der vorliegenden Erfindung jegliche Abgas führenden Bauteile der Brennkraftmaschine, die sich stromab der Brennkammer bzw. des Brennraums der Brennkraftmaschine befinden.
Gemäß jeweils weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird der Luftdruck im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine stromab des Ladeluftkühlers und stromauf der Brennkraftmaschine gemessen bzw. wird der Luftmassenstrom im Ansaugtrakt stromauf des Turboladers gemessen.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer Turboladeranordnung zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens und
2 zwei Diagramme zur Verdeutlichung der Funktionsweise des in 1 beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens.
In 1 ist schematisch eine Turboladeranordnung eines nicht näher gezeigten Kraftfahrzeugs dargestellt. Die Turboladeranordnung umfaßt eine mittels eines Turboladers 1 aufladbare Brennkraftmaschine 2 und einen zwischen dem Turbolader 1 und der Brennkraftmaschine 2 in einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine 2 angeordneten Ladeluftkühler 3. Bei der in 1 gezeigten, beispielhaften Turboladeranordnung ist die Brennkraftmaschine 2 ein Dieselmotor. Anstelle des Dieselmotors kann ebenso ein Ottomotor vorgesehen sein.
Das sich während des Betriebs der Turboladeranordnung bzw. der Brennkraftmaschine 2 im Ansaugtrakt und insbesondere im Ladeluftkühler 3 aus der in der Ansaugluft vorhandenen Feuchtigkeit bildende Kondensat wird in einem Reservoir 4 gesammelt, das bei der in 1 dargestellten Turboladeranordnung separat von dem Ladeluftkühler 3 bezogen auf die in der Darstellung mittels entsprechender Pfeile angegebene Strömungsrichtung der Ansaugluft an dessen Auslaßseite angeordnet ist. Das Reservoir 4 weist einen Reservoirauslaß 5 auf, der mit einem Ventil 6 verschließbar ist. Das Ventil 6 ist in bevorzugter Ausführung ein Ventil mit lediglich einer geöffneten und einer geschlossenen Betriebsstellung. Wie in 1 zu sehen ist, ist der Reservoirauslaß 5 über eine Verbindungsleitung 7 fluidleitend mit einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine 2 verbunden, wobei das Ventil 6 bei dieser Ausführungsvariante in der Verbindungsleitung 7 angeordnet ist und den Reservoirauslaß 5 verschließt bzw. öffnet.
Wie 1 weiter zu entnehmen ist, sind in dem Abgastrakt der Brennkraftmaschine 2 des dargestellten Beispiels sowohl ein NOx-Speicherkatalysator 8 (LNT: Lean NOx Trap) und/oder ein Dieselkatalysator 9 (DCC: Diesel Catalytic Converter) sowie ein Dieselpartikelfilter 10 (DPF) zur Nachbehandlung des Abgases angeordnet.
Während des Betriebs der Turboladeranordnung bzw. der Brennkraftmaschine 2 und bei geschlossenem Ventil 6 besteht im Allgemeinen eine Druckdifferenz Δp zwischen einem Luftdruck 11 im Ansaugtrakt (Ladeluftdruck), der beispielsweise mittels eines in der in 1 dargestellten Turboladeranordnung ohnehin vorgesehenen Ladeluftdrucksensors im Ansaugtrakt (nicht dargestellt) erfaßbar ist, und einem Luftdruck 12 der Umgebungsluft, der bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel im Abgastrakt mittels eines Drucksensors (nicht dargestellt) stromab der im Abgastrakt angeordneten Katalysatoren 8, 9 und des im Abgastrakt angeordneten Dieselpartikelfilters 10 erfaßt wird. Zur Ermittlung der Druckdifferenzwerte Δp zwischen dem Ladeluftdruck 11 und dem Umgebungsluftdruck 12 sind die Drucksensoren jeweils elektrisch mit einem in 1 nicht dargestellten Steuergerät, zum Beispiel einer Motorsteuereinheit (ECU: Engine Control Unit), verbunden. Das Steuergerät ist neben der Ermittlung der Druckdifferenzwerte Δp ebenfalls eingereichtet, die zeitliche Änderung der Druckdifferenzwerte Δp zu ermitteln.
Das Steuergerät oder ein mit diesem Steuergerät elektrisch in Verbindung stehendes weiteres Steuergerät ist zweckmäßigerweise elektrisch mit dem Ventil 6 verbunden, um dieses zum Abführen von Kondensat aus dem Reservoir 4 öffnen und schließen zu können. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird hierbei das Ventil 6 höchstens solange geöffnet, wie die zeitliche Änderung der Druckdifferenzwerte Δp einen vorbestimmbaren Druckschwellenwert nicht überschreitet. Auf diese Weise stellt das erfindungsgemäße Verfahren sicher, dass im Wesentlichen keine Ladeluft aus dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine 2 beim Abführen des Kondensats aus dem Reservoir 4 entweichen kann.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Ventil 6 nach dem Öffnen ferner erst dann wieder geschlossen, sobald die zeitliche Änderung der Druckdifferenzwerte Δp den vorbestimmbaren Druckschwellenwert überschreitet. Das heißt, bei einem Öffnungsvorgang des Ventils 6 wird stets das gesamte in dem Reservoir gesammelte Kondensat abgeführt, jedoch wirksam verhindert, dass Ladeluft über das Reservoir 4 entweichen kann.
Des Weiteren wird das Ventil 6 während des Betriebs der Turboladeranordnung bzw. der Brennkraftmaschine 2 nach dem Schließen in einem vorgegebenen Zeitabstand zum Beispiel durch das Steuergerät erneut und wiederholt, das heißt periodisch, geöffnet und bei der zuvor beschriebenen Bedingung der Druckdifferenzwerte Δp wieder geschlossen. Das Abführen des Kondensats aus dem Reservoir 4 wird auf diese Weise periodisch ausgeführt.
Wie 1 zu entnehmen ist, wird das aus dem Reservoir 4 abgeführte Kondensat über die Verbindungsleitung 7 in den Abgastrakt der Brennkraftmaschine 2 stromab sowohl der Katalysatoren 8 bzw. 9 sowie des Partikelfilters 10 geführt.
In 2 sind zwei Diagramme zur Verdeutlichung der Funktionsweise des im Zusammenhang mit der Erläuterung der 1 beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Das obere Diagramm in 2 stellt den zeitlichen Verlauf eines Luftmassenstroms MAF im Ansaugtrakt stromauf des Reservoirs 4 während eines Kondensatablaßvorgangs aus dem Reservoir 4 dar. Das untere Diagramm in 2 stellt den zeitlichen Verlauf der Druckdifferenzwerte Δp während eines Kondensatablaßvorgangs aus dem Reservoir 4 dar. Der Kondensatfüllstand im Reservoir 4 sei zum Zeitpunkt t₀ größer als Null, das heißt es befindet sich Kondensat im Reservoir 4. Zum Zeitpunkt t₀ wird das Ventil 6 geöffnet. Das Kondensat wird aus dem Reservoir 4 abgeführt. Wie in 2 in beiden Diagrammen zu erkennen ist, bleibt während des Abführvorgangs der Luftmassenstrom MAF sowie die Druckdifferenz Δp zwischen dem Ladeluftdruck 11 und dem Umgebungsluftdruck 12 im Wesentlichen konstant bzw. die Druckdifferenz Δp nimmt aufgrund des aus dem Reservoir 4 abgeführten Kondensatvolumens nur geringfügig ab. Komprimierte Ladeluft kann in diesem Zustand nicht aus dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine über den geöffneten Reservoirauslaß 5 entweichen.
Sobald jedoch das gesamte Kondensat aus dem Reservoir 4 abgeführt ist, beginnt komprimierte Ladeluft aus dem Ansaugtrakt über das geöffnete Ventil 6 aus dem Reservoir 4 auszuströmen. Dieser Zustand wird in 2 bei t₁ erreicht. Wie zu erkennen ist, führt das Entweichen der Ladeluft aus dem Ansaugtrakt zu einer schlagartigen Abnahme der Druckdifferenz Δp bzw. zu einer schlagartigen Zunahme des Luftmassenstroms MAF im Ansaugtrakt stromauf des Reservoirs 4. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der vorbestimmbare Druckschwellenwert für die zeitliche Änderung der Druckdifferenzwerte Δp derart gewählt, dass die zeitliche Änderung der Druckdifferenzwerte Δp bei der schlagartigen Abnahme des Ladeluftdrucks im Ansaugtrakt aufgrund des Entweichens der Ladeluft aus dem Reservoir 4 über das geöffnete Ventil 6 den Druckschwellenwert übersteigt. Somit wird der Zustand, dass kein Kondensat mehr im Reservoir 4 vorhanden ist, zuverlässig von dem Steuergerät erkannt, welches daraufhin das Ventil 6 zum Zeitpunkt t₂ wieder schließt.
Die vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren sind nicht auf die hierin offenbarten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfassen auch gleich wirkende weitere Ausführungsformen. Insbesondere kann, wie bereits im allgemeinen Teil dieser Beschreibung erläutert wurde, anstelle der Druckdifferenzwerte Δp und deren zeitliche Änderung der Luftmassenstrom MAF sowie dessen zeitliche Änderung zur Erkennung des Zustands herangezogen werden, dass kein Kondensat mehr im Reservoir vorhanden ist. In diesem Fall wird in zum vorbestimmbaren Druckschwellenwert entsprechender Weise ein vorbestimmbarer Luftmassenstrom-Schwellenwert festgelegt. Außerdem ist das Steuergerät zur Steuerung des Ventils neben der Ermittlung des Luftmassenstroms MAF dann ebenfalls eingereichtet, die zeitliche Änderung des Luftmassenstroms zu ermitteln.
In bevorzugter Ausführung wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Abführen von Kondensat aus einer Turboladeranordnung in einem Kraftfahrzeug mit einer mittels wenigstens eines Turboladers aufladbaren Brennkraftmaschine und einem zwischen dem Turbolader und der Brennkraftmaschine angeordneten Ladeluftkühler verwendet.
Nachfolgend werden die theoretischen Grundlagen der vorliegenden Erfindung erläutert.
Der Massenstrom eines durch eine Querschnittfläche des Reservoirauslasses strömenden Mediums bestimmt sich allgemein nach: W = A·√2·ρ·Δp·c_D mit:

W:: Massenstrom
A:: Querschnittsfläche des Reservoirauslasses, durch die sich die Masse des Mediums pro Zeiteinheit bewegt
ρ:: Dichte des Mediums
Δp:: Druckdifferenz zwischen dem Luftdruck im Ansaugtrakt und der Umgebungsluft
c_D:: Durchflußkoeffizient

Damit ergibt sich für den aus dem Reservoirauslaß pro Zeiteinheit ausströmenden Volumenstrom des Kondensats (Wasser):
mit:

ρ_Kond:: Dichte des Kondensats
c_D.Kond:: Durchflußkoeffizient des Kondensats

ρ_Luft:: Dichte der Luft
c_D,Luft:: Durchflußkoeffizient der Luft

Mit der Annahme, der Volumenstrom des aus dem Reservoir ausströmenden Kondensats sei gleich dem Volumenstrom der aus dem Reservoir ausströmenden Luft, das heißt
würde dann folgen:
Tatsächlich ergibt sich jedoch mit ρ_Kond = ρ_Wasser = 1000 kg/m³ und ρ_Luft = 1,4 kg/m³ das Verhältnis zwischen den Wurzeln der Dichten des Kondensats und der Luft zu:
Das heißt also, die Annahme, dass der Volumenstrom des aus dem Reservoir ausströmenden Kondensats gleich dem Volumenstrom der aus dem Reservoir ausströmenden Luft ist, ist unzutreffend.
In dem oben stehenden Verhältnis zwischen den Wurzeln der Dichten des Kondensats und der Luft verhalten sich ebenso die Druckabfälle bzw. die Luftmassenströme beim Ausströmen von Luft bzw. Kondensat im Ansaugtrakt und dienen somit als Grundlage für die Steuerung des Ventils gemäß der vorliegenden Erfindung, wie hierin ausführlich beschrieben wurde.
Bezugszeichenliste

1: Turbolader
2: Brennkraftmaschine
3: Ladeluftkühler
4: Reservoir
5: Reservoirauslaß
6: Ventil
7: Verbindungsleitung
8: NOx-Speicherkatalysator
9: Dieselkatalysator
10: Dieselpartikelfilter
11: Ladeluftdruck
12: Umgebungsluftdruck
Δp: Luftdruckdifferenz zwischen 11 und 12
MAF: Luftmassenstrom
t: Zeit
t₀: Zeitpunkt, zu dem 6 geöffnet wird
t₁: Zeitpunkt, zu dem Ladeluft aus 4 zu entweichen beginnt
t₂: Zeitpunkt, zu dem 6 geschlossen wird

Claims

Verfahren zum Abführen von Kondensat aus einer Turboladeranordnung, die eine mittels wenigstens eines Turboladers (1) aufladbare Brennkraftmaschine (2) und einen zwischen dem Turbolader (1) und der Brennkraftmaschine (2) in einem Ansaugtrakt angeordneten Ladeluftkühler (3) aufweist, wobei sich im Ansaugtrakt bildendes Kondensat in einem Reservoir (4), das einen mit einem Ventil (6) verschließbaren Reservoirauslaß (5) aufweist, gesammelt wird, umfassend zumindest den Schritt, dass Druckdifferenzwerte (Δp) zwischen dem Luftdruck im Ansaugtrakt und der Umgebungsluft sowie deren zeitliche Änderung ermittelt werden und das Ventil (6) höchstens solange geöffnet wird, wie die zeitliche Änderung der Druckdifferenzwerte einen vorbestimmbaren Druckschwellenwert nicht überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (6) nach dem Öffnen erst wieder geschlossen wird, sobald die zeitliche Änderung der Druckdifferenzwerte den vorbestimmbaren Druckschwellenwert überschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftdruck im Ansaugtrakt stromab des Ladeluftkühlers (3) und stromauf der Brennkraftmaschine (2) gemessen wird.
Verfahren zum Abführen von Kondensat aus einer Turboladeranordnung, die eine mittels wenigstens eines Turboladers (1) aufladbare Brennkraftmaschine (2) und einen zwischen dem Turbolader (1) und der Brennkraftmaschine (2) in einem Ansaugtrakt angeordneten Ladeluftkühler (3) aufweist, wobei sich im Ansaugtrakt bildendes Kondensat in einem Reservoir (4), das einen mit einem Ventil (6) verschließbaren Reservoirauslaß (5) aufweist, gesammelt wird, umfassend zumindest den Schritt, dass ein Luftmassenstrom (MAF) im Ansaugtrakt stromauf des Reservoirs (4) sowie dessen zeitliche Änderung ermittelt werden und das Ventil (6) höchstens solange geöffnet wird, wie die zeitliche Änderung des Luftmassenstroms einen vorbestimmbaren Luftmassenstrom-Schwellenwert nicht überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (6) nach dem Öffnen erst wieder geschlossen wird, sobald die zeitliche Änderung des Luftmassenstroms den vorbestimmbaren Luftmassenstrom-Schwellenwert überschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftmassenstrom (MAF) stromauf des Turboladers (1) gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (6) während des Betriebs der Turbolanderanordnung periodisch in vorgegebenen Zeitabständen geöffnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Reservoir (4) abgeführte Kondensat in einen Abgastrakt der Brennkraftmaschine (2) stromab eines im Abgastrakt angeordneten Katalysators (8, 9) und/oder eines im Abgastrakt angeordneten Dieselpartikelfilters (10) geführt wird.