DE102013020642A1 - Abgasrückführungs-Kühler Reinigungsverfahren - Google Patents

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Abstract

Beschrieben wird eine Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung (AGR), umfassend wenigstens einen Turbolader (2), wenigstens ein Motorsteuergerät (11), wenigstens eine Ansaugleitung (9), wenigstens eine Abgasleitung (3), die wenigstens eine AGR-Leitung (4) aufweist, wobei die AGR-Leitung (4) wenigstens ein AGR-Ventil (5) in besagter AGR-Leitung (4) zum Umleiten eines Teils des Abgases durch besagte AGR-Leitung (4) zu wenigstens einem in Strömungsrichtung nachgeordneten AGR-Kühler (6) bzw. seiner AGR-Kühler-Abgasseite (6) aufweist, wobei der AGR-Kühler (14) mit seiner Ansaugseite (7) mittels AGR-Ansaugleitungsstück (8) mit der Ansaugleitung (9) verbunden ist, wobei das AGR-Ventil (5) derart schließ- und öffenbar ausgestaltet ist, dass durch zusätzliche Abgasdruckpulse, die in den AGR-Kühler gelangen, die dort abgeschiedenen Rußpartikel entfernt werden.

Description

  • Aus der DE 40 07 516 ist ein Dieselmotor mit einer Abgasleitung, in der eine Abgasturbine eines Abgasturboladers und ein Partikelfilter angeordnet sind und mit einer Verbrennungsluftleitung, in der ein Lader des Abgasturboladers vorgesehen ist, sowie mit einer Abgasrückführleitung, die in Strömungsrichtung hinter dem Partikelfilter von der Abgasleitung abzweigt und diese mit der Verbrennungsluftleitung verbindet, wobei in Strömungsrichtung hinter der Abgasturbine ein Oxidationskatalysator und hinter diesem das Partikelfilter in der Abgasleitung angeordnet sind und dass in der Abgasrückführleitung ein Abgaskühler vorgesehen ist, bekannt.
  • Bei einem anderen, durch das US-Patent Nr. 7,011,080 an Kennedy bereitgestellten Beispiel, kann zum Reinigen des AGR-Kühlers ein umgekehrter Luftstrom verwendet werden. Bei diesem Beispiel wird zum Kühlen der Mischung aus Ladeluft und rückgeführtem Abgas ein einzelner Ladeluftkühler verwendet. Ein Strömungsventil, das zwischen offener, Bypass- und Umkehrposition bewegt werden kann, wird zum Steuern der Strömung der Mischung aus Ladeluft und rückgeführtem Abgas durch den Kühler verwendet. Die Umkehrposition des Strömungsventils liefert eine umgekehrte Reinigungsströmung durch die Kühlpassagen, um in dem Kühler akkumulierte Rußpartikel zu entfernen. Das von Kennedy bereitgestellte Verfahren kann jedoch kontaminierte Abluft, die Rußpartikel enthält, zum Reinigen des AGR-Kühlers verwenden, sowie eine vergrößerte Komplexität beim Abgasströmungsdesign durch den AGR-Kühler.
  • In der DE 10 2009 046 016 A1 werden hierin Systeme und Verfahren zum Verwenden von Ansaugdruckluft, die frei von Rußpartikeln ist, zum Reinigen des AGR-Kühlers eines Verbrennungsmotors mit einem Turbolader bereitgestellt. Ein beispielhaftes System enthält ein AGR-Ventil zum selektiven Umleiten eines Teils des Abgases durch einen AGR-Kanal zu einer Ansaugseite des Verbrennungsmotors, einen in dem AGR-Kanal angeordneten AGR-Kühler, wobei der AGR-Kühler eine Abgasseite und eine Ansaugseite aufweist, und ein Ansaugdruckluftzufuhrsystem mit einem Druckluftkanal, wobei das Ansaugdruckluftzufuhrsystem konfiguriert ist, einen Teil der von dem Turbolader komprimierten Ansaugdruckluft selektiv durch den AGR-Kühler umzuleiten, um in dem AGR-Kühler abgeschiedene Rußpartikel zu entfernen. Bei einigen Beispielen kann ein in dem Druckluftkanal angeordnetes Ventil die Strömung der Ansaugdruckluft steuern. Bei anderen Beispielen kann das Ventil zum Steuern der Ansaugdruckluftströmung durch den Ansaugdruckkanal wegfallen, wenn der Druckluftkanal derart bemessen und ausgerichtet wird, dass er die Strömung von AGR-Gas in den AGR-Kühler nicht stört, und dass es immer noch möglich ist, die adäquate Menge an AGR-Strömung für den Motorbetrieb zuzuführen. Auf diese Weise kann Turboladeransaugdruckluft, die relativ frei von Rußpartikulat ist und die von dem Motorturbolader erhältlich ist, zum Durchspülen des AGR-Kühlers verwendet werden, um ausreichend Turbulenzen zum Ablösen von in dem AGR-Kühler abgeschiedenen Rußpartikeln zu erzeugen. Bei einem Beispiel kann die Druckluft zum Entfernen von Kühlerverunreinigungen verwendet werden, wenn AGR nicht für den Motorbetrieb zum Reduzieren etwaiger Störungen am AGR-Strömungsbetrieb verwendet wird.
  • Daran ist nachteilig, dass die Reinigung des AGR-Kühlers mit großem Aufwand betrieben werden muss.
  • Nachteilig ist es auch, dass es beim Einsatz von AGR-Kühlern immer wieder zum Kühlerwirkungsgradverlust aufgrund von übermäßigen Rußablagerungen (Fouling) und somit zur Nichteinhaltung der Abgasgrenzwerte kommt.
  • Da das Nichteinhalten der Abgasgrenzwerte ein Verstoß gegen die Gesetzgebung ist, wurde ein Prinzip entwickelt, welches diese Verschmutzungen eliminiert und die Abgasemissionen in den geforderten Grenzen hält.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu vermeiden und eine Brennkraftmaschine mit AGR zu schaffen, um zuverlässig die Abgasgrenzwerte einzuhalten.
  • Die Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung (AGR) gelöst, umfassend wenigstens einen Turbolader, wenigstens ein Motorsteuergerät, wenigstens eine Ansaugleitung, wenigstens eine Abgasleitung, die wenigstens eine AGR-Leitung aufweist, wobei die AGR-Leitung wenigstens ein AGR-Ventil in besagter AGR-Leitung zum Umleiten eines Teils des Abgases durch besagte AGR-Leitung zu wenigstens einem in Strömungsrichtung nachgeordneten AGR-Kühler bzw. seiner AGR-Kühler-Abgasseite aufweist, wobei der AGR-Kühler mit seiner Ansaugseite mittels AGR-Ansaugleitungsstück mit der Ansaugleitung verbunden ist, wobei das AGR-Ventil derart schließ- und offenbar ausgestaltet ist, dass durch zusätzliche Abgasdruckpulse, die in den AGR-Kühler gelangen, die dort abgeschiedenen Rußpartikel entfernt werden.
  • In einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass wenigstens ein AGR-Ventil nach dem AGR-Kühler und vor der Ansaugleitung angeordnet ist.
  • Weiter ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass zwischen Turbolader, insbesondere dem Frischluftkompressor, und der Ansaugleitung wenigstens ein Ladeluftkühler angeordnet ist.
  • In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Ansaugleitung und/oder das AGR-Ansaugleitungsstück wenigstens einen Temperatursensor aufweist.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Ansaugleitung und/oder das AGR-Ansaugleitungsstück wenigstens einen Drucksensor aufweist.
  • Weiter beinhaltet die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung (AGR), umfassend wenigstens einen Turbolader, wenigstens ein Motorsteuergerät, wenigstens eine Ansaugleitung, wenigstens eine Abgasleitung, die wenigstens eine AGR-Leitung aufweist, wobei die AGR-Leitung wenigstens ein AGR-Ventil in besagter AGR-Leitung zum Umleiten eines Teils des Abgases durch besagte AGR-Leitung zu wenigstens einem in Strömungsrichtung nachgeordneten AGR-Kühler bzw. seiner AGR-Kühler-Abgasseite aufweist, wobei der AGR-Kühler mit seiner Ansaugseite mittels AGR-Ansaugleitungsstück mit der Ansaugleitung verbunden ist, wobei das AGR-Ventil derart schließ- und offenbar ausgestaltet ist, dass zusätzliche Abgasdruckpulse entstehen, die in den AGR-Kühler gelangen, um in dem AGR-Kühler abgeschiedene Rußpartikel zu entfernen, gelöst.
  • Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt ist.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung der Brennkraftmaschine
  • 2 den zeitlichen Verlauf des Klappenöffnungswinkels während des Reinigungsvorgangs
  • In 1 wird eine schematische Darstellung der Brennkraftmaschine 1 dargestellt.
  • Die Brennkraftmaschine 1 ist im Ausführungsbeispiel nach 1 ein Sechszylinderdieselmotor mit Ansaugtrakt und Abgastrakt. Weiter weist die Brennkraftmaschine 1 einen Turbolader 2 auf, der mit Ansaugtrakt und Abgastrakt kommunizierend verbunden ist. Die Abgasleitung 3 der Brennkraftmaschine 1 weist zwei AGR-Leitungen 4 auf, die über je ein AGR-Ventil 5 verfügen, das öffen- und schließbar ausgeführt ist. Die AGR-Leitungen 4 münden jeweils in einem AGR-Kühler 6, dessen Ansaugseite des AGR-Kühlers 7 mit dem AGR-Ansaugleitungsstück 8 kommunizierend verbunden ist. Am Ende – aus Strömungssicht – von AGR-Ansaugleitungsstück 8, noch vor der Ansaugleitung 9, ist ein Reed valve 14 angeordnet. Zwischen der Ansaugleitung 9 und dem Turbolader 2 ist ein Ladeluftkühler 10 angeordnet. Die Ansaugleitung 9 weist Temperatursensor 12 und einen Drucksensor 13 auf, die mittels elektrischer Leitungen bzw. Funkverbindungen mit dem Motorsteuergerät 11 kommunizieren. Der Temperatursensor 12 und der Drucksensor 13 liefern ihre Daten zur Steuerung der Brennkraftmaschine 1 und der Abreinigung des AGR-Kühlers 6 an das Motorsteuergerät 11, das wiederrum die AGR-Ventile 5 ansteuert und diese öffnet und schließt, um mittels eines durch das Schließen und anschließendes Öffnen eines AGR-Ventils 5 einen Druckstoß zu erzeugen, der den AGR-Kühler 6 von den dort abgeschiedenen Rußpartikeln befreit. Die Abreinigung erfolgt mittels elektronischer Regelung des AGR-Ventils 5, welches, wie in 2 zu sehen ist, impulsartig geöffnet und geschlossen wird. Eine alternative Ausgestaltung sieht vor, dass die AGR-Klappenstellung zeitgesteuert ist. Das heißt, dass der Reinigungsvorgang in einem festgelegten Zeitintervall stattfindet. Eine andere alternative Ausgestaltung sieht vor, dass anstatt einer Zeit- eine Temperaturregelung umgesetzt wird, was durch einen Temperatursensor hinter dem AGR-Kühler realisiert wird. Beim Erreichen einer festgelegten Temperatur findet das ”Abblasen” des Rußes statt. Bei beiden Varianten (Temperatur, Zeit) ist die Funktion in Abhängigkeit der Zeit in 2 dargestellt. Der Reinigungseffekt im AGR-Kühler besteht darin, dass die oberflächlich anhaftende Rußablagerung durch erzwungene Druckimpulse stark reduziert wird. Der Druckimpuls wird durch steigende alternierende Klappenöffnungswinkel des vorgeschalteten AGR-Stellers hervorgerufen, wie dies in 2 zu sehen ist. Die Erfindung ist für alle Verbrennungskraftmaschinen mit externem AGR-System und elektronischer Regelung des AGR-Stellers anwendbar.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennkraftmaschine
    2
    Turbolader
    3
    Abgasleitung
    4
    AGR-Leitung
    5
    AGR-Ventil
    6
    Abgasseite des AGR-Kühlers
    7
    Ansaugseite des AGR-Kühler
    8
    AGR-Ansaugleitungsstück
    9
    Ansaugleitung
    10
    Ladeluftkühler
    11
    Motorsteuergerät
    12
    Temperatursensor
    13
    Drucksensor
    14
    Reed valve
    15
    AGR-Kühler
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 4007516 [0001]
    • US 7011080 [0002]
    • DE 102009046016 A1 [0003]

Claims (6)

  1. Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung (AGR), umfassend wenigstens einen Turbolader (2), wenigstens ein Motorsteuergerät (11), wenigstens eine Ansaugleitung (9), wenigstens eine Abgasleitung (3), die wenigstens eine AGR-Leitung (4) aufweist, wobei die AGR-Leitung (4) wenigstens ein AGR-Ventil (5) in besagter AGR-Leitung (4) zum Umleiten eines Teils des Abgases durch besagte AGR-Leitung (4) zu wenigstens einem in Strömungsrichtung nachgeordneten AGR-Kühler (15) bzw. seiner AGR-Kühler-Abgasseite (6) aufweist, wobei der AGR-Kühler (15) mit seiner Ansaugseite (7) mittels AGR-Ansaugleitungsstück (8) mit der Ansaugleitung (9) verbunden ist, wobei das AGR-Ventil (5) derart schließ- und öffenbar ausgestaltet ist, dass durch zusätzliche Abgasdruckpulse, die in den AGR-Kühler gelangen, die dort abgeschiedenen Rußpartikel entfernt werden.
  2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Turbolader (2), insbesondere dem Frischluftkompressor, und der Ansaugleitung (9) wenigstens ein Ladeluftkühler (10) angeordnet ist.
  3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugleitung (9) und/oder das AGR-Ansaugleitungsstück (8) wenigstens einen Temperatursensor (12) aufweist.
  4. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugleitung (9) und/oder das AGR-Ansaugleitungsstück (8) wenigstens einen Drucksensor (13) aufweist.
  5. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Wesentlichen zwischen Ansaugleitung (9) und AGR-Ansaugleitungsstück (8) wenigstens ein Reed valve (14) angeordnet ist.
  6. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Brennkraftmaschine eines oder mehreren der vorgenannten Ansprüche zum Einsatz kommt.
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