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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen U. S. Anmeldung Nr. 61/672,338, die am 17. Juli 2012 eingereicht wurde und die hierin durch Bezugnahme mit aufgenommen ist.
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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung betrifft ein Mindern einer Verschmutzung in Abgasrückführungskühleinrichtungen für Verbrennungsmotoren.
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HINTERGRUND
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Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformation in Verbindung mit der vorliegenden Offenbarung dar. Demgemäß sind derartige Aussagen nicht dazu bestimmt, ein Anerkenntnis von Stand der Technik zu bilden.
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Abgassysteme transportieren Verbrennungsnebenprodukte in der Form einer Abgasströmung von dem Motor durch verschiedene Nachbehandlungseinrichtungen. Abgasrückführungs-(AGR)-Kreisläufe kanalisieren einen Anteil der Abgasströmung zurück zu einer Ansauggasströmung zum Wiedereintritt in die Brennkammern in den Zylindern des Motors. Die Wirkungen in Verbindung mit der Verwendung von AGR, beispielsweise die Reduzierung von NOx-Emissionen, sind in der Technik bekannt. AGR-Kreisläufe sind zur Verwendung bei vielen verschiedenen Motortypen und -konfigurationen, beispielsweise bei sowohl Diesel- als auch Benzinmotoren bekannt.
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Eine Abgasströmung, die von dem Abgassystem zum Zweck der Steuerung der Verbrennung in der Brennkammer abgezweigt ist, enthält Nebenprodukte der Verbrennung. Partikelmaterial (PM) und andere Verbrennungsnebenprodukte gelangen durch das Abgassystem mit der Abgasströmung. Die rückgeführte Gasströmung, die von dem Abgassystem abgezweigt wird, ist diesen Nebenprodukten ausgesetzt. Ein Wärmetauscher, wie eine AGR-Kühlereinrichtung, kann schmale und unterteilte Abgasströmungsdurchgänge zur Maximierung einer Wärmeübertragung von dem heißen Gas auf eine Kühlflüssigkeit aufweisen. Diese schmalen Abgasströmungsdurchgänge mit großen Oberflächen können als Filter für die Verbrennungsnebenprodukte wirken, wobei Partikelabscheidungen an den Oberflächen in den Durchgängen gesammelt werden. Derartige Oberflächenabscheidungen in dem Wärmetauscher können eine Anzahl nachteiliger Wirkungen auf den Wärmetauscher haben, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, Korrosion, erhöhter Strömungswiderstand, Strömungsblockade, Reduzierung der Wärmeübertragungskapazität und Geräusch, Vibration und Rauheit (NVH von Engl.: ”noise, vibration and harshness”). Es ist daher erwünscht, Oberflächenabscheidungen in dem Wärmetauscher zu entfernen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine Vorrichtung zum Mindern einer Verschmutzung in einer Wärmetauschereinrichtung umfasst einen Verbrennungsmotor, der fluidtechnisch mit einem Ansaugkrümmer stromaufwärts des Motors und einem Abgaskrümmer stromabwärts des Motors gekoppelt ist. Die Vorrichtung umfasst ferner einen externen Abgasrückführungskreislauf, der fluidtechnisch mit dem Abgaskrümmer an einem ersten Ende gekoppelt und derart konfiguriert ist, um eine Abgasströmung selektiv in den Ansaugkrümmer an einem zweiten Ende zu führen. Der Abgasrückführungskreislauf umfasst die Wärmetauschereinrichtung zum Kühlen der AGR-Strömung vor einem Eintritt in den Ansaugkrümmer und einen Abscheidungsfilter, der stromaufwärts der Wärmetauschereinrichtung fluidtechnisch gekoppelt und derart konfiguriert ist, um Verbrennungsnebenprodukte in der AGR-Strömung abzufangen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es werden nun eine oder mehrere Ausführungsformen nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
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1 eine beispielhafte Motorkonfiguration, die einen Abgasrückführungs-(AGR)-Kreislaufveranschaulicht, gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
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2 und 3 einen Abscheidungsfilter und eine Wärmetauschereinrichtung des AGR-Kreislaufs von 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigen; und
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4 ein Flussdiagramm zum Mindern einer Verschmutzung in der Wärmetauschereinrichtung von 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Nun Bezug nehmend auf die Zeichnungen, in denen das Dargestellte nur dem Zweck der Veranschaulichung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und nicht dem Zweck der Beschränkung derselben dient, zeigt 1 eine beispielhafte Motorkonfiguration, die einen externen Abgasrückführungs-(AGR)-Kreislauf verwendet, gemäß der vorliegenden Offenbarung. Ein Verbrennungsmotor 6 umfasst ein Abgassystem 40, einen Ansaugkrümmer 4, einen Turbolader 10 und einen AGR-Kreislauf 20. Der Ansaugkrümmer 4 kann hier austauschbar als ein ”Ansauggaskrümmer” bezeichnet werden. Der Abschnitt 200 des AGR-Kreislaufs 20 weist eine AGR-Kühlereinrichtung 24, einen Abscheidungsfilter 23 und ein AGR-Ventil 30 auf. Der Abschnitt 200 ist mit Bezug auf die 2 und 3 detaillierter beschrieben. Der beispielhafte Motor weist vier Zylinder 7 auf. Während die veranschaulichte Ausführungsform vier Zylinder 7 zeigt, kann der Motor 6 zusätzliche oder weniger Zylinder 7 aufweisen. Der Motor 6 kann eine Zylinderkonfiguration vom V-Typ, W-Typ oder Reihentyp aufweisen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Motor 6 ein Dieselmotor. Bei einer alternativen Ausführungsform ist der Motor 6 ein Benzinmotor.
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Ein Steuermodul 50 ist funktional mit dem Motor 6 verbunden und nimmt Daten von Sensoren auf und steuert eine Mehrzahl von Aktoren des Motors 6. Das Steuermodul 50 kann eine Motordrehmomentanweisung aufnehmen und einen gewünschten Drehmomentausgang auf Grundlage von Bedienereingaben erzeugen. Beispielhafte Motorbetriebsparameter, die von dem Steuermodul 50 unter Verwendung der vorher erwähnten Sensoren erfasst werden, umfassen eine Motorkühlmitteltemperatur, eine Kurbelwellendrehzahl (U/min) und -position, einen Krümmerabsolutdruck, eine Umgebungsluftströmung und -temperatur sowie einen Umgebungsluftdruck. Verbrennungsleistungsmessungen weisen typischerweise gemessene und abgeleitete Verbrennungsparameter einschließlich Luft-Kraftstoff-Verhältnis sowie Anordnung des Spitzenverbrennungsdrucks neben anderen auf.
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Steuermodul, Modul, Steuerung, Controller, Steuereinheit, Prozessor und ähnliche Begriffe bedeuten irgendeines oder verschiedene Kombinationen von einem oder mehreren aus anwendungsspezifischem integriertem Schaltkreis (ASIC), elektronischem Schaltkreis, zentraler Verarbeitungseinheit (bevorzugt Mikroprozessor(en)) und zugehöriger Speicher und Ablage (Nur-Lese-Speicher, programmierbarer Nur-Lese-Speicher, Direktzugriffsspeicher, Festplattenlaufwerk usw.) der/die ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme oder -routinen ausführt/ausführen, kombinatorischem logischem Schaltkreis, einem Eingabe-/Ausgabeschaltkreis und einer Eingabe-/Ausgabeeinrichtung, eine geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltung und andere Komponenten, um die beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Routinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe bedeuten irgendwelche Anweisungssätze, die Kalibrierungen und Nachschlagetabellen einschließen. Das Steuermodul weist einen Satz von Steuerroutinen auf, die ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen vorzusehen. Routinen werden ausgeführt, etwa von einer zentralen Verarbeitungseinheit, und sind betreibbar, um Eingänge von Erfassungseinrichtungen und anderen vernetzten Steuermodulen zu überwachen und Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb von Aktoren zu steuern. Routinen können in regelmäßigen Intervallen, zum Beispiel alle 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden, während des fortwährenden Motor- und Fahrzeugbetriebes ausgeführt werden. Alternativ können Routinen in Antwort auf das Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Turbolader 10 eine Turbine mit variabler Geometrie (VGT von Engl.: ”variable geometry turbine”), die eine Turbine 12 und einen Kompressor 14 aufweist. Der Kompressor 14 ist fluidtechnisch mit einer Ansaugleitung 2 zum Komprimieren von frischer Ansaugluft aus der Umgebung gekoppelt. Die Turbine 12 kann eine Turbine mit variabler Düse (VNT von Engl.: ”variable nozzle turbine”) sein, die in einer Abgasleitung 16 des Abgassystems 40 angeordnet ist, um den Kompressor 14 durch eine Abgasströmung, die den Motor 6 von einem Auspuffkrümmer 8 verlässt, anzutreiben. Der Auspuffkrümmer 8 kann hier austauschbar als ein ”Abgaskrümmer” bezeichnet werden.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Ladeluftkühler 3 fluidtechnisch mit der Ansaugleitung 2 stromabwärts des Kompressors 14 des Turboladers 10 zum Kühlen der aufgeladenen Ansaugluft gekoppelt, bevor diese den Ansaugkrümmer 4 erreicht. Nach Durchgang durch den Ladeluftkühler 3 wird die aufgeladene Ansaugluft zu einer Mehrzahl von Ansaugkanälen durch den Ansaugkrümmer 4 eingeführt, von denen jeder die aufgeladene Ansaugluft aufnimmt, die durch eine bekannte Luftdosiereinrichtung und eine Drosseleinrichtung 5 gelangt. Jeder Zylinder definiert eine jeweilige Brennkammer und weist einen oder mehrere jeweilige Ansaugkanäle auf. Eine eingespritzte Kraftstoffmasse wird in jeden Zylinder 7 eingespritzt, und ein Luft-Kraftstoff-Gemisch, das die aufgeladene Ansaugluft und die eingespritzte Kraftstoffmasse aufweist, wird verbrannt und zum Antrieb des Motors 6 verwendet. Die eingespritzte Kraftstoffmasse kann Vor-, Haupt- und Nacheinspritzungen aufweisen. Bei der beispielhaften Ausführungsform, wenn der Motor 6 ein Dieselmotor ist, weist das Luft-Kraftstoff-Gemisch Dieselkraftstoff oder Dieselkraftstoffgemische auf. Bei alternativen Ausführungsformen, wenn der Motor 6 ein Benzinmotor ist, kann das Luft-Kraftstoff-Gemisch Benzin oder Benzingemische aufweisen, jedoch kann das Gemisch auch andere flexible Kraftstofftypen aufweisen, wie Ethanol oder Ethanolmischungen, wie den Kraftstoff, der üblicherweise als E85 bekannt ist. Die hier beschriebenen Verfahren hängen nicht von der jeweiligen Vielzahl von Kraftstoffen, die verwendet werden, ab, und sind nicht dazu bestimmt, auf die hier offenbarten Ausführungsformen beschränkt zu sein.
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Das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch wird von jedem Zylinder 7 als eine Abgasströmung durch den Auspuffkrümmer 8 ausgestoßen. Die Abgasströmung kann in das Abgassystem 40 eintreten und/oder kann in den AGR-Kreislauf 20 zur Verbrennung in anschließenden Motorzyklen eintreten. Bei einer beispielhaften Ausführungsform weist das Abgassystem 40 zumindest eine Nachbehandlungseinrichtung 18 in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 16 stromabwärts der Turbine 12 des Turboladers 10 auf. Wenn der Motor 6 einen Dieselmotor aufweist, kann die Nachbehandlungseinrichtung 18 einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) zum Abbau von restlichen Kohlenwasserstoffen und Kohlenstoffoxiden, die in der Abgasströmung enthalten sind, aufweisen. Die Nachbehandlungseinrichtung kann ferner einen Dieselpartikelfilter (DPF) aufweisen, der fluidtechnisch stromabwärts des DOC gekoppelt ist, um Dieselpartikelmaterial (Ruß) von der Abgasströmung abzufangen und zu entfernen. Wenn der Motor 6 einen Benzinmotor aufweist, kann die Nachbehandlungseinrichtung 18 einen Dreiwegekatalysator (TWC) zum Umwandeln von Kohlenstoffoxiden, Kohlenwasserstoffen und Stickoxiden in der Abgasströmung in Kohlendioxid, Stickstoff und Wasser aufweisen.
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Der AGR-Kreislauf 20 ist fluidtechnisch mit dem Auspuffkrümmer 8 gekoppelt und derart konfiguriert, eine Abgasströmung selektiv als eine AGR-Strömung zurück in den Ansaugkrümmer 4 zu führen. Der AGR-Kreislauf 20 weist eine AGR-Leitung 22 zur direkten fluidtechnischen Kopplung des Auspuffkrümmers 8 mit dem Ansaugkrümmer 4, eine AGR-Kühlereinrichtung 24 (z. B. AGR-Wärmetauschereinrichtung) zum Kühlen der Abgasströmung und ein AGR-Ventil 30 stromabwärts der AGR-Kühlereinrichtung 24 zum Steuern eines AGR-Durchflusses einer Abgasströmung durch die AGR-Leitung 22 auf. Wie hier verwendet ist, bezeichnet der Begriff ”AGR-Strömung” eine Abgasströmung, die durch die AGR-Leitung 22 geführt ist. Das AGR-Ventil 30 wird durch das Steuermodul 50 aktiviert. Es sind verschiedene Steuermethodologien zur Aktivierung des AGR-Ventils 30 unter bestimmten Betriebsbedingungen in der Technik bekannt und hier nicht detailliert beschrieben. Das AGR-Ventil 30, wenn es in eine Aus-Position gesteuert ist, blockiert jegliche Abgasströmung von dem Auspuffkrümmer 8, die Strömung unter einem Druckgradienten von dem Verbrennungsprozess, vor einem Eintritt in den Ansaugkrümmer 4. Das AGR-Ventil 30, wenn es zu einer Ein- oder offenen Position gesteuert ist, öffnet, und der AGR-Kreislauf 20 kann dann den Druck und die Geschwindigkeit der Abgasströmung zur Kanalisierung eines Anteils der Abgasströmung zu dem Ansaugkrümmer 4 als eine AGR-Strömung verwenden. Das AGR-Ventil 30 ist bei einigen Ausführungsformen in der Lage, teilweise zu öffnen, wodurch die Menge an Abgas, die in eine AGR-Strömung umgelenkt wird, moduliert wird. Es sei angemerkt, dass das AGR-Ventil 30 stromaufwärts der AGR-Kühlereinrichtung 24 angeordnet sein kann. Die AGR-Strömung gelangt durch den AGR-Kreislauf 20 zu dem Ansaugkrümmer 4, wo sie mit zumindest dem aufgeladenen Luftanteil des Luft-Kraftstoff-Gemisches kombiniert wird, um die Verbrennungssteuereigenschaften, die ermöglicht sind, abzuleiten. Der Verbrennungsprozess in dem Motor 6 ist gegenüber Bedingungen empfindlich, wie der Temperatur in der Brennkammer während der Verbrennung. Eine AGR-Strömung, die von einer Abgasströmung mit hoher Temperatur abgenommen wird, kann die Temperatur in der Brennkammer auf unerwünschte Niveaus erhöhen. Daher entfernt die AGR-Kühlereinrichtung 24 Wärme von der AGR-Strömung, wodurch die resultierende Temperatur der AGR-Strömung gesteuert wird, die schließlich in die Brennkammer eintritt. Eine Kühlspeichereinrichtung 45 sieht eine Kühlung über einen Einlass 26 zu der AGR-Kühlereinrichtung 24 vor, die über einen Auslass 28 der AGR-Kühlereinrichtung 24 zurück zu der Kühlspeichereinrichtung 45 rückgeführt wird. Ein Betrieb und ein Wirkungsgrad der AGR-Kühlereinrichtung 24 werden von dem Steuermodul 50 überwacht. Bei einer Ausführungsform kann die AGR-Kühlereinrichtung 24 ein Gas/Gas-Wärmetauscher sein, der dazu verwendet wird, Wärme von einer Gasströmung zu einer anderen zu übertragen. Bei einer anderen Ausführungsform kann die AGR-Kühlereinrichtung 24 ein Gas/Flüssigkeits-Wärmetauscher sein, der dazu verwendet wird, Wärme von einem Gas auf eine Flüssigkeit zu übertragen. Bei der gezeigten Ausführungsform ist die AGR-Kühlereinrichtung 24 ein Gas/Flüssigkeits-Wärmetauscher, bei dem eine bei hoher Temperatur befindliche AGR-Strömung durch die AGR-Kühlereinrichtung 24 gelangt und Wärme auf ein flüssiges Medium in der Form einer Motorkühlmittel-Flüssigkeitsströmung überträgt, wobei die AGR-Strömung anschließend die AGR-Kühlereinrichtung 24 als eine bei reduzierter Temperatur befindliche AGR-Strömung verlässt. Einige bekannte beispielhafte Ausführungsformen der AGR-Kühlereinrichtung 24 weisen eine Motorkühlmittelsteuereinrichtung in Kommunikation mit dem Steuermodul 50 auf, das in der Lage ist, eine Strömung sowie eine Menge an Motorkühlmittelflüssigkeit, die in die AGR-Kühlereinrichtung 24 eintritt, zu steuern, wodurch die Wärmemenge, die von der AGR-Strömung übertragen wird, gesteuert wird, und die Reduzierung der Temperatur der AGR-Strömung gesteuert wird. Bei einigen Betriebsbedingungen und Konfigurationen kann die Motorkühlmittelflüssigkeitsströmung abgeschaltet werden, so dass die AGR-Strömung bei einer maximalen Temperatur an die Brennkammer geliefert wird.
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Wärmetauscher und Komponenten derselben können aus vielen Materialien bestehen. Hohe Temperaturen, die in der Abgasströmung auftreten, beeinflussen die Auswahl von Materialien, die in Wärmetauschern verwendet werden, die in Kontakt mit den Hochtemperaturgasen kommen. Zusätzlich beeinflussen korrosive Verbrennungsnebenprodukte, die in den Abgasen vorhanden sind, auch die Auswahl von Materialien, die verwendet werden. Rostfreier Stahl ist ein bekanntes Material, 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 korrosive Kräfte gemindert sind, können andere Materialien verwenden, wie Aluminium. Andere beispielhafte Konstruktionen von Wärmetauschern verwenden beispielsweise Kunststoff- oder andere Synthetikmaterialien, um Abschnitte von Sammelleitungen oder Verbindungsdurchbrechungen auszubilden, wobei ein direkter Kontakt zu einer Hochtemperaturströmung nicht zugelassen ist. Wärmetauscher sind dafür bekannt, dass sie verschiedene Beschichtungen aufweisen, um den Aufbau des Wärmetauschers zu schützen oder andere vorteilhafte Eigenschaften zu verleihen. Die Materialien, die oben beschrieben sind, sind nur für ein Beispiel gegeben. Die Auswahl von Materialien und Beschichtungen bei bestimmten Wärmetauschern ist in der Technik bekannt, und die Materialien und Konstruktionen von Wärmetauschern innerhalb dieser Offenbarung sind nicht dazu bestimmt, auf die spezifischen beispielhaften Ausführungsformen, die hier beschrieben sind, beschränkt zu sein.
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Ausführungsformen hier sind auf eine Minderung einer Verschmutzung der AGR-Kühlereinrichtung 24 gerichtet. Eine Verschmutzung kann als Folge von in der AGR-Strömung enthaltenen Nebenprodukten auftreten, die aus der Verbrennung resultieren und sich an Oberflächen in den Gasströmungsdurchgängen der AGR-Kühlereinrichtung 24 sammeln. Die Nebenprodukte, die sich als Oberflächenabscheidungen sammeln und eine Abscheidungsschicht innerhalb der AGR-Kühlereinrichtung 24 bilden, können Partikelmaterial (PM), nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe und andere Schmutzstoffe aufweisen. Der Aufbau von Oberflächenabscheidungen innerhalb der AGR-Kühlereinrichtung verringert die Wirksamkeit und verringert die Nutzlebensdauer der AGR-Kühlereinrichtung. PM- und nicht verbrannte Kohlenwasserstoffabscheidungen, die an den Oberflächen der AGR-Kühlereinrichtung 24 zurückbleiben und der Gasströmung ausgesetzt sind, wirken als isolierender Mantel, der die Wärmemenge verringert, die durch die Oberflächen für eine gegebene Temperaturdifferenz zwischen den Strömungsmedien gelangt. Demgemäß können Temperaturdifferenzen oder ein Mangel derselben der AGR-Kühlereinrichtung 24 eine verminderte Wärmeübertragung infolge der Verschmutzung angeben. Abscheidungen, die sich an den Wänden der Gasströmungsdurchgänge aufgebaut haben, verringern ebenfalls die wirksamen Querschnitte der Gasströmungsdurchgänge, wobei die Gasströmung verringert wird, die durch die Gasströmungsdurchgänge der AGR-Kühlereinrichtung 24 für eine gegebene Druckdifferenz über die AGR-Kühlereinrichtung 24 strömt. Demgemäß können die Druckabfälle der AGR-Kühlereinrichtung 24 einen erhöhten Strömungswiderstand angeben, der aus einer Verschmutzung resultiert. Insbesondere unterstützen in der Anwesenheit erhöhter Temperaturen, die in dem Motorraum und der AGR-Strömung vorhanden sind, die Oberflächenabscheidungen in den Gasströmungsdurchgängen eine Korrosion und andere Verschlechterung der AGR-Kühlereinrichtung 24.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Abscheidungsfilter 23 in der Leitung 22 des AGR-Kreislaufs 20 stromaufwärts der AGR-Kühlereinrichtung 24 angeordnet, um Verbrennungsnebenprodukte in der AGR-Strömung abzufangen, um einen Aufbau von Oberflächenabscheidungen in den Strömungsdurchgängen der AGR-Kühlereinrichtung 24 zu reduzieren und dadurch eine Verschmutzung in der AGR-Kühlereinrichtung 24 zu mindern. Wie vorher erwähnt wurde, können Verbrennungsnebenprodukte PM, nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe und andere Schmutzstoffe aufweisen. Der Abscheidungsfilter 23 kann auf dieselbe Weise wie ein Dieselpartikelfilter funktionieren, der üblicherweise in Abgasnachbehandlungssystemen für Dieselmotoren zu finden ist. Der Abscheidungsfilter 23 kann ferner einen Dieseloxidationskatalysator aufweisen. Der Abscheidungsfilter 23 kann an einer beliebigen Stelle innerhalb der AGR-Strömung innerhalb des AGR-Kreislaufs 20 angeordnet sein, die stromaufwärts der AGR-Kühlereinrichtung 24 angeordnet ist, und kann stromaufwärts unmittelbar nahe der AGR-Kühlereinrichtung 24 angeordnet sein. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Abscheidungsfilter 23 ein metallischer erhitzter Abscheidungsfilter, der derart konfiguriert ist, Rußpartikel in dem Abgasströmungspfad, z. B. AGR-Strömungspfad, abzufangen und herauszufiltern. Der Abscheidungsfilter 23 kann elektrisch beheizt sein, um den Abscheidungsfilter 23 zu regenerieren. Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform ist der Abscheidungsfilter 23 ein katalytisch beheizter Abscheidungsfilter, der derart konfiguriert ist, Rußpartikel in dem Abgasströmungspfad, z. B. AGR-Strömungspfad abzufangen und herauszufiltern. Der Abscheidungsfilter 23 kann unter Verwendung von Kraftstoffenergie katalytisch erhitzt werden, um die angesammelten Abscheidungen in dem Filter zu oxidieren.
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2 zeigt detaillierter den Abscheidungsfilter 23 und die AGR-Kühlereinrichtung 24 des AGR-Kreislaufs 20, wie durch Abschnitt 200 von 1 umfasst ist, gemäß der vorliegenden Offenbarung. Bei einer beispielhaften Ausführungsform weist der Abscheidungsfilter 23 einen elektrisch beheizten Abscheidungsfilter 230 auf, der fluidtechnisch mit der AGR-Leitung 22 stromaufwärts der AGR-Kühlereinrichtung 24 gekoppelt ist. Der elektrisch beheizte Abscheidungsfilter 23 fängt PM (Ruß), nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe und andere Schmutzstoffe in der Abgasströmung (d. h. AGR-Strömung) ab, um einen Aufbau von Oberflächenabscheidungen zu verhindern, der eine Abscheidungsschicht in den Strömungsdurchgängen in der AGR-Kühlereinrichtung 24 erzeugt. Wie zuvor erwähnt, reduziert der Aufbau der Oberflächenabscheidungen in den Strömungsdurchgängen eine Wärmeübertragung zu der AGR-Kühlereinrichtung 24 und erhöht den Strömungswiderstand. Der Abscheidungsfilter 230 umfasst zumindest ein Heizelement in thermischem Kontakt mit dem Abscheidungsfilter 230. Bei der beispielhaften Ausführungsform wird das zumindest eine Heizelement des elektrisch beheizten Abscheidungsfilters 230 dadurch erhitzt, dass Leistung von einer elektrischen Energiespeichereinrichtung (ESD) 220 gezogen wird, um abgefangene Abscheidungen in dem Abscheidungsfilter 230 zu entfernen und zu oxidieren und daher den Abscheidungsfilter 230 zu regenerieren. Mit anderen Worten werden die angesammelten Abscheidungen in dem Abscheidungsfilter 230 oxidiert, wenn der Abscheidungsfilter 230 elektrisch beheizt wird. Der ESD 220 kann eine Batterie oder einen Kondensator aufweisen und durch eine Ladeeinrichtung 250, wie eine Lichtmaschine, oder beliebige bekannte Ladeverfahren geladen werden. Die Leistung wird von der ESD 220 an das zumindest eine Heizelement des Abscheidungsfilters 230 über positive bzw. negative Anschlüsse 222, 224 gezogen.
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Ein erster Sensor 205 ist stromaufwärts des elektrisch beheizten Abscheidungsfilters 230 angeordnet, und ein zweiter Sensor 215 ist stromabwärts des elektrisch beheizten Abscheidungsfilters 20 angeordnet. Bei einer Ausführungsform können der erste und der zweite Sensor 205 bzw. 215 Drucksensoren zur Überwachung einer Druckdifferenz über den Abscheidungsfilter 230 aufweisen. Die Druckdifferenz kann von dem Steuermodul 50 überwacht werden. Wenn ein Druckabfall eine Regenerationsschwelle überschreitet, kann das Steuermodul 50 den elektrisch beheizten Abscheidungsfilter 230 anweisen, Leistung von der ESD 220 zu ziehen, um den Abscheidungsfilter 230 zu erwärmen, um die angesammelten Abscheidungen in dem Abscheidungsfilter 230 zu entfernen oder anderweitig zu oxidieren.
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3 zeigt detaillierter den Abscheidungsfilter 23 und die AGR-Kühlereinrichtung 24 des AGR-Kreislaufs 20, wie durch Abschnitt 200 von 1 umfasst ist, gemäß der vorliegenden Offenbarung. Bei einer beispielhaften Ausführungsform weist der Abscheidungsfilter 23 einen katalytisch beheizten Abscheidungsfilter 330 auf, der fluidtechnisch mit der AGR-Leitung 22 stromaufwärts der AGR-Kühlereinrichtung 24 gekoppelt ist. Der katalytisch beheizte Abscheidungsfilter fängt PM (Ruß), nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe und andere Schmutzstoffe in der Abgasströmung ab, um einen Aufbau von Oberflächenabscheidungen zu verhindern, der eine Abscheidungsschicht in den Strömungsdurchgängen in der AGR-Kühlereinrichtung 24 erzeugt. Wie vorher erwähnt wurde, reduziert ein Aufbau von Oberflächenabscheidungen in den Strömungsdurchgängen eine Wärmeübertragung der AGR-Kühlereinrichtung 24 und erhöht den Strömungswiderstand. Der katalytisch beheizte Abscheidungsfilter 330 umfasst katalytisches Material, das mit Kraftstoff in der AGR-Strömung reagiert, um den Abscheidungsfilter 330 durch Erzeugen einer Exotherme über den Abscheidungsfilter 330 zu heizen. Der katalytisch beheizte Abscheidungsfilter 330 kann abgefangene Abscheidungen in dem Abscheidungsfilter 330 entfernen und oxidieren und daher den Abscheidungsfilter 330 regenerieren. Mit anderen Worten werden die angesammelten Abscheidungen in dem Abscheidungsfilter 330 oxidiert, wenn der Abscheidungsfilter 330 katalytisch beheizt ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann das katalytische Material Katalysatorbetten aufweisen, die Platin und/oder Palladium und/oder Rhodium aufweisen.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform werden eingespritzte Kraftstoffmassen in die Zylinder 7 während eines Nacheinspritzereignisses eingespritzt, bei dem nicht verbrannter Kraftstoff (z. B. Kohlenwasserstoffe) durch die Abgasströmung und die AGR-Strömung an den katalytisch beheizten Abscheidungsfilter 330 transportiert wird. Der nicht verbrannte Kraftstoff reagiert dadurch mit dem katalytischen Material in dem Abscheidungsfilter 330, um den Abscheidungsfilter 330 zu heizen und dadurch abgefangene Abscheidungen in dem Abscheidungsfilter 330 zu entfernen und zu oxidieren. Das Steuermodul 50 kann den Motor 6 anweisen, Kraftstoff in die Zylinder 7 während Nacheinspritzereignissen einzuspritzen, wenn eine Regeneration des Abscheidungsfilters 330 notwendig ist. Beispielsweise kann das Steuermodul 50 das AGR-Ventil 30 überwachen und bestimmen, dass die nacheingespritzten Kraftstoffmassen in die Zylinder 7 nur angewiesen werden, wenn das AGR-Ventil 30 offen ist, da eine AGR-Strömung notwendig ist, um den nicht verbrannten Kraftstoff zu dem Abscheidungsfilter 330 zu transportieren.
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Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform ist eine Kraftstoffdosiereinrichtung 320 stromaufwärts des katalytisch beheizten Abscheidungsfilters 330 angeordnet. Die Kraftstoffdosiereinrichtung 320 kann Kraftstoff in den Abgaszustrom, z. B. die AGR-Strömung, einspritzen, wobei die eingespritzte Kraftstoffmasse nicht verbrannt wird und mit dem katalytischen Material in dem Abscheidungsfilter 330 reagiert, um den Abscheidungsfilter 330 zu heizen und damit abgefangene Abscheidungen in dem Abscheidungsfilter 330 zu entfernen und zu oxidieren. Das Steuermodul 50 kann eine Anweisung an die Kraftstoffdosiereinrichtung 320 senden, um Kraftstoff einzuspritzen, wenn eine Regeneration des Abscheidungsfilters 330 notwendig ist. Beispielsweise kann das Steuermodul 50 das AGR-Ventil 30 überwachen und bestimmen, dass die eingespritzten Kraftstoffmassen in die AGR-Strömung durch die Kraftstoffdosiereinrichtung 320 nur angewiesen werden, wenn das AGR-Ventil 30 offen ist, da eine AGR-Strömung notwendig ist, um den nicht verbrannten Kraftstoff zu dem Abscheidungsfilter 330 zu transportieren.
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Ein erster Sensor 305 ist stromaufwärts des elektrisch beheizten Abscheidungsfilters 330 angeordnet, und ein zweiter Sensor 315 ist stromabwärts des elektrisch beheizten Abscheidungsfilters 330 angeordnet. Bei einer Ausführungsform können der erste bzw. zweite Sensor 305, 315 Drucksensoren zum Überwachen einer Druckdifferenz über den Abscheidungsfilter 330 aufweisen. Die Druckdifferenz kann von dem Steuermodul 50 überwacht werden. Bei einer Ausführungsform kann, wenn ein Druckabfall eine Regenerationsschwelle überschreitet, das Steuermodul 50 den Motor anweisen, eine Kraftstoffmasse in die Zylinder 7 während Nacheinspritzereignissen einzuspritzen, wobei nicht verbrannter Kraftstoff durch die Abgasströmung, z. B. AGR-Strömung, transportiert wird, um mit dem katalytischen Material in dem Abscheidungsfilter 330 zu reagieren und die angesammelten Abscheidungen in dem Abscheidungsfilter 330 zu entfernen oder anderweitig zu oxidieren. Bei einer anderen Ausführungsform kann, wenn der Druckabfall die Regenerationsschwelle überschreitet, das Steuermodul 50 die Kraftstoffdosiereinrichtung 320 anweisen, eine Kraftstoffmasse in die Abgasströmung, z. B. AGR-Strömung, einzuspritzen, um mit dem katalytischen Material in dem Abscheidungsfilter 330 zu reagieren und die angesammelten Abscheidungen in dem Abscheidungsfilter zu entfernen oder anderweitig zu oxidieren.
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4 zeigt ein Flussdiagramm
400 zum Mindern einer Verschmutzung in der AGR-Kühlereinrichtung von
1 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Es sei angemerkt, dass das beispielhafte Flussdiagramm
400 in dem Steuermodul
50 implementiert sein kann, das in
1 gezeigt ist. Das Flussdiagramm
400 kann mit Bezug auf die
2 und
3 beschrieben sein, die Details der AGR-Kühlereinrichtung
24 des AGR-Kreislaufs
20 bereitstellen, die durch den Abschnitt
200 von
1 umfasst ist. Die Tabelle 1 ist als ein Schlüssel für
4 vorgesehen, wobei die numerisch bezeichneten Blöcke und die entsprechenden Funktionen wie folgt dargestellt sind. Tabelle 1
| BLOCK | BLOCKINHALTE |
| 402 | Start. |
| 404 | Führe selektiv eine Abgasströmung, die von einem Verbrennungsmotor ausgegeben wird, durch einen AGR-Kreislauf. |
| 406 | Kühle die Abgasströmung in einer AGR-Kühlereinrichtung des AGR-Kreislaufs vor Eintritt in den Ansaugkrümmer. |
| 408 | Fange Verbrennungsnebenprodukte in der Abgasströmung in einem Abscheidungsfilter ab, der fluidtechnisch stromaufwärts der AGR-Kühlereinrichtung gekoppelt ist. |
| 410 | Überwache eine Druckdifferenz über den Abscheidungsfilter. |
| 412 | Regeneriere den Abscheidungsfilter, wenn die überwachte Druckdifferenz eine Regenerationsschwelle überschreitet. |
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Das Flussdiagramm beginnt bei Block 402 und fährt mit Block 404 fort, wo eine Abgasströmung, die von dem Verbrennungsmotor 6 ausgegeben wird, selektiv durch den externen AGR-Kreislauf 20 geführt wird. Die Abgasströmung in dem AGR-Kreislauf 20 wird als eine AGR-Strömung bezeichnet, wobei das AGR-Ventil 30 den AGR-Durchfluss durch den AGR-Kreislauf 20 steuert. Der AGR-Kreislauf 20 ist fluidtechnisch mit dem Abgaskrümmer 8 stromabwärts des Motors 6 an einem ersten Ende gekoppelt und fluidtechnisch mit dem Ansauggaskrümmer 4 stromaufwärts des Motors 6 an einem zweiten Ende gekoppelt.
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Bezug nehmend auf Block 406 wird die Abgasströmung als AGR-Strömung in der AGR-Kühlereinrichtung 24 (d. h. Wärmetauschereinrichtung) des AGR-Kreislaufs 20 vor Eintritt in den Ansaugkrümmer gekühlt. Genauer ist die AGR-Kühlereinrichtung 24 eine Wärmetauschereinrichtung, die Wärme von der AGR-Strömung entfernt, um die resultierende Temperatur der AGR-Strömung zu steuern, die schließlich in den Motor 6 eintritt. Bei einer Ausführungsform kann die AGR-Kühlereinrichtung 24 eine Gas/Gas-AGR-Kühlereinrichtung 24 sein, wobei die AGR-Strömung durch die AGR-Kühlereinrichtung 24 strömt und Wärme an ein Kühlgas überträgt. Bei einer anderen Ausführungsform kann die AGR-Kühlereinrichtung 24 eine Gas/Flüssigkeits-AGR-Kühlereinrichtung 24 aufweisen, wobei die AGR-Strömung durch die AGR-Kühlereinrichtung 24 gelangt und Wärme an ein flüssiges Medium überträgt. Die Kühlspeichereinrichtung 45 kann die Kühlung (z. B. ein flüssiges Medium oder ein Gasmedium) über den Einlass 26 der AGR-Kühlereinrichtung 24 bereitstellen, die über den Auslass 28 der AGR-Kühlereinrichtung 24 zurück zu der Kühlspeichereinrichtung 45 rückgeführt wird.
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Bezug nehmend auf Block 408 werden Verbrennungsnebenprodukte in der Abgasströmung (z. B. AGR-Strömung) in dem Abscheidungsfilter 23 abgefangen, der fluidtechnisch stromaufwärts der AGR-Kühlereinrichtung 24 gekoppelt ist. Wie zuvor erwähnt, kann eine Verschmutzung, die infolge der in der AGR-Strömung enthaltenen Nebenprodukte auftreten kann, aus Verbrennung resultieren, die sich an einer Oberfläche in Gasströmungsdurchgängen der AGR-Kühlereinrichtung 24 sammeln. Die Nebenprodukte sammeln sich als Oberflächenabscheidungen, die eine Abscheidungsschicht in der AGR-Kühlereinrichtung 24 bilden, und können Partikelmaterial (PM), nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe und andere Schmutzstoffe aufweisen, die die Wirksamkeit sowie die Nutzlebensdauer der AGR-Kühlereinrichtung 24 vermindern können. Der Abscheidungsfilter 23, der stromaufwärts der AGR-Kühlereinrichtung 24 angeordnet ist, ist vorgesehen, um diese Verbrennungsnebenprodukte in der AGR-Strömung abzufangen, um den Aufbau von Oberflächenabscheidungen in den Strömungsdurchgängen der AGR-Kühlereinrichtung 24 zu reduzieren und damit eine Verschmutzung in der AGR-Kühlereinrichtung 24 zu mindern. Der Abscheidungsfilter 23 kann auf dieselbe Weise wie ein Dieselpartikelfilter funktionieren, der üblicherweise in Abgasnachbehandlungssystemen für Dieselmotoren zu finden ist. Der Abscheidungsfilter 23 kann ferner einen Dieseloxidationskatalysator aufweisen. Der Abscheidungsfilter 23 kann an einer beliebigen Stelle in der AGR-Strömung in dem AGR-Kreislauf 20 angeordnet sein, die stromaufwärts der AGR-Kühlereinrichtung 24 liegt, und kann stromaufwärts unmittelbar nahe der AGR-Kühlereinrichtung 24 angeordnet sein. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Abscheidungsfilter 23 ein metallischer erhitzter Abscheidungsfilter, der derart konfiguriert ist, Rußpartikel in dem Abgasströmungspfad, z. B. AGR-Strömungspfad abzufangen und herauszufiltern. Der Abscheidungsfilter 23 kann elektrisch beheizt werden, um den Abscheidungsfilter 23 zu regenerieren. Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform ist der Abscheidungsfilter 23 ein katalytisch beheizter Abscheidungsfilter, der derart konfiguriert ist, Rußpartikel in dem Abgasströmungspfad, z. B. AGR-Strömungspfad abzufangen und herauszufiltern. Der Abscheidungsfilter 23 kann unter Verwendung von Kraftstoffenergie katalytisch erhitzt werden, um die angesammelten Abscheidungen in dem Filter zu oxidieren.
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Bezug nehmend auf Block 410 wird eine Druckdifferenz über den Abscheidungsfilter 23 überwacht. Wenn die überwachte Druckdifferenz über den Abscheidungsfilter 23 größer als eine Regenerationsschwelle ist, kann der Abscheidungsfilter 23 regeneriert werden. Die Druckdifferenz wird auf Grundlage einer Differenz zwischen einem ersten Druck, der stromaufwärts des Abscheidungsfilters 23 gemessen ist, und einem zweiten Druck überwacht, der stromaufwärts des Abscheidungsfilters 23 gemessen ist. Der erste Druck kann von dem ersten Drucksensor 205 gemessen werden, und der zweite Druck kann von dem zweiten Drucksensor 215 gemessen werden. Zusätzlich kann das AGR-Ventil 30 stromabwärts der AGR-Kühlereinrichtung 24 überwacht werden, wobei der Abscheidungsfilter 23 nur regeneriert wird, wenn das AGR-Ventil 30 entweder offen oder teilweise offen ist, um eine Abgasströmung (z. B. AGR-Strömung) durch den Abscheidungsfilter 23 zuzulassen.
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Bezug nehmend auf Block 412 wird der Abscheidungsfilter 23 regeneriert, wenn die überwachte Druckdifferenz die Druckdifferenz über den Abscheidungsfilter 23 überschreitet. Bei einer Ausführungsform kann, wenn der Abscheidungsfilter 23 einen katalytisch beheizten Abscheidungsfilter aufweist, nicht verbrannter Kraftstoff in den Motor 6 während eines Nacheinspritzereignisses eingespritzt werden, um mit katalytischem Material in dem Abscheidungsfilter 23 zu reagieren, um den Abscheidungsfilter 23 zu erhitzen und die abgefangenen Verbrennungsnebenprodukte während der Regeneration zu oxidieren. Bei einer anderen Ausführungsform kann der katalytisch beheizte Abscheidungsfilter 23 durch Einspritzen von nicht verbranntem Kraftstoff in die AGR-Strömung von der Kraftstoffdosiereinrichtung 320 (z. B. siehe 3) regeneriert werden, die stromaufwärts des Abscheidungsfilters 23 angeordnet ist, um mit dem katalytischen Material zu reagieren, um den Abscheidungsfilter 23 zu erwärmen und die abgefangenen Verbrennungsnebenprodukte zu oxidieren. Das katalytische Material kann aus der Gruppe gewählt sein, die umfasst: Platin, Palladium und Rhodium. Bei einer noch weiteren Ausführungsform kann, wenn der Abscheidungsfilter 23 einen elektrisch beheizten Abscheidungsfilter aufweist, zumindest ein Heizelement in thermischem Kontakt mit dem Abscheidungsfilter 23 elektrisch beheizt sein, um die abgefangenen Verbrennungsnebenprodukte zu oxidieren. Beispielsweise kann das zumindest eine Heizelement durch Ziehen von Leistung von der ESD 220 von 2 elektrisch beheizt werden. Wie zuvor erwähnt wurde, kann die ESD 220 eine Batterie oder einen Kondensator aufweisen und kann von der Ladeeinrichtung 250, wie einer Lichtmaschine, oder irgendwelchen bekannten Ladeverfahren geladen werden.
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Die Offenbarung hat gewisse bevorzugte Ausführungsformen und Modifikationen daran beschrieben. Weitere Modifikationen und Änderungen werden beim Lesen und Verstehen der Beschreibung offensichtlich. Daher ist es beabsichtigt, dass die Offenbarung nicht auf die bestimmte(n) Ausführungsform(en) beschränkt ist, die als die beste Art offenbart sind, die zur Ausführung dieser Offenbarung denkbar ist, sondern dass die Offenbarung alle Ausführungsformen umschließt, die in den Schutzumfang der angefügten Ansprüche fallen.
