DE102014111771A1

DE102014111771A1 - Verfahren und System zur Steuerung des Abgasrückstroms

Info

Publication number: DE102014111771A1
Application number: DE102014111771.9A
Authority: DE
Inventors: Eric David Peters; Nicholas Hansen; Rose Denning
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2013-08-19
Filing date: 2014-08-18
Publication date: 2015-02-19
Also published as: CN104421054B; CN104421054A; US20150047322A1; US9328697B2

Abstract

Geschaffen sind unterschiedliche Verfahren und Systeme zum Sperren des Abgasrückstroms durch ein Abgasrückführungssystem. In einem Ausführungsbeispiel weist ein Verfahren die Schritte auf: Leiten von Abgas durch einen Abgasrückführungs-(AGR)-Kanal in einer ersten Richtung von wenigstens einer ersten Zylindergruppe eines Motors zu einem Ansaugkrümmer des Motors, wobei das Abgas, bevor es den Ansaugkrümmer erreicht, in der ersten Richtung durch ein Filter strömt, das in dem AGR-Kanal angeordnet ist; und Sperren des Stroms von Gas durch das Filter in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung, wobei in dem AGR-Kanal zwischen dem Filter und dem Ansaugkrümmer ein mechanisches Einwegventil angeordnet ist.

Description

Ausführungsbeispiele der hier beschriebenen Erfindung betreffen beispielsweise einen Motor, Motorkomponenten und ein Motorsystem.
HINTERGRUND
Motorkomponenten können mit der Zeit verschleißen, wobei intern Verschleißabrieb, z.B. kleine Partikel, entstehen. Die Verschleißpartikel können ein Abgasauslasssystem durchqueren und den Motor durch einen Schalldämpfer oder Abgasstutzen verlassen. Motoren können mittels eines Verfahrens, das als Abgasrückführung (AGR) bezeichnet wird, eine Rückführung von Abgas von dem Motorabgassystem zu einem Ansaugsystem nutzen, um gesetzlich beschränkte Emissionen zu reduzieren. Falls der Motor AGR verwendet, kann ein Teil des Abgases, das Verschleißabrieb mit sich führt, in dem Ansaugsystem gekühlt und mit der in dem Verbrennungsprozess zu nutzenden Ladeluft gemischt werden. Bei der Rückführung können intern entstandene Partikel das übrige Motorsystem durchqueren, mit der Folge eines zusätzlichen Verschleißes von Motorkomponenten.
Um eine Anhäufung von Abrieb in dem Motor zu verhindern, kann in dem AGR-System ein Filter vorgesehen sein. Das Filter kann Abrieb und vielfältige Partikel auffangen, so dass die Rückführung der Partikel zu dem Motor verhindert wird. Allerdings kann sich das Druckgefälle in dem Motor unter gewissen Bedingungen umkehren, was dazu führt, dass das Abgas durch das AGR-System zu dem Motor zurückströmt. Ein solcher Abgasrückstrom kann die in dem Filter aufgefangene Partikelansammlung lockern und den Abrieb in den Motor befördern.
KURZBESCHREIBUNG
In einem Ausführungsbeispiel gehören zu einem Verfahren die Schritte: Leiten von Abgas durch einen Abgasrückführungs-(AGR)-Kanal in einer ersten Richtung von wenigstens einer ersten Zylindergruppe eines Motors zu einem Ansaugkrümmer des Motors, wobei das Abgas, bevor es den Ansaugkrümmer erreicht, in der ersten Richtung durch ein Filter strömt, das in dem AGR-Kanal angeordnet ist; und Sperren des Stroms von Gas durch das Filter in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung, wobei in dem AGR-Kanal zwischen dem Filter und dem Ansaugkrümmer ein mechanisches Einwegventil angeordnet ist.
In dieser Weise ist es dem Abgasstrom gestattet, durch das Filter zu strömen, wenn das Abgas in einer ersten Richtung durch das AGR-System zu dem Ansaugkrümmer strömt, jedoch ist er daran gehindert, in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung durch das Filter zurück zu den Zylindern zu strömen. Das in der zweiten Richtung strömende Gas (das sowohl Abgas als auch Ansaugluft enthalten kann) kann durch das mechanische Einwegventil, beispielsweise ein Rückschlagventil, gesperrt sein. Das Rückschlagventil kann den Abgasstrom in der zweiten Richtung sperren, während es einen Abgasstrom in der ersten Richtung hingegen gestattet. Durch das Sperren des Stroms durch das Filter hindurch in der zweiten Richtung, wird ein Ablösen von in dem Filter angehäuften Abriebpartikeln verhindert.
Das Verfahren kann beinhalten, dass ein Sperren des Gasstroms durch das Filter in der zweiten Richtung ein Sperren des Abgasstroms und des Ansaugluftstroms durch das Filter hindurch in der zweiten Richtung beinhaltet, wobei die Ansaugluft durch einen Ansaugkanal eingesogen wird.
Jedes oben erwähnte Verfahren kann beinhalten, dass das Abgas auf ein rasches Herunterfahren des Motors hin in der zweiten Richtung strömt.
Jedes oben erwähnte Verfahren kann beinhalten, dass das Leiten von Abgas in der ersten Richtung zusätzlich ein Leiten von Abgas durch ein AGR-Messventil beinhaltet, bevor das Abgas das Filter erreicht, wobei das AGR-Messventil eingestellt ist, um eine bestimmte Menge von Abgas zu leiten.
Jedes oben erwähnte Verfahren kann beinhalten, dass Abgas von einer zweiten Zylindergruppe des Motors in die Atmosphäre abgeführt wird.
Jedes der oben erwähnten Verfahren kann zudem beinhalten, sowohl der ersten Zylindergruppe als auch der zweiten Zylindergruppe Ansaugluft und Abgas zu liefern, wenn das AGR-Messventil zumindest teilweise offen ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann das Verfahren die Schritte aufweisen: während Motorbetriebsbedingungen, Einstellen eines Abgasrückführungs-(AGR)-Messventils und/oder eines AGR-Bypassventils, um eine bestimmte Menge von Abgas von einer ersten Zylindergruppe eines Motors zu einem Ansaugkrümmer zu leiten; und in Reaktion auf ein rasches Herunterfahren des Motors, Schließen des AGR-Messventils, um einen Rückstrom des Abgases zu der ersten Zylindergruppe zu verhindern.
Jedes der oben erwähnten Verfahren kann zudem den Schritt beinhalten, während Motorbetriebsbedingungen und wenn das AGR-Messventil zumindest teilweise offen ist, Abgas von der ersten Zylindergruppe durch ein Filter und zu dem Ansaugkrümmer zu leiten.
Das zuvor erwähnte Verfahren kann zudem den Schritt aufweisen: Sperren des Abgasstroms durch das Filter in einer Richtung, die zu derjenigen des Abgases entgegengesetzt ist, das von der ersten Zylindergruppe durch das Filter und zu dem Ansaugkrümmer strömt, wobei zwischen dem Filter und dem Ansaugkrümmer ein mechanisches Einwegventil angeordnet ist.
Jedes oben erwähnte Verfahren kann beinhalten, dass das Schließen des AGR-Messventils ein Leiten von Öl von einem Hauptölkanal zu dem AGR-Messventil beinhaltet, wobei das Öl aus dem Hauptölkanal einen angemessenen Druck aufweist, um das AGR-Messventil im Verhältnis von Kräften zu steuern, die durch den Abgasrückstrom nach dem raschen Herunterfahren des Motors auf das AGR-Messventil wirken.
Jedes der oben erwähnten Verfahren kann zudem beinhalten, in Reaktion auf ein nicht rasches Herunterfahren des Motors, das AGR-Messventils in einer Vorgabestellung zu halten.
Das Verfahren kann außerdem die Schritte beinhalten: während Motorbetriebsbedingungen und wenn das AGR-Bypassventil zumindest teilweise offen ist, Abgas von der ersten Zylindergruppe in die Atmosphäre zu leiten; und Abgas von einer zweiten Zylindergruppe des Motors in die Atmosphäre zu leiten.
Weiter kann jedes der oben erwähnten Verfahren beinhalten, sowohl der ersten Zylindergruppe als auch der zweiten Zylindergruppe Ansaugluft und Abgas zu liefern, wenn das AGR-Messventil zumindest teilweise offen ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt können zu einem System gehören: ein Abgasrückführungs-(AGR)-System, das dazu eingerichtet ist, selektiv Abgas in einer AGR-Strömungsrichtung von wenigstens einem Teilsatz von Zylindern eines Motors über einen AGR-Kanal zu einer Ansaugöffnung des Motors zu verzweigen; ein Filter, das in dem AGR-Kanal angeordnet ist, und das dazu eingerichtet ist, das Abgas zu filtern, das durch den AGR-Kanal in die AGR-Strömungsrichtung strömt; und wenigstens ein AGR-Bypassventil und/oder ein AGR-Messventil stromaufwärts des Filters, wobei das AGR-Bypassventil und/oder das AGR-Messventil dazu eingerichtet sind, einen Rückstrom des Abgases wenigstens zu dem Teilsatz von Zylindern zu verhindern.
Das System kann ferner eine Steuerungseinheit aufweisen, die dazu eingerichtet ist, das AGR-Messventil und/oder das AGR-Bypassventil zu schließen, um einen Gasstrom durch das AGR-System in einer zweiten Richtung zu sperren, die zu der AGR-Strömungsrichtung entgegengesetzt ist.
Die Steuereinheit jedes der oben erwähnten Systeme kann dazu eingerichtet sein, ein Herunterfahren des Motors zu ermitteln, und das AGR-Messventil und/oder das AGR-Bypassventil in Reaktion auf das Herunterfahren des Motors zu schließen.
Das System einer beliebigen der oben erwähnten Bauarten kann zudem ein mechanisches Einwegventil aufweisen, das in dem AGR-Kanal in der AGR-Strömungsrichtung stromabwärts des Filters angeordnet ist, wobei das mechanische Einwegventil, dazu eingerichtet ist, den Gasstrom durch das AGR-System in einer zweiten Richtung zu sperren, die zu der AGR-Strömungsrichtung entgegengesetzt ist.
Mindestens das AGR-Messventil und/oder das AGR-Bypassventil jedes der oben erwähnten Systeme kann ein hydraulisches Schieberventil beinhalten, wobei das AGR-Messventil und das AGR-Bypassventil dazu eingerichtet sind, zu schließen, wenn Öl bereitgestellt ist dessen Druck den Druck von Gas überschreitet, das in dem AGR-System strömt.
Das AGR-Messventil jedes der oben erwähnten Systeme kann eine Magnetspule, ein pneumatisches Stellglied oder ein Elektromotorstellglied enthalten.
Gemäß einem weiteren Aspekt gehören zu dem System: ein Abgasrückführungs-(AGR)-System, das dazu eingerichtet ist, Abgas durch einen AGR-Kanal in einer ersten Richtung von wenigstens einer ersten Zylindergruppe eines Motors zu einem Ansaugkrümmer des Motors zu verzweigen; ein Filter, das in dem AGR-Kanal mindestens zwischen der ersten Zylindergruppe und dem Ansaugkrümmer angeordnet ist, wobei das Filter dazu eingerichtet ist, das Abgas, das durch den AGR-Kanal in der ersten Richtung verzweigt ist, zu filtern, und zwar bevor das Abgas den Ansaugkrümmer erreicht; und ein mechanisches Einwegventil, das in dem AGR-Kanal zwischen dem Filter und dem Ansaugkrümmer angeordnet ist, wobei das Ventil dazu eingerichtet ist, einen Strom von Gas durch das Filter in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung zu sperren.
Es versteht sich, dass die obige Kurzbeschreibung geeignet ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die in der detaillierten Beschreibung näher beschrieben sind. Es ist nicht beabsichtigt wichtige oder unentbehrliche Merkmale der vorliegenden Erfindung festzulegen, deren Schutzumfang ausschließlich durch die Ansprüche definiert ist, die der detaillierten Beschreibung beigefügt sind. Weiter ist die vorliegende Erfindung nicht auf Durchführungen beschränkt, die im Vorausgehenden oder in anderen Abschnitten dieser Beschreibung erwähnte Nachteile lösen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird nach dem Lesen der folgenden Beschreibung nicht beschränkender Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlicher:
1 zeigt ein Blockschaltbild eines Schienenfahrzeugs mit einem Motor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 veranschaulicht in einem Flussdiagramm ein Verfahren zur Verhinderung eines Abgasrückstroms gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3 veranschaulicht in einem Diagramm interessierende exemplarische Parameter während der Ausführung des in 2 dargestellten Verfahrens.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung betrifft unterschiedliche Ausführungsbeispiele zur Verhinderung eines Rückstroms von Abgas und/oder Ansaugluft durch ein Filter, das in einem Abgasrückführungs-(AGR)-System angeordnet ist. Ein Abgasrückstrom kann auftreten, wenn sich das Druckgefälle zwischen dem Abgasauslassdruck und dem Ansaugdruck umkehrt. Beispielsweise kann der Abgasauslassdruck während einiger Bedingungen des Herunterfahrens eines Motors den Ansaugdruck unterschreiten, was dazu führt, dass Abgas zu dem Motor zurückströmt. Um zu verhindern, das sich dieser Rückstrom durch das Filter und zu dem Motor bewegt, kann ein mechanisches Einwegventil (z.B. ein Rückschlagventil) in einem AGR-Kanal in einer AGR-Strömungsrichtung stromabwärts des Filters (z.B. zwischen dem Filter und einer Verbindungsstelle zwischen dem AGR-Kanal und dem Ansaugkanal) angeordnet sein. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Rückstrom von dem Filter her gesperrt werden, indem in Reaktion auf eine Meldung, dass Abgas zu dem Motor zurückströmt oder im Begriff ist zurückzuströmen, ein oder mehrere Abgasrückführungsventile geschlossen werden. Beispielsweise können während eines raschen Herunterfahrens des Motors, wo das Auftreten eines Abgasrückstroms durch das AGR-System wahrscheinlich ist, das bzw. die mehreren AGR-Ventile geschlossen werden.
Der hier beschriebene Ansatz kann in unterschiedlichen Motortypen und in vielfältigen motorbetriebenen Systemen verwendet werden. Einige dieser Systeme können stationär sein, während andere sich auf semimobilen oder vollständig mobilen Plattformen befinden können. Semimobile Plattformen können in Zeitspannen des Betriebs andernorts, beispielsweise auf Flachbettwagons, aufgestellt sein. Mobile Plattformen beinhalten Fahrzeuge mit Eigenantrieb. Solche Fahrzeuge können Bergbauausrüstung, Wasserfahrzeuge, straßengebundene Transportfahrzeuge, straßenunabhängige Fahrzeuge (OHV) und Schienenfahrzeuge beinhalten. Zur Verdeutlichung ist eine Lokomotive als ein Beispiel einer mobilen Plattform dargestellt, die ein System trägt, das ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nutzt.
Bevor auf den Ansatz zum Sperren eines AGR-Rückstroms durch ein AGR-Filter näher eingegangen wird, ist ein Beispiel einer Plattform beschrieben, bei dem das Motorsystem in einem Fahrzeug, z.B. in einem Schienenfahrzeug, eingebaut sein kann. Beispielsweise zeigt 1 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugsystems 100 (z.B. ein Lokomotivensystem), das hier als ein Schienenfahrzeug 106 dargestellt ist, das dazu eingerichtet ist, auf mehreren Rädern 110 auf einer Schiene 102 zu fahren. Wie dargestellt, enthält das Schienenfahrzeug 106 einen Motor 104. In weiteren nicht als beschränkend zu bewertenden Ausführungsbeispielen kann der Motor 104 ein stationärer Motor, z.B. in einer Kraftwerksanwendung, oder ein Motor in einem Wasserfahrzeug oder in dem Antriebssystem eines straßenunabhängigen Fahrzeugs sein, wie oben erwähnt.
Der Motor 104 nimmt von einer Ansaugöffnung, z.B. von einem Ansaugkrümmer 115, Ansaugluft zur Verbrennung auf. Die Ansaugöffnung kann auf einer oder mehreren beliebigen geeigneten Kanälen/Leitungen basieren, durch die Gase strömen, um in den Motor einzutreten. Beispielsweise kann die Ansaugöffnung den Ansaugkrümmer 115, den Ansaugkanal 114, und dergleichen beinhalten. Der Ansaugkanal 114 nimmt Umgebungsluft von einem (nicht gezeigten) Luftfilter auf, das Luft aus der Umgebung eines Fahrzeugs filtert, in dem der Motor 104 angeordnet sein kann. Abgas, das durch die Verbrennung in dem Motor 104 entsteht, wird einem Auspuff, wie bspw. einem Abgaskanal 116 zugeführt. Der Auslass kann ein beliebiger geeigneter Kanal sein, durch den das von dem Motor stammende Gas strömt. Beispielsweise kann der Auspuff einen Abgaskrümmer 117, den Abgaskanal 116 und dergleichen beinhalten. Abgas strömt durch den Abgaskanal 116 und aus einem Schornstein des Schienenfahrzeugs 106. In einem Beispiel ist der Motor 104 ein Dieselmotor, der Luft und Dieselkraftstoff mittels Selbstzündung verbrennt. In weiteren nicht als beschränkend zu bewertenden Ausführungsbeispielen kann der Motor 104 beispielsweise Benzin, Kerosin, Biodiesel oder sonstige Erdöldestillate ähnlicher Dichte mittels Selbstzündung (und/oder mittels Funkenzündung) verbrennen.
In einem Ausführungsbeispiel ist das Schienenfahrzeug 106 ein dieselelektrisches Fahrzeug. Wie in 1 dargestellt, ist der Motor 104 mit einem elektrischen Stromerzeugungssystem verbunden, das einen Generator 140 und Elektroantriebsmotoren 112 enthält. Beispielsweise ist der Motor 104 ein Dieselmotor, der ein Drehmoment erzeugt, das zu dem Generator 140 übertragen wird, der mit dem Motor 104 mechanisch verbunden ist. Der Generator 140 erzeugt elektrische Leistung, die gespeichert und genutzt werden kann, um anschließend zu unterschiedlichen nachgeschalteten elektrischen Komponenten geleitet zu werden. Beispielsweise kann der Generator 140 mit mehreren Elektroantriebsmotoren 112 elektrisch verbunden sein, und der Generator 140 kann den mehreren Elektroantriebsmotoren 112 elektrische Leistung liefern. Wie dargestellt, ist jeder der Elektroantriebsmotoren 112 jeweils mit einem von mehreren Rädern 110 verbunden, um für den Vortrieb des Schienenfahrzeugs 106 Zugkraft bereitzustellen. Ein Beispiel einer Anordnung beinhaltet jeweils einen Elektroantriebsmotor pro Laufrad. Wie hier dargestellt, entsprechen sechs Paare Elektroantriebsmotoren jeweils sechs Paaren Räder des Schienenfahrzeugs. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Generator 140 mit einem oder mehreren Widerstandsnetzwerken 142 verbunden sein. Die Widerstandsnetzwerke 142 können dazu eingerichtet sein, überschüssiges Motordrehmoment als Wärme abzuführen, die durch die Netzwerke aus der durch den Generator 140 erzeugten Elektrizität hervorgebracht wird.
In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Motor 104 ein V-12 Motor mit zwölf Zylindern. In anderen Beispielen kann der Motor auf einem V-6, V-8, V-10, V-16, I-4, I-6, I-8, Gegenkolben-4 oder einem sonstigen Motortyp basieren. Wie dargestellt, hat der Motor 104 einen Teilsatz von Nicht-Spenderzylindern 105, der sechs Zylinder aufweist, die Abgas ausschließlich einem Nicht-Spenderzylinder-Abgaskrümmer 117 zuführen, und einen Teilsatz von Spenderzylindern 107, der sechs Zylinder aufweist, die Abgas ausschließlich einem Spenderzylinder-Abgaskrümmer 119 zuführen. In weiteren Ausführungsbeispielen kann der Motor mindestens einen Spenderzylinder und mindestens einen Nicht-Spenderzylinder enthalten. Beispielsweise kann der Motor vier Spenderzylinder und acht Nicht-Spenderzylinder, oder drei Spenderzylinder und neun Nicht-Spenderzylinder aufweisen. Es ist selbstverständlich, dass der Motor jede gewünschte Anzahl von Spenderzylindern und Nicht-Spenderzylindern haben kann, wobei die Anzahl von Spenderzylindern gewöhnlich kleiner ist als die Anzahl von Nicht-Spenderzylindern.
Wie in 1 dargestellt, sind die Nicht-Spenderzylinder 105 mit dem Abgaskanal 116 verbunden, um Abgas von dem Motor in die Atmosphäre zu entlassen (nachdem es ein Abgasnachbehandlungssystem 130 und erste und zweite Turbolader 120 und 124 durchströmt hat). Die Spenderzylinder 107, die Motorabgasrückführung (AGR) bereitstellen, sind ausschließlich mit einem AGR-Kanal 162 eines AGR-Systems 160 verbunden, das Abgas von den Spenderzylindern 107 zu dem Ansaugkanal 114 des Motors 104, und nicht in die Atmosphäre leitet. Durch das Einführen von gekühltem Abgas zu dem Motor 104 wird der Anteil des zur Verbrennung verfügbaren Sauerstoffs reduziert, was Flammentemperaturen verringert und die Bildung von Stickstoffoxiden (z.B. NO_x) reduziert.
Abgas, das von den Spenderzylindern 107 zu dem Ansaugkanal 114 strömt, strömt weiter durch einen Wärmetauscher, beispielsweise durch einen AGR-Kühler 166, um die Temperatur des Abgases zu reduzieren (d.h. dieses zu kühlen), bevor das Abgas zu dem Ansaugkanal zurückkehrt. Der AGR-Kühler 166 kann beispielsweise ein Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher sein. In einem solchen Beispiel können ein oder mehrere Ladeluftkühlern 132 und 134, die in dem Ansaugkanal 114 (z.B. stromaufwärts der Stelle, an der das rückgeführte Abgas eintritt) angeordnet sind, eingestellt werden, um die Kühlung der Ladeluft weiter zu steigern, so dass die Temperatur des Gemisches von Ladeluft und Abgas bei einem gewünschten Wert gehalten wird. In anderen Beispielen kann das AGR-System 160 einen AGR-Kühlerbypasskanal aufweisen. In einer Abwandlung kann das AGR-System 160 einen AGR-Kühlerbypasskanal aufweisen. Das AGR-Kühlersteuerungselement kann betätigt werden, so dass der durch den AGR-Kühler strömende Abgasstrom verringert wird; jedoch wird Abgas, das nicht durch den AGR-Kühler strömt, in einem solchen Zustand nicht zu dem Ansaugkanal 114 sondern zu dem Abgaskanal 116 gelenkt.
Darüber hinaus kann das AGR-System 160 in einigen Ausführungsbeispielen einen AGR-Bypasskanal 161 enthalten, der dazu eingerichtet ist, Abgas von den Spenderzylindern zurück zu dem Abgaskanal zu verzweigen. Der AGR-Bypasskanal 161 kann über ein Ventil 163 gesteuert sein. Das Ventil 163 kann mit mehreren Begrenzungspunkten konstruiert sein, so dass eine variable Menge von Abgas zu dem Auslass verzweigt wird, um der Ansaugöffnung eine variable Menge von Abgasrückführung (AGR) bereitzustellen.
In einem in 1 gezeigten abgewandelten Ausführungsbeispiel kann der Spenderzylinder 107 (durch die gestrichelten Linien veranschaulicht) mit einem abgewandelten AGR-Kanal 165 verbunden sein, der dazu eingerichtet ist, Abgas selektiv zu der Ansaugöffnung oder zu dem Abgaskanal zu verzweigen. Wenn beispielsweise ein zweites Ventil 170 offen ist, kann Abgas von den Spenderzylindern über den abgewandelten AGR-Kanal 165 zu dem AGR-Kühler 166 verzweigt werden und anschließend über den AGR-Kanal 162 zu dem Ansaugkanal 114 verzweigt werden.
Weiter enthält das abgewandelte AGR-System ein erstes Ventil 164, das zwischen dem Abgaskanal 116 und dem abgewandelten AGR-Kanal 165 angeordnet ist. Das zweite Ventil 170 kann ein Schaltventil sein, das durch die Überwachungseinheit 180 gesteuert wird (um den AGR-Strom ein- oder auszuschalten), oder es kann beispielsweise eine variable Menge von Abgasrückführung steuern. In einigen Ausführungsbeispielen kann das erste Ventil 164 so betätigt werden, dass eine AGR-Menge verringert wird (Abgas strömt von dem Abgasrückführungskanal 165 zu dem Abgaskanal 116). In anderen Beispielen kann das erste Ventil 164 so betätigt werden, dass die AGR-Menge gesteigert wird (z.B. Abgas strömt von dem Abgaskanal 116 zu dem Abgasrückführungskanal 165). In einigen Ausführungsbeispielen kann das abgewandelte AGR-System mehrere Abgasrückführungsventile oder andere Strömungssteuerungselemente enthalten, um die Menge von AGR zu steuern.
In einer solchen Konstruktion ist das erste Ventil 164 dazu eingerichtet, Abgas von den Spenderzylindern zu dem Abgaskanal 116 des Motors 104 zu verzweigen, und das zweite Ventil 170 ist dazu eingerichtet, Abgas von den Spenderzylindern zu dem Ansaugkanal 114 des Motors 104 zu verzweigen. In diesem Sinne kann das erste Ventil 164 als ein AGR-Bypassventil bezeichnet werden, während das zweite Ventil 170 als ein AGR-Messventil bezeichnet sein kann. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel können das erste Ventil 164 und das zweite Ventil 170 mittels Motoröl oder Hydraulikflüssigkeit betätigte Ventile sein, wobei beispielsweise ein (nicht gezeigtes) Wechselventil das Motoröl moduliert. In einigen Ausführungsbeispielen können die Ventile so betätigt werden, dass entweder das erste oder das zweite Ventil 164 bzw. 170 normalerweise offen ist, und das jeweils übrige normalerweise geschlossen ist. In anderen Beispielen können das erste und zweite Ventil 164 und 170 pneumatische Ventile, elektrische Ventile oder sonstige geeignete Ventile sein.
Zu beachten ist, dass der Begriff "Ventil" eine Vorrichtung bezeichnet, die sich steuern lässt, um selektiv einen Durchlasskanal vollständig zu öffnen, vollständig zu schließen, oder teilweise zu öffnen, um dadurch einen Gasstrom durch den Durchlasskanal zu steuern. Darüber hinaus lässt sich das Ventil in eine beliebige Stellung zwischen offen und geschlossen steuern, um einen Ist-Gasstrom mit Blick auf einen Soll-Gasstrom zu ändern. Es versteht sich, dass das Ventil lediglich ein Beispiel einer Steuerungsvorrichtung ist, und dass für die Steuerung des Gasstroms ein beliebiges geeignetes Steuerungselement verwendet werden kann, ohne vom dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Wie in 1 gezeigt, enthält das Fahrzeugsystem 100 zudem einen AGR-Mischer 172, der das rückgeführte Abgas mit Ladeluft mischt, so dass das Abgas gleichmäßig in dem Gemisch aus Ladeluft und Abgas verteilt werden kann. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das AGR-System 160 ein Hochdruck-AGR-System, das Abgas von einer Stelle stromaufwärts der Turbolader 120 und 124 in dem Abgaskanal 116 zu einer Stelle stromabwärts der Turbolader 120 und 124 in dem Ansaugkanal 114 leitet. In weiteren Ausführungsbeispielen kann das Fahrzeugsystem 100 zusätzlich oder alternativ ein Niederdruck-AGR-System enthalten, das Abgas von einer Stelle stromabwärts der Turbolader 120 und 124 in dem Abgaskanal 116 zu einer Stelle stromaufwärts der Turbolader 120 und 124 in dem Ansaugkanal 114 leitet.
Ein auch als Partikelabscheider bezeichnetes AGR-Filter 174 kann stromabwärts des AGR-Kühlers 166 in dem AGR-Kanal 162 angeordnet sein. Das AGR-Filter 174 kann ein Partikelabscheidungselement, z.B. abgewinkelte Leitschaufeln und/oder ein Filter, und einen Partikelabscheider enthalten. In einem Beispiel können Partikel oder Verschleißabriebpartikel, die in dem Gasstrom mitgeführt werden, aus dem Gas ausgesondert werden, wobei das Filter in dem Gasstromkanal angeordnet ist. Der Gasstromkanal kann den AGR-Kanal enthalten. Das AGR-Filter 174 kann mehrere überlappende und abgewinkelte Leitschaufeln enthalten, die es Gas ermöglichen, durch die Leitschaufeln zu durchqueren. Allerdings können Verschleißpartikel, die höhere Dichte aufweisen, nicht durch die Leitschaufeln gelangen. Als solche können diese Partikel auf den Grund des Gasstromkanals abgefangen werden. In einigen Ausführungsbeispielen kann das AGR-Filter 174 einen Partikelabscheider zum Sammeln der aufgefangenen Partikel enthalten. Der Partikelabscheider kann gegenüber dem Gasstromkanal zurückgesetzt angeordnet sein, um eine von den aufgefangenen Partikeln ausgehende Beschränkung der Strömung zu vermeiden. Gas, das den Partikelabscheider durchströmt, kann danach weniger Partikel oder Verschleißabrieb aufweisen als das Gas, das in den Filter eintritt. In einem Beispiel können das Partikelabscheidungselement und der Partikelabscheider in einem Strömungskanalsegment angeordnet sein. Das Strömungskanalsegment kann in diesem Fall in einem Gasstromkanal, z.B. in dem AGR-Kanal 162, angeordnet sein, der mit dem Motor verbunden ist. In einer Abwandlung kann das Partikelabscheidungselement in dem mit dem Motor verbundenen Gasstromkanal angeordnet und darin integriert sein.
In einigen Ausführungsbeispielen kann in einer Abgasströmungsrichtung stromabwärts des Filters 174 ein Rückschlagventil 176 in dem AGR-Kanal 162 angeordnet sein. In dem hier verwendeten Sinne bezeichnet Abgasströmungsrichtung eine Richtung eines Abgasstroms von der Antriebsmaschine 104 über den Abgaskanal 116 in die Atmosphäre und/oder von der Antriebsmaschine 104 über den AGR-Kanal 162 zu dem Ansaugkrümmer 115. Das Rückschlagventil 176 ist dazu eingerichtet, einen Gasstrom lediglich in der Abgasströmungsrichtung (z.B. von dem Filter 174 zu dem Mischer 172) zuzulassen, jedoch keinen Gasstrom in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung (beispielsweise von dem Ansaugkanal 114 über den Mischer 172 zu dem Filtern 174) zu erlauben. Somit sperrt das Rückschlagventil 176 einen Gasstrom durch das AGR-Filter lediglich in der zweiten Richtung.
Wie in 1 dargestellt, enthält das Fahrzeugsystem 100 außerdem einen zweistufigen Turbolader, wobei der erste Turbolader 120 und der zweite Turbolader 124 in Serie angeordnet sind, wobei jeder der Turbolader 120 und 124 zwischen dem Ansaugkanal 114 und dem Abgaskanal 116 angeordnet ist. Der zweistufige Turbolader steigert die Aufladung mit Umgebungsluft, die in den Ansaugkanal 114 angesaugt ist, um während der Verbrennung eine größere Ladedichte bereitzustellen, so dass die Ausgangsleistung und/oder der Motorwirkungsgrad erhöht sind. Der erste Turbolader 120 arbeitet bei einem im Verhältnis geringeren Druck und enthält eine erste Turbine 121, die einen ersten Verdichter 122 antreibt. Die erste Turbine 121 und der erste Verdichter 122 sind über eine erste Welle 123 mechanisch verbunden. Der erste Turbolader kann als die "Niederdruckstufe" des Turboladers bezeichnet sein. Der zweite Turbolader 124 arbeitet bei einem verhältnismäßig hohen Druck und enthält eine zweite Turbine 125, die einen zweiten Verdichter 126 antreibt. Der zweite Turbolader kann als die "Hochdruckstufe" des Turboladers bezeichnet sein. Die zweite Turbine und der zweite Verdichter sind über eine zweite Welle 127 mechanisch verbunden.
Wie oben erläutert, sind die Begriffe "Hochdruck" und "Niederdruck" relativ, d.h., ein "hoher" Druck ist ein Druck, der höher ist als ein "niedriger" Druck. Im Gegensatz dazu ist ein "niedriger" Druck ein Druck, der geringer ist als ein "hoher" Druck.
In dem hier verwendeten Sinne bedeutet der Begriff "zweistufiger Turbolader" allgemein eine mehrstufige Turboladeranordnung, die zwei oder mehr Turbolader aufweist. Beispielsweise kann ein zweistufiger Turbolader beinhalten: einen Hochdruckturbolader und einen Niederdruckturbolader, die in Serie geschaltet sind, drei in Serie geschaltete Turbolader, zwei Niederdruckturbolader, die einen Hochdruckturbolader beschicken, einen Niederdruckturbolader, der zwei Hochdruckturbolader beschickt, und dergleichen. In einem Beispiel werden drei in Reihe geschaltete Turbolader verwendet. In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden lediglich zwei in Reihe geschaltete Turbolader verwendet.
In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der zweite Turbolader 124 mit einem Turbinenbypassventil 128 versehen, das es Abgas ermöglicht, den zweiten Turbolader 124 zu umgehen. Das Turbinenbypassventil 128 kann beispielsweise geöffnet werden, um den Abgasstrom von der zweiten Turbine 125 abzuzweigen. Somit lässt sich die Drehzahl der Verdichter 126, und auf diese Weise die Aufladung, die durch die Turbolader 120, 124 dem Motor 104 bereitgestellt wird, während stabiler Dauerbetriebsbedingungen regulieren. Darüber hinaus kann der erste Turbolader 120 ebenfalls mit einem Turbinenbypassventil versehen sein. In weiteren Ausführungsbeispielen ist möglicherweise lediglich der erste Turbolader 120 mit einem Turbinenbypassventil versehen, oder es ist lediglich der zweite Turbolader 124 mit einem Turbinenbypassventil versehen. Darüber hinaus kann der zweite Turbolader mit einem Verdichterbypassventil 129 versehen sein, was es Gas gestattet, den zweiten Verdichter 126 zu umgehen, um beispielsweise Verdichterdruckstöße zu vermeiden. In einigen Ausführungsbeispielen kann der erste Turbolader 120 ebenfalls mit einem Verdichterbypassventil versehen sein, während in anderen Ausführungsbeispielen möglicherweise lediglich der erste Turbolader 120 mit einem Verdichterbypassventil versehen ist.
Wie oben erläutert, können ein oder mehrere AGR-Ventile (z.B. die Ventile 163, 164 und/oder 170) während des Triebwerksbetriebs eingestellt werden, um eine bestimmte Menge von Abgas von den Spenderzylindern zu der Motoransaugöffnung zu leiten. Allerdings kann sich der Gasstrom durch das AGR-System während einiger Bedingungen umkehren, und Abgas und/oder Ansaugluft kann über einen Spenderkrümmer 119 zu den Zylindern zurückströmen. Ein solcher AGR-Rückstrom kann Abrieb mit sich führen und/oder kann Abrieb oder andere Verschleißpartikel aus dem AGR-Filter 174 lösen. Der Abrieb wird möglicherweise in dem Motor abgelagert, was zu einem Motorschaden führt, falls das Material ausreichend groß ist oder in großen Mengen rückgeführt wird.
Um zu verhindern, dass der Rückstrom von Luft, der Abrieb enthält, zu dem Motor gelangt, können ein oder mehrere AGR-Ventile in Reaktion auf eine Meldung, dass der AGR-Strom seine Richtung umgekehrt hat oder dazu ansetzt, geschlossen werden. Beispielsweise kann sich der AGR-Strom, wenn der Druck des Abgases in dem AGR-Kanal 162 kleiner ist als der Druck der Ansaugluft in dem Ansaugkrümmer 115, umkehren und zu dem Motor 104 zurückströmen. Solche Bedingungen können während eines raschen Herunterfahrens des Motors auftreten, wo die Verbrennung deaktiviert ist, jedoch der Ansaugdruck größer ist als der Abgasauslassdruck. Wenn die Verbrennung beispielsweise deaktiviert ist, nimmt der Abgasauslassdruck ab, während der Ansaugdruck aufgrund der fortgesetzten Drehung des Turboladers hingegen hoch bleiben kann. Solche raschen Herunterfahrvorgänge können durch einen Fahrzeugführer in Reaktion auf eine Notfall- oder Fehlerbedingung ausgeführt werden, und sie lassen sich von normalen Herunterfahrvorgängen des Motors unterscheiden, insofern als die Kraftstoffinjektion während eines raschen Herunterfahrens des Motors schlagartig unterbrochen wird, mit der Folge einer raschen Verringerung der Motordrehzahl, im Gegensatz zu einer allmählichen Motordrehzahlreduzierung, wie sie während eines normalen Herunterfahrens des Motors auftreten kann.
Durch Schließen eines oder mehrerer AGR-Ventile in Reaktion auf eine Veränderung des Druckgefälles, das (z.B. während eines raschen Herunterfahrens des Motors) einen Rückstrom des Abgases zum Ergebnis hat, wird der umgekehrte Abgasstrom daran gehindert, den Motor zu erreichen, und eventuell in dem Filter vorhandene Partikel werden in dem Filter verbleiben, anstatt losgelöst zu werden. Darüber hinaus wird der Abgasrückstrom in einigen Ausführungsbeispielen, in denen das Rückschlagventil 176 in dem AGR-Kanal 162 vorhanden ist, durch das Rückschlagventil 176 daran gehindert, das Filter 174 zu erreichen.
In einem Beispiel kann das AGR-Messventil 170 in Reaktion auf eine vorherberechnete oder auftretende Änderung der Abgasströmungsrichtung geschlossen werden. Beispielsweise kann das AGR-Messventil 170 während eines raschen Herunterfahrens des Motors nach Beendigung der Kraftstoffinjektion geschlossen werden. Das AGR-Messventil 170 (sowie sonstige Luft steuernde Ventile des Fahrzeugsystems 100, beispielsweise die AGR-Ventile 163 und 164 und die Turboladerbypassventile 128 und 129) kann (bzw. können) auf einem hydraulischen Schieberventil basieren, das mittels Öldruck betätigt wird, der von dem Hauptölkanal des Motors bereitgestellt ist. Um zu erreichen, dass das AGR-Messventil während des raschen Herunterfahrens geschlossen ist und geschlossen gehalten wird, während der Abgasstrom seine Richtung umkehrt, kann die Zufuhr von Öl, das dem Stellglied des Ventils bereitgestellt ist, einen Druck erzeugen, der den Luftdruck überschreitet, der auf das Ventil wirkt. Unmittelbar nach dem Herunterfahren des Motors bleibt das Öl in dem Hauptölkanal unter Druck gesetzt. Wenn angezeigt ist, dass das rasche Herunterfahren aufgetreten ist, wird dem AGR-Messventilstellglied somit druckbeaufschlagtes Motoröl (Drucköl) bereitgestellt, um das Ventil zu schließen.
Dementsprechend stellt das System von 1 ein System bereit, zu dem gehören: ein Abgasrückführungs-(AGR)-System, das dazu eingerichtet ist, selektiv Abgas in eine AGR-Strömungsrichtung von wenigstens einem Teilsatz von Zylindern eines Motors über einen AGR-Kanal zu einer Ansaugöffnung des Motors zu verzweigen; ein Filter, das in dem AGR-Kanal angeordnet ist, und das dazu eingerichtet ist, das Abgas, das durch den AGR-Kanal in der AGR-Strömungsrichtung strömt, zu filtern; und wenigstens ein AGR-Bypassventil und/oder ein AGR-Messventil stromaufwärts des Filters, wobei das AGR-Bypassventil und/oder das AGR-Messventil dazu eingerichtet sind, einen Rückstrom des Abgases wenigstens zu dem Teilsatz von Zylindern zu verhindern. (Der Begriff stromaufwärts bedeutet, dass das bzw. die Ventile in Relation zu einem Ort des Filters entgegengesetzt zu einer Richtung eines Abgasstroms angeordnet sind, der sich ausgehend von dem Teilsatz von Zylindern zu dem einen oder den mehreren Ventilen, anschließend zu dem Filter und dann zu der Ansaugöffnung erstreckt). Das System enthält zudem eine Steuerungseinheit, die dazu eingerichtet ist, Abgas in der AGR-Strömungsrichtung durch das AGR-System zu leiten, und einen Gasstrom durch das AGR-System in einer zweiten Richtung, die entgegengesetzt ist zu der AGR-Strömungsrichtung, zu sperren.
In einigen Ausführungsbeispielen ist die Steuerungseinheit dazu eingerichtet, das AGR-Messventil und/oder das AGR-Bypassventil zu schließen, um den Gasstrom durch das AGR-System in der zweiten Richtung, die zu der AGR-Strömungsrichtung entgegengesetzt ist, zu sperren. Die Steuereinheit kann zudem dazu eingerichtet sein, ein Herunterfahren des Motors zu erfassen und das AGR-Messventil und/oder das AGR-Bypassventil in Reaktion auf das Herunterfahren des Motors zu schließen.
Weiter kann zu dem System ein mechanisches Einwegventil gehören, das in dem AGR-Kanal stromabwärts des Filters in der AGR-Strömungsrichtung angeordnet ist. Das mechanische Einwegventil ist dazu eingerichtet, den Gasstrom durch das AGR-System in der zweiten Richtung zu sperren.
Mindestens das AGR-Messventil und/oder das AGR-Bypassventil können ein Schieberventil beinhalten. Das Schieberventil kann ein hydraulisches Schieberventil sein, das die Stellung des AGR-Messventils und/oder des AGR-Bypassventils steuert. Das AGR-Messventil und/oder das AGR-Bypassventil sind dazu eingerichtet, zu schließen, wenn ein Öldruck angemessener Größe bereitgestellt ist, um die Gaskräfte, die in dem AGR-System wirken zu überwinden. Das AGR-Messventil kann in dem AGR-Kanal stromaufwärts des Filters in der AGR-Strömungsrichtung angeordnet sein. In anderen Beispielen kann das AGR-Messventil und/oder das AGR-Bypassventil eine Magnetspule, ein pneumatisches Stellglied oder ein Elektromotorstellglied aufweisen.
2 veranschaulicht in einem Flussdiagramm ein Verfahren 200 zur Verhinderung eines Abgasrückstroms durch ein AGR-System hindurch. Das Verfahren 200 kann durch eine Motorsteuereinheit, beispielsweise durch die Steuereinheit 180, gemäß Befehlen, die darauf gespeichert sind, durchgeführt werden. In Schritt 202 beinhaltet das Verfahren 200 den Schritt des Ermittelns von Betriebsparametern. Die ermittelten Betriebsparameter können, ohne darauf beschränkt zu sein, Motordrehzahl und Last, AGR-Ventilstellung, Motorbetriebsstatus und sonstige Betriebsparameter beinhalten. In Schritt 204 werden ein oder mehrere Abgasrückführungsventile eingestellt, um eine bestimmte Menge von Abgas zu einer Motoransaugöffnung in einer ersten Richtung durch ein AGR-Filter zu leiten. Beispielsweise können das AGR-Messventil 170, das AGR-Bypassventil 164 und/oder das AGR-Ventil 163 so eingestellt werden, dass die Ansaugluft, die den Motor erreicht, eine vorgegebene Sauerstoffkonzentration aufweist. Die vorgegebene Sauerstoffkonzentration der Ansaugluft kann beispielsweise auf der aktuellen Drehzahl und Last des Motors begründet sein. Die von dem Motor her vorgegebene Abgasmenge kann vor dem Erreichen der Motoransaugöffnung durch ein AGR-Filter (z.B. das AGR-Filter 174) strömen, das in einem AGR-Kanal angeordnet ist. Dieser AGR-Strom tritt in einer ersten, AGR-Strömungsrichtung auf, die von dem Motorauslass durch das Filter und zu der Ansaugöffnung verläuft. In einem Beispiel wird das Abgas, das zurück zu dem Motor verzweigt ist, möglicherweise ausschließlich von einem Teilsatz der Zylinder (z.B. von einer auch als die Spenderzylinder bezeichneten ersten Zylindergruppe) verzweigt. Abgase von den übrigen Zylindern (z.B. von einer auch als Nicht-Spenderzylinder bezeichneten zweiten Zylindergruppe) werden möglicherweise ausschließlich in die Atmosphäre verzweigt. Darüber hinaus kann unter manchen Bedingungen, wenigstens ein Teil des Abgases von der ersten Zylindergruppe ebenfalls in die Atmosphäre verzweigt werden.
In Schritt 206 wird ermittelt, ob ein rasches Herunterfahren des Motors erfasst ist. Das rasche Herunterfahren des Motors kann auf der Grundlage eines Signals erfasst sein, das an der Steuereinrichtung aufgenommen ist. Beispielsweise kann der Führer des Fahrzeugs, in dem der Motor eingebaut ist, das rasche Herunterfahren des Motors während einer Notfall- oder Fehlerbedingung des Motors oder des Fahrzeugs aktivieren. Die Notfall- oder Fehlerbedingung des Motors oder des Fahrzeugs kann Bedingungen beinhalten, in denen ein unmittelbares Herunterfahren des Motors erforderlich ist, beispielsweise ein unerwartetes Anhalten (z.B. aufgrund einer Blockade des Fahrzeugs), Verschleiß an gewissen Motorkomponenten (beispielsweise Verschleiß des Turboladers), oder andere Bedingungen, in denen eine Fortsetzung des Betriebs des Motors unerwünscht ist. Wie zuvor erläutert, kann ein rasches Herunterfahren des Motors beinhalten, dass die Verbrennung deaktiviert wird, wobei der Ansaugdruck höher ist als der Abgasauslassdruck. Falls ein rasches Herunterfahren des Motors nicht erfasst ist, fährt das Verfahren 200 mit Schritt 214 fort, was weiter unten erläutert wird.
Falls ein rasches Herunterfahren des Motors festgestellt ist, fährt das Verfahren 200 mit Schritt 208 fort, um die Kraftstoffinjektion zu deaktivieren, so dass der Motor heruntergefahren wird. Die Unterbrechung der Kraftstoffinjektion und die nachfolgende rasche Verringerung der Motordrehzahl kann dazu führen, dass der Druck des Abgases in dem AGR-System den Druck der Ansaugluft unterschreitet. Beispielsweise kann die Turboladerturbine nach dem Herunterfahren des Motors ihre Rotation für eine Zeitspanne fortsetzen, was zur Folge hat, dass die Ansaugluft verdichtet bleibt. Allerdings kann der Abgasauslassdruck fallen, da die Verbrennung aufgehört hat. Als Folge hiervon kann die Ansaugluft statt dessen beginnen, in das AGR-System zu strömen, wobei sie in einer zu der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung durch das AGR-Filter und zu dem Motor strömt. Dieser Rückstrom von Abgas und Ansaugluft kann Abrieb in dem Motor ablagern, was den Motor schädigt. Um diesen Abgasrückstrom zu verhindern, werden in Schritt 210 ein oder mehrere AGR-Ventile geschlossen. Die AGR-Ventile können dadurch geschlossen werden, dass den Ventilen beispielsweise Drucköl von dem Hauptölkanal des Motors bereitgestellt ist, das nach dem raschen Herunterfahren des Motors aufgrund einer Wärmeabfuhr von dem Motor oder anderer Faktoren möglicherweise für eine Zeitspanne druckbeaufschlagt bleibt. In Schritt 212 wird der Abgasstrom durch das Filter zu den Zylindern des Motors in der zweiten Richtung, die zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist, gesperrt. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Abgasstrom in der zweiten Richtung alternativ oder zusätzlich durch ein mechanisches Einwegventil, z.B. durch das Rückschlagventil 176, das in dem AGR-System angeordnet ist, gesperrt sein.
Indem wieder auf 206 eingegangen wird, fährt das Verfahren 200, falls ermittelt ist, dass sich der Motor nicht in einem raschen Modus des Herunterfahrens befindet, mit Schritt 214 fort, um zu ermitteln, ob ein normales Herunterfahren des Motors erfasst ist. Das normale Herunterfahren des Motors kann ein planmäßiges Herunterfahren des Motors sein, wie es erwartet wird, wenn das Fahrzeug einen endgültigen Bestimmungsort erreicht. Das normale Herunterfahren des Motors kann ein Drosseln der Motordrehzahl und ein allmähliches Abbremsen des Fahrzeugs beinhalten und/oder kann schrittweise Einstellungen an der Drosselklappe des Motors (z.B. ein schrittweises Verschieben von einer Raststellung zu einer niedrigeren Raststellung) beinhalten. Während des normalen Herunterfahrens des Motors wird die Kraftstoffinjektion zu dem Motor möglicherweise fortgesetzt. Ein normales Herunterfahren des Motors kann auf der Grundlage eines Signals erfasst werden, das an der Steuereinrichtung anhand einer Eingabe aufgenommen ist, die von der Bedienperson oder von einer entfernt angeordneten Steuereinrichtung stammt, und anzeigt, dass das Ende der Fahrzeugreise naht. Falls ein normales Herunterfahren des Motors nicht erfasst ist, beispielsweise falls der Motor noch läuft, geht das Verfahren 200 zu Schritt 204, um damit fortzufahren, die AGR-Ventile einzustellen, um die vorgegebene AGR-Menge zu liefern.
Falls ein normales Herunterfahren des Motors erfasst ist, fährt das Verfahren 200 mit Schritt 216 fort, um die Motordrehzahl zu drosseln. Das Drosseln der Motordrehzahl kann beinhalten, für eine Zeitspanne weiter Kraftstoff in den Motor einzuspritzen (wenn auch in einigen Beispielen in geringeren Mengen), bis die Motordrehzahl einen niedrigen Drehzahlschwellwert erreicht hat, bei dem die Kraftstoffinjektion beendet werden kann. Während des Drosseln der Motordrehzahl kann die Fahrzeugbremsanlage genutzt werden, kann die Drosselstellung eingestellt (z.B. verringert) werden, und es können sonstige Betriebsparameter eingestellt werden. Darüber hinaus kann ein normales Herunterfahren des Motors beinhalten, dass der Abgasauslassdruck mindestens für eine Zeitspanne größer oder gleich dem Ansaugdruck ist. In Schritt 218 können die Stellungen des einen oder der mehreren AGR-Ventile beibehalten werden oder in eine Vorgabestellung verändert werden. Die Vorgabestellung kann die Stellung sein, in die Ventile auf der Grundlage des Öldruckabfalls und basierend auf Änderungen des Abgasauslassdrucks bewegt werden, der auf die AGR-Ventile wirkt, während die Motordrehzahl abnimmt. In einem Beispiel kann die Vorgabestellung zumindest teilweise offen sein. Mit dem Verlust des ECU-Steuersignals bei dem Herunterfahren und eines angemessenen verfügbaren Öldrucks wird sich das Ventil in eine konstruktionsmäßig vorgegebene Stellung bewegen, die entsprechend der Anforderung des Systems im Ruhezustand offen oder im Ruhezustand geschlossen sein kann. Die Vorgabekonfiguration der AGR-Ventile während eines normalen Herunterfahrens wird gewählt, um eine Abgasstrombedingung hervorzubringen, die nicht zu einem Abgasstrom durch das Filter zu den Zylindern des Motors in der zweiten Richtung führt, die zu der ersten Richtung während des normalen Herunterfahrens des Motors entgegengesetzt ist. Da sich der Auslass- und Ansaugdruck bei einem raschen Herunterfahren anders verhalten, als bei Kraftstoffinjektion, kann die Vorgabekonfiguration der AGR-Ventile einen Abgasstrom durch das Filter zu den Zylindern des Motors in der zweiten Richtung zur Folge haben.
3 zeigt ein Diagramm 300, das Betriebsparameter eines in einem Fahrzeug eingebauten Motors sowohl während eines raschen Herunterfahrens des Motors als auch während eines normalen Herunterfahrens des Motors veranschaulicht, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Beispielsweise kann der Motor der in dem Schienenfahrzeug 106 eingebaute Motor 104 sein. Das Diagramm 300 veranschaulicht die Stellung eines Abgasrückführungsventils (beispielsweise des AGR-Messventils 170), die Motordrehzahl und das Verhältnis von Auslass zu Ansaugdruck. Für jeden Betriebsparameter ist die Zeit an der horizontalen Achse abgetragen, und Werte jedes entsprechenden Betriebsparameters sind an der vertikalen Achse abgetragen. Betriebsparameter, die während eines raschen Herunterfahrens des Motors beobachtet werden, sind durch die durchgezogenen Kurven veranschaulicht, während Betriebsparameter, die während eines normalen Herunterfahrens des Motors wahrgenommen werden, durch die gestrichelt gezeichneten Kurven dargestellt sind. Allerdings stimmen die Betriebsparameter vor dem Einleiten des Herunterfahrens des Motors (vor dem Zeitpunkt t1 in Diagramm 300) sowohl für das rasche Herunterfahren des Motors als auch für das normale Herunterfahren des Motors überein und sind daher durch eine einzelne durchgezogene Kurve dargestellt.
Vor dem Zeitpunkt t1 strömt AGR durch das AGR-System zu der Motoransaugöffnung. Um das AGR strömen zu lassen, ist das AGR-Ventil, wie durch Kurve 302 gezeigt, teilweise offen. Der Motor arbeitet mit mäßiger Drehzahl, wie durch Kurve 304 gezeigt. Der Abgasauslassdruck in dem AGR-System ist, wie durch Kurve 306 gezeigt, größer als der Ansaugdruck, so dass das AGR in der Lage ist, von dem Abgasrückführungskanal zu dem Ansaugkanal zu strömen. Zum Zeitpunkt t1 kann in Reaktion auf eine Notfall- oder Fehlerbedingung (z.B. ein Fahrzeug, das auf dem vorausliegenden Weg des Schienenfahrzeugs liegengeblieben) durch einen Fahrzeugführer ein rasches Herunterfahren des Motors eingeleitet sein. Um das Fahrzeug rasch zum Stillstand zu bringen, wird die Kraftstoffinjektion unterbrochen, was ein rasches Abnehmen der Motordrehzahl bewirkt, wie durch die durchgezogene Kurve 304 gezeigt. Diese Veränderung der Motordrehzahl führt, wie durch die durchgezogene Kurve 306 gezeigt, zu einer Verringerung des Verhältnisses von Abgasdruck zu Ansaugdruck. Um einen Rückstrom von Abgas und/oder von Ansaugluft durch das AGR-System hindurch zu verhindern, wird das AGR-Ventil in Reaktion auf die Meldung, dass der Motor heruntergefahren wird, wie durch die durchgezogene Kurve 302 gezeigt, in die vollständige Schließstellung bewegt. Zum Zeitpunkt t2 hat der Motor aufgehört sich zu drehen (d.h. die Motordrehzahl ist Null), das AGR-Ventil ist vollständig geschlossen, und das Verhältnis Abgasdruck:Ansaugdruck beginnt zu steigen. Zum Zeitpunkt t3, erreicht das Verhältnis Abgasdruck:Ansaugdruck den Wert 1 und bleibt konstant.
Im Gegensatz dazu kann zur Zeit t1 ein normales Herunterfahren des Motors initiiert sein. Während des normalen Herunterfahrens des Motors nimmt die Motordrehzahl, wie durch die gestrichelt gezeichnete Kurve 310 gezeigt, wesentlich langsamer ab als während des raschen Herunterfahrens. Beispielsweise kommt der Motor während des raschen Herunterfahrens zur Zeit t2 zum Stillstand; während des normalen Herunterfahrens des Motors beendet der Motor seine Rotation nicht vor der Zeit t4. Aufgrund des langsamen Herunterfahrens des Motors nimmt das Verhältnis Abgasdruck:Ansaugdruck, wie durch die gestrichelt gezeichnete Kurve 312 gezeigt, nicht rasch ab und verharrt bei 1 oder darüber. Da während des normalen Herunterfahrens des Motors keine Druckumkehr erfolgt, fährt das Abgas damit fort, entweder (über den Abgaskanal) in die Atmosphäre oder (über den AGR-Kanal) zu der Motoransaugöffnung zu strömen, und strömt nicht zu dem Motor zurück. Daher kann das AGR-Ventil in einer Vorgabestellung verbleiben. In dem veranschaulichten Beispiel bleibt das AGR-Ventil, wie durch die gestrichelt gezeichnete Kurve 308 gezeigt, während des Herunterfahrens des Motors teilweise offen.
In einem Ausführungsbeispiel gehören zu einem Verfahren die Schritte: Leiten von Abgas durch einen Abgasrückführungs-(AGR)-Kanal in einer ersten Richtung von wenigstens einer ersten Zylindergruppe eines Motors zu einem Ansaugkrümmer des Motors, wobei das Abgas in der ersten Richtung durch ein Filter strömt, das in dem AGR-Kanal angeordnet ist, bevor es den Ansaugkrümmer erreicht; und Sperren des Stroms von Gas durch das Filter in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung, wobei in dem AGR-Kanal zwischen dem Filter und dem Ansaugkrümmer ein mechanisches Einwegventil angeordnet ist.
Das Sperren des Gasstroms durch das Filter in der zweiten Richtung kann ein Sperren des Abgasstroms und des Ansaugluftstrom durch das Filter in der zweiten Richtung beinhalten, wobei die Ansaugluft durch einen Ansaugkanal eingesogen wird.
Das Abgas kann auf ein rasches Herunterfahren des Motors hin in der zweiten Richtung strömen. In Reaktion auf das rasche Herunterfahren des Motors kann das Verfahren zudem den Schritt beinhalten, ein AGR-Messventil zu schließen, das in einem AGR-Kanal stromabwärts des Filters angeordnet ist. Das Leiten von Abgas in der ersten Richtung kann ferner ein Leiten von Abgas durch das AGR-Messventil beinhalten, bevor das Abgas den Ansaugkrümmer erreicht, wobei das AGR-Messventil eingestellt ist, um eine bestimmte Menge von Abgas zu leiten. In einigen Ausführungsbeispielen ist das AGR-Messventil ein hydraulisches Schieberventil. In einigen Ausführungsbeispielen wird das AGR-Messventil durch ein hydraulisches Schieberventil moduliert.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel beinhaltet das Sperren des Gasstroms durch das Filter in der zweiten Richtung ein Sperren des Gasstroms über ein Rückschlagventil, das in einem AGR-Kanal stromaufwärts des Filters angeordnet ist.
Das Verfahren kann zudem den Schritt beinhalten, Abgas von einer zweiten Zylindergruppe des Motors in die Atmosphäre abzuführen. Während Bedingungen, in denen das AGR-Messventil zumindest teilweise offen ist, kann das Verfahren den Schritt beinhalten, sowohl der ersten Zylindergruppe als auch der zweiten Zylindergruppe Ansaugluft und Abgas zu liefern.
In noch einem Ausführungsbeispiel enthält ein System ein Abgasrückführungs-(AGR)-System, das dazu eingerichtet ist, Abgas durch einen AGR-Kanal in einer ersten Richtung von wenigstens einer ersten Zylindergruppe eines Motors zu einem Ansaugkrümmer des Motors zu verzweigen. Weiter enthält das System ein Filter, das mindestens zwischen der ersten Zylindergruppe und dem Ansaugkrümmer in dem AGR-Kanal angeordnet ist. Das Filter ist dazu eingerichtet, das Abgas, das durch den AGR-Kanal in der ersten Richtung verzweigt ist, zu filtern, und zwar bevor das Abgas den Ansaugkrümmer erreicht. Das System weist außerdem ein mechanisches Einwegventil auf, das in dem AGR-Kanal zwischen dem Filter und dem Ansaugkrümmer angeordnet ist. Das mechanische Einwegventil ist dazu eingerichtet, einen Strom von Gas durch das Filter in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung zu sperren.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens weist die Schritte auf: Einstellen eines AGR-Messventils und/oder eines AGR-Bypassventils während Motorbetriebsbedingungen, um eine bestimmte Menge von Abgas von wenigstens einer ersten Zylindergruppe eines Motors zu einem Ansaugkrümmer zu leiten; und in Reaktion auf ein rasches Herunterfahren des Motors, Schließen des AGR-Messventils, um einen Rückstrom des Abgases zu der ersten Zylindergruppe zu verhindern.
Während Motorbetriebsbedingungen und wenn das AGR-Messventil zumindest teilweise offen ist, beinhaltet das Verfahren den Schritt, Abgas von der ersten Zylindergruppe über ein Filter zu dem Ansaugkrümmer zu leiten. Während Motorbetriebsbedingungen und wenn das AGR-Bypassventil zumindest teilweise offen ist, beinhaltet das Verfahren den Schritt, Abgas von der ersten Zylindergruppe in die Atmosphäre abzuführen.
Das Verfahren kann zudem den Schritt beinhalten: Sperren des Abgasstroms durch das Filter in einer Richtung, die zu derjenigen des Abgases entgegengesetzt ist, das von der ersten Zylindergruppe durch das Filter und zu dem Ansaugkrümmer strömt, wobei zwischen dem Filter und dem Ansaugkrümmer ein mechanisches Einwegventil angeordnet ist.
In einem Beispiel beinhaltet das Schließen des AGR-Messventils ein Leiten von Öl von einem Hauptölkanal zu dem AGR-Messventil, wobei das Öl aus dem Hauptölkanal in dem Steuerventil einen Druck aufweist, der im Verhältnis zu den Kräften, die aufgrund des Abgasrückstroms nach dem raschen Herunterfahren des Motors auf das Ventil ausgeübt werden, angemessen ist. In Reaktion auf ein nicht rasches Herunterfahren des Motors beinhaltet das Verfahren den Schritt: Halten des AGR-Messventils in einer Vorgabestellung.
In dem hier verwendeten Sinne sollten im Singular erwähnte Elemente oder Schritte, denen der unbestimmte Artikel vorangestellt ist, in dem Sinne verstanden werden, dass der Plural der Elemente oder Schritte nicht ausgeschlossen ist, es sei den, ein derartiger Ausschluss ist ausdrücklich erwähnt. Ferner soll die Bezugnahme auf "ein Ausführungsbeispiel" der vorliegenden Erfindung nicht als Ausschluss der Existenz zusätzlicher Ausführungsbeispiele interpretiert werden, die ebenfalls die aufgeführten Merkmale verkörpern. Darüber hinaus können Ausführungsbeispiele, die ein oder mehrere Elemente mit einer speziellen Eigenschaft "beinhalten", "enthalten" oder "aufweisen", weitere derartige Elemente einschließen, es sei denn, es ist ausdrücklich Anderslautendes angegeben. Die Begriffe "enthaltend" und "in dem/der/den" sind als allgemeinsprachliche äquivalente Formen der entsprechenden Begriffe "aufweisen" und "wobei" verwendet Darüber hinaus dienen die Begriffe "erster", "zweiter", "dritter" usw. lediglich zur Kennzeichnung, und sollen ihren Objekten weder numerische Anforderungen noch eine spezielle Reihenfolge der Anordnung auferlegen.
Die vorliegende Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung einschließlich des besten Modus zu beschreiben und darüber hinaus einem Fachmann auf dem betreffenden Gebiet zu ermöglichen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, beispielsweise beliebige Vorrichtungen und Systeme herzustellen und zu nutzen, und beliebige damit verbundene Verfahren durchzuführen. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele einschließen, die dem Fachmann einfallen. Solche anderen Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, falls sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem wörtlichen Inhalt der Ansprüche nicht unterscheiden, oder falls sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber dem wörtlichen Inhalt der Ansprüche enthalten.
Geschaffen sind unterschiedliche Verfahren und Systeme zum Sperren eines Abgasrückstroms durch ein Abgasrückführungssystem. In einem Ausführungsbeispiel beinhaltet ein Verfahren die Schritte: Leiten von Abgas durch einen Abgasrückführungs-(AGR)-Kanal in einer ersten Richtung von wenigstens einer ersten Zylindergruppe eines Motors zu einem Ansaugkrümmer des Motors, wobei das Abgas, bevor es den Ansaugkrümmer erreicht, in der ersten Richtung durch ein Filter strömt, das in dem AGR-Kanal angeordnet ist; und Sperren des Stroms von Gas durch das Filter in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung, wobei in dem AGR-Kanal zwischen dem Filter und dem Ansaugkrümmer ein mechanisches Einwegventil angeordnet ist.

Claims

Verfahren, mit den Schritten: Leiten von Abgas durch einen Abgasrückführungskanal (AGR) in einer ersten Richtung von wenigstens einer ersten Zylindergruppe eines Motors zu einem Ansaugkrümmer des Motors, wobei das Abgas, bevor es den Ansaugkrümmer erreicht, in der ersten Richtung durch ein Filter strömt, das in dem AGR-Kanal angeordnet ist; und Sperren des Stroms von Gas durch das Filter in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung, wobei in dem AGR-Kanal zwischen dem Filter und dem Ansaugkrümmer ein mechanisches Einwegventil angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Sperren des Gasstroms durch das Filter in der zweiten Richtung ein Sperren des Abgasstroms und des Ansaugluftstroms durch das Filter in der zweiten Richtung beinhaltet, wobei die Ansaugluft durch einen Ansaugkanal eingesogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Abgas auf ein rasches Herunterfahren des Motors hin in die zweite Richtung strömt; und/oder wobei das Leiten von Abgas in der ersten Richtung zusätzlich ein Leiten von Abgas durch ein AGR-Messventil beinhaltet, bevor das Abgas das Filter erreicht, wobei das AGR-Messventil eingestellt ist, um eine bestimmte Menge von Abgas zu leiten.
Verfahren nach Anspruch 3, das zudem den Schritt aufweist, Abgas von einer zweiten Zylindergruppe des Motors in die Atmosphäre abzuführen; und/oder außerdem den Schritt aufweist, sowohl der ersten Zylindergruppe als auch der zweiten Zylindergruppe Ansaugluft und Abgas zuzuführen, wenn das AGR-Messventil zumindest teilweise offen ist.
Verfahren, mit den Schritten: während Motorbetriebsbedingungen, Einstellen eines Abgasrückführungs-(AGR)-Messventils und/oder eines AGR-Bypassventils, um eine bestimmte Menge von Abgas von einer ersten Zylindergruppe eines Motors zu einem Ansaugkrümmer zu leiten; und in Reaktion auf ein rasches Herunterfahren des Motors, Schließen des AGR-Messventils, um einen Rückstrom des Abgases zu der ersten Zylindergruppe zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner mit dem Schritt: während Motorbetriebsbedingungen und wenn das AGR-Messventil zumindest teilweise offen ist, Leiten von Abgas von der ersten Zylindergruppe durch ein Filter und zu dem Ansaugkrümmer; und/oder außerdem mit dem Schritt: Sperren des Abgasstroms durch das Filter in einer Richtung, die zu derjenigen des Abgases entgegengesetzt ist, das von der ersten Zylindergruppe durch das Filter und zu dem Ansaugkrümmer strömt, wobei zwischen dem Filter und dem Ansaugkrümmer ein mechanisches Einwegventil angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Schließen des AGR-Messventils ein Leiten von Öl von einem Hauptölkanal zu dem AGR-Messventil beinhaltet, wobei das Öl aus dem Hauptölkanal einen angemessenen Druck aufweist, um das AGR-Messventil im Verhältnis zu Kräften zu steuern, die auf das AGR-Messventil durch den Abgasrückstrom nach dem raschen Herunterfahren des Motors wirken.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner mit dem Schritt: in Reaktion auf ein nicht rasches Herunterfahren des Motors, Halten des AGR-Messventils in einer Vorgabestellung.
System, zu dem gehören: ein Abgasrückführungs-(AGR)-System, das dazu eingerichtet ist, selektiv Abgas in eine AGR-Strömungsrichtung von wenigstens einem Teilsatz von Zylindern eines Motors über einen AGR-Kanal zu einer Ansaugöffnung des Motors zu verzweigen; ein Filter, das in dem AGR-Kanal angeordnet ist, und das dazu eingerichtet ist, das Abgas zu filtern, das durch den AGR-Kanal in die AGR-Strömungsrichtung strömt; und wenigstens ein AGR-Bypassventil und/oder ein AGR-Messventil stromaufwärts des Filters, wobei das AGR-Bypassventil und/oder das AGR-Messventil dazu eingerichtet sind, einen Rückstrom des Abgases wenigstens zu dem Teilsatz von Zylindern zu verhindern.
System, zu dem gehören: ein Abgasrückführungs-(AGR)-System, das dazu eingerichtet ist, Abgas durch einen AGR-Kanal in einer ersten Richtung von wenigstens einer ersten Zylindergruppe eines Motors zu einem Ansaugkrümmer des Motors zu verzweigen; ein Filter, das in dem AGR-Kanal wenigstens zwischen der ersten Zylindergruppe und dem Ansaugkrümmer angeordnet ist, wobei das Filter dazu eingerichtet ist, das Abgas zu filtern, das durch den AGR-Kanal in der ersten Richtung verzweigt ist, und zwar bevor das Abgas den Ansaugkrümmer erreicht; und ein mechanisches Einwegventil, das in dem AGR-Kanal zwischen dem Filter und dem Ansaugkrümmer angeordnet ist, wobei das Ventil dazu eingerichtet ist, einen Strom von Gas durch das Filter in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung zu sperren.