DE102016119386A1 - Verfahren zur Kondensatnutzung zur Verbesserung der Motoreffizienz - Google Patents

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John Hoard
Amin Reihani
Maneet Raj Singh
Daniel Joseph Styles
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Ford Global Technologies LLC
University of Michigan
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Abstract

Es werden Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugmotors zum Verbessern der Motoreffizienz durch Benutzen von Wasserkondensat an Bord bereitgestellt. In einem Beispiel wird Kondensat aus der Kühlluft gesammelt, die in einen Motor geleitet wird, und an einer mehrerer Stellen basierend auf den Motorbetriebsbedingungen eingespritzt, um NOx in Verbrennungsgasen unterhalb gewünschter Mengen zu halten und ein Zündklopfen des Motors zu vermeiden. Auf diese Weise wird ein Ansammeln von Kondensat im CAC vorteilhaft genutzt, die Motorleistung und -effizienz können verbessert und schädliche Emissionen reduziert werden.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Beschreibung betrifft allgemein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugmotors zum Verbessern der Motoreffizienz durch strategisches Nutzen von Wasserkondensat an Bord, das von einem Ladeluftkühler gesammelt wird.
  • Stand der Technik / Kurzdarstellung
  • Verkleinern und Aufladen sind ein Weg, den zunehmenden Bedarf an effizienteren Fahrzeugen zu erfüllen. Turbogeladene und supergeladene Motoren können zum Verdichten von Umgebungsluft, die in den Motor eintritt, zur Leistungserhöhung konfiguriert sein. Die Verdichtung der Luft kann eine Erhöhung der Lufttemperatur verursachen, weshalb ein Ladeluftkühler (CAC für engl. charge air cooler) verwendet werden kann, um die erwärmte Luft zu kühlen, um dadurch ihre Dichte zu erhöhen und die potenzielle Leistung des Motors weiter zu erhöhen. Es kann sich Kondensat im CAC bilden, wenn die Temperatur der Umgebungsluft abnimmt oder feuchte oder regnerische Wetterbedingungen vorherrschen, wobei die Ansaugluft auf unter den Taupunkt von Wasser abgekühlt wird. Die Hinzunahme eines Niederdruck (LP für engl. low pressure) – AGR-Kreises erhöht den Wasserdampfgehalt im CAC zusätzlich und macht die Kondensation somit wahrscheinlicher. Aufgrund der CAC-Geometrie und der geringen Luftgeschwindigkeiten wird eine wesentliche Wassermenge nicht mit der Luft getragen und wird in dem CAC zurückgehalten. Kondensat kann sich am Boden des CAC oder in den internen Kanälen und Kühlturbulatoren ansammeln. Das in dem CAC zurückgehaltene Wasser kann zu Problemen wie Frostschäden und einer Minderung der CAC-Effektivität führen. Außerdem kann unter gewissen Luftströmungsbedingungen das Kondensat den CAC verlassen und als Wassertröpfchen in einen Einlasskrümmer des Motors eintreten. Wenn zu viel Kondensat von dem Motor aufgenommen wird, können eine Motorfehlzündung und/oder Verbrennungsinstabilität auftreten.
  • Ein Ansatz zum Inangriffnehmen der Kondensatbildung im CAC wird von Palm in US 2011/0094219 A1 aufgezeigt. Hierin wird das von dem Kühler abgegebene Kondensat in einer Kondensationsfalle gesammelt, die mit einer Außenoberfläche einer Krümmung in einer Auslassleitung des Kühlers gekoppelt ist, sodass Kondensat gespeichert und später in den Einlasskrümmer freigesetzt werden kann. Die Erfinder hierin haben jedoch potenzielle Probleme bei solch einem System erkannt. Als ein Beispiel wird, obwohl das gespeicherte Kondensat mit einer solchen Rate freigesetzt werden kann, dass die Wassermenge, welche die Kondensationsfalle verlässt, den Motorbetrieb nicht stört, die präzise Steuerung der Wassermenge, die zum Motor freigesetzt wird, unter spezifischen Motorbetriebsbedingungen nicht erreicht.
  • Daher haben die Erfinder hierin Verfahren entwickelt, welche die obige Problematik zumindest teilweise in Angriff nehmen. In einem Beispiel wird ein Verfahren bereitgestellt, welches folgendes umfasst: Sammeln von Kondensat aus Kühlluft, die in einen Motor geleitet wird; Leiten des Kondensats in den Motor über eine von mehreren Stellen, basierend auf den Betriebsbedingungen des Motors; Bestimmen eines gewünschten Prozentsatzes der Verdünnung zur Verbrennung in dem Motor basierend auf den Betriebsbedingungen; und Einstellen der Kondensateinspritzung und Einstellen der Rückführung von Abgasen aus dem Motor zum Bilden der gewünschten Verdünnung basierend zum Teil auf der Einspritzstelle. Auf diese Weise kann die Kondensation, die aus dem CAC gesammelt wird, eine erneuerbare Wasserquelle an Bord umfassen, die vorteilhaft genutzt werden kann, um die Motorverdünnungsanforderungen zu erfüllen, und zusätzlich kann die reduzierte CAC-Effektivität und potenzielle CAC-Beschädigung aufgrund der Kondensationssammlung und/oder Frost durch Entfernen der Kondensation aus dem CAC und Speichern des Kondensats in einem Behälter in Angriff genommen werden.
  • In einem Beispiel basiert das Bestimmen eines gewünschten Verdünnungsprozentsatzes zur Verbrennung im Motor auf den Betriebsbedingungen zum Halten von NOx in den Verbrennungsgasen unterhalb gewünschter Mengen und zum Vermeiden eines Zündklopfens im Motor. Auf diese Weise wird die Motorleistung und -effizienz in Angriff genommen und schädliche Emissionen können reduziert werden.
  • Es sollte auf der Hand liegen, dass die obige Kurzfassung angeführt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung näher beschrieben werden. Sie soll keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands aufzeigen, dessen Schutzumfang einzig durch die der detaillierten Beschreibung folgenden Ansprüche definiert wird. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angeführten Nachteile beheben.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Schaubild eines beispielhaften Motorsystems, das einen Ladeluftkühler aufweist, der mit einem Behälter gekoppelt ist, der zum Leiten von Kondensat zu mehreren Motorstellen konfiguriert ist.
  • 2 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen, wo das Kondensat, das von dem Ladeluftkühler gesammelt wurde, bei variierenden Betriebsbedingungen eingespritzt wird.
  • 3 zeigt eine Karte, die zum Anzeigen der Stelle zur Einspritzung von Kondensat verwendet werden kann, das vom Ladeluftkühler gesammelt wurde, basierend auf Drehzahl-Lastbedingungen.
  • 4 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erhalten einer gewünschten Motorverdünnung basierend auf der Verfügbarkeit von Kondensat, das vom Ladeluftkühler gesammelt wird.
  • 5 zeigt ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zur Reinigung eines AGR-Kühlers mit Kondensat darstellt, das von dem Ladeluftkühler gesammelt wird.
  • 6 zeigt einen zeitlichen Verlauf zum Erfüllen von Motorverdünnungsanforderungen bei variierenden Motorbetriebsbedingungen basierend auf der Verfügbarkeit von Kondensat, das vom Ladeluftkühler gesammelt wird.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Die folgende ausführliche Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Benutzen des Kondensats, das von einem Ladeluftkühler gesammelt wird, zum Erhöhen der Motoreffizienz. Da Luft zum Erhöhen der Leistung in modernen Motoren verdichtet wird, kann die Drucklufttemperatur ansteigen und daher während Bedingungen kondensieren, bei denen die Einlassluft unter den Taupunkt von Wasser gekühlt wird. Frostschäden, reduzierte CAC-Effektivität und Kondensataufnahme in den Einlasskrümmer sind einige der Probleme im Zusammenhang mit der CAC-Kondensation. Zum Überwinden dieser Beschränkungen kann Kondensat aus dem CAC gesammelt und in einem Behälter gespeichert werden, wie in 1 dargestellt. Weiterhin ist bekannt, dass die Wassereinspritzung an mehreren Motorstellen bei variierenden Motorbetriebsbedingungen vorteilhaft ist. Zum Beispiel kann die Wassereinspritzung in den Einlasskrümmer die Klopftendenz reduzieren, die Bildung von NOx reduzieren und kann eine langsame LP-AGR-Reaktion bei transienten Bedingungen ergänzend unterstützen. Ferner stellt das Einspritzen von Wasser stromaufwärts der LP-AGR- und HP-AGR-Kühler bekanntermaßen einen Reinigungseffekt bereit und kann ferner AGR kühlen und so weiter die NOx-Emissionen verringern. Daher kann das Sammeln von Kondensat aus einem CAC und das Leiten des Kondensats zu mehreren Motorstellen bei variierenden Motorbetriebsbedingungen die Motoreffizienz erhöhen. Ferner dient das vom CAC gesammelte Kondensat als erneuerbare Wasserquelle an Bord, wodurch der Bedarf an einem Beibehalten von Fluid in dem Behälter durch den Fahrzeugbediener beseitigt wird. 2 zeigt ein Beispiel eines Hochpegel-Verfahrens zur Anzeige, wo das aus dem CAC gesammelte Kondensat je nach Motorbetriebsbedingungen einzuspritzen ist. Spezifischer wird bestimmt, ob eine Motorverdünnung erforderlich ist, und, wenn dem so ist, zeigt das Verfahren die optimale(n) Stelle(n) zum Einspritzen von gespeichertem Kondensat basierend auf der Verfügbarkeit des Kondensats an. Die optimale Stelle zum Einspritzen kann auf einer Karte basieren, die Drehzahl-Last-Fenster umfasst, wie in 3 angezeigt. Ferner kann die Einspritzung von Kondensat, das vom CAC gesammelt wird, an mehreren Motorstellen basierend auf den Motorbetriebsbedingungen zusätzlich durch Einstellungen anderer Motorsteuerungen begleitet werden, zum Beispiel von Einstellungen des AGR-Flusses, Zündzeitpunkt, Ventilsteuerung, Kompressionsmengen usw., basierend auf den Verdünnungsanforderungen und der Verfügbarkeit von gespeichertem Kondensat, wie im Verfahren aus 4 ausführlicher beschrieben. Das vom CAC gesammelte Kondensat kann außerdem vorteilhaft zum Reinigen des LP-AGR und HP-AGR genutzt werden, wie im Verfahren aus 5 weiter beschrieben. Eine Zeitachse zum Einspritzen von im CAC gesammelten Kondensat in Bezug auf die Motorbetriebsbedingungen und Verdünnungsanforderungen ist in 6 dargestellt.
  • 1 ist eine schematische Darstellung, die eine Maschine 10 veranschaulicht, die in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs enthalten sein kann. Der Motor 10 ist mit vier Zylindern oder Brennräumen 30 dargestellt. Es können jedoch auch andere Anzahlen von Zylindern gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Der Motor 10 kann wenigstens zum Teil durch ein Steuersystem, das eine Steuerung 12 umfasst, und durch Eingaben eines Fahrzeugnutzers 132 über eine Eingabeeinrichtung 130 gesteuert werden. In diesem Beispiel umfasst die Eingabevorrichtung 130 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Jeder Brennraum (z. B. Zylinder) 30 des Motors 10 kann Brennraumwände mit einem Kolben (nicht dargestellt) darin positioniert umfassen. Die Kolben können mit einer Kurbelwelle 40 derart gekoppelt sein, dass Wechselbewegung des Kolbens in Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. Die Kurbelwelle 40 kann über ein Zwischengetriebesystem 150 mit mindestens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs gekoppelt sein. Des Weiteren kann ein Startermotor über ein Schwungrad mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, um einen Startbetrieb des Motors 10 zu ermöglichen. Die Kurbelwelle 40 kann außerdem zum Antreiben eines Drehstromgenerators (in 1 nicht dargestellt) verwendet werden.
  • Ein Motorausgangsdrehmoment kann zum Drehmomentwandler (nicht dargestellt) übertragen werden, um das Automatikgetriebesystem 150 anzutreiben. Ferner können eine oder mehrere Kupplungen eingerückt werden, einschließlich der Vorwärtskupplung 154, um das Automobil voranzutreiben. In einem Beispiel kann der Drehmomentwandler als eine Komponente des Getriebesystems 150 bezeichnet werden. Ferner kann das Getriebesystem 150 mehrere Gangkupplungen 152 aufweisen, die nach Bedarf eingerückt werden können, um mehrere feste Getriebegangverhältnisse zu aktivieren. Spezifisch kann durch Einstellen der Einrückung der mehreren Gangkupplungen 152 das Getriebe zwischen einem höheren Gang (d. h. einem Gang mit einem niedrigeren Gangverhältnis) und einem niedrigeren Gang (d. h. einem Gang mit einem höheren Gangverhältnis) geschaltet werden. Daher ermöglicht die Gangverhältnisdifferenz eine niedrigere Drehmomentverstärkung im Getriebe, wenn der höhere Gang eingelegt ist, und ermöglicht eine höhere Drehmomentverstärkung im Getriebe, wenn der niedrigere Gang eingelegt ist. Das Fahrzeug kann vier verfügbare Gänge aufweisen, wobei der Getriebegang vier (der vierte Getriebegang) der höchste verfügbare Gang ist und Getriebegang eins (der erste Getriebegang) der niedrigste verfügbare Gang ist. In anderen Ausführungsformen kann das Fahrzeug mehr oder weniger als vier verfügbare Gänge aufweisen. Wie hierin erarbeitet, kann eine Steuerung den Getriebegang variieren (z. B. den Getriebegang hoch- oder runterschalten), um eine Drehmomentmenge, die über das Getriebe und den Drehmomentwandler an die Fahrzeugräder 156 übermittelt wird (d. h. ein Motorwellen-Ausgangsdrehmoment) einzustellen.
  • Bei zunehmender Motorlast und Motordrehzahl (N oder U/MIN) nimmt der Motorluftstrom zu. Ein Einlasskrümmer-Vakuum, das durch den rotierenden Motor erzeugt wird, kann bei geringerer Motorlast und U/MIN erhöht werden. In einigen Beispielen kann das Herunterschalten zum Erhöhen des Motorluftstroms und zum Spülen von Kondensat verwendet werden, das sich im Ladeluftkühler (CAC, für engl. Charge Air Cooler) 80 angesammelt hat.
  • Die Brennräume 30 können Ansaugluft vom Ansaugkrümmer 44 empfangen und Verbrennungsgase über einen Abgaskrümmer 46 an einen Abgaskanal 48 ausstoßen. Der Ansaugkrümmer 44 und der Abgaskrümmer 46 können über jeweilige Einlassventile und Auslassventile (nicht dargestellt) selektiv mit dem Brennraum 30 kommunizieren. In einigen Ausführungsformen kann die Brennkammer 30 eines oder mehr Einlassventile und/oder eines oder mehr Auslassventile enthalten.
  • Kraftstoffeinspritzdüsen 50 sind so dargestellt, dass sie direkt mit dem Brennraum 30 gekoppelt sind, um Kraftstoff im Verhältnis zu dem von der Steuerung 12 empfangenen Pulsbreitensignal FPW direkt darin einzuspritzen. Auf diese Weise stellt die Kraftstoffeinspritzdüse 50 das bereit, was als Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Brennraum 30 bekannt ist; es versteht sich jedoch von selbst, dass auch Saugrohreinspritzung möglich ist. Der Kraftstoff kann der Kraftstoffeinspritzdüse 50 durch ein Kraftstoffsystem (nicht dargestellt) zugeführt werden, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und einen Kraftstoffverteiler aufweist.
  • In einem Prozess, der als Zündung bezeichnet wird, wird der eingespritzte Kraftstoff durch bekannte Zündmittel, wie beispielsweise die Zündkerze 52, gezündet, was zu Verbrennung führt. Die Funkenzündzeiteinstellung kann derart gesteuert werden, dass der Zündfunke vor (Frühzündung) oder nach (Spätzündung) dem vom Hersteller spezifizierten Zeitpunkt auftritt. Zum Beispiel kann die Zündzeiteinstellung von einer Zeiteinstellung eines maximalen Bremsdrehmoments (MBT für engl. maximum break torque) zum Steuern von Motorklopfen verzögert oder unter Bedingungen hoher Feuchtigkeit vorverlegt werden. Insbesondere kann das MBT vorverlegt werden, um die langsame Verbrennungsgeschwindigkeit zu berücksichtigen. In einem Beispiel kann der Zündfunke bei Beschleunigung verzögert werden. In einer anderen Ausführungsform kann die Kompressionszündung zum Zünden des eingespritzten Kraftstoffs verwendet werden.
  • Der Ansaugkrümmer 44 kann Ansaugluft von einem Ansaugkanal 42 empfangen. Der Ansaugkanal 42 und/oder Einlasskrümmer 44 umfasst eine Drosselklappe 21 mit einer Drosselklappenplatte 22 zum Regeln des Luftstroms zum Ansaugkrümmer 44. In diesem konkreten Beispiel kann die Position (TP) der Drosselklappenplatte 22 durch die Steuerung 12 verändert werden, um elektronische Drosselklappensteuerung (ETC für engl. electronic throttle control) zu ermöglichen. Auf diese Weise kann die Drosselklappe 21 so betätigt werden, dass sie die Ansaugluft variiert, die den Brennräumen 30 zugeführt wird. Zum Beispiel kann die Steuerung 12 die Drosselklappenplatte 22 so anpassen, dass eine Öffnung der Drosselklappe 21 vergrößert wird. Das Vergrößern der Öffnung der Drosselklappe 21 kann die Menge Luft, die dem Ansaugkrümmer 44 zugeführt wird, erhöhen. In einem alternativen Beispiel kann die Öffnung der Drosselklappe 21 verkleinert oder vollständig geschlossen werden, um Luftstrom zum Ansaugkrümmer 44 zu sperren. In einigen Ausführungsformen können zusätzliche Drosselklappen im Ansaugkanal 42 vorhanden sein, wie beispielsweise eine Drosselklappe stromaufwärts eines Verdichters 60 (nicht dargestellt).
  • Ferner kann in den offenbarten Ausführungsformen ein System zur Abgasrückführung (AGR für engl. exhaust gas recirculation) einen gewünschten Teil von Abgas vom Abgaskanal 48 über einen AGR-Kanal, wie beispielsweise den Hochdruck-AGR-Kanal 140, zum Ansaugkanal 42 leiten. Die dem Ansaugkanal 42 zugeführte AGR-Menge kann durch die Steuerung 12 über ein AGR-Ventil, wie beispielsweise das Hochdruck-AGR-Ventil 142, variiert werden. Unter einigen Bedingungen kann das AGR-System dazu verwendet werden, die Temperatur des Luft- und Kraftstoffgemisches innerhalb der Brennkammer zu regeln. 1 zeigt ein Hochdruck-AGR-System, wobei das AGR von stromaufwärts einer Turbine eines Turboladers zu stromabwärts eines Verdichters eines Turboladers durch einen AGR-Kanal 140 geleitet wird. 1 stellt außerdem ein Niederdruck-AGR-System dar, bei dem AGR von stromabwärts einer Turbine eines Turboladers über den Niederdruck-AGR-Kanal 157 zu stromaufwärts eines Verdichters eines Turboladers geleitet wird. Ein Niederdruck-AGR-Ventil 155 kann die dem Ansaugkanal 42 zugeführte AGR-Menge steuern. In einigen Ausführungsformen kann der Motor sowohl ein Hochdruck-AGR- als auch ein Niederdruck-AGR-System umfassen, wie in 1 dargestellt. In anderen Ausführungsformen kann der Motor entweder ein Niederdruck-AGR-System oder ein Hochdruck-AGR-System umfassen. Bei Einsatz, kann das AGR-System die Bildung von Kondensat in der verdichteten Luft verursachen, insbesondere wenn die verdichtete Luft durch den Ladeluftkühler gekühlt wird, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben. Zum Beispiel kann der Niederdruck-AGR-Kanal 157 einen Niederdruck-AGR-Kühler 159 aufweisen und der Hochdruck-AGR-Kanal 140 kann einen Hochdruck-AGR-Kühler 143 aufweisen.
  • Der Motor 10 kann ferner eine Verdichtungsvorrichtung, wie beispielsweise einen Turbolader oder einen Verdrängerlader, umfassen, die mindestens einen Verdichter 60 umfasst, der entlang des Ansaugkanals 42 angeordnet ist. Für einen Turbolader kann der Verdichter 60 wenigstens teilweise durch eine Turbine 62 zum Beispiel über eine Welle oder eine andere Kupplungsanordnung angetrieben werden. Die Turbine 62 kann entlang des Abgaskanals 48 angeordnet sein. Diverse Anordnungen können bereitgestellt werden, um den Verdichter anzutreiben. Für einen Verdrängerlader kann der Verdichter 60 wenigstens teilweise durch den Motor und/oder eine Elektromaschine angetrieben werden und braucht keine Turbine zu umfassen. Demnach kann der Grad der Verdichtung, die für einen oder mehrere Zylinder des Motors über einen Turbolader oder einen Verdrängerlader bereitgestellt wird, durch die Steuerung 12 variiert werden.
  • In der in 1 dargestellten Ausführungsform kann der Verdichter 60 zuerst von der Turbine 62 angetrieben werden. Die Turbine 62 kann durch Abgase angetrieben werden, die durch den Abgaskanal 48 strömen. Demnach kann die Antriebsbewegung der Turbine 62 den Verdichter 60 antreiben. Entsprechend kann die Drehzahl des Verdichters 60 auf der Drehzahl der Turbine 62 basieren. Wenn die Drehzahl des Verdichters 60 zunimmt, kann dem Ansaugkrümmer 44 mehr Aufladung durch den Ansaugkanal 42 zugeführt werden.
  • Ferner kann der Abgaskanal 48 ein Wastegate 26 zum Umleiten von Abgas von der Turbine 62 weg umfassen. Außerdem kann der Ansaugkanal 42 ein Verdichter-Bypass-oder Rückführventil (CRV) 27 umfassen, das so konfiguriert ist, dass es Ansaugluft um den Verdichter 60 umleitet. Das Wastegate 26 und/oder das CRV 27 können durch die Steuerung 12 so gesteuert werden, dass sie geöffnet werden, wenn zum Beispiel ein niedrigerer Ladedruck gewünscht wird. Zum Beispiel kann die Steuerung 12 als Reaktion auf Verdichterpumpen oder ein potenzielles Verdichterpumpereignis das CRV 27 öffnen, um den Druck am Auslass des Verdichters 60 zu senken. Dies kann das Verdichterpumpen verringern oder stoppen.
  • Der Ansaugkanal 42 kann ferner einen Ladeluftkühler (CAC) 80 (z. B. einen Zwischenkühler) umfassen, um die Temperatur der turbogeladenen oder aufgeladenen Ansauggase zu senken. In einigen Ausführungsformen kann der CAC 80 ein Luft-Luft-Wärmetauscher sein. In anderen Ausführungsformen kann der CAC 80 ein Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher sein. Der CAC 80 kann außerdem ein CAC mit regelbarem Volumen sein. Heiße Ladeluft (vorverdichtete Luft) tritt vom Verdichter 60 in den Einlass des CACs 80 ein, kühlt während ihres Durchtritts durch den CAC ab und tritt dann aus, um durch die Drosselklappe 21 durch und dann in den Ansaugkrümmer 44 des Motors zu strömen. Umgebungsluftstrom von außerhalb des Fahrzeugs kann durch einen Fahrzeugvorbau in den Motorraum eintreten und über den CAC strömen, um bei der Kühlung der Ladeluft zu helfen. Es kann sich Kondensat im CAC bilden und ansammeln, wenn die Temperatur der Umgebungsluft abnimmt oder feuchte oder regnerische Wetterbedingungen vorherrschen, wobei die Ladeluft auf eine Temperatur unter dem Taupunkt von Wasser abgekühlt wird. Wenn ferner die in den CAC eintretende Ladeluft vorverdichtet ist (z. B. ein Ladedruck und/oder ein CAC-Druck höher als atmosphärischer Druck sind), kann sich Kondensat bilden, wenn die CAC-Temperatur unter die Temperatur des Taupunkts fällt. Wenn die Ladeluft rückgeführte Abgase umfasst, kann das Kondensat säurehaltig werden und das CAC-Gehäuse korrodieren. Wenn sich Kondensat im CAC bildet, kann es ferner bei verstärktem Luftstrom durch den Motor angesaugt werden. Folglich kann es zu instabiler Verbrennung und/oder Maschinenfehlzündung kommen.
  • Aus den somit beschriebenen Gründen kann ein Behälter 190 aufgenommen werden, um das im CAC unter den oben genannten Bedingungen gebildete Kondensat zu sammeln. In einem Beispiel kann der Behälter 190 über den Kanal 194 mit dem CAC 80 verbunden sein. Der Behälter 190 kann in einem Beispiel einen Fluidfüllstandsensor aufweisen, der mit dem Behälter gekoppelt ist (nicht dargestellt). Der Behälter 190 kann ferner eine Pumpe oder mehrere Pumpen (nicht dargestellt) aufweisen, die zum Leiten von gesammeltem Kondensat an mehrere Stellen konfiguriert ist/sind. Zum Beispiel kann gespeichertes Kondensat von dem Behälter 190 zu Stellen geleitet werden, einschließlich einem oder mehreren Einlasskrümmern 44, stromaufwärts des Hochdruck-AGR-Kühlers 143 und stromaufwärts des Niederdruck-AGR-Kühlers 159. Das Leiten von gespeichertem Kondensat kann ferner von Ventilen gesteuert werden, wie z. B. den Ventilen 191, 192, 193, die zum Öffnen und Schließen als Reaktion auf Befehle von der Steuerung 12 konfiguriert sind. Ferner kann die Steuerung 12 das eine oder die mehreren Ventile 191, 192, 193 einstellen, um in variierenden Graden offen zu sein, um den Fluss von gespeichertem Kondensat zu einer oder mehreren Motorstellen präzise zu regulieren. Außerdem können Einspritzdüsen, wie z. B. die Einspritzdüsen 195, 196, 197 zum Einspritzen von gespeichertem Kondensat an die eine oder mehreren oben angegebenen Motorstellen konfiguriert sein, einschließlich Einlasskrümmer 44, stromaufwärts des Niederdruck-AGR-Kühlers und stromaufwärts des Hochdruck-AGR-Kühlers, aber nicht darauf beschränkt. Die Einspritzdüsen 195, 196 und 197 können von der Steuerung 12 gesteuert werden, um z. B. die Dauer der Fluideinspritzung präzise zu steuern. Vorteile der Wassereinspritzung in den Einlasskrümmer schließen die Erhöhung des Wirkungsgrades aufgrund des Kühleffekts und/oder die nahezu homogene Wasserverteilung in der Verbrennungskammer und/oder die Reduzierung der Klopftendenz und/oder die NOx-Reduktion ein. Die Wassereinspritzung in den Einlasskrümmer kann auch die langsame Niederdruck-AGR-Reaktion bei transienten Bedingungen ergänzend unterstützen. Außerdem kann Wasser in gesteuerter Weise in den Einlasskrümmer eingespritzt werden und, wenn der Motor die Wassereinspritzung tolerieren kann, die Einspritzung mit dem Zündzeitpunkt, Ladedruckpegel, AGR-Rate, Ventilsteuerung, usw. koordiniert werden. Die Wassereinspritzung stromaufwärts der Niederdruck-/Hochdruck-AGR-Kühler kann Vorteile wie einen Reinigungseffekt bereitstellen, den Wasser auf AGR-Kühler besitzt. Die Wassereinspritzung kann z. B. Ablagerungen von den AGR-Kühleroberflächen entfernen, wodurch die Leistung des AGR-Kühlers verbessert wird. Außerdem kann Wasser die AGR auch weiter abkühlen, was die Bremswärmeeffizienz durch Reduzieren der Pumparbeit, das Schalten von Lambda erhöhen kann und die NOx-Emissionen weiter verringern kann. Wie bei der Wassereinspritzung in den Einlasskrümmer kann die Wassereinspritzung stromaufwärts der Niederdruck-/Hochdruck-AGR-Kühler auf gesteuerte Weise und, wenn der Motor die Wassereinspritzung tolerieren kann, koordiniert mit dem Zündzeitpunkt, Ladedruckpegel, Ventilsteuerung usw. erfolgen. Da der Behälter 190 CAC-Kondensat sammelt und speichert, kann die Lösung unter gewissen Bedingungen frostanfällig sein. Zum Verhindern des Gefrierens kann der Kondensatbehälter mit einer Heizung ausgestattet sein oder in der Nähe des Auslasskrümmers montiert sein, um ein Gefrieren zu verhindern oder um das Kondensat schnell aufzutauen im Falle, dass das gesammelte Kondensat innerhalb des Behälters 190 gefroren ist.
  • Der Motor 10 kann ferner einen oder mehrere Sauerstoffsensoren umfassen, die im Einlasskanal 42 und/oder Einlasskrümmer 44 positioniert sind. Somit kann bzw. können der eine oder die mehreren Sauerstoffsensoren als Einlasssauerstoffsensoren bezeichnet werden. Bei der dargestellten Ausführungsform ist ein Sauerstoffsensor 162 stromabwärts des CAC 80 und stromaufwärts der Drosselklappe 21 positioniert. In einem anderen Beispiel kann der Sauerstoffsensor 162 stromabwärts des CAC-Auslasses 80 und stromabwärts der Drosselklappe 21 positioniert sein. In noch anderen Ausführungsformen können der Sauerstoffsensor 162 oder ein zweiter Sauerstoffsensor am Einlass des CAC positioniert sein. Ein Sauerstoffsensor kann auch in dem Einlasskanal 42 zwischen einem Auslass des Niederdruck-AGR-Kanals 157 und einen Einlass des Verdichters 60 positioniert sein. Bei dem Einlasssauerstoffsensor 162 kann es sich um einen beliebigen geeigneten Sensor zum Bereitstellen einer Angabe über die Sauerstoffkonzentration in der Ladeluft (z. B. der durch den Einlasskanal 42 strömenden Luft), wie z. B. einen linearen Sauerstoffsensor, Einlass-UEGO(Universal oder Wide-Range Exhaust Gas Oxygen)-Sensor, einen Zweizustands-Sauerstoffsensor usw., handeln. In einem Beispiel kann der Einlasssauerstoffsensor 162 ein Einlasssauerstoffsensor sein, der ein Heizelement als Messelement umfasst.
  • Wie hierin angeführt, kann der Einlasssauerstoffsensor 162 dazu konfiguriert sein, eine Schätzung des Sauerstoffgehalts der Luft und AGR-Ladung, die in dem Einlasskrümmer aufgenommen wird, bereitzustellen. Ein Drucksensor 124 kann neben dem Sauerstoffsensor 162 zum Schätzen eines Einlassdrucks, bei dem eine Ausgabe des Sauerstoffsensors 162 empfangen wird, positioniert sein. Da die Ausgabe des Sauerstoffsensors 162 durch den Einlassdruck beeinflusst wird, kann bei einem Bezugseinlassdruck eine Bezugssauerstoffsensorausgabe gelernt werden. In einem Beispiel handelt es sich bei dem Bezugseinlassdruck um einen Drosselklappeneinlassdruck (TIP – Throttle Inlet Pressure), wobei der Drucksensor 124 ein TIP-Sensor ist. In anderen Beispielen handelt es sich bei dem Bezugseinlassdruck um einen durch den MAP-Sensor 122 erfassten Krümmerdruck (MAP). Außerdem kann der Einlasskanal 42 einen Feuchtigkeitssensor 164 umfassen, der zum Schätzen einer relativen Feuchtigkeit der Einlassluft konfiguriert ist. Bei einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Feuchtigkeitssensor 164 um einen UEGO-Sensor, der dazu konfiguriert ist, die relative Feuchtigkeit der Einlassluft basierend auf der Ausgabe des Sensors bei einer oder mehreren Spannungen zu schätzen. In einigen Beispielen kann die Ausgabe des Sauerstoffsensors 162 basierend auf der Ausgabe des Feuchtigkeitssensors 164 korrigiert werden.
  • Der Einlasssauerstoffsensor 162 kann zum Schätzen der Einlasssauerstoffkonzentration, Luftladungsverdünnung insgesamt und Ableiten einer AGR-Flussmenge durch den Motor basierend auf einer Änderung der Einlasssauerstoffkonzentration bei strömender AGR (z. B. bei Öffnen des AGR-Ventils 142 oder 155) verwendet werden. Insbesondere wird eine Änderung der Ausgabe des Sauerstoffsensors 162 bei Öffnen des AGR-Ventils 142 oder 155 mit einem Bezugspunkt, bei dem der Sensor ohne AGR arbeitet (der Nullpunkt), verglichen. Basierend auf der Änderung (zum Beispiel der Verringerung) der Sauerstoffmenge von dem Zeitpunkt des Betriebs ohne AGR kann ein derzeit dem Motor zugeführter AGR-Strom berechnet werden. Zum Beispiel wird bei Anlegen einer Bezugsspannung (Vs) an den Sensor ein Pumpstrom (Ip) durch den Sensor ausgegeben. Die Änderung der Sauerstoffkonzentration kann proportional zu der Änderung des durch den Sensor bei Vorhandensein von AGR bezüglich der Sensorausgabe bei Fehlen von AGR (Nullpunkt) ausgegebenen Pumpstroms (delta Ip-Ausgabe) sein. Basierend auf einer Abweichung des geschätzten AGR-Stroms von dem erwarteten (oder Soll-)AGR-Strom kann eine weitere AGR-Steuerung durchgeführt werden.
  • Zum Beispiel kann, wenn AGR fließt, die Änderung der Sauerstoffkonzentration am Sauerstoffsensor 162 zum Ableiten der AGR-Menge oder Durchflussrate verwendet werden, die dann für AGR-Flusseinstellungen (über das AGR-Ventil 142 und/oder 155), Zündzeitpunkteinstellungen, Einlass- und Auslass-Ventilsteuerungseinstellungen, Kompressionsmengeneinstellungen, Drosselklappen-Positionseinstellungen und/oder Wassereinspritzeinstellungen (über Einstellen des einen oder der mehreren Ventile 191, 192, 193 und der einen oder mehreren Einspritzdüsen 195, 196, 197 zum Regulieren des Flusses von gespeichertem Kondensat zu der einen oder den mehreren Motorstellen) verwendet werden können. Zum Beispiel kann die Steuerung 12 den Prozentsatz der Verdünnung basierend auf der Rückmeldung aus dem Sauerstoffsensor 162 schätzen. In einigen Beispielen kann die Steuerung 12 dann das AGR-Ventil 142 und/oder das AGR-Ventil 155 und/oder die Drosselklappe 21 und/oder das CRV 27 und/oder den Zündzeitpunkt und/oder die Einlass- oder Auslassventilsteuerung und/oder die Kompressionsmenge und/oder die Wassereinspritzstelle 195, 196, 197 und/oder die Ladedruckregelklappe 26 zum Erreichen eines gewünschten AGR-Verdünnungsprozentsatzes der Einlassluft einstellen. In einem anderen Beispiel kann die Steuerung eine Gesamtluftladeverdünnung (egal ob AGR fließt oder nicht) bestimmen, welche den gesamten Verdünnungsprozentsatz der Luftladung aufgrund der Verdünnungsmittel in dem Luftstrom darstellt (einschließlich AGR und Wasserdampf). In einigen Beispielen kann die Steuerung 12 die gesamte Luftladeverdünnung als AGR annehmen. In anderen Beispielen kann, z. B. wenn Wasser stromaufwärts der Niederdruck-/Hochdruck-AGR-Kühler oder direkt in den Einlasskrümmer gespritzt wird, wie oben beschrieben, die Gesamtluftladeverdünnung die Summe der Verdünnungsmittel in dem Luftstrom darstellen, einschließlich AGR und Wasserdampf. Die Steuerung kann dann das AGR-Ventil 142 und/oder das AGR-Ventil 155 und/oder den Zündzeitpunkt und/oder die Einlass- oder Auslassventilsteuerung und/oder die Kompressionsmenge und/oder die Drosselklappe 21 und/oder das CRV 27 und/oder die Ladedruckregelklappe 26 zum Erreichen eines gewünschten Gesamtluftladungs-Verdünnungsprozentsatzes der Einlassluft einstellen.
  • Während der Bedingungen, bei denen Wasser von dem CAC in den Ladeluftstrom freigesetzt wird, kann Wasser in Form von Tröpfchen mit dem Sauerstoffsensor 162 in Kontakt treten. Wenn Wasser auf den Sensor trifft, kann das erhitzte Element des Sauerstoffsensors 162 das Wasser verdampfen und dies als einen lokalen Dampf oder Verdünnungsmittel im Ladeluftstrom messen. Wie weiter unten besprochen, kann dies dazu führen, dass der Einlasssauerstoff, der am Sauerstoffsensor 162 gemessen wird, absinkt. Als Ergebnis kann, wenn AGR fließt, der AGR-Fluss basierend auf dem am Sauerstoffsensor 162 gemessenen Einlasssauerstoff überschätzt werden. Wenn keine AGR fließt, kann der Luftladeverdünnungspegel insgesamt überschätzt werden. Die überschätzte AGR und/oder die Gesamtluftladungsverdünnung kann zu unpräzisen Drosselklappeneinstellungen führen, die den Luftstrom zum Motor zu einem höheren Niveau als dem für die Drehmomentanforderung erforderlichen erhöhen kann. Um zu verhindern, dass Wasser in den Ladeluftstrom freigesetzt wird, kann Kondensat vom CAC in einem Behälter gesammelt und gespeichert werden, wie z. B. in dem Behälter 190. Wie oben beschrieben, kann somit gespeichertes Kondensat zu mehreren Motorstellen geleitet werden, z. B. dem Einlasskrümmer 44, stromaufwärts des Hochdruck-AGR-Kühlers 143 und stromaufwärts de Niederdruck-AGR-Kühlers 159, um bei Bedingungen eingespritzt zu werden, bei denen die Wassereinspritzung vorteilhaft sein kann und die eingespritzte Wassermenge präzise gesteuert werden kann.
  • Die Steuerung 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer dargestellt, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Ein-/Ausgabeanschlüsse 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierwerte, das in diesem konkreten Beispiel als ein Festwertspeicherchip 106 dargestellt ist, einen Direktzugriffsspeicher 108, einen Erhaltungsspeicher 110 und einen Datenbus umfasst. Die Steuerung 12 kann verschiedene Signale von mit dem Motor 10 gekoppelten Sensoren empfangen, um verschiedene Funktionen zum Betreiben des Motors 10 auszuführen. Neben den zuvor erörterten Signalen können diese Signale die Messung von induziertem Luftmassenstrom von einem MAF-Sensor 120 (MAF für engl. mass air flow); eine Motor-Kühlmitteltemperatur (ECT für engl. engine coolant temperature) von einem Temperatursensor 112, der an einer Stelle innerhalb des Motors 10 schematisch dargestellt ist; ein Profil-Zündungsimpulsgebersignal (PIP für engl. profile ignition pick-up) von einem Hall-Effekt-Sensor 118 (oder einem anderen Typ), der mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt ist; die Drosselklappenposition (TP für engl. throttle position) von einem Drosselklappenpositionssensor, wie erörtert, und ein Absolutkrümmerdrucksignal, MAP (für engl. manifold pressure), von einem Drucksensor 122, wie erörtert, umfassen. Ein Motordrehzahlsignal, RPM, kann durch die Steuerung 12 aus dem Signal PIP erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von einem Krümmerdrucksensor kann verwendet werden, um eine Angabe von Unterdruck oder Druck im Ansaugkrümmer 44 bereitzustellen. Es ist zu erwähnen, dass diverse Kombinationen der obigen Sensoren verwendet werden können, wie beispielsweise ein MAF-Sensor ohne einen MAP-Sensor oder umgekehrt. Während des stöchiometrischen Betriebs kann der MAP-Sensor eine Angabe eines Motordrehmoments geben. Ferner kann dieser Sensor zusammen mit der erfassten Maschinendrehzahl eine Schätzung der Ladung (inklusive der der Luft), die in den Zylinder angesaugt wird, bereitstellen. In einem Beispiel kann der Hall-Effekt-Sensor 118, welcher auch als ein Motordrehzahlsensor verwendet wird, bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle 40 eine vorbestimmte Anzahl von gleich beabstandeten Impulsen erzeugen.
  • Andere Sensoren, die Signale an die Steuerung 12 senden können, umfassen den Drucksensor 124 an einem Auslass eines Ladeluftkühlers 80, den Sauerstoffsensor 162, den Feuchtigkeitssensor 164 und einen Ladedrucksensor 126. In einem Beispiel kann der Drucksensor 124 auch ein Temperatursensor sein. Andere, nicht dargestellte Sensoren können ebenfalls vorhanden sein, wie beispielsweise ein Sensor zum Bestimmen der Ansaugluftgeschwindigkeit am Einlass des Ladeluftkühlers und andere Sensoren. In einigen Beispielen kann der Speichermedium-Festwertspeicherchip 106 mit computerlesbaren Daten programmiert sein, die durch eine Mikroprozessoreinheit 102 ausführbare Anweisungen zum Durchführen der hierin im Folgenden beschriebenen Verfahren sowie anderer, vorweggenommener, aber nicht spezifisch aufgeführter Varianten darstellen.
  • Das System aus 1 stellt ein Motorsystem bereit, das einen Einlasskrümmer, einen Ladeluftkühler, der in einem Einlasskanal stromaufwärts des Einlasskrümmers positioniert ist, eine Einlassdrosselklappe, die mit dem Einlasskrümmer stromabwärts des Ladeluftkühlers gekoppelt ist, ein Abgasrückleitungssystem (AGR-System), das mehrere Kanäle zum Rückführen von Abgasresten aus einem Abgaskanal zu einem Einlasskanal über AGR-Ventile aufweist, Sauerstoffsensor(en), die mit dem Einlasskanal gekoppelt sind, stromabwärts des Ladeluftkühlers und stromaufwärts der Einlassdrosselklappe und/oder stromabwärts der Drosselklappe im Einlasskrümmer, und einen Verdichter, der entlang des Einlasskanals angeordnet ist und der mindestens zum Teil von einer Turbine angetrieben werden kann, aufweist. Das Motorsystem weist ferner einen Behälter auf, der mit dem CAC verbunden und zum Sammeln und Speichern von Kondensat aus dem CAC konfiguriert ist, das zu mehreren Motorstellen geleitet werden kann, z. B. dem Einlasskrümmer, stromaufwärts des Niederdruck-AGR-Kühlers und stromaufwärts des Hochdruck-AGR-Kühlers. Das Motorsystem weist ferner eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen zum Einspritzen gespeicherten Kondensats an mehrere Motorstellen bei variierenden Motorbetriebsbedingungen und zum Leiten der Abgase von dem Motor in einen Lufteinlass über eine oder mehrere der Stellen bei variierenden Motorbetriebsbedingungen auf. In einem Beispiel kann ein gewünschter Prozentsatz der Verdünnung zur Verbrennung basierend auf den Betriebsbedingungen zum Halten von NOx in den Verbrennungsgasen unterhalb gewünschter Mengen und zum Vermeiden eines Motorklopfens im Motor bestimmt werden. Basierend auf der Stelle, die zum Leiten des Kondensats und der Stelle, die zum Leiten der Abgase gewählt wurde, kann eine bestimmte Menge des Kondensats eingespritzt werden und die Rückführung von Abgasen eingestellt werden, um die gewünschte Verdünnung zu erhalten. Das Erhalten der gewünschten Verdünnung kann ferner zusätzliche Einstellungen erfordern, wie z. B. das Einstellen des Zündzeitpunkts, Einstellen der Ventilsteuerung, Einstellen der Kompressionsgeschwindigkeiten usw. Außerdem können bei Erhalten der gewünschten Verdünnung die Menge von eingespritztem Kondensat, Menge der Rückführung von Abgasen, Zündzeitpunkt, Ventilsteuerung, Kompressionsgeschwindigkeiten usw. neu eingestellt werden, weil die Verfügbarkeit des Kondensats variiert. In einem Beispiel kann als Reaktion auf die geringen Kondensatfüllstände eine gewünschte Verdünnung durch Einstellen des Zündzeitpunkts, Einstellen der Ventilsteuerung und/oder Einstellen der Kompressionsgeschwindigkeiten erhalten werden, um die Verdünnungsanforderungen erfüllen, um Zündklopfen oder unerwünschte Motortemperaturen zu vermeiden.
  • Wie zuvor besprochen, kann der Einlassluftsauerstoffsensor 162 dazu verwendet werden, die Menge der AGR in der Einlassluftladung (oder Gesamtluftladeverdünnung) in Abhängigkeit des Ausmaßes der Sauerstoffgehaltänderung aufgrund des Hinzufügens von AGR und/oder Wasserdampf als ein Verdünnungsmittel zu messen. Während des Betriebs kann Pumpstrom des Einlasssauerstoffsensors 162 eine Menge an Sauerstoff in dem Gasstrom anzeigen. Somit kann der Sensor mit zunehmender Einleitung von Verdünnungsmittel einen Messwert oder Pumpstrom ausgeben, der einer geringeren Sauerstoffkonzentration entspricht. Während der Schätzung wird eine Nennbezugsspannung (zum Beispiel 450 mV) oder Nernstspannung an den Sensor angelegt, und eine Ausgabe (zum Beispiel ein durch den Sensor bei Anlegen der geringeren Bezugspannung ausgegebener Pumpstrom) wird aufgezeichnet. Basierend auf der Ausgabe des Sensors bezüglich eines Nullpunkts des Sensors (das heißt, Sensorausgabe unter Bedingungen ohne Verdünnungsmittel, egal ob AGR oder Wasser) wird eine Änderung der Sauerstoffkonzentration gelernt, und es wird eine Einlassverdünnung abgeleitet. Auf diese Weise kann die Ausgabe des Sauerstoffsensors 162 zum Anzeigen einer prozentualen Einlassverdünnung als Reaktion auf Änderungen im AGR-Fluss und/oder als Reaktion auf die Kondensateinspritzung an mehreren Motorstellen verwendet werden. Zum Beispiel kann als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen das Einspritzen von Kondensat, das vom CAC gesammelt wurde, in den Einlasskrümmer von Vorteil sein. Entsprechend kann eine Einstellung des Gesamt-AGR-Flusses angezeigt werden, sodass eine gewünschte prozentuale Verdünnung erhalten wird. Die Ausgabe des Sauerstoffsensors 162 kann somit genutzt werden, um die Einlasskrümmer-Kondensateinspritzung einhergehend mit einer Abnahme des AGR-Stroms zu koordinieren, sodass der gewünschte Prozentsatz erhalten und für die Dauer beibehalten werden kann, während der die spezifizierte Verdünnung optimal ist. In anderen Beispielen können die Motorbetriebsparameter die Verdünnungsanforderungen anzeigen, wie z. B., dass Kondensat in eine oder mehrere Motorstellen eingespritzt werden kann, und entsprechend Einstellungen des AGR-Flusses, Zündzeitpunkts, der Einlass- und Auslassventilsteuerung, Kompressionsgeschwindigkeiten usw. derart vorgenommen werden können, dass die gewünschten Verdünnungsprozentsätze erhalten werden. Auf diese Weise kann die Kondensateinspritzung an mehreren Motorstellen vorteilhaft genutzt werden, um die Motorverdünnungsanforderungen zu erfüllen und die Motoreffizienz zu erhöhen, wodurch Probleme im Zusammenhang mit CAC-Kondensation, wie z. B. Frost, reduzierte CAC-Effektivität und Motorfehlzündung und/oder instabile Verbrennung aufgrund der Wasseraufnahme in den Einlasskrümmer beseitigt werden.
  • Ein Flussdiagramm für ein beispielhaftes Verfahren 200 auf hohem Niveau zum Bestimmen des Wegs zum Einspritzen des in einem CAC gesammelten Kondensats ist in 2 dargestellt. Spezifischer umfasst das Verfahren 200 das Bestimmen, ob eine Motorverdünnung erforderlich ist und, wenn dem so ist, das Ermöglichen der Einspritzung von Kondensat, das in einem CAC gesammelt wird, in den Einlasskrümmer und/oder stromaufwärts des Niederdruck-AGR-Kühlers und/oder stromaufwärts des Hochdruck-AGR-Kühlers. Alternativ umfasst das Verfahren 200, wenn keine Verdünnung erforderlich ist, das Bestimmen, ob das Reinigen des Niederdruck-AGR-Kühlers und/oder des Hochdruck-AGR-Kühler erforderlich ist. Das Verfahren 200 wird in Bezug auf die hierin beschriebenen Systeme aus 1 beschrieben, es versteht sich jedoch, dass ähnliche Verfahren mit anderen Systemen verwendet werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Das Verfahren 200 kann durch die Steuerung ausgeführt werden, wie z. B. die Steuerung 12 aus 1, und kann als ausführbare Anweisungen in dem nicht-flüchtigen Speicher in der Steuerung gespeichert werden. Anweisungen zur Durchführung des Verfahrens 200 und der restlichen der hier enthaltenen Verfahren können durch eine Steuervorrichtung basierend auf in einem Speicher der Steuervorrichtung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit Signalen, die von Sensoren des Maschinensystems, wie etwa den oben mit Bezug auf 1 beschriebenen Sensoren, empfangen werden, ausgeführt werden. Die Steuerung kann Motoraktuatoren des Motorsystems gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren zum Einstellen des Maschinenbetriebs einsetzen.
  • Das Verfahren 200 startet bei 205 und umfasst das Beurteilen von Ist-Betriebsbedingungen. Die Betriebsbedingungen können geschätzt, gemessen und/oder abgeleitet werden und können eine oder mehrere Fahrzeugbedingungen umfassen, wie z. B. Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrzeugstandort usw., verschiedene Motorbedingungen, wie Motorstatus, Motorlast, Motordrehzahl, Luft-Kraftstoff-Verhältnis, Zündzeitpunkt, Ladedruck usw., verschiedene Kraftstoffsystembedingungen wie z. B. Kraftstofffüllstand, Kraftstofftyp, Kraftstofftemperatur usw., verschiedene Dampfemissions-Systembedingungen, wie z. B. Kraftstoffdampf-Tanklast, Kraftstofftankdruck usw., sowie verschiedene Umgebungsbedingungen, wie z. B. Umgebungstemperatur, Feuchtigkeit, Luftdruck usw. Bei 210 enthält das Verfahren 200 das Bestimmen, ob eine Motorverdünnung erforderlich ist. Eine Verdünnungsanforderung kann basierend auf den Ist-Motorbetriebsparametern angezeigt sein (z. B. Motordrehzahl und -last). Die Motorverdünnungsanforderungen können basierend auf verschiedensten Faktoren bestimmt werden, einschließlich NOx-Bildung, Motortemperatur, Luft-Kraftstoff-Verhältnis, Vorzündungsereignisse und Vorkommen von Motorklopfen, aber nicht darauf beschränkt. In einigen Beispielen können die Motorverdünnungsanforderungen auch durch eine optimale Kraftstoffökonomie für den Motor bestimmt werden. Wenn bei 210 bestimmt wird, dass eine Verdünnung nicht erforderlich ist, geht das Verfahren 200 zu 212, wo die Steuerung die Ist-Motorbetriebsparameter beibehält. Das Beibehalten der Ist-Motorbetriebsparameter bei 212 kann das Beibehalten der CAC-Leitungsventile, wie z. B. der Ventile 191, 192, 193 und der Einspritzdüsen, wie z. B. der Einspritzdüsen 195, 196, 197 in ihrem Ist-Zustand einschließen. Als anderes Beispiel kann bei 212 das Verfahren 200 weiter das Beibehalten des Hochdruck-AGR-Ventils, wie z. B. Ventil 142, und des Niederdruck-AGR-Ventils, wie z. B. Ventil 155, in ihrem Ist-Zustand einschließen. Dann kann das Verfahren enden.
  • Wenn bei 210 bestimmt wird, dass die Motorverdünnung erforderlich ist, geht das Verfahren 200 zu 220, wo bestimmt wird, ob die in dem CAC gesammelte Kondensation verfügbar ist. Ob Kondensat verfügbar ist, kann auf einem Schwellenwert basieren, oberhalb dessen eine messbare Menge von Kondensat in dem CAC-Behälter vorhanden ist und unterhalb dessen eine messbare Menge von Kondensat nicht vorhanden ist. Das Vorhandensein von Kondensat, das in dem CAC gesammelt wird, kann von einem Fluidfüllstandsensor angegeben werden, der in einem Beispiel mit dem Behälter gekoppelt ist. In einem anderen Beispiel kann das Vorhandensein von Kondensat durch Überwachen eines gegenwärtigen gezogenen Stroms der Pumpe angezeigt werden, die zum Leiten von CAC-Kondensat zu mehreren Motorstellen benutzt wird, d. h., wenn der Wasserfüllstand leer ist, nimmt die Pumpenarbeit ab und schließlich zieht die Pumpe weniger Strom. Wenn bei 220 bestimmt wird, dass keine CAC-Kondensation verfügbar ist, geht das Verfahren 200 zu 240, wo ein gewünschter Verdünnungsprozentsatz bestimmt wird. Ein gewünschter Verdünnungsprozentsatz kann basierend auf den Ist-Motorbetriebsparametern (z. B. Motordrehzahl und -last), NOx-Bildung, Motortemperatur, Luft-Kraftstoff-Verhältnis, Vorzündungsereignisse und Vorkommen von Motorklopfen angezeigt werden. In einem Beispiel kann eine höhere prozentuale Verdünnung gewünscht werden, weil eine Motorlast zunimmt, um die Wahrscheinlichkeit eines Motorklopfens zu reduzieren sowie die Motor-NOx-Emissionen zu verbessern, die Gegenstand einer Verbrennungsstabilitätsgrenze sind. In einigen Beispielen können die Motorverdünnungsanforderungen auch durch eine optimale Kraftstoffökonomie für den Motor bestimmt werden. Nach dem Bestimmen der gewünschten Verdünnung bei 240 geht das Verfahren 200 zu 245, wo angemessene Änderungen am Steuersystem zum Erfüllen der Verdünnungsanforderungen umgesetzt werden. Zum Beispiel kann ein gewünschter Verdünnungsprozentsatz der Einlassluft durch Einstellen eines oder mehrerer von AGR-Ventilen, wie z. B. 142 und/oder 155 aus 1, Einstellen des Zündzeitpunkts, Einstellen der Einlass- oder Auslassventilsteuerung, Einstellen der Kompressionsmenge usw. erfüllt werden. Dann kann das Verfahren 200 enden.
  • Zurück bei 220 kann, wenn bestimmt wird, dass die CAC-Kondensation verfügbar ist, das Verfahren 200 zu 225 gehen, wo bestimmt wird, ob die Reinigung von einem oder mehreren von Niederdruck-AGR-Kühler und/oder Hochdruck-AGR-Kühler erforderlich ist. Die AGR-Kühler-Reinigungsanforderung kann durch eine Messung oder ein Modell bestimmt werden. Als Beispiel kann die Messung Bestimmen, dass eine Partikellast im AGR-Kühler größer als eine Schwellenpartikellast ist, umfassen. Die Partikellast kann durch Messen einer Änderung des AGR-Drucks stromaufwärts und stromabwärts des AGR-Kühlers bestimmt werden. Eine Partikellast über der Schwellenpartikellast kann eine Strömungsblockade erzeugen, die eine Zunahme der Druckänderung über den AGR-Kühler verursacht. Wenn eine Druckänderung über den AGR-Kühler größer als ein Schwellen-AGR-Kühlerdruck ist, dann kann der AGR-Kühler deshalb verschmutzt sein. Als anderes Beispiel kann Partikellast durch Messen einer Temperatur der AGR stromabwärts und stromaufwärts des AGR-Kühlers bestimmt werden. Partikellast über der Schwellenpartikellast im AGR-Kühler kann Wärmeübertragungseigenschaften zwischen der AGR und dem AGR-Kühler reduzieren. Die Partikel können ein Ausmaß von Oberflächenkontakt zwischen dem AGR-Kühler und der AGR reduzieren. Infolgedessen kann die Temperatur der AGR stromabwärts des AGR-Kühlers höher sein als eine gekühlte AGR-Schwellentemperatur.
  • Das Modell zur Bestimmung der AGR-Reinigungsanforderung kann eine geplante regelmäßige Wartung umfassen, wie zum Beispiel nach einer vorbestimmten Anzahl von gefahrenen Meilen (zum Beispiel 5000) oder Betriebsstunden (zum Beispiel 100). Wenn eine Steuerung (z. B. Steuerung 12) eine AGR-Kühlerreinigungsanforderung bestimmt, dann schließt das Verfahren 200 das Reinigen eines oder mehrere von LP-AGR-Kühler und/oder HP-AGR-Kühler ein, wie von dem in 5 ausführlich angegebenen Verfahren beschrieben. Wenn keine Reinigungsanforderung des AGR-Kühlers erkannt wird, geht das Verfahren 200 zu 230.
  • Bei 230 schließt das Verfahren 200 das Bestimmen der optimalen Stelle für die Kondensationseinspritzung basierend auf den Motorbetriebsbedingungen ein, einschließlich Motordrehzahl und -last, wie ausführlich in 3 beschrieben. Die optimale Stelle kann eines oder mehrere von Einlasskrümmer, stromaufwärts des Niederdruck-AGR-Kühlers und/oder stromaufwärts des Hochdruck-AGR-Kühlers einschließen, je nach der Beziehung zwischen Motordrehzahl und -last. Nach dem Bestimmen der optimalen Einspritzstelle(n) geht das Verfahren 200 zu 235, wo die Wassereinspritzung an den gewünschten Einspritzstellen durch Verstärken des Wasserdrucks in der Pumpe ermöglicht wird, die zum Richten von Wasser auf spezifische Stellen konfiguriert ist. Das Verfahren 200 kann dann zur Einspritzung an den bestimmten Stellen gehen, gemäß dem in 4 ausführlich beschriebenen Verfahren.
  • Mit Bezug auf 3 ist eine Karte 300 zum Bestimmen der optimalen Stelle oder Stellen für die Wassereinspritzung dargestellt. Spezifisch identifiziert die Karte 300 basierend auf Drehzahl-Last-Fenstern Bereiche (die hierin als Bereiche 302, 304, 306, 308, 310 spezifiziert sind), in denen die Direkteinspritzung von Wasser, das vom CAC-Kondensat gesammelt wird, zum Erfüllen der Motorverdünnungsanforderungen wie in Bezug auf das in 2 beschriebene Verfahren wirken kann. Bei unterschiedlichen Motorbetriebsbedingungen kann es vorteilhaft sein, Wasser in eines oder mehrere von Einlasskrümmer, stromaufwärts eines Niederdruck-AGR-Kühlers oder stromaufwärts eines Hochdruck-AGR-Kühlers einzuspritzen.
  • Zum Beispiel kann ein Fahrzeug, das in einem Bereich bei hoher Last und niedriger Drehzahl betrieben wird, wie z. B. in dem Bereich 302, anfällig für die Vorzündverbrennungsereignisse und Klopfen sein. In diesem Bereich reicht der Hochdruck-AGR-Fluss nicht aus, und Niederdruck-AGR besitzt eine langsame transiente Antwort. Daher kann die Wassereinspritzung in den Einlasskrümmer den LP-AGR ergänzen, wodurch die Verdünnungsanforderungen zum Angehen von Vorzündungsereignissen und Motorklopfen erfüllt werden. Außerdem kann es in diesem Bereich vorteilhaft sein, die Einlasskrümmereinspritzung mit der Einspritzung stromaufwärts des Niederdruck-AGR-Kühlers zum weiteren Kühlen des AGR-Flusses zu kombinieren und den Niederdruck-AGR-Kühler zu reinigen. In einem anderen Beispiel kann ein Fahrzeug, das in einem Bereich betrieben wird, der durch hohe Last und hohe Drehzahlen gekennzeichnet ist, wie z. B. im Bereich 304, erhöhte Abgastemperaturen aufweisen und einen Zunahme in den Teilchenemissionen. In diesem Bereich ist der Hochdruck-AGR-Fluss auch begrenzt, und Niederdruck-AGR besitzt eine ähnliche langsame transiente Reaktion. Daher kann in diesem Bereich erneut eine Wassereinspritzung in den Einlasskrümmer auch zum Ergänzen von Hochdruck- und Niederdruck-AGR verwendet werden, wodurch die Verdünnungsanforderungen zum Reduzieren der Abgastemperatur und Eindämmen der Teilchenemissionen erfüllt werden. Zusätzlich kann es in diesem Bereich vorteilhaft sein, die Einlasskrümmereinspritzung mit der Einspritzung stromaufwärts des Hochdruck- und Niederdruck-AGR-Kühlers zum weiteren Kühlen des AGR-Flusses zu kombinieren, die NOx-Bildung zu reduzieren und die Hochdruck- und Niederdruck-AGR-Kühler zu reinigen. Ein noch anderes Beispiel schließt Bedingungen ein, bei denen ein Fahrzeug in Bereichen betrieben werden, die durch sehr hohe Last und hohe Drehzahlen gekennzeichnet sind, wie einem Bereich 308, in dem Niederdruck-AGR flussbegrenzt ist und somit die Hochdruck-AGR plus Wassereinspritzung in den Einlasskrümmer von Vorteil sein können, und durch hohe Last und geringe Drehzahlen, wie dem Bereich 306, in dem Hochdruck-AGR oder Niederdruck-AGR aufgrund der Ladedruckeinschränkungen flussbegrenzt sind, weshalb die Verdünnung hauptsächlich durch Wassereinspritzung in den Einlasskrümmer erreicht werden kann. In jedem dieser Szenarien ist der AGR-Fluss zum Angehen der Verdünnungsanforderungen begrenzt, weshalb die Wassereinspritzung in den Einlasskrümmer vorteilhaft sein kann. Ferner können Hochlast- und Hochdrehzahlbereiche wie Bereich 308 durch höhere Abgastemperatur und erhöhte Partikelmaterie über die für Bereich 304 beobachteten hinaus gekennzeichnet sein, was die Anforderung nach einer größeren Menge der Wassereinspritzung zum Reduzieren der AGR-Kühlerverschmutzung in diesem Bereich anzeigt.
  • In einem anderen Beispiel kann für ein Fahrzeug, das bei mittlerer Last, mittleren Drehzahlbedingungen, wie z. B. dem Bereich, der durch Bereich 310 gekennzeichnet ist, betrieben wird, die Wassereinspritzung stromaufwärts eines oder mehrerer von Niederdruck-AGR-Kühler und/oder aufwärts des Hochdruck-AGR-Kühlers vorteilhaft sein, um die AGR und Verbrennungskammern weiter abzukühlen, wodurch die Bremswärmeeffizienz durch Schalten von Lambda erhöht und die NOx-Emissionen weiter verringert werden.
  • Mit Bezug auf 4 ist ein Verfahren zum Einspritzen von Kondensat, das von einem CAC gesammelt wird, an Motorstellen, die eines oder mehrere von Einlasskrümmer, stromaufwärts des Niederdruck-AGR-Kühlers und/oder stromaufwärts des Hochdruck-AGR-Kühlers einschließen, wie durch das Verfahren aus 2 bestimmt und in Bezug auf die Motorbetriebsbedingungen, die gemäß 3 bewertet werden, dargestellt. Anweisungen zur Durchführung des Verfahrens 400 und der restlichen der hier enthaltenen Verfahren können durch eine Steuervorrichtung basierend auf in einem Speicher der Steuervorrichtung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit Signalen, die von Sensoren des Maschinensystems, wie etwa den oben mit Bezug auf 1 beschriebenen Sensoren, empfangen werden, ausgeführt werden. Die Steuerung kann Motoraktuatoren des Motorsystems gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren zum Einstellen des Maschinenbetriebs einsetzen. Es versteht sich, dass das Verfahren 200 auf andere Systeme mit einer anderen Konfiguration angewandt werden kann, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
  • Bei 405 umfasst das Verfahren 400 das Bestimmen einer gewünschten Prozentsatzverdünnung. Ein Verdünnungsprozentsatz kann basierend auf den Ist-Motorbetriebsparametern (z. B. Motordrehzahl und -last), NOx-Bildung, Motortemperatur, Luft-Kraftstoff-Verhältnis, Vorzündungsereignisse und Vorkommen von Motorklopfen angezeigt werden. In einem Beispiel kann eine höhere prozentuale Verdünnung gewünscht werden, weil eine Motorlast zunimmt, um die Wahrscheinlichkeit eines Motorklopfens zu reduzieren sowie die Motor-NOx-Emissionen zu verbessern, die Gegenstand einer Verbrennungsstabilitätsgrenze sind. In einigen Beispielen können die Motorverdünnungsanforderungen auch durch eine optimale Kraftstoffökonomie für den Motor bestimmt werden.
  • Bei 407 umfasst das Verfahren 400 das Bestimmen eines optimalen Verhältnis zwischen der prozentualen Kondensateinspritzung an einer oder mehreren Motorstellen, die wie in Bezug auf das Verfahren aus 2 beschrieben, angegeben wird, und einem prozentualen AGR, das auf der gewünschten prozentualen Verdünnung basiert, wie bei 405 angegeben. Zum Beispiel kann ein Motor, der in einem Bereich betrieben wird, der durch hohe Last und niedrige Drehzahl gekennzeichnet ist, wie z. B. der Bereich 302 aus 3, anfällig für die Vorzündverbrennungsereignisse und Motorklopfen sein. Daher kann die Kondensateinspritzung direkt in den Einlasskrümmer aufgrund des bedeutenden Kühlungseffekts vorteilhaft sein, der daraus resultiert, dass Wasser den Zustand von flüssig zu Dampf wechselt. Daher kann in diesem Beispiel der Prozentsatz der Kondensateinspritzung erhöht werden und der Prozentsatz von AGR verringert werden, um einen gewünschten Verdünnungsprozentsatz zu erfüllen. In einem anderen Beispiel kann es für einen Motor, der in einem Bereich betrieben wird, der durch die mittlere Last und mittlere Drehzahl gekennzeichnet ist, wie Bereich 310 aus 3, vorteilhaft sein, den Prozentsatz von AGR zu erhöhen und entsprechend den Prozentsatz der Kondensateinspritzung an eine vorbestimmte Stelle zu reduzieren, sodass eine gewünschte Verdünnung erfüllt werden kann und gleichzeitig der Pumpverlust reduziert wird. In noch anderen Beispielen, die von den Motorbetriebsbereichen wie z. B. 304, 306, 308 angegeben werden, kann die optimale prozentuale Kondensateinspritzung gegenüber dem prozentualen AGR variieren. Daher kann bei 407 eine optimale prozentuale Kondensateinspritzung gegenüber einem prozentualen AGR angegeben werden, z. B. mithilfe von Nachschlagetabellen, die in der Motorsteuereinheit vorliegen, wie in der Steuerung 12, die in Bezug auf 1 beschrieben wird. Spezifischer können die Nachschlagetabellen ein optimal prozentuales Kondensat gegenüber einem prozentualen AGR für eine gegebene Motorbetriebsbedingung anzeigen, die auf einer gewünschten Verdünnung basiert. Des Weiteren können die Nachschlagetabellen zusätzliche Steuerwerte zum optimalen Erreichen der Verdünnungsanforderungen einschließen, wie Zündzeitpunkteinstellungen, Einlass- oder Auslassventilsteuerungseinstellungen und/oder Kompressionsmengeneinstellungen. Basierend auf der angegebenen prozentualen Kondensateinspritzung an einer oder mehreren Motorstellen in Bezug auf eines oder mehrere von AGR-Fluss, Zündzeitpunkt, Einlass- und/oder Auslassventilsteuerung und Kompression kann ein Schwellenwert von Kondensat, der zum Erfüllen der Verdünnungsanforderung benötigt wird, bestimmt werden.
  • Bei 410 wird eine verfügbare Menge von Kondensat, die vom CAC gesammelt wird, präzise bestimmt. Diese präzise Kondensatmenge, die vom CAC gesammelt wird, kann von einem Fluidfüllstandsensor angezeigt werden, der in einem Beispiel mit dem Behälter gekoppelt ist, oder kann durch Überwachen eines Stromverbrauchs der Pumpe angegeben werden, die für das Leiten von CAC-Kondensat an mehrere Motorstellen benutzt wird, wie zuvor in Bezug auf 2 beschrieben.
  • Weiter bei 415 schließt das Verfahren 400 das Bestimmen ein, ob der Füllstand der CAC-Kondensation, der bei 410 gemessen wurde, größer oder gleich den Schwellenwerten ist, die bei 407 für jede der Einspritzstellen bestimmt wurden. Wenn zum Beispiel bestimmt wird, dass die Bedingungen für die CAC-Kondensateinspritzung an einer einzelnen Stelle vorliegen, wie von dem ausführlich in 2 beschriebenen Verfahren angegeben, wird bei 415 angegeben, ob der Füllstand der CAC-Kondensation größer als oder gleich dem Schwellenfüllstand von Kondensat ist, das zum Erfüllen einer gewünschten Verdünnung an einer bestimmten Stelle als erforderlich angesehen wird. In einem anderen Beispiel wird, wenn bestimmt wird, dass die Bedingungen für die CAC-Kondensateinspritzung an mehrere Stellen vorliegen, wie von dem ausführlich in 2 beschriebenen Verfahren angegeben, bei 415 angegeben, ob der Füllstand der CAC-Kondensation größer als oder gleich der Summe der Schwellenfüllstandswerte von Kondensat ist, das zum Erfüllen einer gewünschten Verdünnung als erforderlich angesehen wird.
  • Wenn bei 415 bestimmt wird, dass der Füllstand von CAC-Kondensat geringer als ein Schwellenwert ist, geht das Verfahren 400 zu 420, wo das Verfahren 400 das Bestimmen einschließt, ob eine oder mehrere Stellen für die Einspritzung angezeigt sind. Wenn mehrere Stellen angezeigt sind, geht das Verfahren 400 zu 425, wo die Einspritzmengen für jede bestimmte Stelle basierend auf den zuvor bestimmten Prozentsätzen, die von den Nachschlagetabellen bei 407 angegeben sind, in Bezug auf die verfügbare Menge von Kondensat, die bei 410 angezeigt ist, eingestellt werden. Wenn die Einspritzung z. B. sowohl für den Einlasskrümmer als auch den Niederdruck-AGR-Kühler angezeigt ist und auf den bei 407 gesetzten Schwellenwerten basiert, wird das Einspritzverhältnis bei 425 als 2:1 (Einlasskrümmer: Niederdruck-AGR-Kühler) bestimmt und das Verfahren 400 schließt das Einstellen der Einspritzmenge ein, sodass das Verhältnis beibehalten wird, obwohl die Einspritzmengen geringer als die bei 407 bestimmten Schwellenwertmengen sind. Entsprechend können eines oder mehrere von AGR-Fluss, Zündzeitpunkt, Einlass- und/oder Auslassventilsteuerung und/oder Kompression entsprechend eingestellt werden, sodass die gewünschte Verdünnung als Ergebnis einer geringeren Einspritzmenge erfüllt werden kann. Zurück bei 420 geht, wenn mehrere Stellen nicht angezeigt sind, das Verfahren 400 zu 427, wo das Verfahren 400 das Einstellen der Einspritzmenge für die Stelle basierend auf der verfügbaren Kondensationsmenge einschließt. Wieder können eines oder mehrere von AGR-Fluss, Zündzeitpunkt, Einlass- und/oder Auslassventilsteuerung und/oder Kompression entsprechend eingestellt werden, sodass die gewünschte Verdünnung als Ergebnis einer geringeren Einspritzmenge erfüllt werden kann. Nach den Einstellungen bei 425 und 427 geht das Verfahren 400 zu 430, wo die verfügbare Kondensatmenge an die angezeigte(n) Stelle(n) basierend auf den eingestellten Einspritzmengen eingespritzt wird, die bei 425 oder 427 bestimmt werden. Das Einspritzen zum Zeitpunkt und für die Dauer der verfügbaren Kondensatmenge kann von Ventilen koordiniert werden, wie den Ventilen 191, 192, 193 sowie von Einspritzdüsen, wie den Einspritzdüsen 195, 196, 197 aus 1. Außerdem können basierend auf den eingestellten Einspritzmengen die Flusseinstellungen (per AGR-Ventil 142 und/oder 155) Zündzeitpunkteinstellungen, Einlass- und Auslass-Ventilsteuerungseinstellungen, Kompressionsmengeneinstellungen, Drosselklappen-Positionseinstellungen usw. gleichzeitig erfolgen, um den gewünschten Verdünnungsprozentsatz zu erreichen.
  • Nach der Einspritzung von verfügbarem Kondensat an eine oder mehrere Stellen schließt das Verfahren 400 bei 435 das Überwachen des Ist-Verdünnungsprozentsatzes ein. Wie oben beschrieben, kann der Sauerstoffsensor 162 zum Ableiten der gesamtprozentualen Verdünnung der Luftladung aufgrund von Verdünnungsmitteln im Luftstrom verwendet werden (einschl. AGR und Wasserdampf). Basierend auf der eingespritzten Menge und dem erreichten Verdünnungsprozentsatz kann die Steuerung dann eines oder mehrere von AGR-Ventil 142, AGR-Ventil 155, Zündzeitpunkt, Einlass- oder Auslassventilsteuerung, Kompressionsmenge usw. zum Erreichen/Beibehalten eines gewünschten Gesamtaufladungs-Verdünnungsprozentsatzes der Einlassluft einstellen. Da die gesamte Menge von verfügbarem Kondensat zum Erreichen des gewünschten Verdünnungsprozentsatzes zugewiesen wurde, brauchen weitere Anforderungen zum Verändern des Verdünnungsprozentsatzes nicht durch die Kondensateinspritzung erreicht zu werden, bis sich die Kondensatfüllstände Zeit hatten, sich neu zu bilden. Daher müssen weitere Modifikationen und/oder Änderungen der Verdünnungsanforderungen durch Einstellen eines oder mehrerer von AGR-Ventil 142, AGR-Ventil 155, Zündzeitpunkt, Einlass- oder Auslassventilsteuerung, Kompressionsmenge usw. zum Erreichen/Beibehalten eines gewünschten Gesamtluftladungs-Verdünnungsprozentsatzes der Einlassluft erfüllt werden.
  • Zurück bei 415 geht, wenn bestimmt wird, dass der Füllstand der CAC-Kondensation größer oder gleich dem angezeigten Schwellenwert ist, das Verfahren 400 zu 445. Bei 445 schließt das Verfahren 400 das Einspritzen der bestimmten Menge von Kondensat an den gewünschten Stellen ein, wobei gleichzeitig der AGR-Fluss basierend auf den Prozentsätzen eingestellt wird, die aus den Nachschlagetabellen bei 407 des Verfahrens 400 erhalten werden. Das Einspritzen zum Zeitpunkt und für die Dauer der verfügbaren Kondensatmenge kann von Ventilen koordiniert werden, wie den Ventilen 191, 192, 193 sowie von Einspritzdüsen, wie den Einspritzdüsen 195, 196, 197 aus 1. Einstellen des AGR-Flusses können per Einstellungen der AGR-Ventile erreicht werden, wie z. B. Ventil 142 und/oder 155, wie in 1 angezeigt. Außerdem können basierend auf den Anweisungen der Nachschlagetabelle bei 407 Zündzeitpunkteinstellungen, Einlass- und Auslass-Ventilsteuerungseinstellungen, Kompressionsmengeneinstellungen, Drosselklappen-Positionseinstellungen usw. gleichzeitig erfolgen, um den gewünschten Verdünnungsprozentsatz zu erreichen.
  • Nach Einleitung der Einspritzung der gewünschten Menge(n) von Kondensat an eine oder mehrere angezeigte Stellen schließt das Verfahren 400 bei 450 das Überwachen des Ist-Verdünnungsprozentsatzes ein. Wieder kann der Sauerstoffsensor 162 zum Ableiten der gesamtprozentualen Verdünnung der Luftladung aufgrund von Verdünnungsmitteln im Luftstrom verwendet werden (einschl. AGR und Wasserdampf). Basierend auf dem erreichten Ist-Verdünnungsprozentsatz kann bei 450 das Verfahren 400 zu 440 gehen, wo die Steuerung dann eines oder mehrere von AGR-Ventil 142, AGR-Ventil 155, Zündzeitpunkt, Einlass- oder Auslassventilsteuerung, Kompressionsmenge usw. zum Erreichen/Beibehalten eines gewünschten Gesamtluftladungs-Verdünnungsprozentsatzes der Einlassluft einstellen kann. Zum Beispiel kann die Wassereinspritzung in den Einlasskrümmer von einer Abnahme im Gesamt-AGR-Fluss begleitet werden, sodass die gewünschte Verdünnung primär durch Wassereinspritzung erreicht wird. Weiterhin und weil der Füllstand der CAC-Kondensation größer als der zum Erfüllen der antizipierten Verdünnungsanforderungen war, können weitere Modifikationen zum Erreichen/Beibehalten des Verdünnungsprozentsatzes zusätzlich durch die Wassereinspritzung an der bestimmten Stelle erfüllt werden, die z. B. von einem oder mehreren Ventilen 191, 192, 193 sowie von Einspritzdüsen, wie den Einspritzdüsen 195, 196, 197 aus 1 gesteuert wird. Mit anderen Worten kann, solange das CAC-Kondensat zum Beibehalten eines erforderlichen Verdünnungsprozentsatzes verfügbar ist, das CAC-Kondensat vorzugsweise zum Erfüllen der Verdünnungsanforderung benutzt werden. In dem Fall, dass die Verdünnungsanforderung aufgrund der niedrigen Füllstände nicht länger mit dem CAC-Kondensat erfüllt werden kann, schließt das Verfahren 400 das Einstellen eines oder mehrerer von AGR-Ventil 142, AGR-Ventil 155, Zündzeitpunkt, Einlass- oder Auslassventilsteuerung, Kompressionsmenge usw. zum Erreichen/Beibehalten eines gewünschten Gesamtluftladungs-Verdünnungsprozentsatzes der Einlassluft ein.
  • 5 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren 500 zum Einspritzen von Wasser stromaufwärts eines Niederdruck-AGR-Kühlers und/oder Hochdruck-AGR-Kühlers zum Durchführen eines Entleerungszyklus für den angezeigten AGR-Kühler darstellt. Spezifischer schließt Verfahren 500 nach Anzeige, dass die AGR-Kühlerreinigung erforderlich ist, wie ausführlich im in 2 beschriebenen Verfahren aufgeführt, das Bestimmen, ob eine Schwellenmenge von CAC-Kondensat verfügbar ist, und, wenn dem so ist, das Durchführen der Reinigung gemäß der Beschreibung der ausführlichen Anweisungen von Verfahren 500 ein. Anweisungen zur Durchführung des Verfahrens 500 und der restlichen der hier enthaltenen Verfahren können durch eine Steuervorrichtung basierend auf in einem Speicher der Steuervorrichtung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit Signalen, die von Sensoren des Maschinensystems, wie etwa den oben mit Bezug auf 1 beschriebenen Sensoren, empfangen werden, ausgeführt werden. Die Steuerung kann Motoraktuatoren des Motorsystems gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren zum Einstellen des Maschinenbetriebs einsetzen. Es versteht sich, dass das Verfahren 500 auf andere Systeme mit einer anderen Konfiguration angewandt werden kann, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
  • Verfahren 500 beginnt bei 505, wo bestimmt wird, ob Eingangsbedingungen zum Durchführen der angegebenen AGR-Reinigungsroutine erfüllt werden. In einem Beispiel kann das Erfüllen der Eingangsbedingungen das Anzeigen eines CAC-Kondensatfüllstands oberhalb eines Schwellenwertes einschließen. Wie oben beschrieben, kann die Kondensatmenge, die vom CAC gesammelt wird, von einem Fluidfüllstandsensor angezeigt werden, der in einem Beispiel mit dem Behälter gekoppelt ist, oder kann durch Überwachen eines Stromverbrauchs der Pumpe angezeigt sein, die für das Leiten von CAC-Kondensat an mehrere Motorstellen benutzt wird. Der Schwellenwert kann basierend auf einer vorbestimmten Menge von Kondensat gesetzt werden, die zum Durchführen einer Reinigungsroutine erforderlich ist, z. B. einer Kondensatmenge, welche die Einspritzung für einen vorbestimmten Zeitraum ermöglicht. In einem anderen Beispiel kann der Schwellenfüllstand bei einem vorbestimmten Füllstand gesetzt sein, der höher als eine geschätzte Menge zum Ermöglichen einer erfolgreichen Reinigungsroutine ist. In diesem Beispiel würde, wenn die Reinigungsroutine mehr Wasser als die vorbestimmte Menge erforderte, ausreichend Wasser zum erfolgreichen Durchführen der Reinigungsroutine verbleiben. In einem noch anderen Beispiel kann der Schwellenwert basierend auf einer Anzeige des Füllstands der erforderlichen Reinigung gesetzt werden. Der Füllstand der erforderlichen Reinigung kann durch Messen oder Modellieren bestimmt werden, wie oben mit Bezug auf 2 beschrieben. Zum Beispiel kann eine Partikellast in einem AGR-Kühler basierend auf einer Änderung des AGR-Drucks stromaufwärts und stromabwärts des angezeigten AGR-Kühlers bestimmt werden. Die Partikellast kann mit einer Schwellenpartikellast verglichen werden und, je nach dem Grad der Differenz zwischen der gemessenen Partikellast und der Schwellenlast, kann der CAC-Kondensat-Schwellenfüllstand, der zum Durchführen der Reinigungsroutine angezeigt wird, entsprechend eingestellt werden. Andere Eingangsanforderungen zum Fortsetzen der Reinigungsroutine, die in Verfahren 500 angezeigt wird, können einschließen, dass eine AGR-Kühlertemperatur oberhalb einer Schwellentemperatur ist, und/oder, dass eine Verdichterdrehzahl unterhalb einer Schwellendrehzahl ist. Wenn die AGR-Kühlertemperatur beispielsweise unter einer Schwellen-AGR-Kühlertemperatur liegt, dann kann das Fluid bei der Direkteinspritzung möglicherweise nicht vollständig verdampfen. Eine unvollständige Verdampfung führt zu einer schlechten Vermischung zusammen mit Wasserablagerungen im AGR-Kühler. Wenn die Verdichterdrehzahl über der Schwellenverdichterdrehzahl liegt, dann können losgelöste Partikel von der Direkteinspritzung im AGR-Kühler zu dem Turbolader mitgeführt werden und diesen beschädigen. Wenn bei 505 die Eingangsbedingungen nicht erfüllt sind, geht das Verfahren 500 zu 515. Bei 515 enthält das Verfahren 500 das Beibehalten der Ist-Motorbetriebsparameter. Das Beibehalten der Motorbetriebsparameter bei 515 kann das Beibehalten der CAC-Leitungsventile, wie z. B. der Ventile 191, 192, 193 und der Einspritzdüsen, wie z. B. der Einspritzdüsen 195, 196, 197 in ihrem Ist-Zustand einschließen. Als anderes Beispiel kann bei 515 das Verfahren 500 weiter das Beibehalten des Hochdruck-AGR-Ventils, wie z. B. Ventil 142, und des Niederdruck-AGR-Ventils, wie z. B. Ventil 155, in ihrem Ist-Zustand einschließen. Außerdem kann bei 515 das Beibehalten der Ist-Motorbetriebsparameter das Setzen einer Flag an der Steuerung einschließen, die eine Anforderung für eine künftige AGR-Reinigungsroutine anzeigt. Das Einleiten der Reinigungsroutine kann auf einer Anzeige basieren, dass der CAC-Kondensationsfüllstand einen Schwellenfüllstand erreicht hat, wobei der Schwellenfüllstand ein Füllstand ist, der zum Durchführen der Reinigungsroutine notwendig ist, zum Beispiel. Dann kann das Verfahren 500 enden.
  • Wenn bei 505 bestimmt wird, dass die Eingangsbedingungen zum Durchführen einer AGR-Reinigungsroute erfüllt sind, geht das Verfahren 500 zu 510. Bei 510 umfasst das Verfahren 500 das Schätzen einer maximalen Einspritzrate. Faktoren, die die maximale Einspritzrate beeinflussen können, umfassen Kondensatpegel in einem oder mehreren Segmenten eines Ansaugsystems und/oder einen Verbrennungsmotor-Stabilitätsschwellenwert, sind aber nicht darauf beschränkt. Die Einspritzrate kann durch Masse über Zeit (zum Beispiel 5 kg/h) definiert werden. Das Ansaugsystem kann einen Verdichter, einen Ladeluftkühler und einen Einlasskrümmer sowie die den Verdichter, den Ladeluftkühler und den Einlasskrümmer fluidisch koppelnde Einlassleitung umfassen. Kondensatpegel im Ansaugsystem können durch Messen eines Taupunkts an einer geeigneten Stelle im Ansaugsystem berechnet werden. Als Beispiel können die Kondensatpegel in der Einlassleitung vor dem Verdichter, in der Einlassleitung hinter dem Ladeluftkühler und im Einlasskrümmer in einem Niederdruck-AGR-System (LP-AGR-System) die maximale Wassereinspritzrate beeinflussen. In einem anderen Beispiel können die Kondensatpegel im Einlasskrümmer bei einem Hochdruck-AGR-System (HP-AGR-System) oder Saug-AGR-System (NA-AGR-System, NA – naturally aspirated/selbstansaugend) die maximale Wassereinspritzrate beeinflussen.
  • Der Verbrennungsmotor-Stabilitätsschwellenwert kann eine maximale Motorverdünnungstoleranz, oberhalb der Verbrennungsstabilitätsprobleme (zum Beispiel Fehlzündung usw.) auftreten können, umfassen. Eine für den Motor bereitgestellte Gesamtverdünnung kann so gesteuert werden, dass sie geringer ist als der Motorverdünnungstoleranzhöchstwert, um Verbrennungsstabilitätsprobleme zu vermeiden. Die Gesamtverdünnung ist gleich einer Summe der AGR-Durchflussrate und der eingespritzten Fluidmenge. Die eingespritzte Fluidmenge wird gemäß der AGR-Durchflussrate und dem Motorverbrennungsstabilitätsschwellenwert so eingestellt, dass eine Gesamtverdünnung geringer als der Motorverdünnungstoleranzhöchstwert sein kann.
  • Bei 520 umfasst das Verfahren das Einstellen der AGR-Durchflussrate als Reaktion auf die Direkteinspritzrate. Die AGR-Durchflussrate kann mit zunehmender Direkteinspritzrate abnehmen. Ferner kann das Einstellen das Reduzieren der AGR-Durchflussrate auf eine Mindestdurchflussrate bei Erhöhung der Direkteinspritzrate auf eine maximale Rate umfassen. In einem Beispiel kann die Mindest-AGR-Durchflussrate eine vorbestimmte Mindestdurchflussrate sein, die Fluid vom AGR-Kühler in den Motor befördern kann. In einem anderen Beispiel kann die minimale AGR-Durchflussrate das Minimum sein, das zum Halten der gewünschten Temperatur im AGR-Kühler erforderlich ist.
  • Bei 525 umfasst das Verfahren die Direkteinspritzung von Wasser stromaufwärts des angezeigten AGR-Kühlers. Wie oben beschrieben, kann die Einspritzrate auf der AGR-Durchflussrate und den Kondensatpegeln im Ansaugsystem basieren. Bei 530 bestimmt die Steuerung, ob die Reinigung abgeschlossen ist. Der AGR-Kühler kann durch Einspritzen einer vorbestimmten Fluidmenge (zum Beispiel 100 ml) oder durch Einspritzen des Fluids für eine vorbestimmte Zeitdauer (zum Beispiel 30 Sekunden) als sauber eingeschätzt werden. Des Weiteren kann ein AGR-Kühler durch Messen des Abgasdrucks stromaufwärts und stromabwärts des AGR-Kühlers als sauber eingeschätzt werden. Wenn die Drücke im Wesentlichen gleich oder innerhalb eines gewünschten Druckverlusts liegen, dann kann der AGR-Kühler als sauber bestimmt werden. Wenn der AGR-Kühler nicht sauber ist, dann kehrt das Verfahren zu 510 zurück. Wenn der AGR-Kühler sauber ist, kann das Verfahren verlassen werden.
  • 6 zeigt eine beispielhafte Zeitachse 600 zum Einspritzen von gespeichertem CAC-Kondensat in verschiedene Motorwege, einschl. Einlasskrümmer, stromaufwärts des Niederdruck-AGR-Kühlers und/oder stromaufwärts des Hochdruck-AGR-Kühlers gemäß den Motorbetriebsbedingungen. Die Zeitachse 600 enthält Auftragung 605, die eine Motorlast über der Zeit anzeigt. Die Zeitachse 600 schließt ferner Auftragung 610 ein, die eine Einspritzrate stromaufwärts eines Niederdruck-AGR-Kühlers anzeigt, und Auftragung 615, die eine Einspritzrate stromaufwärts eines Hochdruck-AGR-Kühlers über der Zeit anzeigt. Die Zeitachse 600 schließt weiterhin Auftragung 620 ein, welche die Einspritzrate direkt in einen Einlasskrümmer über der Zeit anzeigt. Die Zeitachse 600 schließt weiterhin Auftragung 625 ein, die einen Gesamt-AGR-Fluss basierend auf der Summe des Hochdruck- und Niederdruck-AGR-Flusses über der Zeit anzeigt. Die Zeitachse 600 schließt weiterhin Auftragung 630 ein, die den Füllstand von gespeichertem CAC-Kondensat über der Zeit anzeigt. Linie 635 repräsentiert einen Schwellenfüllstand von gespeichertem CAC-Kondensat, unterhalb dessen eine Einspritzung in jeden der angegebenen Wege nicht möglich ist. Die Zeitachse 600 schließt ferner Auftragung 640 ein, die eine erforderliche Verdünnung basierend auf Motorbetriebsbedingungen zum Halten von NOx in Verbrennungsgasen unter gewünschten Mengen und zum Vermeiden von Zündklopfen über der Zeit anzeigt.
  • Zum Zeitpunkt t0 wird der Motor bei hoher Last betrieben, wie durch Auftragung 605 angezeigt. Basierend auf den Motorbetriebsbedingungen, wie z. B. den durch die Karte aus 3 angezeigten, wird eine erforderliche Verdünnung angezeigt, wie durch Auftragung 640 dargestellt. Entsprechend wurde ein bestimmtes Verhältnis von prozentualer Kondensateinspritzung an eine oder mehrere Motorstellen zu prozentualem AGR-Fluss durch eine Nachschlagetabelle definiert, wie die Nachschlagetabelle, die in Bezug auf das in 4 aufgezeigte Verfahren beschrieben wurde. Zum Zeitpunkt t0 sind die Motorbetriebsbedingungen derart, dass zum optimalen Erfüllen der Verdünnungsanforderungen die prozentuale Kondensateinspritzung in den Einlasskrümmer hoch ist, wie durch Auftragung 620 angezeigt, während der AGR-Fluss, wie durch Auftragung 625 angezeigt, gering ist. Zwischen Zeitpunkt t0 und t1 nimmt, weil Kondensat in den Einlasskrümmer eingespritzt wird, der gespeicherte CAC-Kondensatpegel ab, wie durch Auftragung 630 angezeigt. Zum Zeitpunkt t1 bleibt die Motorlast hoch und die erforderliche Verdünnung bleibt im Wesentlichen unverändert, dennoch haben sich die Betriebsbedingungen leicht verändert, sodass gemäß der Nachschlagetabelle das optimale Erfüllen der Verdünnungsanforderungen das Erhöhen der Kondensateinspritzung stromaufwärts des Niederdruck-AGR-Kühlers, wie durch Auftragung 610 angezeigt, und das Verringern der Kondensateinspritzung direkt in den Einlasskrümmer einschließt. Zum Beispiel kann die Änderung der Verdünnungsanforderung mit der Verbrennungsstabilität oder dem Bedarf an der Reinigung des Niederdruck-AGR-Kühlers in Beziehung stehen. Daher werden zwischen Zeitpunkt t1 und t2 die Verdünnungsanforderungen durch eine Kombination der Einspritzung in den Einlasskrümmer, der Einspritzung stromaufwärts des Niederdruck-AGR-Kühlers und eines geringen AGR-Flusses erfüllt. Entsprechend sinken die CAC-Kondensatfüllstände weiter.
  • Zwischen Zeitpunkt t2 und t3 geht der Motor von einer Hochlast zu einer Mittellast-Betriebsbedingung über. Daher nimmt die erforderliche Verdünnung ab. Entsprechend einer Nachschlagetabelle, können die Verdünnungsbedingungen optimal durch Erhöhen des Prozentsatzes des AGR-Flusses und durch Verringern der prozentualen Kondensateinspritzung an eine oder mehrere Motorstellen erfüllt werden. Entsprechend nimmt zwischen Zeitpunkt t2 und t3 der AGR-Fluss zu, und die Einspritzung stromaufwärts des Niederdruck-AGR-Kühlers und in den Einlasskrümmer nehmen entsprechend ab. Da kein Kondensat mehr benutzt wird, stabilisiert sich der Füllstand des gespeicherten Kondensats.
  • Zwischen Zeitpunkt t3 und t4 werden die Verdünnungsanforderungen optimal durch ein Niveau des AGR-Flusses erfüllt, der von der Nachschlagetabelle basierend auf den Motorbetriebsbedingungen bestimmt wird. Daher bleibt der Kondensatfüllstand im Wesentlichen unverändert.
  • Zum Zeitpunkt t4 arbeitet der Motor weiter bei mittlerer Last, es ist jedoch eine leichte Zunahme der Verdünnung erforderlich. Dies kann z. B. aufgrund der leicht erhöhten Verbrennungstemperaturen und somit einem Erfordernis zum Verringern von NOx der Fall sein. Daher schließt das optimale Erfüllen der Verdünnungsanforderung, wie von den Nachschlagetabellen basierend auf den Motorbetriebsbedingungen bestimmt, das Erhöhen der Kondensateinspritzung sowohl stromaufwärts des Niederdruck-AGR-Kühlers als auch stromaufwärts des Hochdruck-AGR-Kühlers ein, während der AGR-Fluss entsprechend leicht abnimmt. Entsprechend fällt zwischen Zeitpunkt t4 und t5 der Kondensatfüllstand ab.
  • Zwischen Zeitpunkt t5 und t6 geht der Motor zu einer Hochlast über. Daher nehmen die Verdünnungsanforderungen zu. Die Betriebsbedingungen sind derart, dass zum optimalen Erfüllen der Verdünnungsanforderungen erhöhte Einspritzung in den Einlasskrümmer, eine gleichzeitige Abnahme des AGR-Flusses und eine Abnahme der Einspritzung stromaufwärts des Niederdruck-AGR-Kühlers gemäß den Nachschlagetabellen angezeigt ist. Daher fallen die gespeicherten Kondensatfüllstände weiter ab.
  • Zwischen Zeitpunkt t6 und t7 wird die Einspritzung in den Einlasskrümmer, die zum Erfüllen der Verdünnungsanforderung bei Hochlast benutzt wird, fortgesetzt, weshalb die Kondensatfüllstände weiter abfallen, bis bei Zeitpunkt t7 die Kondensatfüllstände einen Schwellenfüllstand erreichen, der durch die Linie 635 angezeigt ist. Daher ist zum Zeitpunkt t7 der CAC-Kondensationsfüllstand sehr gering und die Motorverdünnungsanforderungen können von der Kondensateinspritzung nicht erfüllt werden. Daher wird das Einspritzen der Kondensateinspritzung deaktiviert. Entsprechend werden die Verdünnungsanforderungen durch Ausgleichen eines Mangels an Kondensateinspritzung durch Erhöhen des AGR-Gesamtflusses erreicht. Daher nimmt zwischen Zeitpunkt t7 und t8 der AGR-Fluss zu, um den Abfall der Kondensateinspritzung in den Einlasskrümmer und stromaufwärts des Niederdruck-AGR-Kühlers auszugleichen. Daher werden zwischen Zeitpunkt t8 und t9 die Motorverdünnungsanforderungen durch den Übergang von einer Situation, in der Kondensat zum Erfüllen der Anforderungen verwendet werden kann, zu einer Situation, in der die Motorverdünnungsanforderungen nur von AGR erfüllt werden, erfüllt.
  • Zum Zeitpunkt t8 beginnt der Abfall der Motorlast. Zwischen Zeitpunkt t8 und t9 nimmt, während die Motorlast abfällt, die erforderliche Verdünnung auch ab. Entsprechend wird der AGR-Fluss reduziert. Gespeichertes Kondensat vom CAC konnte noch nicht auf wahrnehmbare Werte aufgebaut werden, daher müssen sämtliche Verdünnungsanforderungen von der AGR erfüllt werden.
  • Auf diese Weise kann Kondensat, das vom CAC gesammelt wird, je nach den Motorbetriebsbedingungen, zu mehreren Motorstellen geleitet werden. Daher kann das CAC-Kondensat, das typischerweise ein Ärgernis aufgrund des möglichen Gefrierens von Kondensat, der abnehmenden CAC-Effektivität und der Ursache für Motorfehlzündungen und/oder Verbrennungsinstabilität aufgrund der Wasseraufnahme in den Einlasskrümmer darstellt, vorteilhaft zum Verbessern der Motoreffizienz genutzt werden. Zum Beispiel kann die Einspritzung von CAC-Kondensat an eine oder mehrere Motorstellen beim Erfüllen der Motorverdünnungsanforderungen bei variierenden Motorbetriebsbedingungen behilflich sein, wodurch das Motorklopfen abnimmt und die NOx-Werte reduziert werden.
  • Die technische Auswirkung des Sammelns von CAC-Kondensat in einem Behälter und Leiten des Kondensats zu mehreren Motorstellen mithilfe der hierin beschriebenen Verfahren soll eine präzise Steuerung der Motorverdünnungsanforderungen bei variierenden Motorbetriebsbedingungen durch Nutzen einer erneuerbaren Wasserquelle an Bord ermöglichen. Da der Behälter nicht von einem Fahrzeugbediener gewartet zu werden braucht, ist es wahrscheinlicher, dass Kondensat unter Bedingungen vorliegt, bei denen die Einspritzung von Wasser an eine oder mehrere Motorstellen vorteilhaft wäre. Auf diese Weise kann die Motoreffizienz verbessert und schädliche Emissionen können reduziert werden.
  • Die hierin und mit Bezug auf 1 beschriebenen Systeme können zusammen mit den hierin beschriebenen Verfahren und in Bezug auf 2, 4, 5 eines oder mehrere Systeme und eines oder mehrere Verfahren ermöglichen. In einem Beispiel umfasst das Verfahren: Sammeln von Kondensat aus Kühlluft, die in einen Motor geleitet wird; Leiten des Kondensats in den Motor über eine von mehreren Stellen, basierend auf den Betriebsbedingungen des Motors; Bestimmen eines gewünschten Prozentsatzes der Verdünnung zur Verbrennung in dem Motor basierend auf den Betriebsbedingungen; und Einstellen der Kondensateinspritzung und Einstellen der Rückführung von Abgasen aus dem Motor zum Bilden der gewünschten Verdünnung basierend zum Teil auf der Einspritzstelle. In einem ersten Beispiel des Verfahrens umfasst das Verfahren, wobei die Leitung des Kondensats in den Motor über eine von mehreren Stellen basierend auf den Motorbedingungen basiert Folgendes: Einspritzen in einen Lufteinlasskrümmer des Motors; Einspritzen in einen ersten Abgaswärmetauscher, der die Abgase abkühlt, bevor die Abgase in den Einlasskrümmer eingeführt werden; oder Einspritzen in einen zweiten Abgaswärmetauscher, der die Abgase abkühlt, bevor die Abgase in einen Luftverdichter eingeführt werden, der dem Einlasskrümmer Druckluft zuführt. Ein zweites Beispiel des Verfahrens schließt optional das erste Beispiel ein und umfasst ferner, dass die Luft, die zu dem Motor geleitet wird, zuerst von einem Luftverdichter und in einen Ladeluftkühler geleitet wird. Ein drittes Beispiel des Verfahrens schließt wahlweise eines oder mehrere von erstem und zweitem Beispiel ein und schließt ein, dass die Abgase, die in den ersten Abgaswärmetauscher eintreten, vom Motor zum ersten Abgaswärmetauscher geleitet werden, wobei die Abgase aus dem Hauptabgasstrom vor Fließen über eine Turbine eines Turboladers, der den Luftverdichter antreibt, extrahiert werden. Ein viertes Beispiel des Verfahrens schließt jeweils wahlweise eines oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels ein und schließt ferner ein, dass die Abgase, die in den zweiten Abgaswärmetauscher eintreten, von dem Motor über die Turbine in den zweiten Abgaswärmetauscher und dann in den Luftverdichter geleitet werden. Ein fünftes Beispiel des Verfahrens schließt wahlweise jeweils eines oder mehrere von erstem bis viertem Beispiel ein und umfasst weiterhin das Einstellen eines oder mehrerer der Folgenden zum Erreichen der gewünschten Verdünnung: Zündzeitpunkt; Einlass- oder Auslassventilsteuerung in dem Motor oder Kompressionsmenge, die von einem Luftverdichter bereitgestellt wird, der die zum Motor geleitete Luft zuführt.
  • Ein anderes beispielhaftes Verfahren umfasst das Sammeln von Kondensat aus Kühlluft, die in einen Motor geleitet wird; Leiten des Kondensats in den Motor über eine von mehreren Stellen, basierend auf den Betriebsbedingungen des Motors; Leiten der Abgase aus dem Motor in einen Lufteinlass des Motors über eine oder mehrere Stellen basierend auf den Betriebsbedingungen; Bestimmen eines gewünschten Prozentsatzes der Verdünnung zur Verbrennung in dem Motor basierend auf den Betriebsbedingungen zum Halten von NOX in den Verbrennungsgasen unterhalb gewünschter Mengen und zum Vermeiden eines Zündklopfens im Motor und, basierend auf der zum Leiten des Kondensats und Leiten der Abgase ausgewählten Stelle, Einspritzen einer Kondensatmenge und Einstellen der Rückführung von Abgasen aus dem Motor zum Bilden der gewünschten Verdünnung basierend zum Teil auf der Einspritzstelle, und erneutes Einstellen der eingespritzten Menge von Kondensat und erneutes Einstellen der Rückführung von Abgasen, da sich die Verfügbarkeit des Kondensats verändert. In einem ersten Beispiel des Verfahrens schließt das Verfahren Betriebsbedingungen ein, die Last und Drehzahl des Motors einschließen. Ein zweites Beispiel des Verfahrens schließt wahlweise das erste Verfahren ein und schließt ferner das Einstellen des Zündzeitpunkts des Motors zum Erreichen der gewünschten Verdünnung ein. Ein drittes Beispiel des Verfahrens schließt wahlweise eines oder mehrere von erstem und zweitem Beispiel ein und schließt ferner ein Einstellen der Ventilsteuerung des Motors zum Erreichen der gewünschten Verdünnung ein. Ein viertes Beispiel des Verfahrens schließt wahlweise eines oder mehrere von erstem bis drittem Beispiel ein und schließt ferner ein, dass die Kühlluft, die in den Motor geleitet wird, umfasst: Leiten der Luft in einen Ladeluftkühler, wobei das Sammeln des Kondensats das Sammeln des Kondensats in einem Behälter umfasst. Ein fünftes Beispiel des Verfahrens schließt wahlweise eines oder mehrere von erstem bis viertem Beispiel ein und umfasst weiterhin: Erkennen einer Menge des Kondensats in dem Behälter durch einen oder mehrere Fluidfüllstandsensoren, die mit dem Behälter gekoppelt sind, und/oder Überwachen eines Stromverbrauchs einer Pumpe, die zum Unterstützen der Leitung des Kondensats und zur Einspritzung des Kondensats verwendet wird. Ein sechstes Beispiel des Verfahrens schließt wahlweise eines oder mehrere von erstem bis fünftem Beispiel ein und schließt weiterhin ein: Einstellen eines oder mehrerer der Folgenden als Reaktion auf eine Bestimmung von niedrigen Kondensatfüllständen in dem Behälter zum Vermeiden eines Zündklopfens im Motor oder einer unerwünschten Temperatur des Motors; Einstellen des Zündzeitpunkts des Motors, Einstellen der Ventilsteuerung des Motors, oder Einstellen der Kompression der Luft, die zum Motor geleitet wird. Ein siebtes Beispiel des Verfahrens schließt wahlweise eines oder mehrere von erstem bis sechstem Beispiel ein und schließt weiterhin ein: dass die Einspritzung von Kondensat gegenüber dem Einstellen der Abgase zum Erreichen der gewünschten Verdünnung bevorzugt wird.
  • Ein anderes beispielhaftes Verfahren umfasst Zuführen von Druckluft aus einem Luftverdichter zu einem Luftladekühler und dann zu einem Einlasskrümmer eines Motors, Antreiben des Verdichters durch eine Turbine, die von den Abgasen des Motors angetrieben wird, Sammeln des Kondensats, das in dem Ladeluftkühler gebildet wurde, in einem Behälter, Leiten der Abgase zum Einlasskrümmer aus einem oder mehreren der folgenden Wege in Abhängigkeit von den Motorbetriebsbedingungen: von einem ersten Kühler, der die Abgase von einer Position stromaufwärts der Turbine aufnimmt; oder von einem zweiten Kühler, der Abgase von einer Position stromabwärts der Turbine aufnimmt; Aktivieren der Einspritzung des Kondensats aus dem Behälter direkt in den Einlasskrümmer und in den zweiten Kühler, wenn der Motor seinen Betrieb bei sehr hohen Lasten beginnt, und Deaktivieren der Einspritzung direkt in den Einlasskrümmer nach einer vorbestimmten Zeit, Aktivieren der Einspritzung des Kondensats aus dem Behälter direkt in den Einlasskrümmer und in den zweiten Kühler, wenn der Motor bei sehr hohen Motorlasten betrieben wird, Aktivieren der Einspritzung des Kondensats aus dem Behälter direkt in den ersten Kühler und in den zweiten Kühler, wenn der Motor bei mittleren Lasten betrieben wird, Bestimmen eines gewünschten Prozentsatzes der Verdünnung zur Verbrennung in dem Motor basierend auf den Betriebsbedingungen, die Motorlast und -drehzahl einschließen, und Einstellen einer Menge der aktivierten Kondensateinspritzung und einer Menge der geleiteten Abgase in Abhängigkeit von den Motorbetriebsbedingungen zum Erreichen des gewünschten Prozentsatzes der Verdünnung und weiteres Einstellen der Menge von geleiteten Abgasen, wenn das aktivierte Kondensat erschöpft wird, um den gewünschten Prozentsatz der Verdünnung beizubehalten. In einem ersten Beispiel des Verfahrens schließt das Verfahren das Einstellen der Kondensateinspritzung und das Einstellen der Menge von Abgasen ferner darauf basierend ein, wenn die Kondensateinspritzung aktiviert ist und wenn die Abgase geleitet werden. Ein zweites Beispiel des Verfahrens schließt wahlweise das erste Beispiel ein und schließt ferner ein, dass das Leiten von den Abgasen zum ersten Kühler oder zweiten Kühler zum Teil auf der Erkennung von Verschmutzung innerhalb des ersten bzw. zweiten Kühlers basiert. Ein drittes Beispiel des Verfahrens schließt wahlweise eines oder mehrere von erstem Beispiel und zweitem Beispiel ein und schließt ferner ein, dass die Verschmutzungserkennung auf einem Druckverlust der Abgase durch den ersten oder zweiten Kühler basiert. Ein viertes Beispiel des Verfahrens schließt wahlweise eines oder mehrere von erstem bis drittem Beispiel ein und schließt ferner ein, dass die Betriebsbedingungen Last und Drehzahl des Motors einschließen. Ein fünftes Beispiel des Verfahrens schließt wahlweise eines oder mehrere des ersten bis vierten Beispiels ein und schließt ferner das Einstellen eines oder mehrerer der Folgenden ein, um die gewünschte Verdünnung zu erhalten: Zündzeitpunkt des Moors und Ventilsteuerung des Motors.
  • Es sei angemerkt, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit diversen Maschinen- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerungsverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in nichtflüchtigem Speicher gespeichert werden und können durch das Steuerungssystem, einschließlich der Steuervorrichtung kombiniert mit den diversen Sensoren, Aktuatoren und anderer Kraftmaschinenhardware ausgeführt werden. Die spezifischen Routinen, die hier beschrieben werden, können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien wie zum Beispiel ereignisgesteuert, interruptgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen darstellen. Daher können verschiedene veranschaulichte Aktionen, Operationen und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel ausgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise zum Erreichen der Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele erforderlich, sondern sie wird zur Vereinfachung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine oder mehrere der dargestellten Aktionen, Vorgänge und/oder Funktionen können in Abhängigkeit von der jeweils verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Aktionen, Vorgänge und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Maschinensteuerungssystem programmiert werden soll, wobei die beschriebenen Aktionen durch Ausführen der Anweisungen in einem System ausgeführt werden, das die verschiedenen Maschinen-Hardware-Komponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung enthält.
  • Es versteht sich, dass die hier offenbarten Auslegungen und Routinen beispielhafter Art sind, und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne aufzufassen sind, da zahlreiche Varianten möglich sind. Die obige Technologie ist zum Beispiel auf V6-, I4-, I6-, V12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Kraftmaschinentypen anwendbar. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Auslegungen und andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften ein, die hier offenbart werden.
  • Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere gewisse Kombinationen und Unterkombinationen auf, die als neuartig und nicht offensichtlich angesehen werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sollten als den Einschluss eines oder mehrerer solcher Elemente umfassend verstanden werden, wobei sie zwei oder mehr solcher Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden, ob ihr Geltungsbereich weiter, enger, gleich oder anders als der der ursprünglichen Ansprüche ist, auch als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2011/0094219 A1 [0003]

Claims (20)

  1. Verfahren, umfassend: Sammeln von Kondensat aus Kühlluft, die in einen Motor geleitet wird; Leiten des Kondensats in den Motor über eine von mehreren Stellen, basierend auf den Betriebsbedingungen des Motors; Bestimmen eines gewünschten Prozentsatzes der Verdünnung zur Verbrennung in dem Motor basierend auf den Betriebsbedingungen; und Einstellen der Kondensateinspritzung und Einstellen der Rückführung von Abgasen aus dem Motor zum Bilden der gewünschten Verdünnung basierend zum Teil auf der Einspritzstelle.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Leiten des Kondensats in den Motor über eine der mehreren Stellen basierend auf den Betriebsbedingungen umfasst: Einspritzen in einen Lufteinlasskrümmer des Motors; Einspritzen in einen ersten Abgaswärmetauscher, der die Abgase abkühlt, bevor die Abgase in den Einlasskrümmer eingeführt werden; oder Einspritzen in einen zweiten Abgaswärmetauscher, der die Abgase abkühlt, bevor die Abgase in einen Luftverdichter eingeführt werden, der dem Einlasskrümmer Druckluft zuführt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Luft, die zu dem Motor geleitet wird, zuerst von einem Luftverdichter und in einen Ladeluftkühler geleitet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Abgase, die in den ersten Abgaswärmetauscher eintreten, von dem Motor zum ersten Abgaswärmetauscher geleitet werden, wobei die Abgase vom Hauptabgasfluss vor dem Fließen über eine Turbine eines Turboladers, der den Luftverdichter antreibt, extrahiert werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Abgase, die in den zweiten Abgaswärmetauscher eintreten, von dem Motor hinter der Turbine in den zweiten Abgaswärmetauscher und dann in den Luftverdichter geleitet werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Einstellen eines oder mehrerer der Folgenden zum Erreichen der gewünschten Verdünnung: Zündzeitpunkt; Zeitsteuerung der Ein- oder Auslassventile im Motor; oder Kompressionsmenge, die von einem Luftverdichter bereitgestellt wird, der die zum Motor geleitete Luft zuführt.
  7. Verfahren, umfassend: Sammeln von Kondensat aus Kühlluft, die in einen Motor geleitet wird; Leiten des Kondensats in den Motor über eine von mehreren Stellen, basierend auf den Betriebsbedingungen des Motors; Leiten der Abgase aus dem Motor in einen Lufteinlass des Motors über eine oder mehrere Stellen basierend auf den Betriebsbedingungen; Bestimmen eines gewünschten Prozentsatzes der Verdünnung zur Verbrennung in dem Motor basierend auf den Betriebsbedingungen zum Halten von NOX in den Verbrennungsgasen unterhalb gewünschter Mengen und zum Vermeiden eines Zündklopfens im Motor; basierend auf der Stelle, die zum Leiten des Kondensats und zum Leiten der Abgase gewählt wurde, Einspritzen einer Menge des Kondensats und Einstellen der Rückführung von Abgasen aus dem Motor zum Bilden der gewünschten Verdünnung basierend zum Teil auf der Einspritzstelle; und erneutes Einstellen der eingespritzten Menge von Kondensat und erneutes Einstellen der Rückführung von Abgasen, je nachdem, wie die Verfügbarkeit des Kondensats variiert.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Betriebsbedingungen Last und Drehzahl des Motors einschließen.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend das Einstellen des Zündzeitpunkts des Motors zum Erreichen der gewünschten Verdünnung.
  10. Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend das Einstellen der Ventilsteuerung des Motors zum Erreichen der gewünschten Verdünnung.
  11. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Kühlluft, die in den Motor geleitet wird, das Leiten der Luft in einen Ladeluftkühler umfasst, und das Sammeln des Kondensats das Sammeln des Kondensats in einem Behälter umfasst.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend das Erkennen einer Kondensatmenge in dem Behälter durch eines oder mehrere der Folgenden: einen Fluidfüllstandsensor, der mit dem Behälter gekoppelt ist; oder Überwachen eines Stromverbrauchs einer Pumpe, die zum Unterstützen der Leitung des Kondensats und zur Einspritzung des Kondensats verwendet wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend das Einstellen eines oder mehrerer der Folgenden als Reaktion auf eine Bestimmung von niedrigen Kondensatfüllständen in dem Behälter zum Vermeiden eines Zündklopfens im Motor oder einer ungewünschten Temperatur des Motors: Einstellen des Zündzeitpunkts des Motors; Einstellen der Ventilsteuerung des Motors; oder Einstellen der Kompression der Luft, die zum Motor geleitet wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Einspritzung von Kondensat gegenüber dem Einstellen der Abgase zum Erreichen der gewünschten Verdünnung bevorzugt wird.
  15. Verfahren, umfassend: Zuführen von Druckluft aus einem Luftverdichter zu einem Luftladekühler und dann zu einem Einlasskrümmer eines Motors; Antreiben des Verdichters durch eine Turbine, die von den Abgasen des Motors angetrieben wird; Sammeln des Kondensats, das in dem Ladeluftkühler gebildet wurde, in einem Behälter; Leiten der Abgase zum Einlasskrümmer aus einem oder mehreren der folgenden Wege in Abhängigkeit von den Motorbetriebsbedingungen: von einem ersten Kühler, der die Abgase aufnimmt, von einer Position stromaufwärts der Turbine; oder von einem zweiten Kühler, der Abgase aufnimmt, von einer Position stromabwärts der Turbine; Aktivieren der Einspritzung des Kondensats aus dem Behälter direkt in den Einlasskrümmer und in den zweiten Kühler, wenn der Motor seinen Betrieb bei hohen Lasten beginnt, und Deaktivieren der Einspritzung direkt in den Krümmer nach einer vorbestimmten Zeit; Aktivieren der Einspritzung des Kondensats aus dem Behälter direkt in den Einlasskrümmer und in den zweiten Kühler, wenn der Motor bei sehr hohen Motorlasten betrieben wird; Aktivieren der Einspritzung des Kondensats aus dem Behälter in den ersten Kühler und in den zweiten Kühler, wenn der Motor bei mittleren Lasten betrieben wird; Bestimmen eines gewünschten Prozentsatzes der Verdünnung zur Verbrennung im Motor basierend auf den Betriebsbedingungen, die Motorlast und -drehzahl einschließen; und Einstellen einer Menge der aktivierten Kondensateinspritzung und einer Menge der geleiteten Abgase in Abhängigkeit von den Motorbetriebsbedingungen zum Erreichen des gewünschten Prozentsatzes der Verdünnung und weiteres Einstellen der Menge von geleiteten Abgasen, wenn das aktivierte Kondensat entleert ist, um den gewünschten Prozentsatz der Verdünnung beizubehalten.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Einstellen der Kondensateinspritzung und das Einstellen der Menge von Abgasen ferner darauf basiert, ob die Kondensateinspritzung aktiviert ist und wohin die Abgase geleitet werden.
  17. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Leiten von den Abgasen zum ersten Kühler oder zweiten Kühler zum Teil auf der Erkennung von Verschmutzung innerhalb des ersten bzw. zweiten Kühlers basiert.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Verschmutzungserkennung auf dem Druckverlust der Abgase durch den ersten oder zweiten Kühler basiert.
  19. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Betriebsbedingungen Last und Drehzahl des Motors einschließen.
  20. Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend das Einstellen eines oder mehrerer der Folgenden zum Erreichen der gewünschten Verdünnung: Zündzeitpunkt des Motors oder Ventilsteuerung des Motors.
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