DE102017100479A1 - Kondensatmanagementsystem für einen abgaskühler und wärmerückgewinnungsvorrichtung - Google Patents

Kondensatmanagementsystem für einen abgaskühler und wärmerückgewinnungsvorrichtung Download PDF

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Abstract

Verfahren und Systeme zum Kondensatmanagement in einem AGR-Kühler eines Maschinensystems werden bereitgestellt. In einem Beispiel ist ein Abgasrückführungs(AGR)-System mit einem AGR-Kühler mit einem Abgassystem und einem Ansaugsystem einer Maschine gekoppelt. Der AGR-Kühler weist einen Einlass, der mit dem Abgassystem gekoppelt ist, einen ersten Auslass, der mit dem Abgassystem gekoppelt ist, und einen zweiten Auslass auf, der mit dem Ansaugsystem gekoppelt ist, wobei der zweite Auslass vertikal höher als der erste Auslass angeordnet ist.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Systeme für das Kondensatmanagement in einem Abgasrückführungs- und Abgaswärmerückgewinnungssystem.
  • Stand der Technik / Kurzdarstellung
  • Abgasrückführungs(AGR)-Systeme werden in Brennkraftmaschinen zur Verringerung von Emissionen und Erhöhung einer Verbrennungseffizienz verwendet. Das Abgas, das durch das AGR-System strömt, kann durch einen Wärmetauscher wie einen AGR-Kühler strömen. Der AGR-Kühler kann zur Verringerung der Abgastemperatur vor Eintreten in den Ansaugkrümmer fungieren, sodass eine Dichte der Luft, die in die Kraftmaschine eintritt, erhöht und somit eine Maschinenleistung erhöht und eine Kraftstoffeffizienz verbessert wird. Ferner kann gekühlte Luft Verbrennungstemperaturen senken und zur Verringerung bestimmter Maschinenemissionen beitragen. Allerdings kann sich unter bestimmten Bedingungen wie während eines Maschinenkaltstarts Kondensat in dem AGR-Kühler bilden. Das Kondensat kann sich in dem AGR-Kühler ansammeln und danach zur Maschine gespült werden. Ein kleines Kondensatvolumen wirkt sich möglicherweise nicht auf die Funktionsweise der Maschine aus, wohingegen ein größeres Kondensatvolumen eine Maschinenfehlzündung verursachen und die Wirksamkeit des AGR-Kühlers im Laufe der Zeit verringern kann. Ferner können in AGR-Kühlern, die Abgas kühlen, das zur Ansaugung zurückgeführt wird, saure Verbindungen in dem Kondensat vorhanden sein, die zu einer Beschädigung des Kühlers und/oder nachgeschalteter Komponenten führen.
  • Zur Vermeidung der Ansammlung von Kondensat in dem Wärmetauscher kann eine Umgehungsleitung um den Wärmetauscher bereitgestellt sein. Unter Bedingungen, unter denen sich voraussichtlich Kondensat in dem Wärmetauscher bildet, kann die Luft, die normalerweise dem Wärmetauscher bereitgestellt wird, durch die Umgehungsleitung geleitet werden, um eine mögliche Kondensatablagerung in dem Wärmetauscher zu vermeiden. Allerdings können solche Umgehungsleitungen teuer sein und die Komplexität der Steuersystemstrategie der Maschine erhöhen. Ferner kann es schwierig sein, vorherzusagen, wann sich eine Kondensation bilden kann, was zu einer unnötigen Umgehung der Luft und erhöhten Temperatur und verringerter Dichte führt.
  • Die Erfinder haben die Probleme mit dem obigen Ansatz erkannt und bieten ein System an, um das Problem einer übermäßigen Kondensaterzeugung in AGR-Kühlern mindestens teilweise abzuschwächen. Eine Ausführungsform für ein System beinhaltet eine Maschine (Verbrennungsmotor), die mit einem Ansaugsystem und einem Abgassystem gekoppelt ist, ein Abgasrückführungs(AGR)-System, welches das Abgassystem mit dem Ansaugsystem koppelt, und einen AGR-Kühler, der in dem AGR-System angeordnet ist, wobei der AGR-Kühler einen Einlass, der mit dem Abgassystem gekoppelt ist, einen ersten Auslass, der mit dem Abgassystem gekoppelt ist, und einen zweiten Auslass aufweist, der mit dem Ansaugsystem gekoppelt ist, wobei der zweite Auslass vertikal höher als der erste Auslass angeordnet ist.
  • Auf diese Weise kann das Kondensat, das sich in einem AGR-Kühler angesammelt hat, durch den ersten Auslass zu dem Abgassystem gelenkt werden, sodass der Austritt des Kondensats durch den zweiten Auslass des AGR-Kühlers, der mit dem Ansaugkrümmer der Maschine verbunden ist und vertikal höher als der erste Auslass ist, verhindert wird. Das Leiten des Kondensats von dem AGR-Kühler zu dem Abgassystem und Verhindern des Eintritts des Kondensats in die Maschine kann Maschinenverbrennungsprobleme, einschließlich einer Maschinenfehlzündung verringern.
  • Es versteht sich, dass die obige Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden. Sie beabsichtigt nicht, Schlüssel- oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands aufzuzeigen, dessen Schutzumfang allein durch die Ansprüche, die auf die ausführliche Beschreibung folgen, definiert ist. Des Weiteren ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem Teil der vorliegenden Offenbarung angeführten Nachteile beheben.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 stellt schematisch eine beispielhafte Maschine dar, die einen Ladeluftkühler und ein Abgasrückführungs(AGR)-System mit einem AGR-Kühler aufweist.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung eines geneigten AGR-Kühlers mit einem Einlass und zwei Auslässen.
  • 3 zeigt einen geneigten Ladeluftkühler mit einem Einlass und einem Auslass.
  • 4 zeigt ein Verfahren zum Regulieren einer Kondensatströmung durch einen geneigten AGR-Kühler mit zwei Auslässen.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Maschinenwärmetauscher wie AGR-Kühler und Ladeluftkühler (Charge Air Coolers = CAC) können Kondensat unter bestimmten Bedingungen ansammeln. Das angesammelte Kondensat kann in die Maschine gespült werden, wo es, falls es in großen Mengen vorhanden ist, eine Maschinenfehlzündung und andere Verbrennungsprobleme oder Schäden an Komponenten verursachen kann. Zur Vermeidung der Ansammlung von Kondensat in einem Maschinenwärmetauscher können die Wärmetauscher mit einer Neigung angeordnet sein, sodass die Kondensatströmung entlang der Neigung zum Ausgang des Wärmetauschers gelenkt werden kann, ohne die Maschine und andere zugehörige Komponenten zu beschädigen. 1 stellt ein Maschinensystem mit einem geneigten AGR-Kühler und einem geneigten CAC dar. 2 und 3 stellen die Schematik eines geneigten AGR-Kühlers und eines geneigten CAC dar. 4 zeigt ein Verfahren zum Regulieren einer Kondensatströmung durch einen geneigten AGR-Kühler, der mit einer Maschine verbunden ist.
  • 1 zeigt schematisch Aspekte eines beispielhaften Maschinensystems 100, das eine Maschine 10 aufweist. Bei der veranschaulichten Ausführungsform ist die Maschine 10 eine aufgeladene Maschine, die mit einem Turbolader 13 gekoppelt ist, der einen Verdichter 114 umfasst, der von einer Turbine 116 angetrieben wird. Insbesondere wird Frischluft entlang eines Ansaugkanals 42 in die Maschine 10 über den Luftreiniger 112 eingeführt und strömt zu dem Verdichter 114. Der Verdichter kann jeder geeignete Ansaugluftverdichter wie beispielsweise ein elektromotorgetriebener oder antriebswellengetriebener Kompressorverdichter sein. Bei dem Maschinensystem 10 ist der Verdichter jedoch ein Turboladerverdichter, der mechanisch über eine Welle 19 mit der Turbine 116 gekoppelt ist, wobei die Turbine 116 durch expandierendes Maschinenabgas angetrieben wird. In einer Ausführungsform können der Verdichter und die Turbine innerhalb eines zweiflutigen Turboladers gekoppelt sein. In einer anderen Ausführungsform kann der Turbolader ein Turbolader mit variabler Geometrie (VGT) sein, wobei die Turbinengeometrie in Abhängigkeit der Maschinendrehzahl aktiv verändert wird.
  • Da die Strömung durch den Verdichter die verdichtete Luft erwärmen kann, ist ein stromabwärtiger Ladeluftkühler (CAC) 18 bereitgestellt, sodass die geladene Ansaugladeluft vor der Abgabe an die Maschinenansaugung gekühlt werden kann. Wie in 1 dargestellt, ist der Verdichter 114 durch den CAC 18 (hierin auch als Intercooler bezeichnet) mit der Drosselklappe 20 gekoppelt. Die Drosselklappe 20 ist mit dem Maschinenansaugkrümmer 22 gekoppelt. Von dem Verdichter strömt die verdichtete geladene Luft durch den Ladeluftkühler 18 und die Drosselklappe zu dem Ansaugkrümmer. Der Ladeluftkühler kann ein Luft-zu-Luft-Wärmetauscher sein. In der in 1 dargestellten Ausführungsform wird der Druck der Luftladung innerhalb des Ansaugkrümmers durch einen Krümmerluftdruck-(MAP)-Sensor 124 erfasst.
  • Ein oder mehrere Sensoren können mit einem Einlass eines Verdichters 114 gekoppelt sein. Zum Beispiel kann ein Temperatursensor 55 mit dem Einlass gekoppelt sein, um eine Verdichtereinlasstemperatur zu schätzen, und ein Drucksensor 56 kann mit dem Einlass gekoppelt sein, um einen Verdichtereinlassdruck zu schätzen. Als weiteres Beispiel kann ein Feuchtigkeitssensor 57 mit dem Einlass gekoppelt sein, um eine Feuchtigkeit der Luftladung zu schätzen, die in den Verdichter eintritt. Wieder andere Sensoren können zum Beispiel Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren usw. einschließen. In anderen Beispielen können ein oder mehrere Einlasszustände des Verdichters (wie zum Beispiel Feuchtigkeit, Temperatur, Druck usw.) basierend auf Maschinenbetriebszuständen abgeleitet werden. Bei aktivierter AGR können die Sensoren außerdem eine Temperatur, einen Druck, eine Feuchtigkeit und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Luftladungsmischung schätzen, die Frischluft, zurückgeführte verdichtete Luft und Abgasreste enthält, die an dem Verdichtereinlass empfangen werden.
  • Während ausgewählter Zustände, wie zum Beispiel während eines Tip-Out, wenn von dem Maschinenbetrieb mit Aufladen auf den Maschinenbetrieb ohne Aufladen übergegangen wird, kann Verdichterpumpen auftreten. Dies ist auf eine erhöhte Druckdifferenz, die über den Verdichter erzeugt wird, wenn sich die Drossel bei dem Tip-Out schließt, zurückzuführen. Die erhöhte Druckdifferenz verringert einen Vorwärtsstrom durch den Verdichter, kann Pumpen verursachen und die Leistung des Turboladers verschlechtern. Zusätzlich kann Pumpen zu NV-Problemen führen, wie zum Beispiel zu unerwünschten Geräuschen aus dem Maschinenansaugsystem. Zum Entlasten des Ladedrucks und Reduzieren des Verdichterpumpens kann mindestens ein Teil der Luftladung, die von dem Verdichter 114 verdichtet wird, über den Verdichtereinlass zurückgeführt werden. Dies ermöglicht ein im Wesentlichen sofortiges Entlasten eines übermäßigen Ladedrucks. Das Verdichterrückführungssystem kann einen Rückführungskanal 70 mit einem Rückführventil 72 zum Zurückführen von gekühlter verdichteter Luft von dem Verdichterauslass stromabwärts des Ladeluftkühlers 18 zu dem Verdichtereinlass aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann ein zusätzlicher Verdichterrückführungskanal (nicht dargestellt) zum Zurückführen von ungekühlter (oder warmer) verdichteter Luft von dem Verdichterauslass stromaufwärts des Ladeluftkühlers 18 zu dem Verdichtereinlass bereitgestellt sein.
  • Ein Pumpen kann auch durch Verringern eines Auslassdrucks an der Turbine 116 entlastet werden. Zum Beispiel kann ein Wastegate-Aktuator 92 geöffnet werden, um mindestens etwas Auslassdruck von stromaufwärts der Turbine zu einer Stelle stromabwärts der Turbine über das Wastegate 90 umzuleiten. Durch Verringern des Auslassdrucks stromaufwärts der Turbine kann eine Turbinendrehzahl verringert werden, was wiederum zu einer Verringerung des Verdichterpumpens beiträgt. Allerdings können die Wirkungen von Verdichterrückführungsventil-Einstellungen beim Reduzieren des Pumpens aufgrund der Ladedynamik des Wastegates schneller sein als die Wirkungen der Wastegate-Einstellungen.
  • Der Ansaugkrümmer 22 ist mit einer Reihe von Brennkammern 30 durch eine Reihe von Ansaugventilen (nicht dargestellt) gekoppelt. Die Brennkammern sind ferner über eine Reihe von Auslassventilen (nicht gezeigt) mit dem Auslasskrümmer 36 gekoppelt. Bei der abgebildeten Ausführungsform ist ein einzelner Auslasskrümmer 36 dargestellt. Bei anderen Ausführungsformen kann der Auslasskrümmer jedoch eine Vielzahl von Auslasskrümmerabschnitten aufweisen. Konfigurationen mit mehreren Auslasskrümmerabschnitten können das Lenken des Abflusses aus unterschiedlichen Brennkammern zu unterschiedlichen Stellen in dem Maschinensystem ermöglichen.
  • Bei einer Ausführungsform können sowohl das Auslass- als auch das Ansaugventil elektronisch betätigt oder gesteuert werden. Bei einer anderen Ausführungsform können sowohl das Auslass- als auch das Ansaugventil durch Nocken betätigt oder gesteuert werden. Ob elektronisch oder durch Nocken betätigt, kann die Zeitsteuerung des Öffnens und Schließens des Auslass- und Ansaugventils nach Bedarf für eine gewünschte Verbrennungs- und Emissionssteuerleistung eingestellt werden.
  • Die Brennkammern 30 können durch eine Einspritzdüse 66 mit einem oder mehreren Kraftstoffen, beispielsweise mit Benzin, alkoholischen Kraftstoffgemischen, Diesel, Biodiesel, Druck-Erdgas usw. versorgt werden. Kraftstoff kann über Direkteinspritzung, Saugrohreinspritzung, Drosselventilkörper-Einspritzung oder irgendeine Kombination davon den Brennkammern zugeführt werden. In den Brennkammern kann die Verbrennung über Funkenzündung und/oder Verdichtungszündung ausgelöst werden.
  • Wie in 1 gezeigt, wird Abgas von dem einen oder den mehreren Abgaskrümmerabschnitten zu der Turbine 116 gelenkt, um die Turbine anzutreiben. Wenn ein verringertes Turbinendrehmoment erwünscht ist, kann ein Teil des Abgases stattdessen durch ein Wastegate 90 gelenkt werden, indem es die Turbine umgeht. Der kombinierte Strom aus der Turbine und dem Wastegate strömt dann durch die Emissionssteuerung 170. Im Allgemeinen können eine oder mehrere Emissionssteuervorrichtungen 170 einen oder mehrere Abgasnachbehandlungskatalysatoren aufweisen, die so ausgelegt sind, dass sie den Abgasstrom katalytisch behandeln und dadurch eine Menge einer oder mehrerer Substanzen im Abgasstrom reduzieren. Ein Abgasnachbehandlungskatalysator kann beispielsweise so ausgelegt sein, dass er NOX aus dem Abgasstrom fängt, wenn der Abgasstrom mager ist, und das gefangene NOX reduziert, wenn der Abgasstrom reichhaltig ist. Bei anderen Beispielen kann ein Abgasnachbehandlungskatalysator so ausgelegt sein, dass er NOX disproportioniert oder NOX mit Hilfe eines Reduktionsmittels selektiv reduziert. Bei anderen Beispielen kann ein Abgasnachbehandlungskatalysator so ausgelegt sein, dass er Restkohlenwasserstoffe und/oder Restkohlenmonoxid im Abgasstrom oxidiert. Diverse Abgasnachbehandlungskatalysatoren mit einer beliebigen solchen Funktionalität können in Zwischenschichten oder anderswo in den Abgasnachbehandlungsstufen entweder separat oder zusammen angeordnet sein. Bei einigen Ausführungsformen können die Abgasnachbehandlungsstufen einen regenerierbaren Rußfilter aufweisen, der so ausgelegt ist, dass er Rußpartikel in dem Abgasstrom fängt und oxidiert.
  • Die Gesamtheit oder ein Teil des behandelten Abgases aus der Emissionssteuerung 170 kann über die Auslassleitung 35 an die Umgebung abgegeben werden. Je nach Betriebsbedingungen kann jedoch ein Anteil der Abgasreste anstatt zum AGR-Kanal 50 durch einen AGR-Kühler 51 und ein AGR-Ventil 52 zum Ansaugkrümmer 22 umgeleitet werden. Dementsprechend koppelt der AGR-Kanal 50 den Maschinenauslasskrümmer stromaufwärts der Turbine 116 mit dem Maschinenansaugkrümmer stromabwärts des Verdichters 114.
  • Das AGR-Ventil 52 kann geöffnet werden, um eine gesteuerte Menge gekühltes Abgas durch den AGR-Kanal 50 zuzulassen, der stromabwärts des Verdichters für eine gewünschte Verbrennungs- und Emissionssteuerleistung verbunden ist. Somit ist das Maschinensystem 10 ausgelegt, eine externe Hochdruck(HD)-AGR durch Entnehmen von Abgas von stromaufwärts der Turbine 116 bereitzustellen. Das AGR-Ventil 52 kann auch als ein stufenlos verstellbares Ventil konfiguriert sein. In einem alternativen Beispiel kann das AGR-Ventil 52 jedoch als ein Ein/Aus-Ventil konfiguriert sein. Das Drehen des Verdichters stellt zusätzlich zu dem relativ langen HD-AGR-Strömungsweg in dem Maschinensystem 10 eine Homogenisierung der Abgase in der Ansaugluftladung bereit. Ferner stellen die Anordnung der AGR-Abzweigung und Mischstellen effektives Kühlen der Abgase im Sinne einer erhöhten verfügbaren AGR-Masse und verbesserter Leistung bereit.
  • In einem Beispiel kann das Maschinensystem zusätzlich oder als Alternative einen Niederdruck-(ND)AGR-Strömungsweg aufweisen, wobei Abgas von stromabwärts der Turbine 116 angesaugt und zu dem Maschinenansaugkrümmer stromaufwärts des Verdichters 114 zurückgeführt wird. AGR-Ventile können den Abgasstrom durch die ND-AGR regulieren. In einem Beispiel kann die ND-AGR einen AGR-Kühler zum Kühlen des Abgases aufweisen, das zurück zur Maschine geführt wird. In einem anderen Beispiel können sowohl die HD-AGR als auch die ND-AGR in dem System 100 vorhanden sein, um Abgas zur Maschine zurückzuführen.
  • Der AGR-Kühler 51 kann mit einem AGR-Kanal 50 zum Kühlen von AGR, die an die Maschinenansaugung geliefert wird, gekoppelt sein. Zusätzlich können mit dem AGR-Kanal 50 ein oder mehrere Sensoren 54 gekoppelt sein, um Einzelheiten in Zusammenhang mit der Zusammensetzung und dem Zustand der AGR bereitzustellen. Ein Temperatursensor kann zum Beispiel bereitgestellt werden, um eine Temperatur der AGR bereitzustellen, ein Drucksensor kann bereitgestellt werden, um einen Druck der AGR zu bestimmen, ein Feuchtigkeitssensor kann bereitgestellt werden, um eine Feuchtigkeit oder einen Wassergehalt der AGR zu bestimmen, und/oder ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor kann zum Schätzen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der AGR bereitgestellt werden. Eine Öffnung des AGR-Ventils kann basierend auf den Maschinenbetriebszuständen und den AGR-Zuständen eingestellt werden, um eine gewünschte Menge an Maschinenverdünnung bereitzustellen.
  • Der AGR-Kühler 51 kann ein Flüssigkeit-zu-Luft-Wärmetauscher sein, der Maschinenkühlmittel in einer Wärmetauschbeziehung mit dem Abgas leitet, das durch den AGR-Kühler strömt. Der AGR-Kühler kann Strömungsleitungen/-rohre aufweisen, die das Abgas aus dem AGR-Kanal 50 und das Maschinenkühlmittel in einer Wärmetauschbeziehung ohne Vermischen der zwei Fluida lenken. Das Kühlmittel kann Wärme aus dem heißen Abgas extrahieren und zum Maschinenkühlsystem (z. B. der Maschine, dem Kühler oder einer anderen Kühlsystemkomponente) leiten, um die Maschine zu kühlen, und das gekühlte Abgas kann an den Ansaugkrümmer der Maschine zurückgeführt werden. Eine Verringerung der Maschinenverbrennungstemperatur trägt zur Vermeidung der Bildung von Stickstoffoxid-(NOx)-Schadstoffen bei. Zudem verringert der AGR-Kühler eine Wärmebelastung auf den Zylinderkopfdichtungen und Ansaug-/Auslassventilen, sodass die Lebenszeit der Komponenten verlängert werden kann. Wenn die Temperatur des Maschinenkühlmittels viel niedriger als die des Abgases ist, zum Beispiel unter Kaltstartbedingungen, kann die niedrige Kühlmitteltemperatur zu einer erheblichen Verringerung der Temperatur (unterhalb des Taupunktes) des Abgases führen, das durch den AGR-Kühler strömt, wobei Kondensat erzeugt wird, das sich im AGR-Kühler ansammeln kann.
  • Der AGR-Kühler 51 kann als eine Kombinationsvorrichtung zur Abgaswärmerückgewinnung und Abgasrückführung zur Maschine fungieren. Das Abgas, das durch den AGR-Kühler strömt, kann Wärme auf ein Maschinenkühlmittel übertragen, wobei mindestens ein Teil des Abgases beispielsweise während eines Kaltstarts, wenn sich die Maschine unterhalb einer Schwellentemperatur befindet, zurück zum Abgassystem strömen kann, sodass ein schnelles Maschinenaufwärmen ermöglicht wird, während eine Abgasrückführung an die Maschinenansaugung aufgrund von Verbrennungsstabilitätsproblemen unter zum Beispiel Kaltstartbedingungen nicht ermöglicht wird. Unter Kaltstartbedingungen kann die Temperaturdifferenz zwischen dem Maschinenkühlmittel und dem Abgas, das durch den AGR-Kühler strömt, zur Kondensaterzeugung im AGR-Kühler führen.
  • Der AGR-Kühler kann das gekühlte Abgas gegebenenfalls auch an die Maschine zurückführen. Die Strömung des Abgases von dem AGR-Kühler zum Abgassystem oder zur Maschinenansaugung kann von Maschinenbetriebsparametern abhängen, die eine Maschinentemperatur, Maschinendrehzahl, Maschinenlast usw. beinhalten. Der AGR-Kühler 51 kann zwei Auslässe aufweisen, einen für einen Abgasrückgewinnungsmodus, in dem das Abgas nach einer Wärmerückgewinnung zurück zum Abgassystem strömt, und einen anderen Auslass zur Abgasrückführung zur Maschinenansaugung. Die AGR-Strömung zur Maschinenansaugung von dem AGR-Kühler kann von dem AGR-Ventil 52 geregelt werden und eine Abgasströmung von dem AGR-Kühler zum Abgassystem kann von einem ersten Auslassventil 49 des AGR-Kühlers geregelt werden.
  • Für das Management des in dem AGR-Kühler 51 erzeugten Kondensats kann der AGR-Kühler in einem Beispiel bei einer derartigen Neigung liegen, dass ein AGR-Kühler vertikal niedriger als ein zweiter Auslass des AGR-Kühlers und vertikal niedriger als ein Einlass des AGR-Kühlers liegt. In einem Beispiel kann der AGR-Kühler 51 einen Abgaseinlass, der mit dem AGR-Kanal 50 verbunden ist, sodass heißes Abgas in den AGR-Kühler eingeleitet wird, und zwei AGR-Auslässe aufweisen, wobei ein erster Auslass mit der AGR-Leitung 53 verbunden ist und das gekühlte Abgas zurück zum Auslasskrümmer 36 strömt, und ein zweite AGR-Auslass mit der AGR-Leitung 53 verbunden ist, die mit dem Ansaugkrümmer 22 verbunden ist. Das erste Auslassventil 49 des AGR-Kühlers kann den AGR-Strom durch den ersten Auslass zum Abgassystem regulieren. In einigen Beispielen kann verhindert werden, das in dem AGR-Kühler beispielsweise unter Kaltstartbedingungen erzeugtes Kondensat durch den zweiten Auslass austritt, indem das Kondensat entlang der Neigung des AGR-Kühlers mit der Schwerkraft durch den ersten Auslass geleitet wird, der wiederum mit dem Auslasskrümmer verbunden ist. Der AGR-Kühler wird nun unten unter Bezugnahme auf 2 ausführlich beschrieben.
  • Unter Kaltstartbedingungen wie während eines Maschinenkaltstarts oder unter Bedingungen hoher Umgebungsfeuchtigkeit kann sich Kondensation in dem CAC ansammeln, die an die Maschine geleitet werden kann, was zu Maschinenfehlzündungereignissen und NVH-Problemen führt. In einem Beispiel kann zum Ablassen des kleinen Kondensatvolumens aus dem CAC der CAC-Auslass niedriger als der CAC-Einlass sein, wobei sich der CAC zur Maschine neigt und eine Kondensatströmung von dem CAC zur Maschine ermöglicht. Durch Vermeiden einer Kondensatansammlung im CAC kann verhindert werden, dass ein großes Kondensatvolumen in die Maschine gespült wird, was zu Verbrennungsproblemen, einschließlich einer Maschinenfehlzündung führen kann. Der geneigte CAC wird unter Bezugnahme auf 3 ausführlicher beschrieben.
  • Das Maschinensystem 100 kann ferner ein Steuersystem 14 aufweisen. Das Steuersystem 14 empfängt in der Darstellung Informationen von einer Vielzahl von Sensoren 16 (von welchen diverse Beispiele hier beschrieben werden) und sendet Steuersignale an eine Vielzahl von Aktuatoren 81 (von welchen diverse Beispiele hier beschrieben werden). Als ein Beispiel können die Sensoren 16 einen Abgassensor 126 aufweisen, der stromaufwärts der Emissionskontrollvorrichtung liegt, einen MAP-Sensor 124, einen Abgastemperatursensor 128, Abgasdrucksensor 129, Verdichtereinlasstemperatursensor 55, Verdichtereinlassdrucksensor 56, Verdichtereinlassfeuchtigkeitssensor 57 und AGR-Sensor 54 aufweisen. Andere Sensoren, wie zum Beispiel zusätzliche Druck-, Temperatur-, Luft-/Kraftstoff-Verhältnis- und Zusammensetzungssensoren können mit diversen Stellen im Maschinensystem 100 gekoppelt sein. Die Aktuatoren 81 können zum Beispiel Drosselventil 20, AGR-Ventil 52, erstes Auslassventil 49 des AGR-Kühlers, Wastegate 92 und Kraftstoffeinspritzdüse 66 aufweisen. Das Steuersystem 14 kann eine Steuerung 12 beinhalten. Die Steuerung kann Eingabedaten von den verschiedenen Sensoren empfangen, die Eingabedaten verarbeiten und verschiedene Aktuatoren als Reaktion auf die verarbeiteten Eingabedaten basierend auf darin programmierten Anweisungen oder Code entsprechend einer oder mehrerer Routinen auslösen.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung 200 eines AGR-Kühlers 202. Der AGR-Kühler 202 ist ein nicht einschränkendes Beispiel des AGR-Kühlers 51 aus 1. Der AGR-Kühler 202 weist einen Einlass 204, durch den Abgas in den AGR-Kühler 202 einströmt, und zwei AGR-Kühlerauslässe, nämlich einen ersten AGR-Kühlerauslass 206 und einen zweiten AGR-Kühlerauslass 208 auf. Der Einlass 204 kann mit einer Auslassleitung verbunden sein, durch die Abgas aus dem Abgassystem in den AGR-Kühler einströmt. Der erste AGR-Kühlerauslass 206 kann mit einem Abgassystem (z. B. einem Auslasskrümmer) einer Maschine verbunden sein, durch den Abgas und Kondensat von dem AGR-Kühler zum Abgassystem zurückströmt, und der zweite AGR-Kühlerauslass 208 kann fluidisch mit einem Ansaugsystem (z. B. kann der zweite Auslass mit einem Ansaugkrümmer gekoppelt sein) einer Maschine verbunden sein, sodass eine Abgasströmung von dem AGR-Kühler 202 zur Maschinenansaugung gelenkt wird. Ein erstes Auslassventil 210 des AGR-Kühlers kann den Strom durch den ersten AGR-Kühlerauslass 206 regulieren. In einem Beispiel kann der AGR-Kühler 202 der AGR-Kühler 51 aus 1 sein, wobei der Einlass 204 mit dem AGR-Kanal 50 verbunden ist, der erste AGR-Kühlerauslass 206 durch die AGR-Leitung 53 mit dem Ansaugkrümmer 36 verbunden ist und der zweite AGR-Kühlerauslass mit der Maschinenansaugung 22 verbunden ist.
  • Der AGR-Kühler 202 kann ein Flüssigkeit-zu-Luft-Wärmetauscher mit Abgas sein, das in einer Wärmetauschbeziehung mit einem Maschinenkühlmittel strömt. Kondensat kann in dem AGR-Kühler unter bestimmten Bedingungen erzeugt werden, beispielsweise wenn die Luft in dem AGR-Kühler von dem kalten Maschinenkühlmittel unter ihren Taupunkt abgekühlt wird (oder wenn die Oberflächen des AGR-Kühlers unter dem Taupunkt des Abgases liegen), was zu Kondensation führt, die sich in dem AGR-Kühler ansammeln kann. Falls sich das Kondensat in dem AGR-Kühler ansammeln kann, kann es in die Maschine gespült werden, was zu einer Maschinenfehlzündung führen kann.
  • Zur Vermeidung von Kondensat in dem AGR-Kühler 202 kann der AGR-Kühler bei einer Neigung angeordnet werden, sodass der AGR-Kühler 202 in einem Winkel α in Bezug auf eine horizontale Achse 201 liegt, wie in 2 dargestellt. Der Winkel α kann im Bereich von 5°bis 90° liegen. Der geneigte AGR-Kühler kann eine Abwärtsneigung in einer Abgasströmungsrichtung aufweisen, z. B. von dem AGR-Kühlereinlass zu den AGR-Kühlerauslässen nach unten geneigt sein. Die Neigung des AGR-Kühlers 202 führt zur geodätisch höheren Positionierung des AGR-Kühlereinlasses 204 als der erste AGR-Kühlerauslass 206. Außerdem kann der zweite AGR-Kühlerauslass 208 geodätisch höher als der erste AGR-Kühlerauslass 206 sein. In einem Beispiel ist der AGR-Kühlereinlass 204 vertikal höher als der erste AGR-Kühlerauslass 206 in Bezug auf einen Boden, auf dem ein Fahrzeug steht, in dem der AGR-Kühler installiert ist. Wenngleich der AGR-Kühler in 2 mit einer kontinuierlichen, geraden, vertikal abwärtigen Neigung dargestellt ist, kann eine beliebige Krümmung des AGR-Kühlers verwendet werden, die eine kontinuierliche bergabwärtige (sumpffreie) Neigung von dem Einlass zu dem ersten Auslass aufrechterhält.
  • In dem Beispiel aus 2 ist der zweite AGR-Kühlerauslass 208 geodätisch niedriger (z. B. vertikal niedriger in Bezug auf den Boden) als der Einlass 204 und höher als der erste AGR-Kühlerauslass 206 angeordnet. In anderen Beispielen kann sich der zweite AGR-Kühlerauslass 208 auf der gleichen vertikalen Ebene wie der Einlass 204 befinden oder kann sich geodätisch höher als der Einlass 204 befinden, je nach der Position des Einlasses 204 und des zweiten AGR-Kühlerauslasses 208 an dem AGR-Kühler 202. Der erste AGR-Kühlerauslass 206 kann sich vertikal niedriger als der Einlass 204 und der zweite AGR-Kühlerauslass befinden.
  • Der AGR-Kühler 202 kann lateral in einem Fahrzeugsystem angeordnet sein, sodass sich die Neigung des AGR-Kühlers 202 entlang einer Querachse des Fahrzeugs (z. B. kann das Fahrzeug eine Längsachse aufweisen, wobei die Querachse senkrecht zu der Längsachse ist) nach unten neigen kann, wobei der erste Auslass 206 geodätisch niedriger ist als der Einlass 204 und geodätisch niedriger ist als der zweite Auslass 208. Die laterale Positionierung des AGR-Kühlers in dem Fahrzeugsystem kann derart sein, dass, wenn das Fahrzeug das Fahrzeug bergaufwärts oder bergabwärts fährt, die Neigung des AGR-Kühlers nicht signifikant geändert werden kann. In anderen Beispielen kann sich der AGR-Kühler entlang der Längsachse des Fahrzeugs bergabwärts neigen.
  • Der Strom von Fluida durch den geneigten AGR-Kühler 202 kann sich entlang eines ersten Strömungswegs 212 von dem AGR-Kühlereinlass 204 entlang einer Abwärtsneigung zu dem ersten AGR-Kühlerauslass 206 erstrecken und mit dem Maschinenabgassystem verbunden sein, und sich entlang eines zweiten Strömungswegs 214 von dem AGR-Einlass 204 zu dem zweiten AGR-Kühlerauslass erstrecken und mit der Maschinenansaugung verbunden sein, wie durch gestrichelte Linien mit Pfeilen angegeben. Der erste Strömungsweg 212 kann in Bezug auf zweiten Strömungsweg 214 geneigter sein. In einigen Beispielen kann der zweite Strömungsweg je nach der relativen Positionierung des Einlasses 204 und des zweiten AGR-Kühlerauslasses 208 an dem AGR-Kühler nicht in einer vertikal abwärtigen Neigung verlaufen oder kann entlang einer vertikal aufwärtigen Neigung verlaufen.
  • Kondensat, das in dem geneigten AGR-Kühler erzeugt wird, kann mit der Schwerkraft zum ersten AGR-Kühlerauslass 206 entlang des ersten Strömungswegs 212 weg von dem zweiten AGR-Kühlerauslass 208 strömen, der mit der Maschinenansaugung verbunden ist. Ein erstes Auslassventil 210 des AGR-Kühlers kann den Strom durch den ersten AGR-Kühlerauslass 206 regulieren. In einem Beispiel kann das Ventil geöffnet werden, um eine gesteuerte Fluidmenge zum Auslasskrümmer zuzulassen. In einem Beispiel kann der erste AGR-Kühlerauslass als ein Ein/Aus-Ventil konfiguriert sein oder es kann ein stufenlos verstellbares Ventil sein. Der erste AGR-Kühlerauslass 210 kann von einem Aktuator (z. B. einem pneumatischen, hydraulischen oder elektrischen Aktuator) als Reaktion auf ein Signal eingestellt werden, das von einer Steuerung empfangen wird. Der Abgasstrom zum Ansaugkrümmer von dem zweiten AGR-Kühlerauslass kann basierend zum Beispiel auf einer angestrebten AGR-Strömungsrate reguliert werden und ein Abgasstrom zum Auslasskrümmer kann auf einer Maschinentemperatur basieren. Ein AGR-Ventil, zum Beispiel das Ventil 52, das in 1 stromabwärts des zweiten AGR-Kühlerauslasses 208 dargestellt ist, kann einen AGR-Strom zur Maschine regulieren. In einem anderen Beispiel kann das AGR-Ventil, das die AGR-Strömungsrate reguliert, stromaufwärts des AGR-Kühlers liegen. In noch einem weiteren Beispiel kann auf das erste AGR-Kühlerauslassventil 210 verzichtet werden und die gesamte Strömungssteuerung durch den AGR-Kühler von dem AGR-Ventil bereitgestellt werden. In Beispielen, in denen das AGR-Ventil stromabwärts des AGR-Kühlers in der AGR-Strömungsrichtung angeordnet ist (z. B. ein AGR-Ventil auf der kalten Seite) kann Abgas unter im Wesentlichen allen Maschinenbetriebsbedingungen durch den AGR-Kühler strömen und das AGR-Ventil kann steuern, wie viel Abgas in den AGR-Kühler zur Ansaugung strömt. Wenn dementsprechend das AGR-Ventil vollständig geschlossen ist, wird nahezu das gesamte Abgas, das durch den AGR-Kühler strömt, zurück zum Auslass gelenkt, während, wenn das AGR-Ventil offen ist, mindestens ein Teil des Abgases, das durch den AGR-Kühler strömt, zur Ansaugung gelenkt wird.
  • Somit kann Kondensat, das in dem AGR-Kühler erzeugt wird, entlang des ersten Strömungswegs durch den ersten AGR-Auslass abgelassen werden, der geodätisch niedriger als der Einlass 204 und der zweite AGR-Kühlerauslass 208 ist. Dadurch wird das Kondensat, das ansonsten zur Maschine strömen kann, weg von der Maschine gelenkt, sodass Maschinenverbrennungsprobleme vermieden werden.
  • Unter Bezugnahme auf 3 ist eine schematische Darstellung 300 eines CAC 302 mit einem Einlass 304 und einem Auslass 306 dargestellt. Der Ladeluftkühler kann der CAC 18 in 1 sein, wobei der CAC-Einlass 304 stromabwärts eines Verdichters verbunden ist und die verdichtete Luft durch den CAC lenkt. Der Einlass 304 kann die Ladeluft aus dem Verdichter in den CAC zulassen. Der CAC kann die geladene Luft durch mehrere Wärmetauschkanäle leiten, um Wärme aus der Ladeluft zu entfernen, und die gekühlte geladene Luft kann aus dem CAC durch den Auslass 306 zum Ansaugkrümmer einer Maschine austreten.
  • Im Laufe des Abkühlens der verdichteten Luft, die durch den CAC strömt, kann sich Kondensation auf einer beliebigen internen Oberfläche des Ladeluftkühlers bilden, der kühler als der Taupunkt der verdichteten Luft ist. Das Kondensat kann sich mit der Zeit in dem CAC ansammeln und kann unvorhersagbar in großen Mengen auf abrupte Art und Weise, zum Beispiel im Falle eines Tip-in eines Gaspedals, aus dem CAC in den Ansaugkrümmer und zur Maschine geleitet werden. Das große Kondensatvolumen, das in die Maschine eingeleitet wird, kann zur Unterbrechung eines normalen Maschinenbetriebs führen und Komponenten stromabwärts des Kühlers beschädigen.
  • Zur Verminderung des Problems der Kondensatansammlung im CAC kann der Einlass 304 des CAC geodätisch höher als der Auslass 306 liegen, sodass der CAC 302 in einem Winkel β in Bezug auf eine horizontale Achse 301 geneigt sein kann, wie in 3 dargestellt. Der Winkel β in Bezug auf die horizontale Achse 301 kann in einem Beispiel im Bereich von 0° bis 25° liegen, wenngleich andere Winkel innerhalb des Schutzumfangs dieser Offenbarung liegen. Die Abwärtsneigung des CAC 302 von dem Einlass 304 zu dem Auslass 306 kann eine Strömung, die aus dem Auslass 306 mit der Schwerkraft austritt, zum Ansaugkrümmer und der Maschine lenken, wie durch die gestrichelten Linien mit Pfeilköpfen angegeben. Diese Neigung des CAC kann auch Kondensat leiten, das in dem CAC 302 erzeugt wird, sodass es kontinuierlich in geringen Mengen zur Maschine strömt und so eine Kondensatansammlung im CAC 302 vermieden wird und der Eintritt eines großen Kondensatvolumens in die Maschine, der einen Maschinenbetrieb unterbrechen und Komponenten stromabwärts des CAC beschädigen kann, vermieden wird.
  • Die Ansammlung eines großen Kondensatvolumens in Wärmetauschern, die einer Maschine zugeordnet sind, kann zu einer Strömung des angesammelten Kondensat zur Maschine führen, was zu Maschinenverbrennungsproblemen, einschließlich einer Maschinenfehlzündung führen kann. 4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 400 zum Steuern einer Kondensatströmung durch einen geneigten AGR-Kühler darstellt, der mit einem Ansaugsystem und mit einem Abgassystem einer Maschine verbunden ist. Das Verfahren 400 kann eine Strömung durch den geneigten AGR-Kühler, zum Beispiel den AGR-Kühler aus 1 und 2 steuern, wobei ein erster Auslass des AGR-Kühlers, der mit dem Abgassystem verbunden ist, vertikal niedriger ist als ein AGR-Kühlereinlass und ein zweiter AGR-Kühlerauslass, der mit der Maschinenansaugung verbunden ist. Der geneigte AGR-Kühler kann Kondensat, das in dem AGR-Kühler erzeugt wird, mit der Schwerkraft durch den ersten Auslass zum Abgassystem ablassen, wobei der Eintritt des Kondensats in die Maschinenansaugung durch den zweiten AGR-Kühlerauslass verhindert wird. Die AGR-Strömung durch den ersten AGR-Kühlerauslass kann von einem ersten AGR-Kühlerauslassventil, zum Beispiel dem Ventil 210, das in 2 dargestellt ist, reguliert werden. Die AGR-Strömungsrate zur Maschinenansaugung kann von einem AGR-Ventil, das den zweiten AGR-Kühlerauslass mit der Maschinenansaugung verbindet, zum Beispiel dem Ventil 52 reguliert werden, das in 1 dargestellt ist.
  • Das Verfahren 400 beinhaltet auch das Leiten von verdichteter Luft durch einen geneigten CAC, zum Beispiel den oben unter Bezugnahme auf 1 und 3 beschriebenen CAC, wobei der CAC-Auslass niedriger als der CAC-Einlass ist, sodass das kleine Kondensatvolumen aus dem CAC zur Maschine abgelassen wird und eine Ansammlung großer Kondensatmengen im CAC verhindert werden kann, die, falls sie zur Maschine gespült werden, zu Verbrennungsproblemen führen können.
  • Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 400 können von einer Steuerung basierend auf Anweisungen, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, und in Verbindung mit Signalen, die von Sensoren des Maschinensystems wie den oben unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Sensoren empfangen werden, ausgeführt werden. Die Steuerung kann Maschinenaktuatoren des Maschinensystems gemäß den unten beschriebenen Verfahren zum Einstellen des Maschinenbetriebs einsetzen.
  • Das Verfahren 400 beginnt bei 402 durch Bestimmen von Maschinenbetriebsparametern. Maschinenbetriebsparameter schließen eine Maschinendrehzahl, Maschinenlast, Temperatur usw. ein. Das Verfahren 400 geht weiter zu 403, wobei während des Maschinenbetriebs verdichtete Luft von einem Verdichter, zum Beispiel dem Verdichter 114, der mit dem CAC 18 verbunden ist, wie in 1 dargestellt, in den geneigten CAC durch den CAC-Einlass strömt. Die verdichtete Luft wird abgekühlt, während sie durch den CAC strömt, und tritt durch den CAC-Auslass aus, der vertikal niedriger als der CAC-Einlass ist. Die gekühlte verdichtete Luft, die aus dem geneigten CAC austritt, kann durch den Ansaugkrümmer zur Maschine strömen, wie oben unter Bezugnahme auf 1 erläutert. Das Kondensat, das in dem CAC erzeugt wird, kann auch derart gelenkt werden, dass es durch den geneigten CAC mit der Schwerkraft zur Maschine strömt, sodass eine Ansammlung großer Kondensatmengen im CAC verhindert wird.
  • Bei 404 beurteilt das Verfahren 400, ob Maschinenkaltstartbedingungen vorliegen. Die Kaltstartbedingungen können durch Messen von Parametern wie Umgebungslufttemperatur, Maschinenöltemperatur, Maschinentemperatur, Zeit, die zwischen zwei Maschinenstartereignissen vergangen ist, usw. beurteilt werden. In einem Beispiel kann eine Kaltstartbedingung durch Vergleichen einer Maschinentemperatur mit einer Schwellentemperatur bestimmt werden (z. B. kann ein Kaltstart angezeigt werden, wenn eine Maschinenkühlmitteltemperatur einer Umgebungstemperatur entspricht). Falls Kaltstartbedingungen erkannt werden, geht das Verfahren 400 weiter zu 406, wo das erste AGR-Kühlerauslassventil geöffnet wird, sodass ein erster Strömungsweg in einer Abwärtsneigung von dem AGR-Kühlereinlass in den ersten AGR-Kühlerauslass, der mit dem Abgassystem verbunden ist, strömen kann, wobei der AGR-Kühlereinlass vertikal höher ist als der erste AGR-Kühlerauslass. Unter Kaltstartbedingungen kann Kondensat in dem AGR-Kühler erzeugt werden, wenn die Temperatur des Maschinenkühlmittels viel niedriger als das Abgas ist. Die niedrige Kühlmitteltemperatur kann zu einer großen Verringerung der Abgastemperatur (unterhalb des Taupunktes) führen, wobei dessen Strömung durch den AGR-Kühler Kondensat erzeugt. Kondensat, das in dem AGR-Kühler erzeugt wird, kann entlang eines ersten Strömungswegs entlang einer Abwärtsneigung des AGR-Kühlers durch das offene erste AGR-Kühlerauslassventil zum Abgassystem stromabwärts der Maschine strömen. Außerdem kann unter den Kaltstartbedingungen, unter denen eine Maschinentemperatur niedriger als gewünscht ist, das erste AGR-Kühlerauslassventil geöffnet werden, um Wärme aus dem Abgas auf das Maschinenkühlmittel zu übertragen, das durch den AGR-Kühler strömt, sodass ein Aufwärmen der Maschine beschleunigt wird.
  • Bei 408 kann die AGR-Strömungsrate durch den zweiten Auslass zum Ansaugsystem der Maschine durch das AGR-Ventil gesteuert werden. Die AGR-Strömungsrate kann auf Betriebsparametern basieren und die gewünschte AGR-Rate kann auf geeignete Weise, beispielsweise basierend auf einer im Speicher der Steuerung befindlichen Tabelle eingestellt und basierend auf einer Maschinendrehzahl und -last bestimmt werden. In einem Beispiel kann die AGR-Rate basierend auf einer Rückmeldung von Sensoren eingestellt werden, die sich stromabwärts des AGR-Ventils befinden.
  • Das Verfahren kann bei 410 beurteilen, ob das Kondensat, das sich in dem AGR-Kühler angesammelt hat, über einem Schwellenwert liegt. Die Schätzung der Kondensatansammlung in dem AGR-Kühler kann auf verschiedenen Parametern in dem AGR-Kühler wie einer Massenluftströmung durch den AGR-Kühler, einer Temperatur am Auslass des AGR-Kühlers, einer Abgasfeuchtigkeit und/oder einem Druck des AGR-Kühlers basieren. Falls das Kondensat, das sich im AGR-Kühler angesammelt hat, über dem Schwellenwert liegt, geht das Verfahren 400 weiter zu 412, wo Maschinenbetriebsparameter selektiv eingestellt werden. Die Einstellungen können das Leiten des Abgases durch ein Wastegate, Umgehen einer Turbine (zum Beispiel Wastegate 90, das die Turbine 116 umgeht, wie in 1 dargestellt), beinhalten, um den Eintritt von Kondensat in die Turbine und eine Beschädigung derselben zu vermeiden. In einem anderen Beispiel kann der AGR-Strom abgeschaltet werden, um den Eintritt von Kondensat in die Turbine zu verhindern. Die selektiven Einstellungen können in einem Beispiel auf einer Turbinendrehzahl basieren, z. B. kann das Wastegate nur eingestellt werden, wenn die Turbinendrehzahl über einem Schwellenwert liegt, und/oder nur dann, wenn das Öffnen des Wastegates den Ladedruck nicht unerwünschter Weise senkt. Ferner kann in einigen Beispielen, wenn die Kondensatmenge, die in dem AGR-Kühler gebildet wird, relativ hoch ist und die Turbine nicht umgangen werden kann, die Abgasströmung durch den AGR-Kühler abgeschaltet werden. Das Verfahren 400 springt dann zurück. Falls bei 410 bestimmt wird, dass Kondensat in dem AGR-Kühler unter dem Schwellenwert liegt, kehrt das Verfahren zurück.
  • Falls zurück bei 404 die Maschinenkaltstartbedingungen nicht vorhanden sind, geht das Verfahren weiter zu 414, wo das erste AGR-Kühlerauslassventil geschlossen wird, was zu einer Strömung von Abgas durch den zweiten Strömungsweg durch den zweiten AGR-Kühlerauslass führt, der mit der Maschinenansaugung verbunden ist. Der zweite Strömungsweg kann entlang einer weniger vertikal abwärtigen Neigung in Bezug auf den ersten Strömungsweg verlaufen. In anderen Beispielen kann der zweite Strömungsweg keine vertikal abwärtige Neigung aufweisen oder kann entlang einer vertikal aufwärtigen Neigung verlaufen.
  • Bei 416 kann die AGR-Strömungsrate durch den zweiten Auslass zum Ansaugsystem der Maschine durch das AGR-Ventil gesteuert werden. Die AGR-Strömungsrate kann auf Betriebsparametern basieren und die gewünschte AGR-Rate kann auf geeignete Weise, beispielsweise basierend auf einer im Speicher der Steuerung befindlichen Tabelle eingestellt und basierend auf einer Maschinendrehzahl und -last bestimmt werden.
  • Selbst wenn die Maschine unter Kaltstartbedingungen nicht betätigt wird, kann sich Kondensat in dem AGR-Kühler bilden. Wenn also das erste AGR-Auslassventil geschlossen ist, kann Kondensat beginnen, sich im AGR-Kühler anzusammeln. In einigen Beispielen kann sich genug Kondensat bilden, sodass es sogar mit dem hierin beschriebenen geneigten AGR-Kühler in die Maschine gespült werden könnte. Somit kann in einigen Beispielen die Kondensatmenge, die sich im AGR-Kühler ansammelt, wie oben beschrieben geschätzt werden, und falls sie über einem Schwellenwert liegt, kann ein proaktiver Reinigungszyklus ausgeführt werden, bei dem das erste AGR-Auslassventil geöffnet wird, um das Kondensat zum Auslass zu lenken. Dementsprechend kann Kondensat, das sich im AGR-Kühler angesammelt hat, bei 418 beurteilt werden, und falls das Kondensat über einem Schwellenwert liegt, kann das AGR-Ventil bei 420 geöffnet werden, um einen Strom des angesammelten Kondensats durch den ersten Strömungsweg zum Abgassystem zu lenken.
  • Das Verfahren 400 kann zu 412 weitergehen, wo eine selektive Einstellung von Maschinenbetriebsbedingungen stattfindet, zum Beispiel der Eintritt von Kondensat in die Turbine durch Ineingriffbringen des Wastegates oder durch Abschalten der AGR-Strömung verhindert wird, wie oben beschrieben. In einigen Beispielen kann die selektive Einstellung der Maschinenbetriebsparameter bei 412 nur dann ausgeführt werden, wenn das Kondensat in dem AGR-Kühler relativ hoch wie höher als die Kondensatmenge ist, die den oben beschriebenen Reinigungszyklus auslöst.
  • Auf diese Weise kann durch Regulieren der Kondensatströmung durch eine geneigte Anordnung der Wärmetauscher einer Maschine (ein geneigter AGR-Kühler und ein geneigter CAC) das Kondensat, das in dem Wärmetauscher erzeugt wird, entlang einer abwärtigen Neigung mit der Schwerkraft abgelassen werden, sodass eine Ansammlung eines großen Kondensatvolumens in den Wärmetauschern verhindert wird. Der Ladeluftkühler kann entlang einer Ansaugluftströmungsrichtung geneigt sein, sodass Kondensat zur Maschine gelenkt wird. Im Gegensatz dazu kann der AGR-Kühler entlang einer Abgasströmungsrichtung geneigt sein, sodass Kondensat zum Abgassystem und weg von der Maschine gelenkt wird.
  • Der technische Effekt von geneigten Wärmetauschern ist eine reduzierte Kondensatansammlung in den Wärmetauschern, sodass ein Spülen eines großen Kondensatvolumens von den Wärmetauschern zur Maschine verhindert und dadurch Maschinenverbrennungsprobleme, einschließlich Maschinenfehlzündung, verringert werden.
  • Ein beispielhaftes System zum Kondensatmanagement umfasst eine Maschine, die mit einem Ansaugsystem und einem Abgassystem gekoppelt ist, ein Abgasrückführungs(AGR)-System, welches das Abgassystem mit dem Ansaugsystem koppelt, und einen AGR-Kühler, der in dem AGR-System angeordnet ist, wobei der AGR-Kühler einen Einlass, der mit dem Abgassystem gekoppelt ist, einen ersten Auslass, der mit dem Abgassystem gekoppelt ist, und einen zweiten Auslass aufweist, der mit dem Ansaugsystem gekoppelt ist, wobei der zweite Auslass vertikal höher als der erste Auslass angeordnet ist. In einem ersten Beispiel des Systems ist der AGR-Kühler in dem AGR-System in einem derartigen Winkel angeordnet, dass der Einlass vertikal höher als der erste Auslass ist. Ein zweites Beispiel des Systems beinhaltet wahlweise das erste Beispiel und beinhaltet ferner, dass der Einlass und der erste Auslass einen ersten Strömungsweg durch den AGR-Kühler definieren, wobei Abgas, das durch den AGR-Kühler entlang des ersten Strömungswegs strömt, mit einer vertikal abwärtigen Neigung von dem Einlass zu dem ersten Auslass strömt. Ein drittes Beispiel des Systems beinhaltet wahlweise eines oder mehrere des ersten und des zweiten Beispiels und beinhaltet ferner, dass das System in einem Fahrzeug mit einer Längsachse und einer Querachse, die quer zu der Längsachse ist, installiert ist, und wobei die vertikal abwärtige Neigung des ersten Strömungswegs eine vertikal abwärtige Neigung entlang der Querachse ist. Ein viertes Beispiel des Systems beinhaltet wahlweise eines oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels und beinhaltet ferner, dass der Einlass und der zweite Auslass einen zweiten Strömungsweg durch den AGR-Kühler definieren, wobei Abgas, das durch den AGR-Kühler entlang des zweiten Strömungswegs strömt, mit einer kleineren vertikal abwärtigen Neigung als die vertikal abwärtige Neigung des ersten Strömungswegs strömt. Ein fünftes Beispiel des Systems beinhaltet wahlweise eines oder mehrere des ersten bis vierten Beispiels und beinhaltet ferner, dass Abgas, das durch den AGR-Kühler entlang des zweiten Strömungswegs strömt, ohne Neigung oder mit einer vertikal aufwärtigen Neigung strömt. Ein sechstes Beispiel des Systems beinhaltet wahlweise eines oder mehrere des ersten bis fünften Beispiels und beinhaltet ferner einen Ladeluftkühler, der in dem Ansaugsystem angeordnet ist, wobei der Ladeluftkühler einen Einlass zum Aufnehmen von verdichteter Ansaugluft von einer stromabwärtigen Seite eines Verdichters und einen Auslass aufweist, um die verdichtete Ansaugluft in die Maschine auszustoßen, wobei der Ladeluftkühler in einem Winkel mit dem Einlass angeordnet ist, der vertikal höher als der Auslass ist. Ein siebtes Beispiel des Systems beinhaltet wahlweise eines oder mehrere des ersten bis sechsten Beispiels und beinhaltet ferner eine Steuerung, die zum Lenken von Abgas von dem Einlass zu dem zweiten Auslass basierend auf einer angestrebten AGR-Strömungsrate und zum Lenken von Abgas von dem Einlass zu dem ersten Auslass basierend auf einer Maschinentemperatur konfiguriert ist. Ein achtes Beispiel des Systems beinhaltet wahlweise eines oder mehrere des ersten bis siebten Beispiels und beinhaltet ferner ein erstes Ventil, das zum Steuern einer Strömung durch den ersten Auslass angeordnet ist, und ein zweites Ventil, das zum Steuern einer Strömung durch den zweiten Auslass angeordnet ist, wobei die Steuerung zum Einstellen einer Position des ersten Ventils, um Abgas von dem Einlass zu dem ersten Auslass basierend auf einer Maschinentemperatur zu lenken, und zum Einstellen einer Position des zweiten Ventils, um Abgas von dem Einlass zu dem zweiten Auslass basierend auf einer angestrebten AGR-Strömungsrate zu lenken, konfiguriert ist.
  • Ein beispielhaftes Verfahren umfasst unter einer ersten Bedingung das Leiten von Abgas durch einen ersten Strömungsweg eines Abgasrückführungs(AGR)-Kühlers, wobei der erst Strömungsweg durch einen Einlass des AGR-Kühlers definiert ist und eine vertikal abwärtige Steigung aufweist, und unter einer zweiten Bedingung das Leiten von Abgas durch einen zweiten Strömungsweg des AGR-Kühlers, wobei der zweite Strömungsweg durch den Einlass des AGR-Kühlers und den zweiten Auslass des AGR-Kühlers definiert ist. In einem ersten Beispiel des Verfahrens umfasst das Leiten von Abgas durch den ersten Strömungsweg das Leiten von Abgas von dem AGR-Kühler zu einem Abgassystem, das fluidisch mit einer Maschine (Verbrennungsmotor) gekoppelt ist, und das Leiten von Abgas durch den zweiten Strömungsweg das Leiten von Abgas von dem AGR-Kühler zu einem Ansaugsystem umfasst, das fluidisch mit der Maschine gekoppelt ist. Ein zweites Beispiel des Verfahrens beinhaltet wahlweise das erste Beispiel und beinhaltet ferner, dass die erste Bedingung einen Maschinenbetrieb mit einer Maschinentemperatur unter einem Schwellenwert umfasst und die zweite Bedingung einen Maschinenbetrieb mit aktivierter AGR umfasst. Ein drittes Beispiel des Verfahrens beinhaltet wahlweise das erste und das zweite Beispiel und beinhaltet ferner unter der zweiten Bedingung und als Reaktion darauf, dass eine geschätzte Kondensatmenge in dem AGR-Kühler einen Schwellenwert überschreitet, das Leiten von Abgas durch den ersten Strömungsweg. Ein viertes Beispiel des Verfahrens beinhaltet wahlweise eines oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels und beinhaltet ferner, unter der ersten Bedingung, das Einstellen eines oder mehrerer Maschinenbetriebsparameter basierend auf einer geschätzten Kondensatmenge in dem AGR-Kühler. Ein fünftes Beispiel des Verfahrens beinhaltet wahlweise eines oder mehrere des ersten bis vierten Beispiels und beinhaltet ferner das Leiten von Ansaugluft durch einen Ladeluftkühler und zu einer Maschine, wobei die Ansaugluft durch den Ladeluftkühler entlang einer vertikal abwärtigen Neigung strömt.
  • Ein anderes beispielhaftes System zum Kondensatmanagement beinhaltet eine Maschine, die mit einem Ansaugsystem und einem Abgassystem gekoppelt ist, wobei das Ansaugsystem einen Ladeluftkühler aufweist, der zum Lenken von Kondensat zur Maschine und zu einem Abgasrückführungs(AGR)-System angeordnet ist, welches das Abgassystem mit dem Ansaugsystem koppelt und einen AGR-Kühler aufweist, der zum Lenken von Kondensat weg von der Maschine angeordnet ist. In einem ersten Beispiel des Systems umfasst der AGR-Kühler einen Einlass, der mit dem Abgassystem gekoppelt ist, einen ersten Auslass, der mit dem Abgassystem gekoppelt ist, und einen zweiten Auslass, der mit dem Ansaugsystem gekoppelt ist, wobei der zweite Auslass vertikal höher als der erste Auslass angeordnet ist. Ein zweites Beispiel des Systems beinhaltet wahlweise das erste Beispiel und beinhaltet ferner, dass der Ladeluftkühler einen Einlass zum Aufnehmen von verdichteter Ansaugluft von einer stromabwärtigen Seite eines Verdichters und einen Auslass umfasst, um die verdichtete Ansaugluft in die Maschine auszustoßen, wobei der Ladeluftkühler in einem Winkel mit dem Einlass angeordnet ist, der vertikal höher als der Auslass ist. Ein drittes Beispiel des Systems beinhaltet wahlweise eines oder beide des ersten Beispiels und des zweiten Beispiels und beinhaltet ferner, dass der AGR-Kühler in dem AGR-System bei einer derartigen Steigung angeordnet ist, dass eine abwärtige Neigung in einer AGR-Strömungsrichtung von dem Einlass zu dem ersten Auslass erzeugt wird.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzungsroutinen mit diversen Maschinen- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in nichtflüchtigem Speicher gespeichert sein und können von dem Steuersystem, das die Steuervorrichtung aufweist, kombiniert mit den diversen Sensoren, Aktuatoren und anderer Maschinenhardware aufweist, ausgeführt werden. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehr irgendeiner Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen, wie zum Beispiel ereignisgesteuerte, interruptgesteuerte, Multitasking, Multithreading und ähnliche. Daher können diverse Aktionen, Betriebe 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 Ausführungsformen erforderlich, sondern wird zur Vereinfachung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine oder mehr der veranschaulichten Aktionen, Betriebe und/oder Funktionen können in Abhängigkeit von der jeweils verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Aktionen, Betriebe und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Maschinensteuersystem programmiert werden soll, wobei die beschriebenen Aktionen durch Ausführen der Anweisungen in einem System ausgeführt werden, das die verschiedenen Maschinenhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung aufweist.
  • Man weiß zu schätzen, dass die hier offenbarten Konfigurationen 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 kann zum Beispiel auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, Boxer-4- und andere Maschinenarten angewandt werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthält alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderer Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart werden.
  • Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen auf, die als neu und nicht offensichtlich angesehen werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie den Einschluss eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen, 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 Nachtrag der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, sei ihr Schutzbereich weiter, enger, gleich oder unterschiedlich vom Schutzbereich der Originalansprüche, werden ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten angesehen.

Claims (19)

  1. System, das Folgendes umfasst: eine Maschine, die mit einem Ansaug- und einem Abgassystem gekoppelt ist; ein Abgasrückführungs(AGR)-System, welches das Abgassystem mit dem Ansaugsystem koppelt; und einen AGR-Kühler, der in dem AGR-System angeordnet ist, wobei der AGR-Kühler einen Einlass, der mit dem Abgassystem gekoppelt ist, einen ersten Auslass, der mit dem Abgassystem gekoppelt ist, und einen zweiten Auslass aufweist, der mit dem Ansaugsystem gekoppelt ist, wobei der zweite Auslass vertikal höher als der erste Auslass angeordnet ist.
  2. System nach Anspruch 1, wobei der AGR-Kühler in dem AGR-System in einem derartigen Winkel angeordnet ist, dass der Einlass vertikal höher als der erste Auslass ist.
  3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Einlass und der erste Auslass einen ersten Strömungsweg durch den AGR-Kühler definieren, wobei Abgas, das durch den AGR-Kühler entlang des ersten Strömungswegs strömt, mit einer vertikal abwärtigen Neigung von dem Einlass zu dem ersten Auslass strömt.
  4. System nach Anspruch 3, wobei das System in einem Fahrzeug mit einer Längsachse und einer Querachse, die quer zu der Längsachse ist, installiert ist und wobei die vertikal abwärtige Neigung des ersten Strömungswegs eine vertikal abwärtige Neigung entlang der Querachse ist.
  5. System nach Anspruch 3, wobei der Einlass und der zweite Auslass einen zweiten Strömungsweg durch den AGR-Kühler definieren, wobei Abgas, das durch den AGR-Kühler entlang des zweiten Strömungswegs strömt, mit einer kleineren vertikal abwärtigen Neigung als die vertikal abwärtige Neigung des ersten Strömungswegs strömt.
  6. System nach Anspruch 5, wobei Abgas, das durch den AGR-Kühler entlang des zweiten Strömungswegs strömt, ohne Neigung oder mit einer vertikal aufwärtigen Neigung strömt.
  7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend einen Ladeluftkühler, der in dem Ansaugsystem angeordnet ist, wobei der Ladeluftkühler einen Einlass zum Aufnehmen von verdichteter Ansaugluft von einer stromabwärtigen Seite eines Verdichters und einen Auslass aufweist, um die verdichtete Ansaugluft in die Maschine auszustoßen, wobei der Ladeluftkühler in einem Winkel mit dem Einlass angeordnet ist, der vertikal höher als der Auslass ist.
  8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend eine Steuerung, die zum Lenken von Abgas von dem Einlass zu dem zweiten Auslass basierend auf einer angestrebten AGR-Strömungsrate und zum Lenken von Abgas von dem Einlass zu dem ersten Auslass basierend auf einer Maschinentemperatur konfiguriert ist.
  9. System nach Anspruch 8, ferner umfassend ein erstes Ventil, das zum Steuern einer Strömung durch den ersten Auslass angeordnet ist, und ein zweites Ventil, das zum Steuern einer Strömung durch den zweiten Auslass angeordnet ist, wobei die Steuerung zum Einstellen einer Position des ersten Ventils, um Abgas von dem Einlass zu dem ersten Auslass basierend auf einer Maschinentemperatur zu lenken, und zum Einstellen einer Position des zweiten Ventils, um Abgas von dem Einlass zu dem zweiten Auslass basierend auf einer angestrebten AGR-Strömungsrate zu lenken, konfiguriert ist.
  10. Verfahren, das Folgendes umfasst: unter einer ersten Bedingung, Leiten von Abgas durch einen ersten Strömungsweg eines Abgasrückführungs(AGR)-Kühlers, wobei der erste Strömungsweg durch einen Einlass des AGR-Kühlers und einen ersten Auslass des AGR-Kühlers definiert ist und eine vertikal abwärtige Neigung aufweist, und unter einer zweiten Bedingung, Leiten von Abgas durch einen zweiten Strömungsweg eines AGR-Kühlers, wobei der zweite Strömungsweg durch den Einlass des AGR-Kühlers und den zweiten Auslass des AGR-Kühlers definiert ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Leiten von Abgas durch den ersten Strömungsweg das Leiten von Abgas von dem AGR-Kühler zu einem Abgassystem umfasst, das fluidisch mit einer Maschine gekoppelt ist, und wobei das Leiten von Abgas durch den zweiten Strömungsweg das Leiten von Abgas von dem AGR-Kühler zu einem Ansaugsystem umfasst, das fluidisch mit der Maschine gekoppelt ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die erste Bedingung einen Maschinenbetrieb mit einer Maschinentemperatur unter einem Schwellenwert umfasst und wobei die zweite Bedingung einen Maschinenbetrieb mit aktivierter AGR umfasst.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend, unter der zweiten Bedingung und als Reaktion darauf, dass eine geschätzte Kondensatmenge in dem AGR-Kühler einen Schwellenwert überschreitet, Leiten von Abgas durch den ersten Strömungsweg.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, ferner umfassend, unter der ersten Bedingung, Einstellen eines oder mehrerer Maschinenbetriebsparameter basierend auf einer geschätzten Kondensatmenge in dem AGR-Kühler.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, ferner umfassend das Leiten von Ansaugluft durch einen Ladeluftkühler und zu einer Maschine, wobei die Ansaugluft durch den Ladeluftkühler entlang einer vertikal abwärtigen Neigung strömt.
  16. System, das Folgendes umfasst: eine Maschine, die mit einem Ansaugsystem und einem Abgassystem gekoppelt ist, wobei das Ansaugsystem einen Ladeluftkühler aufweist, der angeordnet ist, Kondensat zu der Maschine zu lenken; und ein Abgasrückführungs(AGR)-System, welches das Abgassystem mit dem Ansaugsystem koppelt und einen AGR-Kühler aufweist, der zum Lenken von Kondensat weg von der Maschine angeordnet ist.
  17. System nach Anspruch 16, wobei der AGR-Kühler einen Einlass, der mit dem Abgassystem gekoppelt ist, einen ersten Auslass, der mit dem Abgassystem gekoppelt ist, und einen zweiten Auslass aufweist, der mit dem Ansaugsystem gekoppelt ist, wobei der zweite Auslass vertikal höher als der erste Auslass angeordnet ist.
  18. System nach Anspruch 17, wobei der AGR-Kühler in dem AGR-System in einer derartigen Steigung angeordnet ist, dass eine abwärtige Neigung in einer AGR-Strömungsrichtung von dem Einlass zu dem ersten Auslass erzeugt wird.
  19. System nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei der Ladeluftkühler einen Einlass zum Aufnehmen von verdichteter Ansaugluft von einer stromabwärtigen Seite eines Verdichters und einen Auslass umfasst, um die verdichtete Ansaugluft in die Maschine auszustoßen, wobei der Ladeluftkühler in einem Winkel mit dem Einlass angeordnet ist, der vertikal höher als der Auslass ist.
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