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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf einen Verbrennungsmotor, typischerweise einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs und insbesondere auf Abgasrückführungssysteme für Verbrennungsmotoren.
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HINTERGRUND
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Verbrennungsmotoren, wie jene, die in Automobilen verwendet werden, können ein Arbeitsfluid mit Verbrennungsluft und Kraftstoff innerhalb eines oder mehreren Brennräumen verarbeiten. Die Verarbeitung des Arbeitsfluids in einen Brennraum erzeugt Abgas. Einige Kraftfahrzeugsysteme können ein Abgasrückführungssystem (AGR) beinhalten, das dafür konfiguriert ist, einen Teil des Abgases innerhalb der Verbrennungsluft in den Verbrennungsmotor zurückzuführen, wodurch gewünschte Verbrennungseigenschaften bereitgestellt werden. So führt beispielsweise die Zugabe von AGR zu einer geringeren Verbrennungstemperatur. Einige Verbrennungsmotoren können auch ein Ladesystem mit einem Kompressor beinhalten, der dafür konfiguriert ist, den Druck der Verbrennungsluft, die dem Motor für den Verbrennungsprozess zugeführt wird, zu erhöhen. Diese Kompressoren können bei hohen Drehzahlen arbeiten und können einer Mischung aus Abgas und Umgebungsansaugluft ausgesetzt werden, wenn bestimmte Formen von AGR verwendet werden.
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Dementsprechend ist es wünschenswert, AGR-Systeme bereitzustellen, die den Durchfluss von Gasen durch die diversen Komponenten effektiv steuern. Ferner werden andere wünschenswerte Funktionen und Merkmale der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, sowie mit dem vorangehenden technischen Gebiet und Hintergrund ersichtlich offensichtlich.
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KURZDARSTELLUNG
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In einer Reihe von Ausführungsformen wird ein Abgasrückführungssystem für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt. Das Fahrzeug beinhaltet eine Abgasleitung, die dafür konfiguriert ist, Abgase vom Verbrennungsmotor aufzunehmen. Eine Verbindungsstelle ist so angeordnet, dass sie das Abgas von der Abgasleitung aufnimmt. Eine AGR-Leitung ist mit der Verbindungsstelle verbunden und dafür konfiguriert, einen Teil des Abgases in den Verbrennungsmotor zurückzuleiten. Ein Auspuffrohr ist ebenfalls mit der Verbindungsstelle verbunden und dafür konfiguriert, mindestens einen Teil des Abgases in die Atmosphäre abzugeben. Ein Regelventil an der Verbindungsstelle ist dafür konfiguriert, den Eintritt des Abgases in die AGR-Leitung und in das Auspuffrohr zu regeln.
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In einer Reihe von weiteren Ausführungsformen wird ein Abgasrückführungssystem für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt. Das Abgasrückführungssystem beinhaltet eine Abgasleitung, die dafür konfiguriert ist, Abgase vom Verbrennungsmotor aufzunehmen. Ein Abgas-Nachbehandlungssystem ist in der Abgasleitung angeordnet. Eine Verbindungsstelle ist so angeordnet, dass sie das Abgas von der Abgasleitung aufnimmt und sie befindet sich stromabwärts von mindestens einem Teil des Abgas-Nachbehandlungssystems vom Verbrennungsmotor. Eine AGR-Leitung ist mit der Verbindungsstelle verbunden und dafür konfiguriert, einen Teil des Abgases in den Verbrennungsmotor zurückzuleiten. Ein Auspuffrohr ist mit der Verbindungsstelle verbunden und dafür konfiguriert, mindestens einen Teil des Abgases in die Atmosphäre abzugeben. Ein Regelventil an der Verbindungsstelle mit einer Ventilplatte im Regelventil ist dafür konfiguriert, den Eintritt des Abgases in die AGR-Leitung zu regeln. Die Ventilplatte ist auch dafür konfiguriert, das Eintreten des Abgases in das Auspuffrohr zu drosseln.
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In anderen Ausführungsformen wird ein Abgasrückführungssystem für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt. Eine Turbine ist so konfiguriert, dass sie Abgas vom Verbrennungsmotor aufnimmt. Ein Kompressor ist mit der Turbine verbunden und dafür konfiguriert, die Verbrennungsluft zu laden, mit der der Verbrennungsmotor versorgt wird. Der Kompressor hat ein Einlassende und ist dafür konfiguriert, die Verbrennungsluft aufzunehmen. Ein Ansaugkanal ist mit dem Kompressor verbunden und dafür konfiguriert ist, die Verbrennungsluft zum Einlassende zu leiten. Eine Abgasleitung ist dafür konfiguriert, das Abgas von der Turbine aufzunehmen. Eine Verbindungsstelle ist so angeordnet, dass sie das Abgas von der Abgasleitung aufnimmt. Eine AGR-Leitung ist mit der Verbindungsstelle verbunden und dafür konfiguriert, einen Teil des Abgases durch den Kompressor in den Verbrennungsmotor zurückzuleiten. Ein Auspuffrohr ist mit der Verbindungsstelle verbunden und dafür konfiguriert, mindestens einen Teil des Abgases in die Atmosphäre abzugeben. Ein Regelventil ist an der Verbindungsstelle angeordnet und hat eine Ventilplatte, die dafür konfiguriert ist, den Eintritt des Abgases in die AGR-Leitung zu regeln. Die Ventilplatte ist auch dafür konfiguriert, das Eintreten des Abgases in das Auspuffrohr zu drosseln.
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Figurenliste
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Die exemplarischen Ausführungsformen werden nachfolgend in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen beschrieben, worin gleiche Ziffern gleiche Elemente bezeichnen.
- 1 ist eine schematische Ansicht eines Automobilsystems gemäß einer exemplarischen Ausführungsform;
- 2 ist der Abschnitt A-A eines Verbrennungsmotors des Automobilsystems von 1;
- 3 ist eine schematische Veranschaulichung eines Teils eines Automobilsystems in 1 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform;
- 4 ist eine schematische Veranschaulichung eines Teils eines Automobilsystems in 1 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform;
- 5 ist eine schematische Veranschaulichung eines Teils eines Automobilsystems in 1 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform; und
- 6 ist eine schematische Veranschaulichung eines Teils eines Automobilsystems in 1 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die folgende ausführliche Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und soll die Erfindung oder die Anwendung und die Verwendungen der Erfindung, die hierin offenbart ist, nicht einschränken. Weiterhin besteht keine Absicht, im vorstehenden technischen Bereich, Hintergrund, der Zusammenfassung oder der folgenden ausführlichen Beschreibung an eine ausdrücklich oder implizit vorgestellte Theorie gebunden zu sein, sie wird ausdrücklich als beanspruchter Gegenstand wiedergegeben.
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Einige Ausführungsformen können ein Automobilsystem 100, wie in den 1 und 2 dargestellt, beinhalten, das einen Verbrennungsmotor 102 beinhaltet. Es versteht sich, dass der Motor 102 und verschiedene Aspekte des Gesamtsystems 100 lediglich exemplarischer Natur sind, und dass hierin beschriebene Ausführungsformen in verschiedenen Motorsystemen implementiert werden können.
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In der dargestellten Ausführungsform beinhaltet der Motor 102 einen Motorblock 110, der mindestens einen Zylinder 112 definiert, der einen Kolben 114 aufweist, der verbunden ist, um eine Kurbelwelle 116 zu drehen. Ein Zylinderkopf 118 arbeitet mit dem Kolben 114 und dem Block 110 zusammen, um eine Brennkammer 120 zu definieren. Ein Kraftstoff- und Verbrennungsluftgemisch (nicht dargestellt) tritt in die Brennkammer 120 ein und wird entzündet, was im Ergebnis eine wechselseitige Bewegung des Kolbens 114 durch die sich ausdehnenden heißen Abgase verursacht. Die Verbrennungsluft wird durch mindestens eine Ansaugöffnung 124 und der Kraftstoff wird durch mindestens eine Kraftstoffeinspritzdüse 122 bereitgestellt. Der Kraftstoff kann aus einem Kraftstoffverteilerrohr 126 in fließender Verbindung mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe 128 und einer Kraftstoffquelle 130 gespeist werden. Jeder der Zylinder 112 hat mindestens zwei Ventile 132, die durch eine Nockenwelle 134 betätigt werden können, die sich abgestimmt mit der Kurbelwelle 116 dreht. Mindestens eines der Ventile 132 lässt selektiv Verbrennungsluft aus dem Kanal 124 in die Brennkammer 120. Das andere Ventil 132 oder ein anderer Ventilsatz (nicht dargestellt) erlaubt selektiv, dass Nachverbrennungsabgase als Abgas aus der Verbrennungskammer 120 austreten. In einigen Beispielen kann ein Nockenwellenversteller 136 selektiv das Timing zwischen der Nockenwelle 134 und der Kurbelwelle 116 variieren.
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Die Verbrennungsluft kann durch einen Ansaugkrümmer 124 an mehrere Einlasskanäle 138 transportiert werden. Ein Luftansaugkanal 230 kann eine Route für die Zufuhr von Umgebungsansaugluft aus der externen Umgebung zur stromabwärtigen Lieferung an den Ansaugkrümmer 138 bereitstellen. In einer Ausführungsform kann der Luftansaugkanal 230 einen Filter 144 zur Filterung der einströmenden Luft und ferner, einen Temperatursensor 260 beinhalten, um Informationen zur Temperatur der einströmenden Ansaugluft bereitzustellen. Nach der Verbrennung strömt das Abgas aus dem Zylinder 112 durch Auslasskanäle 146 in einen Abgaskrümmer 222.
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Ein Turbolader 200 oder eine andere Art von Zwangsluftsystem kann bereitgestellt werden, um die Menge der Luftmasse zu erhöhen, die in den Verbrennungsraum 120 einströmt. Der Turbolader 200 kann einen Kompressor 210 beinhalten, der drehbar mit einer Turbine 220 verbunden ist. Ein Turbinenrad 226 der Turbine 220 ist für die durchströmende Passage von Abgasen vom Motor 102 angepasst. Die Turbine 220 ist strömungstechnisch mit dem Abgaskrümmer 222 des Motors 102 verbunden und dreht sich durch die Aufnahme der Abgase aus dem Abgaskrümmer 222. Dieses Beispiel aus 1 zeigt eine Turbine mit variabler Geometrie (VGT - Variable Geometry Turbine) mit einem VGT-Stellglied 224, das angeordnet ist, um die Flügel der Turbine 220 zu bewegen, um den Abgasstrom über das Turbinenrad 226 zu ändern. In anderen Ausführungsformen kann der Turbolader 200 eine feste Flügelgeometrie aufweisen und/oder ein Wastegate beinhalten, durch das Abgas das Turbinenrad 226 selektive umgehen kann.
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Abgas, das durch die Turbine 220 strömt, tritt am Turbinenauslass 228 aus. Die Abgase treiben das Turbinenrad 226 an, damit es sich dreht, und entsprechend die Turboladerwelle 238 sowie ein angeschlossene Kompressorrad 212 des Kompressors 210 zu drehen. Das Kompressorrad 212 kann ein Radiallaufrad umfassen, das eine zentrale Nabe entlang seiner Drehachse aufweist, die von einer Nase mit einem relativ kleinen Durchmesser am Einlassende 214 des Kompressors 210 zu einem Rad oder einer Spitze mit einem wesentlich größeren Durchmesser an einem gegenüberliegenden Ende verläuft. Die Kompressorrad 212 kann aus einem relativ leichten Material mit einer relativ geringen Trägheit, wie einer Aluminiumlegierung, geformt sein. Ansaugluft kann vom Ansaugkanal 230 an dessen Einlassende 214 in den Kompressor 210 fließen. Der Kompressor 210 erhöht den Druck und die Temperatur der einströmenden Luft und führt die Ladeluft anschließend vom Kompressorrad 212 weg und durch einen Auslasskanal 232 zum Ansaugkrümmer 138. Ein Ladeluftkühler 234 kann im Auslasskanal 232 des Turboladers angeordnet sein, um die Temperatur der Ladeluft vor dem Einströmen in den Ansaugkrümmer 138 zu verringern.
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In der dargestellten Ausführungsform wird aus der Turbine 220 austretendes Abgas durch eine Abgasleitung 242 geführt. Im Allgemeinen erstreckt sich die Abgasleitung 242 vom Turbinenauslass 228 stromabwärts zu einer Verbindungsstelle 343. Das Auspuffrohr 242 hat eine oder mehrere Nachbehandlungsvorrichtungen, das dazu konfiguriert sind, die Zusammensetzung des Abgases zu ändern. Einige Beispiele für Nachbehandlungsvorrichtungen des Nachbehandlungssystems 240 beinhalten ohne Einschränkung katalytische Konverter (Zwei- und Dreiwege), Oxidationskatalysatoren, magere NOx Fallen, Kohlenwasserstoffadsorber, selektive katalytische Reduktions (SCR)-Systeme und Partikelfilter, wie zum Beispiel eine selektive katalytische Reduktion am Filter (SCRF). Als Beispiel können die Nachbehandlungsvorrichtungen des Nachbehandlungssystems 240 einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) 244 zum Zersetzen der restlichen im Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffe (HC) und Kohlenstoffoxide (CO) und einen Dieselpartikelfilter (DPS) 246 zum Abfangen und Entfernen des Dieselpartikelmaterials aus dem Abgas beinhalten. Die Nachbehandlungsvorrichtungen des Nachbehandlungssystems 240 können ferner Systemkomponenten zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR), wie einen im Auspuffrohr 242 stromabwärts vom DPS 246 angeordneten SCR-Katalysator 248, und eine am Auspuffrohr 242 zwischen dem DPS 246 und dem SCR-Katalysator 248 angeordnete Einspritzdüse 252 für Diesel-Abgas-Fluid (DEF) beinhalten.
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Ein oder mehrere AGR-Systeme 300, 390 werden bereitgestellt, um Abgas zu den Zylindern 112 des Motors 120 zurückzuführen. Das Abgas ist verbrennungsneutral und verdrängt anderweitig verbrennbaren Sauerstoff. Mit zusätzlichem AGR im Verbrennungsluftgemisch kommt es durch den Verbrennungsprozess des Automobilsystems 100 zu reduzierten Verbrennungstemperaturen und einer reduzierten NOx-Erzeugung. Im Allgemeinen beinhalten die AGR Systeme 300, 390 ein Langstrecken (LR-AGR)-System 300 und ein Kurzstrecken (SG-AGR)-System 390, obwohl beide Systeme 300 und 390 in einigen Ausführungsformen nicht beinhaltet sein könnten.
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In einigen Ausführungsformen beinhaltet das SR-AGR-System 390 einen Hochdruckkreis und eine gekühlte EGR-Konfiguration. Im Allgemeinen beinhaltet das SR-AGR-System 390 eine Leitung 394, die dafür konfiguriert ist, den Abgaskrümmer 222 regelbar und strömungstechnisch an den Ansaugkrümmer 138 anzuschließen. Die Leitung 394 erstreckt sich durch einen AGR-Kühler 396 und ein SR-AGR-Ventil 398. Die Leitung 394 kann durch eine Anzahl von Elementen definiert werden, einschließlich einer Vorkühlerleitung 400, dem AGR-Kühler 396 und einer Nachkühlerleitung 402, die das AGR-Ventil 398 enthält. Einige Ausführungsformen können einen Kühler-Bypass mit einem Regelventil beinhalten und so einen alternativen Strömungspfad um das AGR-Kühler 396 bereitstellen, wenn eine reduzierte Kühlung vorgeschrieben ist. Die Leitung 394 kann weitere Elemente beinhalten und kann dafür konfiguriert sein, in anderen Variationen oder mit anderen Kupplungspositionen Abgas aus dem Abgaskrümmer 222 zum Ansaugkrümmer 138 zu leiten. Verschiedene weitere Ventile, Sensoren und dergleichen können zum Betreiben des SR-AGR-Systems 390, einschließlich Regelung des SR-AGR-Ventils 398 bereitgestellt werden.
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Wenn ein Bedarf an SR-AGR-Gas besteht, wird das SR-AGR-Ventil 398 geöffnet wird und ein Teil des Abgases, das am Abgaskrümmer 222 verfügbar ist, wird durch die Vorkühlerleitung 400 und zum AGR-Kühler 396 weitergeleitet. Anschließend strömt das SR-AGR-Gas durch die Nachkühlerleitung 402 und durch das SR-AGR Ventil 398. Das SR-AGR-Gas wird zum Ansaugkrümmer 138 geliefert, wo es sich mit Ladeluft vermischt, die vom Kompressor 210 geliefert wird. Die Mischung aus Ansaugluft und SR-AGR-Gas als Verbrennungsluft wird dann durch den Ansaugkrümmer 138 in den Motor 102 geleitet. Abgas gelangt von einem Hochdruckpunkt 404 in die Leitung 394 am Abgaskrümmer 222, der das von den Kolben 114 gepumpte Abgas aufnimmt. Abgas wird durch die Leitung 394 an einen weiteren Hochdruckpunkt 406 am Ansaugkrümmer 138 geliefert, der durch den Kompressor 210 geladen wird. Die Druckdifferenz zwischen diesen beiden Punkten 404, 406 kann unzureichend sein, um die AGR-Durchflussrate zu erzielen, die für alle Betriebsbedingungen vorgeschrieben ist. Dementsprechend können alternative Mechanismen verwendet werden, um die Druckdifferenz zwischen den Punkten 404 und 406 zu erhöhen. Diese alternativen Mechanismen können eine zusätzliche AGR-Pumpe oder die Verwendung des VGT-Aspekts der Turbine 220 beinhalten, um den Druckausgang des Kompressors 210 zu reduzieren.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist das LR-AGR-System 300 dafür konfiguriert, LR-AGR-Gas zum Motor 102 zu liefern, einschließlich hohem AGR-Durchflussraten, wenn diese vorgeschrieben werden. Im Allgemeinen beinhaltet das SR-AGR-System 300 einen Niederdruckkreis und eine gekühlte AGR-Konfiguration. Das LR-AGR-System 300 beinhaltet eine AGR-Leitung 342, die dafür konfiguriert ist, die Abgasleitung 242 strömungstechnisch mit dem Ansaugkrümmer 230 zu kuppeln. Ein Regelventil 344 und ein AGR-Kühler 346 sind in der AGR-Leitung 342 angeordnet. Die AGR-Leitung 342 kann durch eine Anzahl von Elementen definiert werden, einschließlich einer Vorkühlerleitung 348, dem AGR-Kühler 346 und einer Nachkühlerleitung 350. Die Vorkühlerleitung 348 ist strömungstechnisch mit der Abgasleitung 242 stromabwärts von der Turbine 220 gekoppelt. Genauer gesagt zweigt die LR-AGR-Vorkühlerleitung 302 von einem Abschnitt der Abgasleitung 242 bei einer Verbindungsstelle 343 stromabwärts des DPF 246 und dem SCR-Katalysator 248 ab. In einigen Ausführungsformen, bei denen das Nachbehandlungssystem 240 anders konfiguriert ist, wie beispielsweise mit Bodenziegeln für den SCR-Katalysator 248 am Auspuffrohr 282, befindet sich die Verbindungsstelle 343 stromabwärts eines Teils des Nachbehandlungssystems 240 und stromaufwärts eines Teils des Nachbehandlungssystems 240 (die Bodenziegel). Die Nachkühlerleitung 350 ist strömungstechnisch mit dem Ansaugkanal 230 an der Verbindungsstelle 236 gekoppelt. Diese Kupplung lenkt Abgas aus dem LR-AGR-System 300 in den Kompressor 210 des Turboladers 200. In diesem Beispiel ist die stromabwärtige Nachkühlerleitung des LR-AGR 350 an einem Abschnitt des Ansaugkanals 230 zwischen dem Luftfilter 144 und dem Kompressor 210 verbunden. Verschiedene andere Kupplungsstellung der AGR-Leitung 342 können bereitgestellt werden, um Abgas zum Kompressor 120 an dessen Einlassende 214 zu liefern. Weitere Ventile, Sensoren und dergleichen können zum Betreiben des LR-AGR-Systems 300 bereitgestellt werden.
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Das Regelventil 344 ist an der Verbindungsstelle 343 zwischen der Abgasleitung 242, der AGR-Leitung 342 und dem Auspuffrohr 282 positioniert. Das Auspuffrohr 282 stellt eine Abgasroute für den Auslass in die Atmosphäre bereit. Das Regelventil 344 ist mit einem Stellantrieb 345 verbunden und ist dafür konfiguriert, die Menge an Abgas zu regeln, die von einem Auspuffrohr 242 zum LR-AGR-System 300 an der AGR-Leitung 342 geliefert wird. Wenn ein Bedarf für LR-AGR vorliegt, öffnet das Regelventil 344 einen Einlass in die AGR-Leitung 342. An der Abgasleitung 242 verfügbares Abgas wird durch die Vorkühlerleitung 348 geleitet und fließt als LR-AGR-Gas an den AGR-Kühler 346 weiter. AGR-Gas durchströmt anschließend die Nachkühlerleitung 350. Stromabwärts an der Nachkühlerleitung 350 formen die gemischte Ansaugluft und das LR-AGR-Gas eine Verbrennungsluft, die durch einen Teil des Ansaugkanals 230 strömt und in den Kompressor 210, wo sie verdichtet wird. Die Lade-/Verbrennungsluft wird vom Kompressor 210 durch den Auslasskanal 232 und den Ansaugkrümmer 138 an den Motor 102 geleitet. Die Verdichtung erhitzt die Verbrennungsluft. Dementsprechend kann die verdichtete, erhitzte Verbrennungsluft im Ladeluftkühler 234 abgekühlt werden, bevor sie zum Ansaugkrümmer 138 weiterströmt. Einige Ausführungsformen können einen Kühler-Bypass (nicht dargestellt) mit einem Regelventil beinhalten und so einen alternativen Strömungspfad um den AGR-Kühler 346 und/oder um den Ladeluftkühler 234 bereitstellen, wenn eine reduzierte Kühlung vorgeschrieben ist.
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Das LR-AGR-System 300 führt einen Teil des Abgases zurück in den Turbolader 200 und somit wieder zurück in den Motor 102. Das verbleibende Abgas, das durch die Abgasleitung 242 strömt, wird an ein Auspuffrohr 282 mit einem Schalldämpfer 284 geleitet. Im LR-AGR System 300 tritt Abgas von einem Niederdruckpunkt 352 der Abgasleitung 242 stromabwärts der Turbine 220 in die AGR-Leitung 342 ein und strömt an einen weiteren Niederdruckpunkt 354 des Ansaugkanals 230 stromaufwärts vom Kompressor 210. Zur Erhöhung der Druckdifferenz kann sich ein Einlassventil zwischen der Verbindungsstelle 236 und dem Filter 144 befinden, um die Strömung der Umgebungsluft im Ansaugkanal 230 zu regeln. So führt beispielsweise eine Reduzierung des Einlassflusses durch Einlassdrosselung dazu, dass mehr Abgas aus der Abgasleitung 242 in das LR-AGR-System 300 fließt. Es sollte beachtet werden, dass die Konfiguration des LR-AGR-Systems 300 keine Einlassdrosselung erfordert.
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Das Automobilsystem 100 kann ferner eine elektronische Steuereinheit (ECU) 450 beinhalten, die mit einem oder mehreren Sensoren und/oder Vorrichtungen beinhalten, die mit diversen Komponenten des Automobilsystems assoziiert ist. Kommunikation zwischen dem elektronischen Steuergerät 450 und den verschiedenen Sensoren und Geräten wird durch gestrichelte Linien in 1 dargestellt, jedoch werden einige zur besseren Übersicht weggelassen. Im Allgemeinen kann das ECU 450 kann Eingaben von diversen Sensoren empfangen, die dazu konfiguriert sind, im Zusammenhang mit verschiedenen physikalischen Parametern bezogen auf den Motor 102 und seine Teilsysteme Signale zu erzeugen. Zu diesen Sensoren gehören ohne Einschränkung ein Luftmassen- und Temperatursensor 260, ein Krümmerdruck- und Temperatursensor 262, ein Verbrennungskammer-Drucksensor 264, ein Drucksensor in der Kraftstoff-Verteilerleitung 268, ein Nockenwellensensor 270, ein Kurbelwellen-Drehmomentsensor 272, ein Abgasdrucksensor 274, ein Abgastemperatursensor 275, ein NOx-Sensor 279 und ein Gaspedal-Stellungssensor 280. Außerdem kann das ECU 450 Ausgabesignale für verschiedene Steuergeräte erzeugen, zu deren Aufgabe die Steuerung des Betriebes des Motors 102 gehört, darunter ohne Einschränkung die Kraftstoffinjektoren 122, das Drosselventil 142, das AGR-Ventil 398, der VGT Stellantrieb 224, und der Nockenwellenversteller 136. Zusätzliche Ausgabesignale können durch das ECU 450 erzeugt werden, insbesondere Ausgabesignale, die dem LR-AGR-System 300 zugeordnet werden, einschließlich zur Regelung des Regelventils 344. In einer Ausführungsform kann eine AGR-Steuereinheit 500 durch das ECU 450 implementiert werden, um den Betrieb des LR-AGR-Systems 390 und/oder des LR-AGR-Systems 300 zu steuern, wie nachfolgend detaillierter beschrieben werden wird. In diesem Zusammenhang kann das ECU 450 und/oder genauer gesagt die AGR-Steuereinheit 500 Ausgabesignale, die mit dem Regelventil 344 und dem AGR-Ventil 398 assoziiert sind, erzeugen.
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Im Allgemeinen kann das ECU 450 eine digitale Datenverarbeitungseinheit, die sich in Verbindung mit einem Speichersystem befindet, wie Datenquelle 460, und einen Schnittstellenbus beinhalten. Die Verarbeitungseinheit ist dafür ausgelegt, die im Speichersystem als Programm abgelegten Anweisungen durchzuführen und über den Schnittstellenbus Signale zu senden und zu empfangen. Das Speichersystem kann über verschiedene Speicherarten verfügen, darunter optische Speicher, magnetische Speicher, Festkörperspeicher und andere Permanentspeicher. Der Schnittstellenbus kann dafür ausgelegt sein, analoge und/oder digitale Signale zu modulieren und an die verschiedenen Sensoren und Steuergeräte zu senden, bzw. sie von diesen zu empfangen. Das Programm kann die hierin offenbarten Verfahren verkörpern, was es der Verarbeitungseinheit ermöglicht, die Schritte dieser Verfahren auszuführen und das Automobilsystem 100 zu steuern.
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Das im Speichersystem gespeicherte Programm kann von außen über ein Kabel oder drahtlos übertragen werden. In einigen Fällen kann das Programm als ein Computerprogrammprodukt verkörpert werden, das in der Technik auch als computerlesbares Medium oder maschinenlesbares Medium bezeichnet wird und als ein Computerprogrammcode zu verstehen ist, der sich auf einem Träger befindet, wobei dieser Träger in der Art ein flüchtig oder nichtflüchtig ist, mit der Konsequenz, dass das Computerprogrammprodukt als flüchtiger oder nichtflüchtig betrachtet werden kann. Ein Beispiel für ein transitorisches Computerprogrammprodukt ist ein Signal, z. B. ein elektromagnetisches Signal wie ein optisches Signal, das ein transitorischer Träger für den Computerprogrammcode ist. Das Tragen eines solchen Computerprogrammcodes kann durch Modulieren des Signals durch eine herkömmliche Modulationstechnik, wie etwa QPSK für digitale Daten, erreicht werden, sodass dem transitorischen elektromagnetischen Signal binäre Daten, die den Computerprogrammcode darstellen, eingeprägt werden. Derartige Signale werden beispielsweise bei der drahtlosen Übertragung von Computerprogrammcode über eine Wi-Fi-Verbindung zu einem Laptop verwendet. Im Falle eines nicht-transitorischen Computerprogrammprodukts ist der Computerprogrammcode in einem materiellen Speichermedium verkörpert. Das Speichermedium ist dann der oben erwähnte nichttransitorische Träger, sodass der Computerprogrammcode dauerhaft oder nicht dauerhaft abrufbar in oder auf diesem Speichermedium gespeichert wird. Das Speichermedium kann von herkömmlicher Art sein, wie es in der Computertechnologie bekannt ist, wie etwa ein Flash-Speicher, ein ASIC, eine CD oder dergleichen. Das ECU 450 kann in jeder geeigneten Form verkörpert werden, um die elektronische Logik, z. B. eine eingebettete Steuerung, einen Bordcomputer, oder jedes Verarbeitungsmodul, das im Fahrzeug eingesetzt werden kann, bereitzustellen.
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Eine Anzahl von Merkmalen, die mit dem LR-AGR-System 300 assoziiert sind, werden in verschiedenen Ausführungsformen implementiert, um Beschränkungen der Betrachtung von Kondensation und deren potenzieller Auswirkung zu vermeiden. Das LR-AGR-System 300 rezirkuliert Abgas mit Dampfgehalt, das aus Kraftstoffverbrennung entstanden ist. Ein zusätzliches Nebenprodukt im Abgasstrom des SCR-Katalysators 248 ist Wasser. Unter bestimmten Betriebsbedingungen des Motors 102, können der Kompressor 210 und der Ladeluftkühler 234 von einem hohen relativen Luftfeuchtigkeitswert betroffen sein. Sollte Wasserkondensation auftreten, wie beispielsweise in Form von Wassertröpfchen, kann dies zu Erosion und/oder Korrosion führen. Wenn Kondenswasser sich mit Abgas vermischt, können sich Säuren bilden, was das Potenzial für korrosive und erosive Auswirkungen vervielfacht. Dies gilt insbesondere für das Kompressorrad 212, eine Spitze und Flügel beinhaltet, die sich mit hoher Geschwindigkeit drehen. Dementsprechend sollten Kondensation und das Potential einer schnellen Tröpfchenansammlung am Kompressorrad 212 möglichst vermieden werden.
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In dieser Hinsicht, wird auf 1 und insbesondere auf den Teil des LR-AGR-Systems 300 im Bereich der Verbindungsstelle 236 hingewiesen. Die Verbindungsstelle 236 ist der Verbindungsbereich zwischen der Nachkühlerleitung 350 und dem Ansaugkanal 230, stromabwärts vom Kompressor 210. In einigen Ausführungsformen ist die Verbindungsstelle 236 frei von Beschränkungen, die andernfalls mit einer Einlassdrosselklappe und/oder einer LR-AGR-Ventilpositionierung in der Nähe des Einlasses des Kompressors 120 assoziiert werden. Genauer gesagt beinhaltet die Nachkühlerleitung 250 ein Einspritzersegment 254, durch das das Abgas geleitet wird, bevor es in den Ansaugkanal 230 eintritt. Das Einspritzungssegment 254 ist dafür konfiguriert, frei von Beschränkungen bzgl. des Einschlusses von Ventilen und deren Stellantrieben zu sein. Daher stellt die Verbindungsstelle einen ungehinderten Strömungsweg bereit, um das Risiko einer Kondensation zu reduzieren. Des Weiteren strömt Ansaugluft gewöhnlich ohne Drosselung durch den Ansaugkanal 230 und in Richtung Kompressor 210. Insbesondere befindet sich kein Ventil im Ansaugkanal 230 zwischen dem Luftfilter 144 und dem Kompressor 210. Abgas aus der Nachkühlerleitung 250 wird in den Ansaugkanal 230 mitgeführt, mit Mischen zwischen dem AGR-Gas und der Ansaugluft an der Verbindungsstelle 236. Die Verbindungsstelle 236 und das Einlassende 214 des Kompressors 210 sind frei von Behinderungen, wie ein Luftventil oder ein Mischventil, das ein Strukturdesign erfordern kann, um die Ventile aufzunehmen. Die Freiheit, die dadurch gewährt wird, dass es nicht erforderlich ist, die Verbindungsstelle 236 zur Aufnahme von Ventilen zu konstruieren, erlaubt einen besseren Kondensationsschutz.
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In einigen Ausführungsformen wird die Vermeidung von Ventiltechnik an der Verbindungsstelle 236 durch Einzelheiten des LR-AGR-Systems 300 an der Verbindungsstelle 343 unterstützt. 3 ist eine schematische Darstellung eines Teils des LR-AGR-Systems 300 an der Verbindungsstelle 343 zwischen der Abgasleitung 242, der AGR-Leitung 342 und dem Auspuffrohr 282. Durch die Verbindungsstelle 343 kann das einströmende Abgas 337 vom Motor 102 in das Auspuffrohr 282 geleitet werden, um in die Atmosphäre entlüftet zu werden. Zusätzlich kann einströmendes Abgas 337 durch die Verbindungsstelle 343 in die AGR-Leitung 342 geleitet werden, um zurück in den Motor 102 geführt zu werden. Das Regelventil 344 steuert den Abgasstrom durch die Verbindungsstelle 343. Das Regelventil 344 ist als Klappenventil ausgebildet (im Gegensatz zu einem Schmetterlings- oder Drosselventil), es weist eine klappenartige Ventilplatte 347 auf, die vom Stellantrieb 345 betrieben wird, der in dieser Ausführungsform ein elektrischer Motorstellantrieb ist. Insbesondere die Verbindungsstelle 343 bildet einen Vorsprung 355, der in die Abgasleitung 242 weist und diese halbiert, um die Vorkühlerleitung 348 vom Auspuffrohr 282 zu trennen. Der Vorsprung 355 endet an der Spitze 357, die an einem Schnittpunkt des Abgasstroms durch die Abgasleitung 242, der Vorkühlerleitung 348 und des Auspuffrohrs 282 liegt. Eine drehbare Ventilwelle 359 liegt an der Spitze 357, wobei die Ventilplatte 347 mit dem Ventilschaft 359 verbunden ist, um sich mit ihm zu drehen. Durch den Betrieb des Stellantriebs 345 ist die Ventilwelle 359 bidirektional drehbar, um die Ventilplatte 347 so zu bewegen, dass die Ausgangsanschlüsse 351, 353 relativ zu dem Einlassanschluss 349 variabel geöffnet und geschlossen werden, wie weiter unten näher beschrieben.
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Die Position der Ventilplatte 347 wird durch einen Positionssensor 341 überwacht, der dafür konfiguriert ist, den Ort der Ventilplatte 347 zu erfassen. Der Positionssensor 341 liefert Positionsinformationen an die ECU 450. Dementsprechend ist das Regelventil 344 ein motorbetätigtes, variables Positions-, Rückkopplungsventil, das den Abgasstrom zwischen einem Einlassanschluss 349 und zwei Auslassanschlüssen 351 und 353 regelt.
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Wie oben vorgestellt, kann eine AGR-Steuereinheit 500 durch das ECU 450 implementiert werden, um den Betrieb des LR-AGR-Systems 300 und des LR-AGR-Systems 390 zu steuern. Als solche kann die AGR-Steuereinheit 500 als Teil des AGR-Systems 300, 390 betrachtet werden, insbesondere das LR-AGR-System 300. Das SR-AGR-System 390 wird im Allgemeinen vom SR-AGR-Ventil 398 und durch die Flügelstellung der Turbine 220 geregelt. Für das LR-AGR System 300 wird ein positiver Differenzdruck zwischen der Abgasleitung 242 und dem Einlassende 354 des Kompressors 120 benötigt, um den Durchfluss zu beeinflussen. Das LR-AGR System 300 wird im Allgemeinen vom Regelventil 344 geregelt.
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Unter Bezugnahme auf 1-6 regelt das AGR-Steuergerät 500 verschiedene Betriebsaspekte der AGR-Systeme 300, 390. Das AGR-Steuergerät 500 kann eine oder mehr funktionellen Teileinheiten oder Module für das SR-AGR-System 390 und das LR-AGR-System 300 implementieren. Der Betrieb des SR-AGR-Systems 390 und des LR-AGR Systems 300 können einzeln oder gemeinsam eingeleitet werden, mit der Regelung für Zustände, die einen AGS-Strom über den gesamten Betriebsbereich des Motors 102 erfordern, insbesondere die im Folgenden beschriebenen Systeme. In einer Ausführungsform kann das AGR-Steuergerät 500 den Betrieb basierend auf Eingangsdaten, wie jene, die es von den Sensoren 272, 280 erzeugten Signalen abgeleitet hat, auslösen. Des Weiteren kann das AGR-Steuergerät 500 Signale empfangen, die die NOx-Konzentration im Abgas aufzeigen, die vom NOx-Sensor 279 übertragen werden können. In Reaktion kann das AGR-Steuergerät 500 die gemessenen NOx-Konzentrationen mit einer abgespeicherten und/oder berechneten Ziel-NOx-Konzentration für die gegebene Drehzahl und Last des Motors 102 vergleichen. Wenn die gemessene NOx-Konzentration die Ziel-NOx-Konzentration überschreitet, kann das AGR-Steuergerät 500 AGR-Strom durch das SR-AGR-System 390 und/oder durch das SR-AGR-System 300 auslösen. So befiehlt beispielsweise die Steuereinheit 500 dem SR-AGR-Ventil 398, sich zu öffnen.
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Unter Bezugnahme auf 3 wird der Anschluss 351 in einem geschlossenen Zustand mit Abgas dargestellt, das durch den Anschluss 353 bis zum Auspuffrohr 282 strömt. Die Ventilplatte 347 ist so positioniert ist, dass ihre Drehung an der Welle 359 sich an der Spitze 357 befindet und ihr Endrand 333 an der Wand 335 der Abgasleitung 242 positioniert ist. In dieser Lage befindet sich der Endrand 333 stromaufwärts (in Bezug auf die Strömung des einströmenden Abgases 337) von der Spitze 357 in der Abgasleitung 242, sodass die Ventilplatte die Führung des Abgasflusses in Richtung Auspuffrohr 282 unterstützt. Die resultierende geneigte Stellung der Ventilplatte 347 reduziert die Erzeugung von Gegendruck in der Abgasleitung 242. 4 zeigt die Ventilplatte 347 in einem vorübergehend geöffneten Zustand. Das AGR-Steuergerät 500 überwacht kontinuierlich die Eingaben und sendet Befehle, um eine Modulation der Ventilplatte 347 durch den Betrieb des Stellantriebs 345 zu bewirken. In verschiedenen Ausführungsformen erhält das AGR-Steuergerät 500 Daten vom Positionssensor 341, der die Position der Ventilplatte 347 darstellt. Die Ventilplatte 347 ist variabel über einen Bereich von offenen Bedingungen des LR-AGR-Systems 300, zwischen einer geschlossenen Position nach 3 und einer vollständig geöffneten Position nach 5.
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Wenn sie sich an der vollständig geöffneten Position in 5 befindet, wird die Ventilplatte 347 so positioniert, dass der Druckverlust zur AGR-Leitung 342 und in das Auspuffrohr 282 minimiert wird. So wird die Ventilplatte 347 beispielsweise mit dem einströmenden Abgas 337 der Abgasleitung 242 ausgerichtet, um Behinderungen zu minimieren. Genauer gesagt erstreckt sich die Ventilplatte 347 von der Spitze 357 parallel zur Abgasleitung 242 und ist so angeordnet, dass sie die Durchflussströmung durch die Abgasleitung 242 halbiert. Hierdurch wird Abgas mit minimalem Druckverlust in die AGR-Leitung 342 und das Auspuffrohr 282 geleitet.
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Im Fall, dass das AGR-Steuergerät 500 bestimmt, dass der zusätzliche Durchfluss durch das LR-AGR-System 300 ansteht, wie z. B. zur Bearbeitung von zunehmenden NOx-Konzentrationen, wird die Ventilplatte 347 über die vollständig offene Position in 5 hinaus in variable Drosselpositionen wie in 6 dargestellt bewegt. Das Drosseln der Strömung in das Auspuffrohr 282 erfolgt durch die einzige Ventilplatte 347, die bewegt wird, um zumindest einen Teil der Strömung in das Auspuffrohr 282 zu schließen. Das Drosseln des Auspuffrohrs 282 erhöht den Druck, der zum Betreiben des Gasstroms durch das LR-AGR-System 300 verfügbar ist. Der Abgasstrom in die EGR-Leitung 342 wird aufgrund einer höheren von der neuen Position der Ventilplatte 347 abgefangenen Massenstromrate erhöht. Dementsprechend können exemplarische Ausführungsformen einen Betrieb des LR-AGR-Systems 300 über eine größere Bandbreite von Betriebszuständen des Motors 102 bereitstellen, als ansonsten erreicht werden könnte. Zusätzlich werden Bedarfssituationen, die andernfalls für Ventile im Ansaugkanal 230 und in der Nähe des Einlassendes 214 des Kompressors 210 bestehen würden, vermieden.
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Es werden exemplarische Ausführungsformen bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich ist und den Fachleuten deren Umfang vermittelt. Details können dargelegt werden, wie etwa Beispiele für spezifische Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein tiefgreifendes Verständnis für die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln. Fachleute werden erkennen, dass spezifische Details möglicherweise nicht erforderlich sind, dass exemplarische Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden können und dass keine der Ausführungsformen dahingehend ausgelegt werden soll, dass sie den Umfang der Offenbarung einschränkt. In einigen exemplarischen Ausführungsformen ist es möglich, dass wohlbekannte Verfahren, wohlbekannte Vorrichtungsstrukturen und wohlbekannte Technologien nicht detailliert beschrieben werden.
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Die hier verwendete Terminologie dient ausschließlich der Beschreibung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen und soll in keiner Weise einschränkend sein. Die hier verwendeten Singularformen, z. B. „ein“, „der/die/das“, schließen ggf. auch die Pluralformen ein, sofern der Kontext dies nicht klar ausschließt. Die Begriffe „umfasst“, „beinhaltend“, „einschließlich“ und „hat“ sind nicht ausschließlich und geben daher das Vorhandensein der angegebenen Funktionen, ganzheitlichen Einheiten, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Bauteile an, schließen aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von weiteren Funktionen, ganzheitlichen Einheiten, Schritten, Vorgängen, Elementen, Bauteilen und/oder Gruppen hiervon aus. Die hier beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Vorgänge sind nicht so auszulegen, dass die beschriebene oder dargestellte Reihenfolge unbedingt erforderlich ist, sofern diese nicht spezifisch als Reihenfolge der Ausführung angegeben ist. Es sei außerdem darauf hingewiesen, dass zusätzliche oder alternative Schritte angewendet werden können.
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Während mindestens eine exemplarische Ausführungsform in der vorstehenden ausführlichen Beschreibung dargestellt wurde, versteht es sich, dass es eine große Anzahl an Varianten gibt. Es versteht sich weiterhin, dass die exemplarische Ausführungsform oder die exemplarischen Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration dieser Offenbarung in keiner Weise einschränken sollen. Die vorstehende ausführliche Beschreibung stellt Fachleuten auf dem Gebiet vielmehr einen zweckmäßigen Plan zur Implementierung der exemplarischen Ausführungsform bzw. der exemplarischen Ausführungsformen zur Verfügung. Es versteht sich, dass verschiedene Veränderungen an der Funktion und der Anordnung von Elementen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren rechtlichen Entsprechungen aufgeführt ist, abzuweichen.
