-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Heißgasregelventils, insbesondere eines Abgasregelventils, eines Fahrzeugs.
-
Heißgasregelventile, nachfolgend auch kurz als HGRV bezeichnet, werden typischerweise bei aufgeladenen Dieselmotoren zur Abgasrückführung verwendet. Durch hohe Verbrennungstemperaturen werden bei Verbrennungsmotoren umweltschädliche Stickoxide gebildet, deren Entstehung reduziert werden kann, indem ein Teil des Abgases über ein Abgasrückführventil aus der Abgasleitung abgezweigt und der dem Motor zugeführten Frischluft beigemischt wird, um so die Sauerstoffkonzentration in der Ladeluft zu senken. Daraus resultiert ein Verbrennungsprozess bei niedrigeren Temperaturen, bei dem weniger Stickoxide entstehen. Eine noch höhere Effektivität in der Stickoxidreduzierung erhält man, wenn das rückgeführte Abgas gekühlt wird.
-
Insbesondere bei Dieselmotoren ist die Abgasrückführung eine entscheidende Maßnahme zur Senkung der Stickoxidemission, da der Einsatz von Abgasnachbehandlungssystemen allein zur Einhaltung umweltgesetzlicher Vorgaben nicht ausreichend ist. Wie aus der Patentanmeldung
DE102015209512A1 zu entnehmen, sind üblicherweise Abgasrückführventile nahe dem Auspuffkrümmer angebracht und werden folglich im heißen Abgasstrom bei Temperaturen von bis zu 850°C betrieben. Zudem stellen Kontaminationen im Abgas wie etwa Rußpartikel, Motorölreste oder Dieselbestandteile erhöhte Anforderungen an das Ventil hinsichtlich gleichbleibender Funktion über die gesamte Fahrzeuglebensdauer, da sich diese Verbrennungsrückstände im Laufe der Zeit an den gasführenden Komponenten des Ventils ablagern. Besonders schwerwiegend sind Verunreinigungen durch Kondensat- und Feststoffeinträge, die sich im Lagerbereich einer den Absperrkörper tragenden Ventilstange absetzen, da diese einen Lagerspalt zwischen der Ventilstange und dem Ventillager deutlich verringern können. Dies erhöht die Lagerreibung, wodurch das Ventil mit der Zeit immer schwergängiger wird, was letztendlich sogar zum Blockieren der Ventilstange und damit zum Ausfall des Bauteils führen kann.
-
Um Verunreinigungen, also Ablagerungen, zu vermeiden, schlägt die
DE102015209512A1 vor, eine der Ventilstange des HGRV zugewandte, nahe der Oberfläche der Ventilstange endende Schabekante zum Abschaben von sich auf dem im ausgefahrenen Zustand der Ventilstange dem Heißgas ausgesetzten Abschnitt der Ventilstange befindlichen Ablagerungen bereitzustellen.
-
Da immer noch Verbesserungsbedarf besteht, Ablagerungen am HGRV zu vermeiden, ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine Regelung für ein Heißgasregelventil bereitzustellen, bei dem eine verbesserte Vermeidung von Ablagerungen am HGRV bereitgestellt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Heißgasregelventile HGRV können beispielsweise durch die Motorelektronik basierend auf den erforderlichen Luftmassendurchsätzen und Abgasrückführraten angesteuert werden. Hierbei erfolgt auch eine Positionsregelung des Heißgasregelventils basierend auf der Positionsrückmeldung des HGRV. Im Falle eines vollvariablen Heißgasregelventils mit Positionsrückmeldung der Ventilöffnung ist diese Ansteuerung in der Motorelektronik als (unterlagerte) Positionsregelung realisiert. In aktuellen Umsetzungen zur Positionsregelung wird zur Reibungskompensation bzw. zur Versottungsvermeidung das Sollpositionssignal moduliert. Unter Versottung sind Ablagerungen zu verstehen, welche aufgrund chemischer Prozesse bei der Reinigung von (Diesel-)Abgasen entstehen und sich als zähflüssige Ablagerungen niederlegen können. Diese Ablagerungen entstehen z.B. aufgrund Abkühlung im Abgasstrang und Kondensation, wobei sich Partikel im Gas dann an den kühleren Stellen wie Leitungen etc. ablagern und diese auf Dauer verstopfen können. Aufgrund des Abgasstroms sind Heißgasventile also anfällig für Versottungserscheinungen, d.h. es können auch im Ventilöffnungsbereich Partikelablagerungen entstehen, welche mit fortlaufendem Versottungsgrad zu einer immer schlechter werdenden Regelgüte der unterlagerten Positionsregelung führen. Solche Effekte werden auch als Stick-Slip Effekte bezeichnet. Bei sehr hohen Versottungsgraden kann schließlich ein dauerhaftes Klemmen des Ventils resultieren. Folglich muss das Ventil getauscht werden, es liegt also ein Pannenfall vor. Mit den Versottungsmaßnahmen aktueller Umsetzungen, also z.B. einer Modulation des Sollpositionssignals, ist die Wirkung sehr stark geprägt durch den verwendeten Positionsregler. Somit ist die Wirksamkeit dieser Maßnahmen stark von der eigentlichen Dynamik des Positionsreglers abhängig. Vorteilhafter wäre es aber, eine davon möglichst unabhängige Vermeidung von Ablagerungen realisieren zu können.
-
Aus diesem Grund wird eine intelligente Ansteuerungsstrategie der Positionsregelung vorgeschlagen. Hierzu wird ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung eines Heißgasregelventils, insbesondere eines Abgasregelventils, eines Fahrzeugs, vorgeschlagen, bei dem eine Steuerung oder Regelung in eine vorgegebene Soll-Position durch einen Positionsregler erfolgt. Die Steuerung oder Regelung ist dabei von einer von einem Positionssensor erfassten Ist-Position abhängig. Zusätzlich zur Positionsregelung erfolgt eine von der Steuerung oder Regelung unabhängige Ansteuerung des Heißgasregelventils, so dass das Heißgasregelventil oder Teile davon in Schwingung versetzt werden. Das heißt, dass bei der Steuerung oder Regelung eines Heißgasregelventils zusätzlich zum Steuer- bzw. Regelsignal zur Ansteuerung des Positionsreglers eine davon unabhängige Ansteuerung erfolgt.
-
In einer Ausgestaltung überlagert die Ansteuerung die Steuer- oder Regelsignale zur Steuerung oder Regelung in eine vorgegebene Soll-Position additiv. Dabei wird darauf geachtet, dass die Signale sich nicht gegenseitig stören.
-
In einer Ausgestaltung ist die Schwingung eine Mikroschwingung und es werden mindestens die Ventilstange und/oder der Absperrkörper des Heißgasregelventils in Schwingung versetzt. Diese Teile sind besonders anfällig für Versottung. Die unabhängige Ansteuerung erzeugt vorteilhafterweise Mikrobewegungen, also z.B. ein oszillierendes Signal. Das Signal kann dabei schnell, also hochfrequent, sein, sowie permanent oder nur zu vorgegebenen Zeiten und mit vorgegebener Dauer angelegt werden. Durch Anlegen dieses Signals, vorteilhaft permanent, können sich Ablagerungen viel schwerer oder gar nicht an dem Ventil ablagern.
-
Ferner kann die unabhängige Ansteuerung auch abhängig von anderen Parametern erfolgen. Andere Parameter können dabei z.B. die Ventilposition oder auch die Ventilgeschwindigkeit, aber auch andere geeignete Parameter sein. Die Frequenz dieser oszillierenden Ansteuerung wird in Abhängigkeit der Dynamik der Übertragungsfunktion der Ventilansteuerung zu Ventilposition so gewählt, dass einerseits das Ventil noch hochfrequent angeregt wird und anderseits keine Wechselwirkungen zu den überlagerten Luftmassen- bzw. Abgasregelungen entsteht. Die Amplitude der oszillierenden Ansteuerung wird in einer Ausführung als Funktion der Ventilposition bzw. des Ventilhubs vorgegeben, so dass eine Skalierbarkeit in Abhängigkeit vom Ventilhub vorhanden ist. Somit wird das Ventil besonders im Ventilvollöffnungsbereich ständig angeregt, und es entstehen Ventilmikrobewegungen. Damit können Partikelablagerungen effektiv verhindert werden.
-
Durch diese Modifikation der Ansteuerung, bei welcher die Oszillation direkt an der Ansteuerung des Stellers wirkt und unabhängig von der Dynamik des Positionsreglers ist, wird der Vorgang der Partikelablagerung im Heißgasregelventil HGRV unterbunden und so die Versottungsneigung des Ventils effektiv verhindert. Darüber hinaus wirkt sich diese oszillierende Ansteuerung weder auf die Sollgrößenberechnungen der Luftmasse bzw. Abgasrückführrate noch auf die Sollpositionsvorgabe des Heißgasregelventils aus und hat keinen Einfluss auf eine überlagerte Luftmassen- bzw. Abgasrückführratenregelung.
-
Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die (oszillierende) Bewegung die natürlichen Haftreibungseffekte von gängigen Heißgasregelventilen für die Positionsregelung effektiv eliminiert werden, was eine bessere Regelgüte des Ventils zur Folge hat. Somit lässt sich die Ventillebensdauer durch diese modifizierte Ansteuerung im konkreten Anwendungsfall eines aufgeladenen Dieselmotors deutlich steigern.
-
Das Verfahren wird vorteilhafterweise mittels einer Steuereinrichtung durchgeführt, welche Positionssignale des Heißgasregelventils empfangen und verarbeiten kann, so dass sie entsprechende Steuer- oder Regelsignale zur Ausführung des Verfahrens an die Ventilsteuerung ausgeben kann. Durch die Steuereinrichtung kann außerdem die Ansteuerung zur Positionsregelung und die davon unabhängige Ansteuerung zur Erzeugung des Signals, welches mindestens Teile des Heißgasregelventils in Schwingung versetzt, erfolgen.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
-
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
- 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Heißgasregelventils gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt eine schematische Ansicht der Steuerung bzw. Regelung des Verfahrens gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
- 3 zeigt ein Regeldiagramm des Verfahrens gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
-
In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Wie in der vorher erwähnten Patentanmeldung
DE102015209512A1 dargelegt und in
1 gezeigt, weist ein Heißgasregelventil
10, insbesondere Abgasregelventil, ein Gehäuse
12 und einen an einer Ventilstange
14 angeordneten Absperrkörper
16 zum Absperren der Ventilöffnung
32 auf. Die Ventilstange
14 ist z.B. gehäuseseitig gelagert und dient zum Öffnen
O, d.h. die Ventilstange
14 ist ausgefahren, und Schließen
S, d.h. die Ventilstange
14 ist eingefahren und der Absperrkörper
16 verschließt die Ventilöffnung
32, der Ventilöffnung
32 mittels des Absperrkörpers
16. Im ausgefahrenen Zustand der Ventilstange
14 ist ein Abschnitt davon dem Heißgas, also dem heißen Abgasstrom, ausgesetzt. An diesem Bereich können sich Verbrennungsrückstände als Ablagerungen von z.B. nicht verbrannten Partikeln, also z.B. Ruß, ablagern. Diese Ablagerungen können sich festsetzen und dazu führen, dass das Ventil mit der Zeit verklebt und dadurch einen schlechteren Wirkungsgrad aufweist. Die Ablagerungen können sogar soweit fortschreiten, dass das Ventil überhaupt nicht mehr öffnet, so dass ein Tausch nötig ist. Um dies zu vermeiden, wird das beschriebene Verfahren angewendet.
-
In 2 ist die Wechselwirkung zwischen einer Steuereinrichtung 1, die mit einem Positionsregler P und dem beschriebenen Heißgasregelventil 10 in Wirkverbindung W steht, gezeigt. Wie in 2 gezeigt, ist die Steuereinrichtung 1 dazu eingerichtet, eine erste Ansteuerung A1 an den Positionsregler P zur Positionsregelung des Heißgasregelventils 10 in Abhängigkeit einer durch den Positionssensor 11 ermittelten Position des Heißgasregelventils 10 vorzugeben, um eine vorgegebene Soll-Position Ps des Heißgasregelventils 10 zu erreichen. Außerdem ist Steuereinrichtung 1 dazu eingerichtet, eine zusätzliche Ansteuerung A2 mindestens eines Teils des Heißgasregelventils 10, welcher bei einer Offenstellung O des Heißgasregelventils 10 einem Heißgas ausgesetzt ist, mittels eines unabhängigen Signals Osz vorzugeben, das derart gebildet ist, dass es den mindestens einen Teil des Heißgasregelventils 10, z.B. die Ventilstange 14 und/oder den Absperrkörper 16, in Schwingung versetzt.
-
In 3 ist eine zugehörige Regelstrecke gezeigt. Eine zu erreichende Soll-Position Ps des Heißgasregelventils 10 wird über eine hier nicht genauer beschriebene Vorsteuerung mit einem ersten Ansteuerungssignal A1 des Heißgasregelventils 10 beaufschlagt. Dieses erste Ansteuerungssignal A1 ist abhängig von einer vom Positionssensor 11 erfassten und vom Positionsregler P zu regelnden Ist-Position. Zusätzlich erfolgt eine weitere, von der ersten Ansteuerung A1 unabhängige Ansteuerung A2, welche ein Signal erzeugt, das zumindest Teile des Heißgasregelventils 10, z.B. die Ventilstange 14 und/oder den Absperrkörper 16 in Schwingungen versetzt. Das Signal ist vorteilhafterweise ein in einer bestimmten Frequenz oszillierendes Signal Ozs. Das Signal ist bevorzugt hochfrequent.
-
Durch das vorgeschlagene Verfahren können Ablagerungen am Ventil oder Teilen davon deutlich reduziert werden. Außerdem ist das Verfahren einfach implementierbar, da es über eine bereits vorhandene Steuereinrichtung ausgeführt werden kann.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102015209512 A1 [0003, 0004, 0017]
