DE102018218011A1 - Method for reducing the formation of condensate in a device for mixing exhaust gas and charge air - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungsmotoranordnung (50),mit den Schritten: a) Ermitteln der kondensierten Fluidmasse und/oder Eismasse in der Mischvorrichtung (1); b) Durchführen einer Anfangsphase (2) mit den folgenden Schritten b1) bis b4): b1) Berechnen einer minimalen Temperatur eines Abgas-Luft-Gemisches stromaufwärts des Kompressors (52), b2) Berechnen der maximalen Temperatur, bei der eine Kondensation in dem Abgas-Luft-Gemisch auftritt, b3) Aktualisieren der kondensierten Fluidmasse und/oder Eismasse in der Mischvorrichtung, b4) Festlegen eines Temperatursollwertes eines Fluids in dem Wärmetauscher (36); c) falls die minimale Temperatur höher ist als die maximale Temperatur oder die kondensierte Fluidmasse und/oder Eismasse in der Mischvorrichtung (20) größer ist als ein oberer Grenzwert, Durchführen einer Aufheizphase (4) mit den Schritten c1) bis c4): c1) Durchführen der Schritte b1) bis b3), c2) Berechnen eines maximalen Verdampfungsmassenflusses, c3) Deaktivieren der Abgasrückführung (54), falls die kondensierte Fluidmasse und/oder Eismasse in der Mischvorrichtung (20) höher ist als ein kritischer Grenzwert, der höher ist als der obere Grenzwert, c4) Festlegen eines Temperatursollwertes des Fluids in dem Wärmetauscher; d) falls die minimale Temperatur nicht geringer ist als die maximale Temperatur und die kondensierte Fluidmasse und/oder Eismasse in der Mischvorrichtung (20) kleiner ist als ein unterer Grenzwert, Durchführen einer Temperatursteuerphase (8) mit den Schritten d1) bis d3): d1) Durchführen der Schritte c1) bis c2), d2) Berechnen eines Temperatur-Sollwertes des Abgas-Luft-Gemisches stromaufwärts des Kompressors, d3) Festlegen eines Temperatursollwertes des Fluids in dem Wärmetauscher (36) und Regeln der Temperatur des Fluids in dem Wärmetauscher (36) auf den festgelegten T em peratursollwert.Method for operating an internal combustion engine arrangement (50), comprising the steps of: a) determining the condensed fluid mass and / or ice mass in the mixing device (1); b) performing an initial phase (2) with the following steps b1) to b4): b1) calculating a minimum temperature of an exhaust gas-air mixture upstream of the compressor (52), b2) calculating the maximum temperature at which condensation in the Exhaust gas-air mixture occurs, b3) updating the condensed fluid mass and / or ice mass in the mixing device, b4) setting a temperature setpoint of a fluid in the heat exchanger (36); c) if the minimum temperature is higher than the maximum temperature or the condensed fluid mass and / or ice mass in the mixing device (20) is greater than an upper limit value, carry out a heating phase (4) with steps c1) to c4): c1) Performing steps b1) to b3), c2) calculating a maximum evaporation mass flow, c3) deactivating the exhaust gas recirculation (54) if the condensed fluid mass and / or ice mass in the mixing device (20) is higher than a critical limit value which is higher than the upper limit, c4) setting a temperature set point of the fluid in the heat exchanger; d) if the minimum temperature is not less than the maximum temperature and the condensed fluid mass and / or ice mass in the mixing device (20) is less than a lower limit value, carry out a temperature control phase (8) with steps d1) to d3): d1 ) Performing steps c1) to c2), d2) calculating a temperature setpoint of the exhaust gas / air mixture upstream of the compressor, d3) determining a temperature setpoint of the fluid in the heat exchanger (36) and regulating the temperature of the fluid in the heat exchanger ( 36) to the set temperature setpoint.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungsmotoranordnung, wobei insbesondere die Temperatur eines Fluids in einem Wärmetauscher in einer Mischvorrichtung zum Mischen von Abgas und Luft bzw. Ladeluft geregelt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogrammprodukt, ein computerlesbares Speichermedium, eine Mischvorrichtung zum Mischen von Abgas- und Ladeluft, eine Verbrennungsmotoranordnung und ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug.The present invention relates to a method for operating an internal combustion engine arrangement, the temperature of a fluid in a heat exchanger in a mixing device for mixing exhaust gas and air or charge air being regulated in particular. The invention further relates to a computer program product, a computer-readable storage medium, a mixing device for mixing exhaust gas and charge air, an internal combustion engine arrangement and a vehicle, in particular a motor vehicle.
Verbrennungsmotoranordnungen sind häufig mit Ladern ausgestattet, wobei stromaufwärts des Laders Ladeluft bzw. Frischluft mit zurückgeführtem Abgas vermischt und anschließend im Kompressor des Laders komprimiert wird. Dabei kann es stromaufwärts des Kompressors zur Bildung von Kondensat kommen, was die Funktionsfähigkeit des Kompressors oder weiterer Komponenten unter Umständen nachteilig beeinflusst. Insbesondere bei niedrigen Umgebungstemperaturen kann insbesondere die Anwendung einer Niedrigdruck-Abgasrückführung aufgrund des dabei auftretenden Kondensats unmöglich sein. Die Kondensatbildung stellt vor allem bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen ein Problem dar.Internal combustion engine arrangements are often equipped with superchargers, with charge air or fresh air being mixed upstream of the supercharger with recirculated exhaust gas and then being compressed in the supercharger of the supercharger. This can lead to the formation of condensate upstream of the compressor, which may adversely affect the functionality of the compressor or other components. In particular at low ambient temperatures, the use of low-pressure exhaust gas recirculation may be impossible due to the condensate that occurs. The formation of condensate is a problem especially at very low ambient temperatures.
Die Bildung von Kondensat kann durch die Verwendung eines Bypasses zur Überbrückung eines Niedrigdruck-Abgasrückführungskühlers verringert werden, allerdings nicht vollständig eliminiert werden. Insbesondere während des Starts des Verbrennungsmotors steht keine zur Reduzierung der Kondensatbildung erforderliche Abgaswärme zur Verfügung. Im Falle einer Abschaltung der Niedrigdruck-Abgasrückführung zum Lader kühlt sich der Bereich stromabwärts der Mischeinrichtung zum Mischen von Abgas- und Ladeluft ab und eine Wiederaufnahme der Niedrigdruck-Abgasrückführung gestaltet sich problematisch, insbesondere wenn eine Kondensation vermieden werden soll.The formation of condensate can be reduced by using a bypass to bypass a low pressure exhaust gas recirculation cooler, but it cannot be completely eliminated. In particular, during the start of the internal combustion engine, there is no exhaust gas heat required to reduce the formation of condensate. If the low-pressure exhaust gas recirculation to the charger is switched off, the area downstream of the mixing device for mixing exhaust gas and charge air cools and restarting the low-pressure exhaust gas recirculation is problematic, especially if condensation is to be avoided.
In dem Dokument
Vor dem beschriebenen Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungsmotoranordnung zur Verfügung zu stellen, welches die Bildung von Kondensat weiter verringert und insbesondere verhindert. Weitere Aufgaben bestehen darin, ein entsprechend vorteilhaftes Computerprogrammprodukt, ein computerlesbares Speichermedium, eine Mischvorrichtung zum Mischen von Abgas- und Ladeluft, eine Verbrennungsmotoranordnung und ein Fahrzeug zur Verfügung zu stellen.Against the background described, it is an object of the present invention to provide an improved method for operating an internal combustion engine arrangement which further reduces and in particular prevents the formation of condensate. Further tasks consist in providing a correspondingly advantageous computer program product, a computer-readable storage medium, a mixing device for mixing exhaust gas and charge air, an internal combustion engine arrangement and a vehicle.
Die genannten Aufgaben werden durch ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungsmotoranordnung nach Anspruch 1, ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 12, ein computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 13, eine Mischvorrichtung nach Anspruch 14, eine Verbrennungsmotoranordnung nach Anspruch 15 und ein Fahrzeug nach Anspruch 16 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.Said objects are achieved by a method for operating an internal combustion engine arrangement according to claim 1, a computer program product according to
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungsmotoranordnung betrifft eine Verbrennungsmotoranordnung, welche einen Lader mit einem Kompressor und eine stromaufwärts des Kompressors angeordnete Mischvorrichtung zum Mischen von Abgas aus einer Abgasrückführung und Ladeluft umfasst. Die Mischvorrichtung umfasst einen Wärmetauscher. Der Wärmetauscher ist vorzugsweise in die Mischvorrichtung integriert. Das erfindungsgemäße Verfahren, welches vorzugsweise während des Betriebs des Verbrennungsmotors durchgeführt wird, umfasst folgende Schritte a) bis d):
- a) Die kondensierte Fluidmasse und/oder Eismasse in der Mischvorrichtung wird ermittelt. Dies kann zum Beispiel durch Auslesen eines entsprechenden Wertes aus einer Speichervorrichtung, beispielsweise einem KAM (Keep Alive Memory), erfolgen.
- b) Es wird eine Anfangsphase bzw. Startphase mit den folgenden Schritten b1) bis b4) durchgeführt. In dem Schritt b1) wird eine minimale Temperatur, beispielsweise eine effektive minimale Temperatur, eines Abgas-Luft-Gemisches stromaufwärts des Kompressors berechnet. Die Berechnung erfolgt vorzugsweise für gegebene Randbedingungen.
- a) The condensed fluid mass and / or ice mass in the mixing device is determined. This can be done, for example, by reading out a corresponding value from a memory device, for example a KAM (Keep Alive Memory).
- b) An initial phase or start phase is carried out with the following steps b1) to b4). In step b1), a minimum temperature, for example an effective minimum temperature, of an exhaust gas / air mixture upstream of the compressor is calculated. The calculation is preferably carried out for given boundary conditions.
In einem Schritt b2) wird die maximale Temperatur, bei der eine Kondensation in dem Abgas-Luft-Gemisch auftritt, berechnet, also die Temperatur, bei der noch Kondensation auftritt. In einem Schritt b3) wird anschließend die kondensierte Fluidmasse und/oder Eismasse in der Mischvorrichtung aktualisiert. In einem Schritt b4) wird ein Temperatursollwert eines Fluids in dem Wärmetauscher festgelegt. Dabei kann der Temperatursollwert des Fluids in dem Wärmetauscher als Temperatur des Abgas-Luft-Gemischs, bei welcher keine Nebelbildung und/oder Kondensation an den Wänden eines zum Kompressor führenden Strömungskanals auftritt und/oder eine festgelegte Kondensationsrate in der Mischvorrichtung nicht überschritten wird, festgelegt werden.In step b2), the maximum temperature at which condensation occurs in the exhaust gas / air mixture is calculated, that is to say the temperature at which condensation still occurs. In a step b3), the condensed fluid mass and / or ice mass is then updated in the mixing device. In a step b4) a temperature setpoint of a fluid in the heat exchanger fixed. The temperature setpoint of the fluid in the heat exchanger can be determined as the temperature of the exhaust gas / air mixture, at which no fog and / or condensation occurs on the walls of a flow channel leading to the compressor and / or a specified condensation rate in the mixing device is not exceeded .
In einem folgenden Schritt c) wird eine Aufheizphase mit den Schritten c1) bis c4) durchgeführt, falls die minimale Temperatur höher ist als die maximale Temperatur oder die kondensierte Fluidmasse und/oder Eismasse in der Mischvorrichtung größer ist als ein oberer Grenzwert. In dem Schritt c1) werden die Schritte b1) bis b3) durchgeführt. In dem Schritt c2) wird ein maximaler Verdampfungsmassenfluss berechnet, insbesondere ein für einen stabilen Betrieb des Verbrennungsmotors zulässiger maximaler Verdampfungsmassenfluss. In dem Schritt c3) wird die Abgasrückführung deaktiviert, falls die kondensierte Fluidmasse und/oder Eismasse in der Mischvorrichtung höher ist als ein kritischer Grenzwert. Dabei ist der kritische Grenzwert höher als der obere Grenzwert. In dem Schritt c4) wird ein Temperatursollwert des Fluids in den Wärmetauscher festgelegt. Dabei wird vorzugsweise der Temperatursollwert als Funktion des maximalen Verdampfungsmassenflusses und der minimalen Temperatur festgelegt.In a subsequent step c), a heating phase with steps c1) to c4) is carried out if the minimum temperature is higher than the maximum temperature or the condensed fluid mass and / or ice mass in the mixing device is greater than an upper limit value. In step c1), steps b1) to b3) are carried out. In step c2), a maximum evaporation mass flow is calculated, in particular a maximum evaporation mass flow permissible for stable operation of the internal combustion engine. In step c3), the exhaust gas recirculation is deactivated if the condensed fluid mass and / or ice mass in the mixing device is higher than a critical limit value. The critical limit is higher than the upper limit. In step c4), a temperature setpoint of the fluid in the heat exchanger is set. The temperature setpoint is preferably determined as a function of the maximum evaporation mass flow and the minimum temperature.
In einem anschließenden Schritt d) wird eine Temperatursteuerphase mit den Schritten d1) bis d3) durchgeführt, falls die minimale Temperatur nicht geringer ist als die maximale Temperatur und die kondensierte Fluidmasse und/oder Eismasse in der Mischvorrichtung kleiner ist als ein unterer Grenzwert. Im Schritt d1) werden die Schritte c1) bis c2) durchgeführt. In dem Schritt d2) wird ein Temperatur-Sollwert des Abgas-Luft-Gemisches stromaufwärts des Kompressors berechnet.In a subsequent step d), a temperature control phase with steps d1) to d3) is carried out if the minimum temperature is not less than the maximum temperature and the condensed fluid mass and / or ice mass in the mixing device is less than a lower limit value. In step d1), steps c1) to c2) are carried out. In step d2), a temperature setpoint of the exhaust gas / air mixture upstream of the compressor is calculated.
In dem Schritt d3) wird ein Temperatursollwert des Fluids in dem Wärmetauscher festgelegt, vorzugsweise als Funktion des im Schritt d2) berechneten Temperatur-Sollwertes und der maximalen Temperatur. Anschließend wird die Temperatur des Fluids in dem Wärmetauscher auf den festgelegten Temperatursollwert geregelt.In step d3), a temperature setpoint of the fluid in the heat exchanger is determined, preferably as a function of the temperature setpoint and the maximum temperature calculated in step d2). The temperature of the fluid in the heat exchanger is then regulated to the specified temperature setpoint.
Die effektive minimale Temperatur ist die niedrigste Gas-Temperatur, die entlang der Strecke vom Mischpunkt bis zum Verdichter-Einlass unter einem stationären Betrieb entstehen kann. Die effektive minimale Temperatur wird anhand der momentanen maximal erreichbaren Kühlmitteltemperatur in dem Wärmetauscher berechnet. Die maximale Kühlmitteltemperatur ist entweder gleich der Temperatur im Niedrigtemperatur-Kühlkreislauf oder der Temperatur im Hochtemperatur-Kühlkreislauf, je nachdem welche höher ist. Da der Wärmetauscher sehr effektiv ist, kann der Einfluss der GasGeschwindigkeit bzw. des Gas-Massenstroms normalerweise vernachlässigt werden. Nach der Passage durch den Wärmetauscher wird das Gemisch vorzugsweise etwas abgekühlt bevor es den Verdichter erreicht hat. Der entstandene Temperaturverlust kann (vereinfacht) als eine Funktion der GasGeschwindigkeit und der Materialtemperatur des Verdichter-Zuleitungsrohrs abgebildet werden. Das heißt, die Berechnung kann der effektiven minimalen Temperatur kann gemäß TCompFunMin = f(max(T LT, T_HT), T_gemisch (Gas-Massenstrom)) - g(Gas-Massenstrom, Temperatur des Verdichter-Zuleitungsrohrs) erfolgen, wobei TCompFunMin die effektive minimale Temperatur ist, T_LT die Kühlmitteltemperatur im Niedrigtemperatur-Kreislauf ist, T_HT die HT Kühlmitteltemperatur im Hochtemperatur-Kreislauf ist, T_gemisch die Gastemperatur des Gemisches vor dem Eintritt in dem Wärmetauscher ist, f eine Funktion für die Gastemperatur direkt nach dem Wärmetauscher ist, und g eine Beschreibung der Gastemperatur-Abfall bis hin zum Verdichter ist.The effective minimum temperature is the lowest gas temperature that can arise along the route from the mixing point to the compressor inlet under stationary operation. The effective minimum temperature is calculated on the basis of the instantaneous maximum achievable coolant temperature in the heat exchanger. The maximum coolant temperature is either the temperature in the low-temperature cooling circuit or the temperature in the high-temperature cooling circuit, whichever is higher. Since the heat exchanger is very effective, the influence of the gas velocity or the gas mass flow can normally be neglected. After passing through the heat exchanger, the mixture is preferably cooled somewhat before it has reached the compressor. The resulting temperature loss can be represented (simplified) as a function of the gas velocity and the material temperature of the compressor supply pipe. That means, the calculation of the effective minimum temperature can be done according to TCompFunMin = f (max (T LT, T_HT), T_mix (gas mass flow)) - g (gas mass flow, temperature of the compressor supply pipe), where TCompFunMin is the effective minimum temperature, T_LT is the coolant temperature in the low temperature circuit, T_HT is the HT coolant temperature in the high temperature circuit, T_mix is the gas temperature of the mixture before entering the heat exchanger, f is a function of the gas temperature immediately after the heat exchanger, and g is a description of the gas temperature drop down to the compressor.
Der Temperatur-Sollwert des Abgas-Luft-Gemisches stromaufwärts des Kompressors wird bevorzugt so berechnet, dass ein kondensatfreier Gasmassenstrom in Richtung Verdichter gewährleistet wird, die maximale gewünschte Verdichter-Eintrittstemperatur nicht überschritten wird, die maximale gewünschte Verdichter-Austrittstemperatur nicht überschritten wird, ein Betrieb des Verdichters mit minimalem Energie-Aufwand gewährleistet wird, ein Betrieb des Verdichters innerhalb eines normalen Betriebsbereichs gewährleistet wird. Falls die zuvor genannten Punkte nicht gleichzeitig gewährleiten werden können, kann eine Priorität zwischen den Punkten gesetzt werden.The temperature setpoint of the exhaust gas / air mixture upstream of the compressor is preferably calculated in such a way that a condensate-free gas mass flow towards the compressor is ensured, the maximum desired compressor inlet temperature is not exceeded, the maximum desired compressor outlet temperature is not exceeded, operation the compressor is guaranteed with minimal energy expenditure, an operation of the compressor is guaranteed within a normal operating range. If the aforementioned points cannot be guaranteed at the same time, a priority can be set between the points.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass es eine an die konkrete Situation angepasste Regelung der Temperatur des Fluids in dem Wärmetauscher ermöglicht und damit eine Kondensatbildung besonders effizient verringert oder vollständig beseitigt. Ein weiterer Vorteil des vorliegenden Verfahrens besteht darin, dass gebildetes Kondensat effizient verdampft und abgeführt werden kann.The method according to the invention has the advantage that it enables regulation of the temperature of the fluid in the heat exchanger that is adapted to the specific situation and thus reduces or completely eliminates the formation of condensate in a particularly efficient manner. Another advantage of the present method is that the condensate formed can be efficiently evaporated and removed.
Falls der Verbrennungsmotor gestoppt wird, kann die zuletzt ermittelte kondensierte Fluidmasse und/oder Eismasse in der Mischvorrichtung gespeichert werden, zum Beispiel in dem KAM. Dies hat den Vorteil, dass die zuletzt ermittelte kondensierte Fluidmasse und/oder Eismasse bei einem nächsten Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelesen werden kann und damit immer ein aktueller Wert zur Verfügung steht.If the internal combustion engine is stopped, the last determined condensed fluid mass and / or ice mass can be stored in the mixing device, for example in the KAM. This has the advantage that the last determined condensed fluid mass and / or ice mass can be read out the next time the method according to the invention is started, and thus a current value is always available.
Der Verdampfungsmassenfluss kann berechnet werden, zum Beispiel unter Verwendung der Umgebungstemperatur, dem Druck, der Feuchtigkeit, und/oder der Einlasstemperatur und dem Verbrennungsmassenanteil des Abgasrückführungsmassenflusses und/oder der Temperatur des Fluids in dem Wärmetauscher und/oder dem Ladeluftmassenfluss und/oder dem Abgas-Luft-Gemisch-Massenfluss und/oder der kondensierten Fluidmasse und/oder Eismasse, die sich durch Kondensation in der Mischvorrichtung gesammelt hat. Der Verdampfungsmassenfluss kann auch mittels eines Sensors, insbesondere mittels eines Gaszusammensetzungssensors, ermittelt werden. Der Kondensationsmassenfluss kann unter Verwendung der zuvor für die Berechnung des Verdampfungsmassenflusses genannten Parameter berechnet werden.Evaporative mass flow can be calculated using, for example, ambient temperature, pressure, humidity, and / or the inlet temperature and the combustion mass fraction of the exhaust gas recirculation mass flow and / or the temperature of the fluid in the heat exchanger and / or the charge air mass flow and / or the exhaust gas / air mixture mass flow and / or the condensed fluid mass and / or ice mass, which are characterized by Has collected condensation in the mixing device. The evaporation mass flow can also be determined by means of a sensor, in particular by means of a gas composition sensor. The condensation mass flow can be calculated using the parameters previously mentioned for the calculation of the evaporation mass flow.
In einer vorteilhaften Variante wird die Aufheizphase wiederholt, falls die minimale Temperatur geringer ist als die maximale Temperatur und die kondensierte Fluidmasse und/oder Eismasse in der Mischvorrichtung größer als ein oberer Grenzwert. Weiterhin kann die Anfangsphase wiederholt werden, falls die minimale Temperatur geringer ist als die maximale Temperatur und die kondensierte Fluidmasse und/oder Eismasse in der Mischvorrichtung nicht größer ist als ein oberer Grenzwert. In einer weiteren Variante kann die Aufheizphase wiederholt werden, falls die minimale Temperatur nicht geringer ist als die maximale Temperatur und die kondensierte Fluidmasse und/oder Eismasse in der Mischvorrichtung nicht kleiner ist als ein unterer Grenzwert. Die beschriebenen Varianten haben den Vorteil, dass die Anfangsphase und/oder die Aufheizphase solange wiederholt werden, bis geeignete Eingangsbedingungen für das Durchführen der Temperatursteuerphase erfüllt sind.In an advantageous variant, the heating phase is repeated if the minimum temperature is lower than the maximum temperature and the condensed fluid mass and / or ice mass in the mixing device is greater than an upper limit. Furthermore, the initial phase can be repeated if the minimum temperature is lower than the maximum temperature and the condensed fluid mass and / or ice mass in the mixing device is not greater than an upper limit. In a further variant, the heating phase can be repeated if the minimum temperature is not less than the maximum temperature and the condensed fluid mass and / or ice mass in the mixing device is not less than a lower limit. The variants described have the advantage that the initial phase and / or the heating phase are repeated until suitable input conditions for carrying out the temperature control phase are met.
Vorzugsweise wird die Temperatursteuerphase fortgesetzt bzw. wiederholt, falls die minimale Temperatur nicht geringer ist als die maximale Temperatur. Falls die minimale Temperatur geringer ist als die maximale Temperatur wird je nachdem, ob die kondensierte Fluidmasse und/oder Eismasse in der Mischvorrichtung größer ist als ein oberer Grenzwert, die Anfangsphase oder die Aufheizphase wiederholt. Die Anfangsphase wird wiederholt, falls die kondensierte Fluidmasse und/oder Eismasse in der Mischvorrichtung nicht größer ist als ein oberer Grenzwert. Die Aufheizphase wird wiederholt, falls die kondensierte Fluidmasse und/oder Eismasse in der Mischvorrichtung größer ist als ein oberer Grenzwert. Das beschriebene Vorgehen hat den Vorteil, dass die Temperatursteuerphase nur bei Vorliegen geeigneter Bedingungen durchgeführt wird und die Anfangsphase und die Aufheizphase solange wie dies erforderlich ist, durchgeführt und gegebenenfalls wiederholt werden.The temperature control phase is preferably continued or repeated if the minimum temperature is not lower than the maximum temperature. If the minimum temperature is lower than the maximum temperature, the initial phase or the heating phase is repeated depending on whether the condensed fluid mass and / or ice mass in the mixing device is greater than an upper limit. The initial phase is repeated if the condensed fluid mass and / or ice mass in the mixing device is not greater than an upper limit. The heating phase is repeated if the condensed fluid mass and / or ice mass in the mixing device is greater than an upper limit. The procedure described has the advantage that the temperature control phase is carried out only if suitable conditions are met, and the initial phase and the heating phase are carried out for as long as is necessary and are repeated if necessary.
Die kondensierte Fluidmasse und/oder Eismasse in der Mischvorrichtung kann berechnet werden. Dies kann zum Beispiel durch Integration der Kondensationsrate bzw. Kondensatbildungsrate unter Verwendung der maximal realisierbaren Temperatur, beispielsweise effektiven Temperatur, des Fluids in dem Wärmetauscher der Mischvorrichtung und/oder der Temperatur der zuzuführenden Frischluft und/oder der Feuchtigkeit der Frischluft und/oder des Drucks der Frischluft und/oder der Temperatur des rückgeführten Abgases und/oder des Verbrennungsmassenanteils und/oder eines bestimmten, beispielsweise eines angestrebten, Verbrennungsmassenanteils des mittels der Mischvorrichtung erzeugten Abgas-Luft-Gemisches und/oder einer Kondensationsrate, insbesondere einer effektiven Kondensationsrate, als Differenz aus dem Kondensatmassenfluss und dem verdampften Massenfluss bzw. dem Verdampfungsmassenfluss erfolgen. Zudem kann die Berechnung der kondensierten Fluidmasse und/oder Eismasse in der Mischvorrichtung unter Verwendung eines Nullpunktes, insbesondere einer Trockenbedingung, der kondensierten Fluidmasse und/oder Eismasse in der Mischvorrichtung erfolgen. Der Nullpunkt kann bei einem Abgasrückführungsmassenstrom, insbesondere einem Niedrigdruck-Abgasrückführungsmassenstrom, gleich null unter Verwendung der Umgebungsluftfeuchtigkeit und/oder der mittels eines Sensors bestimmten Ladeluftfeuchtigkeit berechnet werden.The condensed fluid mass and / or ice mass in the mixing device can be calculated. This can be done, for example, by integrating the condensation rate or condensate formation rate using the maximum realizable temperature, for example effective temperature, the fluid in the heat exchanger of the mixing device and / or the temperature of the fresh air to be supplied and / or the humidity of the fresh air and / or the pressure of the Fresh air and / or the temperature of the recirculated exhaust gas and / or the combustion mass fraction and / or a certain, for example a desired, combustion mass fraction of the exhaust-air mixture generated by the mixing device and / or a condensation rate, in particular an effective condensation rate, as the difference from the Condensate mass flow and the evaporated mass flow or the evaporation mass flow. In addition, the condensed fluid mass and / or ice mass in the mixing device can be calculated using a zero point, in particular a dry condition, of the condensed fluid mass and / or ice mass in the mixing device. The zero point can be calculated for an exhaust gas recirculation mass flow, in particular a low-pressure exhaust gas recirculation mass flow, to be zero using the ambient air humidity and / or the charge air humidity determined by means of a sensor.
In einer weiteren Variante kann die minimale Temperatur als momentane oder gemittelte minimale Temperatur, insbesondere als momentane oder gemittelte effektive Temperatur berechnet werden. Das Berechnen der effektiven minimalen Temperatur kann unter Verwendung einer maximal realisierbaren effektiven Temperatur des Fluids in dem Wärmetauscher und/oder der Temperatur der Luft, also der zugeführten Frischluft, und/oder der Feuchtigkeit der Luft, also der zugeführten Frischluft, und/oder der Temperatur des rückgeführten Abgases und/oder des Verbrennungsmassenanteils und/oder eines bestimmten, beispielsweise eines angestrebten, Verbrennungsmassenanteils des mittels der Mischvorrichtung erzeugten Abgas-Luft-Gemischs erfolgen.In a further variant, the minimum temperature can be calculated as an instantaneous or averaged minimum temperature, in particular as an instantaneous or averaged effective temperature. The effective minimum temperature can be calculated using a maximum realizable effective temperature of the fluid in the heat exchanger and / or the temperature of the air, that is to say the fresh air supplied, and / or the humidity of the air, that is to say the fresh air supplied, and / or the temperature of the recirculated exhaust gas and / or the combustion mass fraction and / or a certain, for example a desired, combustion mass fraction of the exhaust-air mixture generated by the mixing device.
Die maximale Temperatur kann unter Verwendung der Temperatur der Luft, insbesondere der zugeführten Frischluft und/oder der Feuchtigkeit der Luft und/oder des Verbrennungsmassenanteils und/oder eines bestimmten, insbesondere eines angestrebten, Verbrennungsmassenanteils des mittels der Mischvorrichtung erzeugten Abgas-Luft-Gemischs berechnet werden.The maximum temperature can be calculated using the temperature of the air, in particular the fresh air supplied and / or the humidity of the air and / or the combustion mass fraction and / or a specific, in particular a desired, combustion mass fraction of the exhaust-air mixture generated by the mixing device .
Der Verbrennungsmassenanteil FMan in dem Abgas-Luft-Gemisch stromabwärts der Mischvorrichtung kann durch Messung mittels eines Sensors, zum Beispiel mittels eines Gaszusammensetzungssensors, und/oder durch Messung der Sauerstoffkonzentration O2,Man in dem Abgas-Luft-Gemisch bestimmt werden. Dies kann zum Beispiel mittels der Formel
Weiterhin kann die Temperatur TCompFun des Abgas-Luft-Gemisches stromabwärts der Mischvorrichtung bzw. stromaufwärts des Kompressors gemäß der Formel
In einer bevorzugten Variante ist die Mischvorrichtung zur Niederdruck-Abgasrückführung ausgelegt. Insbesondere im Zusammenhang mit Niederdruck-Abgasrückführung ist das erfindungsgemäße Verfahren von Vorteil, da in diesem Fall insbesondere bei niedrigen Umgebungstemperaturen das erhöhte Risiko einer Kondensatbildung besteht und das beschriebene Verfahren die Kondensatbildung effektiv verringert. In a preferred variant, the mixing device is designed for low-pressure exhaust gas recirculation. The method according to the invention is particularly advantageous in connection with low-pressure exhaust gas recirculation, since in this case there is an increased risk of condensate formation, especially at low ambient temperatures, and the method described effectively reduces the formation of condensate.
Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt umfasst Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, ein zuvor beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Das erfindungsgemäße computerlesbare Speichermedium umfasst Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, ein oben beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Das Computerprogrammprodukt und das computerlesbare Speichermedium haben die oben bereits genannten Vorteile. Sie lassen sich insbesondere in bestehende Systeme integrieren und ermöglichen so eine Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The computer program product according to the invention comprises commands which, when the program is executed by a computer, cause the computer to carry out a previously described method according to the invention. The computer-readable storage medium according to the invention comprises commands which, when executed by a computer, cause the computer to execute an inventive method described above. The computer program product and the computer-readable storage medium have the advantages already mentioned above. They can in particular be integrated into existing systems and thus enable the method according to the invention to be used.
Die erfindungsgemäße Mischvorrichtung zum Mischen von Abgas und Ladeluft umfasst einen Wärmetauscher. Die Mischvorrichtung umfasst zudem eine Steuervorrichtung, die dadurch ausgelegt ist ein oben beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Die erfindungsgemäße Verbrennungsmotoranordnung umfasst eine erfindungsgemäße Mischvorrichtung. Das erfindungsgemäße Fahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Verbrennungsmotoranordnung. Die erfindungsgemäße Mischvorrichtung, die erfindungsgemäße Verbrennungsmotoranordnung und das erfindungsgemäße Fahrzeug haben die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren genannten Vorteile. Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Kraftfahrzeug, zum Beispiel um einen LKW, einen PKW, einen Minibus, einen Bus, ein Motorrad oder ein Moped.The mixing device according to the invention for mixing exhaust gas and charge air comprises a heat exchanger. The mixing device also comprises a control device which is designed to carry out a method according to the invention described above. The internal combustion engine arrangement according to the invention comprises a mixing device according to the invention. The vehicle according to the invention comprises an internal combustion engine arrangement according to the invention. The mixing device according to the invention, the internal combustion engine arrangement according to the invention and the vehicle according to the invention have the advantages mentioned in connection with the method according to the invention. The vehicle according to the invention is preferably a motor vehicle, for example a truck, a car, a minibus, a bus, a motorcycle or a moped.
Die Figuren zeigen:
-
1 zeigt schematisch eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Flussdiagramms. -
2 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Mischvorrichtung. -
3 zeigt schematisch die erfindungsgemäße Mischvorrichtung während der Durchführung der Anfangsphase des erfindungsgemäßen Verfahrens. -
4 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Mischvorrichtung während der Durchführung der Aufheizphase. -
5 zeigt schematisch die erfindungsgemäße Mischvorrichtung während der Durchführung der Temperatursteuerphase. -
6 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Verbrennungsmotoranordnung. -
7 zeigt schematisch eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Verbrennungsmotoranordnung. -
8 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug.
-
1 schematically shows an embodiment variant of the method according to the invention in the form of a flow chart. -
2nd schematically shows a mixing device according to the invention. -
3rd schematically shows the mixing device according to the invention during the implementation of the initial phase of the method according to the invention. -
4th schematically shows a mixing device according to the invention during the implementation of the heating phase. -
5 shows schematically the mixing device according to the invention during the implementation of the temperature control phase. -
6 schematically shows an internal combustion engine arrangement according to the invention. -
7 schematically shows a further variant of an internal combustion engine arrangement according to the invention. -
8th schematically shows a motor vehicle according to the invention.
Eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Folgenden anhand des in der
Anschließend wird bei Schritt
In Schritt
Im Rahmen der Aufheizphase werden zunächst die ersten drei Schritte der Anfangsphase erneut durchgeführt, also das Berechnen der minimalen Temperatur, das Berechnen der maximalen Temperatur und das Aktualisieren der kondensierten Fluidmasse und/oder Eismasse. Anschließend wird ein für einen stabilen Betrieb des Verbrennungsmotors zulässiger maximaler Verdampfungsmassenfluss berechnet. Weiterhin wird die Abgasrückführung deaktiviert, falls die kondensierte Fluidmasse und/oder Eismasse in der Mischvorrichtung höher ist als ein kritischer Grenzwert. Dabei ist der kritische Grenzwert höher als der obere Grenzwert. Zudem wird im Rahmen der Aufheizphase ein Temperatursollwert in dem Wärmetauscher festgelegt. Der Temperatursollwert kann als Funktion des maximalen Verdampfungsmassenflusses und der minimalen Temperatur festgelegt werden.As part of the heating phase, the first three steps of the initial phase are carried out again, that is to say the calculation of the minimum temperature, the calculation of the maximum temperature and the updating of the condensed fluid mass and / or ice mass. A maximum evaporation mass flow that is permissible for stable operation of the internal combustion engine is then calculated. Furthermore, the exhaust gas recirculation is deactivated if the condensed fluid mass and / or ice mass in the mixing device is higher than a critical limit value. The critical limit is higher than the upper limit. In addition, a temperature setpoint is set in the heat exchanger as part of the heating phase. The temperature setpoint can be set as a function of the maximum evaporative mass flow and the minimum temperature.
In Schritt
Ist bei Schritt
Im Rahmen der Temperatursteuerphase
Im Anschluss an die Temperatursteuerphase
In Schritt
Die
Zu dem Mischbereich
Die
In der
Die
Andererseits aber auch kalt genug ist, um einen effizienten Betrieb des Kompressors zu gewährleisten.On the other hand, it is also cold enough to ensure efficient operation of the compressor.
Die
Im Rahmen einer Niedrigdruckabgasrückführung
Die gezeigte Kühleinrichtung
Mittels der Fluidtemperatursteuereinheit
Die Niedrigdruckabgasrückführungseinrichtung
Die in der
Die
BezugszeichenlisteReference list
- 11
- Ermitteln der kondensierten Fluidmasse und/oder EismasseDetermine the condensed fluid mass and / or ice mass
- 22nd
- Durchführen der AnfangsphasePerform the initial phase
- 33rd
- Ist die minimale Temperatur höher als die maximale Temperatur oder ist die kondensierte Fluidmasse und/oder Eismasse größer als ein oberer Grenzwert?Is the minimum temperature higher than the maximum temperature or is the condensed fluid mass and / or ice mass greater than an upper limit?
- 44th
- Durchführen der AufheizphaseCarrying out the heating phase
- 55
- Ist die minimale Temperatur geringer als die maximale Temperatur?Is the minimum temperature lower than the maximum temperature?
- 66
- Ist die kondensierte Fluidmasse und/oder Eismasse kleiner als ein unterer Grenzwert?Is the condensed fluid mass and / or ice mass less than a lower limit?
- 77
- Ist die kondensierte Fluidmasse und/oder Eismasse in der Mischvorrichtung größer als ein oberer Grenzwert?Is the condensed fluid mass and / or ice mass in the mixing device greater than an upper limit?
- 88th
- Durchführen der TemperatursteuerphasePerform the temperature control phase
- 99
- Ist die minimale Temperatur kleiner als die maximale Temperatur?Is the minimum temperature less than the maximum temperature?
- 1010th
- Verfahrensschritte während des Betriebs des VerbrennungsmotorsProcess steps during the operation of the internal combustion engine
- 1111
- Verbrennungsmaschine gestoppt?Combustion engine stopped?
- 1212th
- Speichern des zuletzt ermittelten Wertes der kondensierten Fluidmasse und/oder Eismasse in der MischvorrichtungStorage of the last determined value of the condensed fluid mass and / or ice mass in the mixing device
- 1313
- Verbrennungsmotor in Betrieb genommen?Combustion engine started up?
- 2020th
- MischvorrichtungMixing device
- 2121
- FrischlufteinlassFresh air intake
- 2222
- Strömungsrichtung der LadeluftFlow direction of the charge air
- 2323
- AuslassOutlet
- 2424th
- Strömungsrichtung Abgas-Luft-Gemischs in Richtung KompressorFlow direction of the exhaust gas / air mixture in the direction of the compressor
- 2525th
- GasmassensensorGas mass sensor
- 2626
- GaszusammensetzungssensorGas composition sensor
- 2727
- LufteinlasskammerAir inlet chamber
- 2828
- LuftfilterAir filter
- 2929
- LuftmassensensorAir mass sensor
- 3030th
- MischbereichMixing area
- 3131
- AbgasrückführungseinlassExhaust gas recirculation inlet
- 3232
- LufteinlassAir intake
- 3333
- VentilValve
- 3535
- FluideinlassFluid inlet
- 3636
- WärmetauscherHeat exchanger
- 3737
- FluidauslassFluid outlet
- 4040
- Strömungsrichtung der angesaugten LuftDirection of flow of the intake air
- 4141
- Strömungsrichtung des rückgeführten AbgasesDirection of flow of the recirculated exhaust gas
- 4242
- Strömungsrichtung des Abgas-Luft-GemischesDirection of flow of the exhaust gas-air mixture
- 4343
- Kondensatcondensate
- 4444
- Eisice
- 4545
- Strömungsrichtung des Abgas-Luft-Gemisches zum KompressorDirection of flow of the exhaust gas-air mixture to the compressor
- 4646
- Verdampfung von KondensatEvaporation of condensate
- 4747
- Strömungsrichtung des Abgas-Luft-Gemisches stromabwärts des WärmetauschersFlow direction of the exhaust gas-air mixture downstream of the heat exchanger
- 5050
- VerbrennungsmotoranordnungInternal combustion engine arrangement
- 51 51
- VerbrennungsmotorInternal combustion engine
- 5252
- Kompressorcompressor
- 5353
- Turbineturbine
- 5454
- NiedrigdruckabgasrückführungLow pressure exhaust gas recirculation
- 5555
- Niedrigdruck-AbgasrückführungskühlerLow pressure exhaust gas recirculation cooler
- 5656
- Niedrigdruck-Abgasrückführungskühler mit Bypass-SystemLow pressure exhaust gas recirculation cooler with bypass system
- 5757
- AbgasnachbehandlungssystemExhaust aftertreatment system
- 5858
- LadeluftkühlersIntercooler
- 6060
- VerbrennungsmotorInternal combustion engine
- 6161
- Pumpepump
- 6262
- HochtemperaturwärmetauscherHigh temperature heat exchanger
- 6363
- NiedrigtemperaturwärmetauscherLow temperature heat exchanger
- 6464
- Pumpepump
- 6565
- EntgasungseinrichtungDegassing device
- 6666
- FluidtemperatursteuereinheitFluid temperature control unit
- 6767
- StrömungskanalFlow channel
- 6868
- StrömungskanalFlow channel
- 6969
- KühleinrichtungCooling device
- 7070
- KraftfahrzeugMotor vehicle
- 7171
- TemperatursensorTemperature sensor
- 7272
- StrömungskanalFlow channel
- 7373
- Pumpepump
- JJ
- JaYes
- NN
- NeinNo
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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- US 2017/0335748 A1 [0004]US 2017/0335748 A1 [0004]
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DE102018218011.3A DE102018218011A1 (en) | 2018-10-22 | 2018-10-22 | Method for reducing the formation of condensate in a device for mixing exhaust gas and charge air |
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DE102018218011.3A DE102018218011A1 (en) | 2018-10-22 | 2018-10-22 | Method for reducing the formation of condensate in a device for mixing exhaust gas and charge air |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: MARKOWITZ, MARKUS, DR.-ING., DE |