DE112006001857T5

DE112006001857T5 - Anordnung und Verfahren zum Rückführen von Abgasen in einem aufgeladenen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE112006001857T5
Application number: DE112006001857T
Authority: DE
Inventors: Kim KYLSTRÖM; Vesa Hokkanen
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2005-07-18
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2008-06-05
Also published as: JP2009501876A; SE528878C2; WO2007011300A1; SE0501702L

Abstract

Anordnung zum Rückführen von Abgasen eines aufgeladenen Verbrennungsmotors (1), wobei die Anordnung einen zum Einleiten von verdichteter Luft in den Verbrennungsmotor (1) ausgelegten Einlasskanal (6), einen zum Rückführen der Abgase von einem Abgaskanal (3) des Verbrennungsmotors (1) über einen Verbindungspunkt (12) zu dem Einlasskanal (6) ausgelegten Rückführkanal (9), und einen EGR-Kühler (11) aufweist, der in dem Rückführkanal (9) angeordnet ist, um die Abgase zu kühlen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine in dem Rückführkanal (9) stromaufwärts des EGR-Kühlers (11) bezüglich der bestimmungsgemäßen Richtung des Abgasstroms in dem Rückführkanal (9) angeordnete Ventilvorrichtung (v₁, v₂) und eine Steuereinheit (10) aufweist, die in bestimmten Situationen dazu ausgelegt ist, die Ventilvorrichtung (v₁, v₂) in eine Reinigungsstellung zu versetzen, in denen die Ventilvorrichtung (v₁, v₂) einen Abschnitt des Rückführkanals (9b) der den EGR-Kühler (11) aufweist, mit der Außenluft (13) verbindet, so dass die verdichtete Luft von dem Einlasskanal (6) durch den Abschnitt des Rückführkanals...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Rückführen von Abgasen eines aufgeladenen Verbrennungsmotors nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 8.
Die als EGR (englisch: exhaust gas recirculation – deutsch: Abgasrückführung) bekannte Technik ist ein bekannter Weg zum teilweisen Zurückführen von Abgasen eines Verbrennungsprozesses in einen Verbrennungsmotor über einen Rückführkanal zu einem Einlasskanal zum Zuführen von Luft zu dem Verbrennungsmotor. Ein Gemisch aus Luft und Abgasen wird somit über den Einlasskanal den Motorzylindern zugeführt, in denen die Verbrennung stattfindet. Das Hinzufügen von Abgasen zu der Luft bewirkt eine niedrigere Verbrennungstemperatur, die unter anderem zu einem reduzierten Anteil von Stickoxiden NO_x in den Abgasen führt. Diese Technik kann sowohl in Ottomotoren als auch in Dieselmotoren genutzt werden.
Der Abgasrückführkanal umfasst unter anderem ein EGR-Ventil, das festlegbar ist, um eine bestimmte Menge an EGR bereitzustellen. Eine elektrische Steuereinheit ist dazu ausgelegt, das EGR-Ventil unter anderem auf Grundlage von Informationen zu steuern, die die Last des Verbrennungsmotors betreffen. Im Fall von aufgeladenen Verbrennungsmotoren werden die Abgase mit Luft gemischt, die einen relativ hohen Druck aufweist. Falls ein schneller Anstieg der Motorlast benötigt wird, schließt das EGR-Ventil, um den Frischluftstrom zu dem Motor zu erhöhen, so dass die benötigte Motorlast schnell, ohne jede Zunahme des Rußausstosses erreicht werden kann. Eine schnelle Reduzierung der Motorlast erfordert ebenfalls ein Schließen des EGR-Ventils. Das EGR-Ventil schließt, um den Ladedruck der Luft solange wie möglich aufrechtzuerhalten, so dass er für jeden möglichen folgenden schnellen Anstieg der Motorlast genutzt werden kann. Der Rückführkanal weist auch einen EGR-Kühler auf, der dazu ausgelegt ist, die Abgase in dem Rückführkanal zu kühlen, bevor sie mit der Luft in dem Einlasskanal zu dem Motor gemischt werden. Im Laufe der Zeit bilden sich unvermeidlich Rußablagerungen von den Abgasen an den Innenoberflächen des EGR-Kühlers. Dadurch vermindert sich die Wärmeleitungskapazität des EGR-Kühlers und gleichzeitig nimmt der Strömungswiderstand der Abgase durch den EGR-Kühler zu.
Eine unzureichende Kühlung der Abgase führt unter anderem zu einer verschlechterten Motorleistung.
WO 2004/067945 bezieht sich auf eine Anordnung zum Rückführen von Abgasen eines aufgeladenen Verbrennungsmotors. Die Anordnung kann in bestimmten Situationen einen Rückstrom der Luft durch den EGR-Kühler zum Reinigen des Letzteren von Rußablagerungen bewirken. Jedoch kann ein derartiger Rückstrom der Luft nur in Situationen bewirkt werden, in denen der Druck der Abgase niedriger als der Druck der verdichteten Luft in einem Einlasskanal ist. Diese Druckdifferenz ist häufig auch relativ begrenzt, was zu einem relativ kleinen Luftstrom führt, der für eine wirksame Reinigung des EGR-Kühlers nicht ausreichend ist.
ABRISS DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Anordnung und ein Verfahren der in der Einleitung beschriebenen Art bereitzustellen, wobei die Innenoberflächen des Kühlers auf eine effektive und einfache Weise im Wesentlichen frei von Rußablagerungen der Abgase gehalten werden.
Diese Aufgabe wird mit einer Anordnung der in der Einleitung beschriebenen Art gelöst, die durch die in dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegebenen Merkmale gekennzeichnet ist. Da die verdichtete Luft in dem Einlasskanal einen relativ großen Überdruck verglichen mit dem Druck der Außenluft hat, ist es möglich, einen starken Luftstrom von dem Einlasskanal über den EGR-Kühler in die Umgebung zu erzeugen, falls die Ventilvorrichtung in eine Reinigungsstellung versetzt ist. Da die Durchlässe des EGR-Kühlers zum Aufnehmen und Kühlen einer relativ kleinen Menge von Abgasen ausgelegt sind, übt ein derartiger starker Luftstrom eine starke Wirkung auf die Innenoberflächen des EGR-Kühlers aus, so dass sie effektiv von Rußablagerungen gereinigt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, weist die Ventilvorrichtung ein erstes Ventilmittel auf, das dazu ausgelegt ist, den Abgasstrom von dem Abgaskanal zu dem Rückführkanal zu steuern. Ein derartiges erstes Ventilmittel kann ein Zwei-Weg-Ventil jeder denkbaren Art sein. Vorteilhafterweise ist das erste Ventilmittel eine Drossel, die in eine offene Stellung versetzt werden kann, wonach sie einen Abgasstrom von dem Abgaskanal durch den Rückführkanal passieren lässt, und in eine geschlossene Stellung, wonach sie ein Passieren der Abgase durch den Rückführkanal verhindert. Eine derartige Drossel kann auch in teilweise geöffnete Stellungen versetzt werden, so dass die durch den Rückführkanal zurückgeführte Menge der Abgase, gesteuert werden kann. Das erste Ventilmittel kann ein herkömmliches EGR-Ventil sein.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, weist die Ventilvorrichtung ein zweites Ventilmittel auf, das stromabwärts des ersten Ventilmittels bezüglich der bestimmungsgemäßen Strömungsrichtung der Abgase in dem Rückführkanal angeordnet ist, wonach die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, das zweite Ventilmittel in eine offene Stellung zu versetzen, so dass es den EGR-Kühler aufweisenden Abschnitt des Rückführkanals mit der Außenluft verbindet, falls sich die Ventilvorrichtung in einer Reinigungsstellung befindet. Ein derartiges zweites Ventilmittel kann direkt angrenzend zu dem ersten Ventilmittel angeordnet werden, so dass die beiden Ventilmittel in einer kombinierten Ventilvorrichtung aufgenommen werden können. Alternativ kann ein einzelnes zweites Ventilmittel an einer geeigneten Stelle in dem Rückführkanal zwischen dem ersten Ventilmittel und dem EGR-Kühler angeordnet werden. Das zweite Ventilmittel kann ein Zwei-Weg-Ventil jeder denkbaren Art sein.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Steuereinheit dazu ausgelegt, die Ventilvorrichtung zumindest in bestimmten Situationen während des Betriebs des Verbrennungsmotors in die Reinigungsstellung zu versetzen, in denen keine Abgase durch den Rückführkanal zurückgeführt werden und in denen der Verbrennungsmotor im Wesentlichen keine Luftzufuhr benötigt. Da die Reinigung des EGR-Kühlers normalerweise nicht unverzüglich ausgeführt werden muss, ist es vorteilhaft, sie in Situationen auszuführen, in denen die Reinigung im Wesentlichen keinen Einfluss auf den Normalbetrieb des Verbrennungsmotors und den Ausstoß von Abgasen hat. Eine derartige Situation liegt dann vor, falls der Rückführkanal während des Betriebs nicht zum Rückführen von Abgasen genutzt wird, das heißt dann, wenn sich das erste Ventilmittel in einer geschlossenen Stellung befindet. Das erste Ventilmittel ist normalerweise zeitweise geschlossen, falls die Last des Verbrennungsmotors schnell ansteigt oder schnell abfällt. Während des Normalbetriebs des Fahrzeugs treten schnelle Anstiege und Abfälle der Last des Verbrennungsmotors relativ häufig auf. Es gibt somit eine Reihe von Möglichkeiten zum Reinigen des EGR-Kühlers, ohne die Abgasrückführung der zu beeinflussen. Um eine Störung des Betriebs des Verbrennungsmotors zu verhindern, ist es vorteilhaft, die Reinigung des EGR-Kühlers in Situationen durchzuführen, in denen der Verbrennungsmotor im Wesentlichen keine Luftzufuhr benötigt. Derartige Situationen treten in Verbindung mit Gangwechseln des Fahrzeugs auf, wenn der Fahrer das Gaspedal frei gibt. Obwohl derartige Möglichkeiten relativ kurz anhalten, dauern sie lange genug, um einen Luftstrom zu ermöglichen, der den EGR-Kühler sauber bläst.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Anordnung einen Sensor auf, der dazu ausgelegt ist, einen mit dem Grad der Ablagerungen in dem EGR-Kühler in Beziehung stehenden Parameter zu erfassen und die Steuereinheit über den Wert des Parameters zu informieren. Ein derartiger Sensor kann ein Drucksensor sein, mit dem ein Ermitteln des Druckabfalls der Abgase in den EGR-Kühler möglich ist. Der Druckabfall der Abgase in dem EGR-Kühler ist ein Parameter, der mit dem Grad der Rußablagerungen in dem EGR-Kühler zunimmt. Ein alternativer Sensor kann ein Strömungsmesser sein, der den Abgasstrom durch den EGR-Kühler misst. Der Abgasstrom ist ein Parameter, der mit dem Grad der Rußablagerungen in dem EGR-Kühler abnimmt. Vorteilhafterweise ist die Steuereinheit dazu ausgelegt, die Ventilvorrichtung in eine Reinigungsstellung zu versetzen, nachdem sie Werte betreffend des Parameters erhalten hat, die anzeigen, dass der Grad der Ablagerungen in dem EGR-Kühler einen maximal akzeptablen Wert überschritten hat. Ersatzweise kann die Steuereinheit einen Reinigungsprozess des EGR-Kühlers nach bestimmten Zeitintervallen, während des Betriebs des Verbrennungsmotors veranlassen.
Die voranstehend beschriebene Aufgabe wird auch mit einem Verfahren der in der Einleitung beschriebenen Art erreicht, das durch die in dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 8 angegebenen Merkmale gekennzeichnet ist.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend beispielhaft mit Bezug zu den beigefügten Figuren beschrieben, worin:
1 eine Anordnung zum Rückführen von Abgasen eines aufgeladenen Verbrennungsmotors gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt,
2 eine Anordnung zum Rückführen von Abgasen eines Verbrennungsmotors gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt, und
3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß der Erfindung darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
1 stellt eine Anordnung zum teilweisen Rückführen von Abgasen eines aufgeladenen Verbrennungsmotors 1 dar, der ein Dieselmotor oder ein Ottomotor sein kann. Eine derartige Rückführung wird gewöhnlich EGR (englisch: exhaust gas recirculation – deutsch: Abgasrückführung) genannt. Der Verbrennungsmotor 1 ist vorteilhafterweise zum Antreiben eines schweren Kraftfahrzeugs bestimmt. Abgase von den Zylindern des Verbrennungsmotors 1 werden über einen Abgaskrümmer 2 zu einem Abgaskanal 3 geführt. Die Abgase in dem Abgaskanal 3, die einen höheren Druck als den Atmosphärendruck aufweisen, werden durch eine Turbine 4 geleitet. Die Turbine 4 wird somit mit einer Antriebskraft versorgt, die über eine Verbindung zu einem Kompressor 5 übertragen wird. Daraufhin verdichtet der Kompressor 5 die Luft, die zu dem Verbrennungsmotor 1 über den Einlasskanal 6 geführt wird. Der Einlasskanal 6 weist einen Ladeluftkühler 7 zum Kühlen der verdichteten Luft auf, bevor sie über einen Verteiler 8 zu den entsprechenden Zylindern des Verbrennungsmotors 1 geführt wird. Ein Rückführkanal 9 hat die Funktion, einen Teil der Abgase von dem Abgaskanal 3 zurückzuführen. Der Rückführkanal 9 weist eine Ventilvorrichtung auf, die ein erstes Ventilmittel v₁ und ein zweites Ventilmittel v₂ umfasst. Eine elektronische Steuereinheit 10 ist dazu ausgelegt, die Ventilmittel v₁, v₂ in die gewünschten Stellungen während des Betriebs des Verbrennungsmotors 1 zu versetzen. Die Steuereinheit 10 kann eine Computereinheit sein, die mit einer auf einem Datenträger 10a gespeicherten Software ausgestattet ist. Der Rückführkanal 9 weist einen EGR-Kühler 11 zum Kühlen der zurückgeführten Abgase und einen EGR-Mischer 12 auf, der die zurückgeführten Abgase mit der verdichteten Luft in dem Einlasskanal 6 mischt. Die Steuereinheit 10 erhält bestimmungsgemäß betriebsbezogene, den Verbrennungsmotor 1 betreffende Informationen 14, um die Ventilmittel v₁, v₂ während des Betriebs zu steuern.
Das erste Ventilmittel v₁ wird hier beispielhaft als eine Drossel erläutert, die in eine offene Stellung versetzt werden kann, falls Abgase durch den Rückführkanal 9 von dem Abgaskanal 3 zu dem Einlasskanal 6 geführt werden sollen, und in eine geschlossene Stellung, falls keine Abgase zurückgeführt werden sollen. Das erste Ventilmittel v₁ teilt den Rückführkanal 9 in einen ersten Abschnitt 9a, der stromaufwärts des ersten Ventilmittels v₁ bezüglich der bestimmungsgemäßen Strömungsrichtung der Abgase in dem Rückführkanal 9 und in einen zweiten Abschnitt 9b, der stromabwärts des ersten Ventilmittels v₁ angeordnet ist. Die Konstruktion des ersten Ventilmittels v₁ ist derart, dass sie ein kontinuierliches Steuern des Öffnungsgrads möglich macht, so dass die gewünschte Menge an Abgasen durch den Rückführkanal 9 zurückgeführt werden kann. Das erste Ventilmittel v₁ kann die Form eines herkömmlichen EGR-Ventils haben. Das zweite Ventilmittel v₂ ist in dem zweiten Abschnitt des Rückführkanals 9b an einer Position stromaufwärts von dem Ladeluftkühler 11 bezüglich der bestimmungsgemäßen Richtung des Abgasstroms in dem Rückführkanal 9 angeordnet. Das zweite Ventilmittel v₂ wird normalerweise während des Betriebs des Verbrennungsmotors 1 in einer geschlossenen Stellung gehalten. Falls das zweite Ventilmittel v₂ in eine offene Stellung versetzt ist, verbindet es den zweiten Abschnitt des Rückführkanals 9b mit der Außenluft 13.
Während des Betriebs des Fahrzeugs erhält die Steuereinheit 10 im Wesentlichen kontinuierlich betriebsbezogene den Verbrennungsmotor 1 betreffende Informationen 14. Auf Grundlage der Informationen, beispielsweise über die Kraftstoffzufuhr des Verbrennungsmotors 1, kann die Steuereinheit 10 die Leistung des Verbrennungsmotors ermitteln. Die Informationen umfassen auch Daten über die Motordrehzahl n oder andere Parameter, die zum Regulieren der Menge der zurückzuführenden Abgase benötigt werden. Falls der Verbrennungsmotor 1 mit einer im Wesentlichen konstanten Last läuft, hält die Steuereinheit 10 das erste Ventilmittel v₁ mehr oder weniger in einer offenen Stellung, so dass eine passende Menge der Abgase von dem Abgaskanal 3 durch den Rückführkanal 9 geführt wird und mit verdichteter Luft in dem Einlasskanal 6 gemischt wird. Beispielsweise während schneller Veränderungen der Last des Verbrennungsmotors schließt die Steuereinheit 10 das erste Ventilmittel v₁ und stoppt dadurch die Rückführung der Abgase zu dem Verbrennungsmotor 1. Die Steuereinheit 10 schließt das erste Ventilmittel v₁ während Betriebszuständen, in denen ein schneller Lastanstieg durch den Verbrennungsmotor benötigt wird, um den Frischluftanteil zu erhöhen, der über den Einlasskanal 6 zu dem Verbrennungsmotor 1 geführt wird. Die Last des Verbrennungsmotors 1 wird somit schnell erhöht, ohne die Menge der Abgase zu erhöhen. Die Steuereinheit 10 schließt auch das erste Ventilmittel v₁, während Betriebszuständen, in denen die Last des Verbrennungsmotors schnell reduziert wird, um solange wie möglich den Ladedruck der Luft aufrechtzuerhalten, der während eines folgenden schnellen Anstiegs der Motorlast genutzt werden kann. Zum Beispiel tritt eine schnelle Lastreduzierung während eines Gangwechselvorgangs des Kraftfahrzeugs auf, falls der Fahrer des Kraftfahrzeugs das Gaspedal frei gibt.
Die Abgase, die durch den Rückführkanal 9 geleitet werden, beinhalten Rußpartikel, die sich während des Passierens durch den EGR-Kühler 11 leicht an den wärmeleitenden Oberflächen des EGR-Kühlers 11 ablagern können, was zu einer Ausbildung von Rußablagerungen führt. Die Rußablagerungen auf den wärmeleitenden Oberflächen des EGR-Kühlers 11 beeinträchtigen die Fähigkeit des Kühlers zum Kühlen der Abgase. Ein unzureichendes Kühlen der Abgase führt unter anderem zu einer Beeinträchtigung der Motorleistung. Rußablagerungen behindern auch den Durchgang des Abgasstroms durch den EGR-Kühler 11, dadurch reduzieren sie den Abgasstrom durch den Rückführkanal 9, was zu einem zunehmenden Abgasausstoß durch den Verbrennungsmotor 1 führt.
Wenn die Steuereinheit 10 betriebsbezogene Informationen 14 erhält, die einen schnellen Lastabfall oder einen schnellen Lastanstieg anzeigen, versetzt die Steuereinheit 10 das erste Ventilmittel v₁ in eine geschlossene Stellung, so dass keine Abgase durch den Rückführkanal 9 zurückgeführt werden. Es gibt somit eine Möglichkeit, das zweite Ventilmittel v₂ in eine offene Stellung zu versetzen. In der offenen Stellung verbindet das zweite Ventilmittel v₂ einen zweiten Abschnitt 9b des Rückführkanals 9 mit der Außenluft 13. Falls sich das erste Ventilmittel v₁ in einer geschlossenen Stellung befindet und das zweite Ventilmittel v₂ in einer offenen Stellung, wird die Ventilvorrichtung in eine Reinigungsstellung versetzt. Die Reinigungsstellung führt zu einem starken Luftstrom von dem Einlasskanal 6 durch den zweiten Abschnitt des Rückführkanals 9b und den EGR-Kühler 11 und über ein zweites Ventilmittel v₂ nach außen in die Umgebung 13. Der schnelle Luftstrom wird durch die große Druckdifferenz zwischen der verdichteten Luft in dem Einlasskanal 6 und der Umgebungsluft 13 veranlasst. Der Rückführkanal 9 ist zum Aufnehmen einer erheblich kleineren Menge von Abgasen ausgelegt, als die Menge der verdichteten Luft, die in dieser Situation durch den zweiten Abschnitt des Rückführkanals 9b und den EGR-Kühler 11 strömt. Dieser Frischluftstrom, der mit hoher Geschwindigkeit durch den EGR-Kühler 11 in entgegengesetzter Richtung zu der Richtung strömt, in der die Abgase zurückgeführt werden, reinigt die inneren Oberflächen von Rußablagerungen. Die Steuereinheit 10 hat die Möglichkeit das zweite Ventilmittel v₂ in eine offene Stellung zu versetzen, wann immer sich das erste Ventilmittel v₁ in einer geschlossenen Stellung befindet. Jedoch ist es vorteilhaft das zweite Ventilmittel v₂ nur in Situationen in eine offene Stellung zu versetzen, in denen der Verbrennungsmotor 1 im Wesentlichen keine Luftzufuhr benötigt, um eine Beeinflussung des Betriebs des Verbrennungsmotors 1 zu verhindern. Eine derartige Situation tritt unter anderem während eines Gangwechselvorgangs in einem Kraftfahrzeug auf, unmittelbar bevor der Gang freigegeben wird. Während dieser relativ kurzen Zeit, kann das zweite Ventilmittel v₂ geöffnet werden, um einen reinigenden schnellen Luftstrom durch den EGR-Kühler 11 erzeugen. Die Steuereinheit 10 kann das zweite Ventilmittel v₂ in eine offene Stellung versetzen, wann immer sich das erste Ventilmittel v₁ in einer ge schlossenen Stellung befindet und der Verbrennungsmotor 1 keine Luftzufuhr benötigt. In vielen Fällen ist es jedoch nicht möglich den EGR-Kühler in jeder derartigen Betriebssituation zu reinigen, und die Steuereinheit 10 kann vorprogrammiert werden, ein Reinigen nach einer bestimmten Anzahl dieser Möglichkeiten zu starten, beispielsweise jedes zehnte Mal, falls eine derartige Betriebssituation eintritt oder wenn seit der letzten Reinigung ein vorbestimmtes Zeitintervall vorübergegangen ist.
2 stellt eine Anordnung dar, die mit der vorangestellt beschriebenen Anordnung korrespondiert, aber auch einen Drucksensor 15 aufweist, der in dem zweiten Abschnitt des Rückführkanals 9b stromabwärts des EGR-Kühlers angeordnet ist. Die Aufgabe des Drucksensors 15 ist es, den Druck der Abgase zu erfassen, nachdem sie den EGR-Kühler 11 verlassen haben. Der Drucksensor 15 ist dazu ausgelegt, der Steuereinheit 10 Signale bezüglich der gemessenen Druckwerte zu senden. Hinsichtlich der Steuereinheit 10 wird angenommen, dass dort Informationen über den Abgasdruck in dem Abgaskanal 3 oder ähnliches vorliegen, so dass der Druckabfall der Abgase durch den EGR-Kühler 11 ermittelt werden kann. Der Druckabfall der Abgase steht in Beziehung zum Grad der Rußablagerungen in dem Strömungskanal des EGR-Kühler 11. Zu diesem Zweck kann die Steuereinheit 10 Werte für den Druckabfall der Abgase, wenn diese den EGR-Kühler 11 passiert haben, mit einem Referenzwert vergleichen. Falls der geschätzte Druckabfall den Referenzwert überschreitet, ist es an der Zeit, den EGR-Kühler 11 zu reinigen. In dieser Situation kann die Steuereinheit 10 das zweite Ventilmittel v₂ in eine offene Stellung versetzen, sobald ein Betriebszustand eintritt, bei dem sich das erste Ventilmittel v₁ in einer geschlossenen Stellung befindet und der Verbrennungsmotor 1 keine Luftzufuhr benötigt. Das Ergebnis ist ein kurzer starker Luftstrom durch den Rückführkanal 9 und den EGR-Kühler 11, der effektiv die Innenoberflächen von Rußablagerungen reinigt. Die Rußablagerungen werden in die Umgebungsluft 13 geblasen oder in einem Filter gesammelt oder ähnlichem, der nahe des Auslasses des zweiten Ventilmittels v₂ angebracht ist.
3 stellt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern der Rückführung von Abgasen dar. Das Verfahren beginnt bei 16. Bei 17 erhält die Steuereinheit 10 betriebsbezogene Informationen 14 und entscheidet, ob die Abgase durch den Rückführkanal 9 zurückgeführt werden oder nicht. Falls der Verbrennungsmotor 1 Informationen 14 erhält, die eine im Wesentlichen konstante Last des Verbrennungsmotor anzeigen, wird die Steuereinheit 10 feststellen, dass nichts eine Rückführung von Abgasen durch den Rückführkanal 9 verhindert. In diesem Fall bei 18, versetzt die Steuereinheit 10 das erste Ventilmittel v₁ in eine offene Stellung und das Ventilmittel v₂ in eine Normalstellung. Falls die Steuereinheit 10 gleichzeitig Informationen beispielsweise von dem Drucksensor 15 erhält, die anzeigen, dass der EGR-Kühler 11 eine Reinigung benötigt, wird dies bis zu einer folgenden passenderen Möglichkeit zurückgestellt, da die Beeinflussung eines EGR-Kühlers 11 gewöhnlich nicht so akut ist, als dass unverzüglich Abhilfe geschaffen werden muss. Danach startet der Prozess wieder bei 16.
Falls die Steuereinheit 10 stattdessen Informationen erhält, die eine schnelle Zunahme oder Abnahme der Last des Verbrennungsmotors 1 anzeigen, wird sie festlegen, dass eine Rückführung der Abgase durch den Rückführkanal 9 gestoppt werden muss. Die Steuereinheit 10 wird dann, bei 19, das erste Ventilmittel v₁ in eine geschlossene Stellung versetzen. Danach wird die Steuereinheit 10 bei 20 entscheiden, ob der EGR-Kühler 11 eine Reinigung benötigt. Die Steuereinheit 10 kann eine derartige Entscheidung auf Grundlage von Informationen von dem Drucksensor 15 oder von dem Bekanntsein, wann die letzte Reinigung ausgeführt wurde, fällen. Falls keine Reinigung benötigt wird, kann die Steuereinheit 10 bei 21 das zweite Ventilmittel v₂ weiterhin in einer geschlossene Stellung halten. Danach beginnt der Prozess wieder bei 16. Falls im Gegensatz dazu die Steuereinheit 10 befindet, dass eine Reinigung des EGR-Kühlers nötig ist, wird das Ventilmittel v₂ bei 22 in eine offene Stellung versetzt, wodurch die verdichtete Luft in dem Einlasskanal 6 mit der Umgebungsdruck aufweisenden Luft 13 verbunden wird. Die Druckdifferenz zwischen der verdichteten Luft in dem Einlasskanal 6 und der Außenluft 13 führt zu einem relativ großen Luftstrom mit hoher Geschwindigkeit, der durch den zweiten Abschnitt des Rückführkanals 9b und den EGR-Kühler 11 passiert, so dass die Innenoberflächen des letzteren von Rußablagerungen gereinigt werden. Derartige reguläre Reinigungsprozesse während des Betriebs ermöglichen es dem Verbrennungsmotor 1, eine stabile Leistung über eine lange Betriebsperiode aufrechtzuerhalten, ohne das Servicearbeiten ausgeführt werden müssen, um den EGR-Kühler 11 zu reinigen.
Alle vorangestellt beschriebenen Prozessschritte und jede gewünschte Teilfolge der Schritte können natürlich durch ein Computerprogramm gesteuert werden, das direkt in den internen Speicher des Computers geladen werden kann und eine passende Software zum Steuern der notwendigen Schritte aufweist, falls das Programm auf dem Computer läuft. Selbst wenn die mit Bezug zu den Zeichnungen beschriebene Ausführungsform der Erfindung mittels eines Computers softwaregesteuert und die Prozesse durch einen Computer ausgeführt werden, erstreckt sich die Erfindung auch auf ein Computerprogramm, insbesondere ein derartiges Computerprogramm, das auf einem Datenträger gespeichert ist, der zur Ausführung der Erfindung ausgelegt ist. Das Programm kann in Form eines Quellcodes, Zielcodes oder eines Codes auf einer Ebene zwischen Quell- und Zielcode vorliegen, beispielsweise in einer teilweise kompilierten Form oder in jeglicher Form, die vorteilhaft für die Umsetzung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist. Der Datenträger kann jede gewünschte Einheit oder eine zum Speichern eines Programms geeignete Vorrichtung sein. Zum Beispiel kann der Datenträger ein Speichermedium wie einen ROM (Read Only Memory), PROM (Programmable read-only memory), EPROM (Erasable PROM), Flash oder EEPROM (Electrically EPROM) aufweisen. Außerdem kann der Datenträger in Form eines übertragbaren Trägers ausgebildet sein, etwa derart wie ein elektronisches oder optisches Signal, das über ein elektrisches oder optisches Kabel oder durch Funk oder in ähnlicher Weise übertragen werden kann. Dort, wo das Programm in einem Signal beinhaltet ist, das direkt über Kabel oder andere Vorrichtung und Mittel ausgeführt werden kann, kann der Datenträger in Form eines derartigen Kabels, einer Vorrichtung oder einer Ausstattung ausgebildet sein. Ersatzweise kann der Datenträger in einem Schaltkreis integriert sein, in dem das Programm gespeichert ist, wobei der integrierte Schaltkreis zum Ausführen oder zur Ausführung, von relevanten Prozessen geeignet ist.
Die Erfindung ist in keinster Weise auf die in den Figuren beschriebene Ausführungsform begrenzt, sondern kann frei innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche variiert werden. Der in 2 dargestellte Drucksensor kann durch jeden anderen Sensor ersetzt werden, der einen Parameter mit Bezug zum Grad der Rußablagerungen in dem EGR-Kühler erfasst. Die Ventilvorrichtung muss nicht zwei getrennte Ventilmittel v₁, v₂ aufweisen, sondern kann ein einheitliches Ventil jeder denkbaren Art aufweisen, das eine korrespondierende Funktion hat. Die Erfindung ist im Wesentlichen an alle Typen von Verbrennungsmotoren anpassbar, bei den Luft mit einem höheren als Atmosphärendruck zu dem Verbrennungsmotor zugeführt wird.
Zusammenfassung
Anordnung und Verfahren zum Rückführen von Abgasen in einem aufgeladenen Verbrennungsmotor
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Rückführen von Abgasen in einem Verbrennungsmotor (1). Die Anordnung weist eine Ventilvorrichtung (V₁, V₂) auf, die in dem Rückführkanal (9) stromaufwärts des EGR-Kühlers (11) bezüglich der bestimmungsgemäßen Richtung des Abgasstroms in dem Rückführkanal (9) angebracht ist, und eine Steuereinheit (10), die in bestimmten Situationen dazu ausgelegt ist, die Ventilvorrichtung (V₁, V₂) in eine Reinigungsstellung zu versetzen, in der ein Abschnitt des Rückführkanals (9b), der den EGR-Kühler (11) aufweist, mit Umgebungsluft (13) verbunden ist, so dass die verdichtete Luft von dem Einlasskanal (6) durch den Abschnitt des Rückführkanals (9b) und den EGR-Kühler (11) strömt, bevor sie nach außen mittels der Ventilvorrichtung (V₁, V₂) in die Umgebungsluft (13) ausgeleitet wird.

Claims

Anordnung zum Rückführen von Abgasen eines aufgeladenen Verbrennungsmotors (1), wobei die Anordnung einen zum Einleiten von verdichteter Luft in den Verbrennungsmotor (1) ausgelegten Einlasskanal (6), einen zum Rückführen der Abgase von einem Abgaskanal (3) des Verbrennungsmotors (1) über einen Verbindungspunkt (12) zu dem Einlasskanal (6) ausgelegten Rückführkanal (9), und einen EGR-Kühler (11) aufweist, der in dem Rückführkanal (9) angeordnet ist, um die Abgase zu kühlen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine in dem Rückführkanal (9) stromaufwärts des EGR-Kühlers (11) bezüglich der bestimmungsgemäßen Richtung des Abgasstroms in dem Rückführkanal (9) angeordnete Ventilvorrichtung (v₁, v₂) und eine Steuereinheit (10) aufweist, die in bestimmten Situationen dazu ausgelegt ist, die Ventilvorrichtung (v₁, v₂) in eine Reinigungsstellung zu versetzen, in denen die Ventilvorrichtung (v₁, v₂) einen Abschnitt des Rückführkanals (9b) der den EGR-Kühler (11) aufweist, mit der Außenluft (13) verbindet, so dass die verdichtete Luft von dem Einlasskanal (6) durch den Abschnitt des Rückführkanals (9b) und den EGR-Kühler (11) strömt, bevor sie zu der Umgebungsluft (13) ausgeleitet wird.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilvorrichtung ein erstes Ventilmittel (v₁) aufweist, das dazu ausgelegt ist, den Abgasstrom von dem Abgaskanal (3) zu dem Rückführkanal (9) zu steuern.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ventilmittel (v₁) eine Drossel aufweist, die in eine erste Stellung versetzbar ist, worin sie ein Durchströmen der Abgase von dem Abgaskanal (3) durch den Rückführkanal (9) zulässt und in eine geschlossene Stellung, worin sie ein Durchströmen der Abgase durch den Rückführkanal (9) verhindert.
Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilvorrichtung ein zweites Ventilmittel (v₂), das stromabwärts von dem ersten Ventilmittel (v₁) bezüglich der bestimmungsgemäßen Richtung des Abgasstroms in dem Rückführkanal (9) angebracht ist, wobei die Steuereinheit (10) dazu ausgelegt ist, das zweite Ventilmittel (v₂) in eine offene Stellung zu versetzen, so dass es den Abschnitt des Rückführkanals (9b), der den EGR-Kühler (11) umfasst, mit der Umgebungsluft (13) verbindet, falls sich die Ventilvorrichtung (v₁, v₂) in einer Reinigungsstellung befindet.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (10) dazu ausgelegt ist, die Ventilvorrichtung (v₁, v₂) zumindest in bestimmten Situationen während des Betriebs des Verbrennungsmotors (1) in die Reinigungsstellung zu versetzen, in denen keine Abgase durch den Rückführkanal (9) zurückgeführt werden und in denen der Verbrennungsmotor (1) im Wesentlichen keine Luftzufuhr benötigt.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung einen Sensor (15) aufweist, der dazu ausgelegt ist, einen Parameter, der mit dem Grad der Ablagerungen in dem EGR-Kühler (11) in Beziehung steht, zu erfassen und die Steuereinheit (10) über den Wert des Parameters zu informieren.
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (10) dazu ausgelegt ist, die Ventilmittel (v₁, v₂) in eine Reinigungsstellung zu versetzen, nachdem sie Werte bezüglich des Parameters erhalten hat, die anzeigen, dass der Grad der Ablagerungen in dem EGR-Kühler (11) einen maximal akzeptablen Wert überschreitet.
Verfahren zum Rückführen von Abgasen in einem aufgeladenen Verbrennungsmotor (1), wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Leiten der verdichteten Luft zu dem Verbrennungsmotor über einen Einlasskanal (6), Rückführen der Abgase von dem Abgaskanal (3) des Verbrennungsmotors (1) über einen Rückführkanal (9) zu einem Verbindungspunkt (12) zu dem Einlasskanal, und Kühlen der Abgase in dem Rückführkanal (9) in einem EGR-Kühler (11), gekennzeichnet durch die Schritte: Anordnen einer Ventilvorrichtung (v₁, v₂) in dem Rückführkanal (9) stromaufwärts des EGR-Kühlers (11) bezüglich der bestimmungsgemäßen Richtung des Abgasstroms in dem Rückführkanal (9), und Versetzen der Ventilvorrichtung (v₁, v₂) in bestimmten Situationen in eine Reinigungsstellung, in denen die Ventilvorrichtung (v₁, v₂) einen Abschnitt des Rückführkanals (9b), der den EGR-Kühler (11) umfasst, mit der Umgebungsluft (13) verbindet, so dass die verdichtete Luft von dem Einlasskanal (6) durch den Abschnitt des Rückführkanals (9b) und den EGR-Kühler (11) strömt, bevor sie zu der Umgebungsluft (13) ausgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch den Schritt: Steuern des Abgasstroms von dem Abgaskanal (3) zu dem Rückführkanal (9) mittels eines ersten Ventilmittels (v₁).
Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die Schritte: Steuern des Abgasstroms von dem Abgaskanal (3) zu dem Rückführkanal (9) mittels einer Drossel (v₁), die in eine offene Stellung versetzbar ist, wonach sie einen Abgasstrom von dem Abgaskanal (3) zum Durchströmen des Rückführkanals (9) zulässt, und in eine geschlossene Stellung, wonach sie ein Durchströmen des Rückführkanals (9) verhindert.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch den Schritt: Versetzen eines zweiten Ventilmittels (v₂), das stromabwärts von dem ersten Ventilmittel (v₁) bezüglich der bestimmungsgemäßen Richtung des Abgasstroms in dem Rückführkanal (9) angeordnet ist, in eine offene Stellung, so dass es den Abschnitt des Rückführkanals (9b), der den EGR-Kühler (11) umfasst, mit der Umgebungsluft (13) verbindet, wenn sich die Ventilvorrichtung (v₁, v₂) in einer Reinigungsstellung befindet.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 8 bis 11, gekennzeichnet durch den Schritt: Versetzen der Ventilvorrichtung (v₁, v₂) in die Reinigungsstellung in zumindest bestimmten Situationen während des Betriebs des Verbrennungsmotors (1), in denen keine Abgase durch den Rückführkanal (9) zurückgeführt werden und in denen der Verbrennungsmotor (1) im Wesentlichen keine Luftzufuhr benötigt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 8 bis 12, gekennzeichnet durch den Schritt: Erfassen eines Parameters, der mit dem Grad der Ablagerungen in dem EGR-Kühler (11) in Beziehung steht und die Steuereinheit (10) über den Wert des Parameters informiert.
Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch den Schritt: Versetzen der Ventilvorrichtung (v₁, v₂) in die Reinigungsstellung nachdem Werte des genannten Parameters erfasst worden sind, die aussagen, dass der Grad der Ablagerungen in dem EGR-Kühler (11) einen maximalen akzeptablen Wert übersteigt.
Computerprogramm, das direkt in den internen Speicher des Computers ladbar ist, aufweisend eine Software zum Steuern des Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wenn das Programm auf dem Computer läuft.
Computerlesbares Medium (10a), auf dem das Programm gespeichert ist, das geeignet ist, um einem Computer das Steuern des Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 bis 14 zu ermöglichen.