DE112007003112T5 - Verfahren, Systeme und Vorrichtungen zur AGR-Steuerung - Google Patents

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Vivek Columbus Sujan
Adrian Columbus Dale
Samuel C. Columbus Geckler
Ward Columbus Edwards
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Abstract

System, mit:
– einem Kanal, der dazu ausgelegt ist, einen Abgasstrom zu einem Kühler zu leiten, wobei der Kühler in Strömungsverbindung mit dem Kanal steht und dazu dient, Wärme aus dem Abgas an ein Kühlmittel zu übertragen, welches in Strömungsverbindung mit dem Kühler steht,
– einem Bypasskanal, der in Strömungsverbindung mit dem Kanal steht und den Kühler umgeht, und
– einer Steuereinrichtung, die dazu betriebsfähig ist, den Abgasstrom zum Bypasskanal während einer Abgasrückführung basierend auf einem Ansaugtemperaturzustand und einem Kühlmitteltemperaturzustand zu steuern.

Description

  • Priorität
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Wirkung der am 17. Dezember 2007 eingereichten U.S. Patentanmeldung mit unbekannter Nummer und der am 22. Dezember 2006 eingereichten U. S. Patentanmeldung Nr. 60/876,777, die jeweils hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind.
  • Hintergrund
  • Verbrennungsmotoren wie etwa Dieselmotoren können mit Abgasrückführungs(”AGR”)-Systemen, die Abgas in den Motoreinlass zurückführen, und auch mit Abgasnachbehandlungssystemen ausgestattet werden, die dazu benutzt werden können, Emissionen wie etwa Partikel, Kohlenwasserstoffe (”HC”), Kohlenmonoxid (”CO”), Stickoxide (”NOx”), Schwefeloxide (”SOx”), Schwefelwasserstoff (”H2S”) und andere Emissionen zu verringern oder zu eliminieren. AGR kann bei der Begrenzung des Schadstoffausstoßes helfen, beispielsweise kann das Mischen rückgeführten Abgases mit Ansaugluft eine Verdünnung herbeiführen, die eine Verringerung der Verbrennungstemperatur bewirkt und so eine NOx-Bildung und NOx-Emissionen reduziert. Unter verschiedenen Betriebsbedingungen, beispielsweise beim Starten des Motors, kann es erwünscht sein, die AGR zu steuern, um einen Motorbetrieb zu erleichtern, der in Übereinstimmung mit einer Vielzahl von Bedingungen wie etwa Schadstoffausstoß, Leistungsabgabe, Drehmomentabgabe, PS-Abgabe und anderen ist.
  • Zusammenfassung
  • Eine Ausführungsform ist ein besonderes System zum Steuern von AGR. Andere Ausführungsformen umfassen besondere Vorrichtungen, Systeme, Geräte, Hardware, Software, Verfahren und Kombinationen daraus sowie andere Vorgehensweisen zum Steuern von AGR. Weitere Ausführungsformen, Ausgestaltungen, Ziele, Merkmale, Vorteile, Aspekte und Wirkungen der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden illustrierenden Beschreibung und den Zeichnungen ersichtlich werden.
  • Kurzbeschreibung der Figuren
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines Systems mit einem Dieselmotor, AGR und einer Abgasnachbehandlung.
  • 2 ist eine schematische Darstellung eines Dieselmotors und eines Abgasnachbehandlungssystems.
  • 3 ist eine schematische Darstellung eines Dieselmotors und eines AGR-Systems.
  • 4 ist eine schematische Darstellung einer Steuerlogik.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Um ein Verständnis der Grundlagen der Erfindung zu verbessern, wird nun Bezug genommen auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele und es werden zum Beschreiben derselben spezielle Begriffe verwendet. Es versteht sich nichtsdestotrotz, dass damit keine Einschränkung des Schutzbereichs der Erfindung beabsichtigt ist, sondern dass solche Änderungen und weitere Abwandlungen der dargestellten Ausführungsformen und solche weiteren Anwendungen der Grundlagen der hier dargestellten Erfindung in Erwägung gezogen werden, wie sie einem Fachmann auf dem die Erfindung betreffenden Gebiet normalerweise einfallen würden.
  • Unter Bezugnahme auf 1 ist ein System 10 dargestellt, welches einen Verbrennungsmotor 12 umfasst, der betriebsfähig mit einem Abgasnachbehandlungssystem 14 verbunden ist. Das Abgasnachbehandlungssystem 14 enthält eine Dieseloxidationskatalysatoreinheit 16, die vorzugsweise ein direktgekoppelter Katalysator ist, jedoch eine andere Art von Katalysatoreinheit sein könnte, einen Adsorber, der vorzugsweise ein NOx-Adsorber oder ein Mager-NOx-Abscheider 18 ist, jedoch eine andere Art von Adsorber oder andere NOx-Emissionsbegrenzungseinrichtung sein könnte, und einen Dieselpartikelfilter 20. Das Abgasnachbehandlungssystem 14 dient dazu, unerwünschte Schadstoffe aus dem Abgas zu entfernen, das den Motor 12 nach einer Verbrennung verlässt.
  • Die Dieseloxidationskatalysatoreinheit 16 ist vorzugsweise eine Durchströmungseinrichtung (flow through device) mit einem Behälter, der eine wabenartige Struktur oder ein wabenartiges Substrat enthält. Das Substrat hat einen Oberflächenbereich, der einen Katalysator aufweist. Abgas aus dem Motor 12 überquert den Katalysator und CO, gasförmige HC und flüssige HC (unverbrannter Kraftstoff und Öl) werden oxidiert. Als Folge davon können Schadstoffe in Kohlendioxid und Wasser umgewandelt werden.
  • Der NOx-Adsorber 18 ist dazu betriebsfähig, vom Motor 12 ausgestoßenes NOx und SOx zu adsorbieren, um deren Abgabe in die Atmosphäre zu verringern. Der NOx-Adsorber 18 enthält Katalysatorzentren, die Oxidationsreaktionen katalysieren, und Speicherzentren, die Verbindungen speichern. Nachdem der NOx-Adsorber 18 eine gewisse Speichermenge erreicht hat, kann er durch einen oder mehrere Prozesse, die als deNOx und/oder deSOx bezeichnet werden, regeneriert werden.
  • Der Dieselpartikelfilter 20 kann eine oder mehrere von verschiedenen Arten von Partikelfiltern enthalten. Der Dieselpartikelfilter 20 wird dazu verwendet, unerwünschtes partikelförmiges Dieselmaterial aus dem Abgasstrom aufzufangen, der den Motor 12 verlässt. Partikelförmiges Dieselmaterial kann Partikel mit Submikrongröße enthalten, wie es in Dieselabgas zu finden ist, einschließlich sowohl fester als auch flüssiger Partikel, sowie Anteile wie etwa anorganischer Kohlenstoff (Ruß), organische Anteile (häufig als SOF oder VOF bezeichnet) und Sulfatanteile (hydrierte Schwefelsäure).
  • Der Dieselpartikelfilter 20 kann in regelmäßigen Intervallen regeneriert werden durch Verbrennen von in dem Dieselpartikelfilter 20 angesammelten Partikeln, beispielsweise durch eine Temperatursteuerung, die z. B. durch eine Steuerung der AGR, der Kraftstoffeinspritzung und/oder eine Erhöhung des Turboladerdrucks erreicht werden kann.
  • Während des Motorbetriebs wird Umgebungsluft aus der Atmosphäre eingeleitet und vorzugsweise durch einen Verdichter 22 eines Turboladers 23, höchst vorzugsweise ein Turbolader mit variabler Geometrie, vor dem Einleiten in den Motor 12 verdichtet. Die verdichtete Luft wird dem Motor 12 durch einen Ansaugkrümmer 24 zugeführt, der mit dem Motor 12 verbunden ist. Ein Luftansaugdrosselventil 26, das dazu dient, die Menge an Einlassluft zu steuern, die den Motor 12 vom Verdichter 22 erreicht, kann zwischen dem Verdichter 22 und dem Motor 12 angeordnet sein. Das Luftansaugdrosselventil 26 kann mit einer Motorsteuereinheit (”ECU”) 28 verbunden und durch sie gesteuert sein, kann jedoch auch durch andere Steuereinrichtungen gesteuert sein. Das Luftansaugdrosselventil 26 ist dazu betriebsfähig, die Menge an Einlassluft zu steuern, die über den Verdichter 22 in den Einlasskrümmer 24 eintritt.
  • Ein Lufteinlasssensor 30 ist entweder vor oder nach dem Verdichter 22 vorhanden, um die Menge an Umgebungsluft oder Füllungsluft zu überwachen, die dem Ansaugkrümmer 24 zugeführt wird. Der Lufteinlasssensor 30 kann mit der ECU 28 verbunden sein und kann elektrische Signale erzeugen, die das Maß oder die Rate des Luftflusses angeben. Ein Ansaugkrümmerdrucksensor 32 ist mit dem Ansaugkrümmer 24 verbunden. Der Ansaugkrümmerdrucksensor 32 dient dazu, das Maß an Luftdruck im Ansaugkrümmer 24 zu erfassen, welches indikativ ist für die zum Motor 12 strömende bzw. ihm zugeführte Füllungsluftmenge. Der Ansaugkrümmerdrucksensor 32 ist mit der ECU 28 verbunden und erzeugt den Druckwert angebende elektrische Signale, die an die ECU 28 gesandt werden.
  • Das System 10 kann auch ein Kraftstoffeinspritzsystem 34 umfassen, z. B. ein Hochdruck-Common-Rail-Kraftstoffsystem, das mit der ECU 28 verbunden und durch sie gesteuert ist. Das Kraftstoffeinspritzsystem 34 dient vorzugsweise dazu, den Zylindern des Motors 12 Kraftstoff zuzuführen und zugleich den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung, die Kraftstoffzerstäubung, die eingespritzte Kraftstoffmenge, die Anzahl und den Zeitpunkt von Einspritzpulsen und andere Parameter genau zu steuern. In manchen Ausführungsformen können geschichtete Einspritzbetriebsweisen eingesetzt werden. Bei anderen Ausführungsformen können homogene, teilhomogene und/oder gemischte Einspritzbetriebsweisen eingesetzt werden. Kraftstoff wird durch eine oder mehrere Kraftstoffeinspritzdüsen 36 in die Zylinder des Motors 12 eingespritzt und wird verbrannt, vorzugsweise durch Verdichtung, mit Füllungsluft und/oder rückgeführtem Abgas aus dem Ansaugkrümmer 24. Verschiedene Arten von Kraftstoffeinspritzsystemen können bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, einschließlich aber nicht beschränkt auf Pumpe-Leitung-Düse-Einspritzsysteme, Pumpe-Düse-Injektor- und Pumpeneinheitssysteme, Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsysteme und andere.
  • Während einer Verbrennung in jedem Zylinder erzeugte Abgase verlassen den Motor 12 durch einen mit dem Motor 12 verbundenen Abgaskrümmer 38. Ein Teil des Abgases wird zu einem Abgasrückführungs(”AGR”)-System 40 geleitet und ein Teil des Abgases wird einer Turbine 42 zugeführt. Der Turbolader 23 ist vorzugsweise ein einzelner Turbolader 23 mit variabler Geometrie, jedoch können andere Arten und/oder eine andere Anzahl von Turboladern ebenso eingesetzt werden. Das AGR-System 40 kann dazu verwendet werden, den Verbrennungsprozess durch Liefern einer wählbaren Abgasmenge zu der Füllungsluft, die von dem Verdichter 22 geliefert wird, abzukühlen. Ein Abkühlen der Verbrennung kann die Menge der während der Verbrennung erzeugten NOx verringern. Einer oder mehrere Flüssigkeits-, Ladeluft- und/oder andere Arten von AGR-Kühlern 41 können vorhanden sein, um das Abgas weiter zu kühlen, bevor es dem Luftansaugkrümmer 24 zusammen mit der durch das Luftansaugdrosselventil 26 strömenden, verdichteten Luft zugeführt wird. Darüber hinaus ist daran gedacht, dass Hochdruck-AGR-Umlaufsysteme, Niederdruck-AGR-Umlaufsysteme und Abwandlungen davon eingesetzt werden können.
  • Das AGR-System 40 enthält ein AGR-Ventil 44 in Fluidverbindung mit dem Auslass des Abgaskrümmers 38 und dem Luftansaugkrümmer 24. Das AGR-Ventil 44 kann auch mit der ECU 28 verbunden sein, die das AGR-Ventil 44 wahlweise zu öffnen und zu schließen vermag. Das AGR-Ventil 44 kann auch einen zugehörigen Differenzdrucksensor aufweisen, der dazu dient, eine Druckänderung oder einen Differenzdruck über das AGR-Ventil 44 zu erfassen. Ein Drucksignal 46, welches die Druckänderung über das AGR-Ventil 44 angibt, kann ferner an die ECU 28 gesandt werden. Das Luftansaugdrosselventil 26 und das AGR-System 40 können zusammen mit dem Kraftstoffeinspritzsystem 34 dazu angesteuert werden, den Motor 12 in einer fetten Betriebsart oder in einer Magerbetriebsart zu betreiben.
  • Der nicht zum AGR-System 40 geleitete Teil des Abgases wird zur Turbine 42 eines Turboladers geleitet, die von durch die Turbine 42 strömenden Gasen angetrieben wird. Die Turbine 42 ist mit dem Verdichter 22 verbunden und liefert eine Antriebskraft für den Verdichter 22, der Füllungs- bzw. Ladeluft erzeugt, die dem Luftansaugkrümmer 24 zugeführt wird. Wenn das Abgas die Turbine 42 verlässt, wird es zum Abgasnachbehandlungssystem 14 geleitet, wo es vor einem Verlassen des Systems 10 behandelt wird.
  • Ein Kühlsystem 48 kann mit dem Motor 12 verbunden sein. Das Kühlsystem 48 ist vorzugsweise ein Flüssigkeitskühlsystem, das Wärme von dem Motorblock und anderen internen Bestandteilen des Motors 12 abführt. Das Kühlsystem 48 umfasst eine Wasserpumpe, einen Kühler oder Wärmetauscher, einen Wassermantel (mit Kühlkanälen in dem Motorblock und den Zylinderköpfen) und ein Thermostat, das dazu dient, den Kühlmittelfluss durch den Motor und durch den Kühler oder einen Bypass-Strömungsweg zu steuern. Ein Kühlmitteltemperatursensor 50 dient dazu, ein die Temperatur des zum Kühlen des Motors 12 verwendeten Kühlmittels angebendes Signal zu erzeugen, welches zur ECU 28 gesandt wird.
  • Das System 10 kann eine Dosiereinrichtung 52 enthalten, die in dem Abgaskrümmer 38 und/oder stromabwärts des Abgaskrümmers 38 angeordnet sein kann. Die Do siereinrichtung 52 kann eine in einer Abgasleitung 54 angebrachte Einspritzdüse umfassen. Bei der dargestellten Ausführungsform ist ein durch die Dosiereinrichtung 52 eingeleitetes Reduktionsmittel Dieselkraftstoff, jedoch sind andere Ausführungsformen denkbar, bei denen ein oder mehrere andere Reduktionsmittel zusätzlich oder anstelle von Dieselkraftstoff verwendet werden. Ferner könnte eine Reduktionsmittelzugabe an einer anderen Stelle als der dargestellten erfolgen. Die Dosiereinrichtung 52 steht in Fluidverbindung mit einer Kraftstoffleitung, die an eine Kraftstoff- oder andere Reduktionsmittelquelle (nicht dargestellt) angeschlossen ist, und ist auch mit der ECU 28 verbunden, die einen Betrieb der Dosiereinrichtung 52 steuert. Andere Ausführungsformen haben keine Dosiereinrichtung oder verwenden eine solche nicht. Beispielsweise setzt eine bevorzugte Ausführungsform eine zylinderinterne Dosierung ein, bei der der Zeitpunkt und die Menge des von den Kraftstoffeinspritzdüsen in die Motorzylinder eingespritzten Kraftstoffs auf eine solche Weise gesteuert wird, dass der Motor 12 Abgas mit einer kontrollierten Menge unverbrannten (oder unvollständig verbrannten) Kraftstoffs erzeugt. Weitere Ausführungsformen können eine Kombination aus zylinderinterner Dosierung und einer Dosierung mittels einer Dosiereinrichtung verwenden.
  • Das System 10 enthält auch eine Reihe von Sensoren und Erfassungssystemen, um die ECU 28 mit das System 10 betreffenden Informationen zu versorgen. Ein Motordrehzahlsensor 56 kann in dem Motor 12 vorhanden oder ihm zugehörig sein und ist mit der ECU 28 verbunden. Der Motordrehzahlsensor 56 dient dazu, ein die Motordrehzahl (”RPM”) angebendes Motordrehzahlsignal zu erzeugen, welches an die ECU 28 geliefert wird. Ein Drucksensor 58 kann mit der Abgasleitung 54 verbunden sein, um den Druck des Abgases zu messen, bevor es in das Abgasnachbehandlungssystem 14 eintritt. Der Drucksensor 58 kann mit der ECU 28 verbunden sein. Wenn der Druck zu hoch wird, kann dies darauf hinweisen, dass ein Problem mit dem Abgasnachbehandlungssystem 14 vorliegt, was der ECU 28 gemeldet werden kann.
  • Zumindest ein Temperatursensor 60 kann mit der Dieseloxidationskatalysatoreinheit 16 zum Messen der Temperatur des Abgases beim Eintreten in die Dieseloxidationskatalysatoreinheit 16 verbunden sein. Bei anderen Ausführungsformen können zwei Temperatursensoren eingesetzt werden, einer am Eingang oder stromaufwärts der Dieseloxidationskatalysatoreinheit 16 und ein weiterer am Ausgang oder stromabwärts der Dieseloxidationskatalysatoreinheit 16 oder an anderen Stellen. Diese Temperatursensoren werden dazu benutzt, die Temperatur der Dieseloxidationskatalysatoreinheit 16 zu berechnen. In einer Ausführungsform kann eine mittlere Temperatur unter Verwendung eines Algorithmus aus den zwei entsprechenden Temperaturmesswerten der Temperatursensoren 60 bestimmt werden, um eine Betriebstemperatur der Dieseloxidationskatalysatoreinheit 16 zu erhalten.
  • Bezugnehmend auf 2 ist ein schematisches Diagramm eines exemplarischen Abgasnachbehandlungssystems 14 in Fluidverbindung mit dem den Motor 12 verlassenden Abgasstrom gezeigt. Ein erster NOx-Temperatursensor 62 kann in Fluidverbindung mit dem Abgasstrom vor einem Eintreten in den oder stromaufwärts des NOx-Adsorbers 18 stehen und ist mit der ECU 28 verbunden. Ein zweiter NOx-Temperatursensor 64 kann in Fluidverbindung mit dem Abgasstrom beim Austreten aus dem oder stromabwärts des NOx-Adsorbers 18 stehen und ist ebenfalls mit der ECU 28 verbunden. Die NOx-Temperatursensoren 62, 64 werden dazu benutzt, die Temperatur des in den NOx-Adsorber 18 eintretenden und aus ihm austretenden Gasstroms zu überwachen und elektrische Signale an die ECU 28 zu liefern, die die Temperatur des Abgasstroms angeben. Ein Algorithmus kann dann von der ECU 28 dazu benutzt werden, die Betriebstemperatur des NOx-Adsorbers 18 zu bestimmen.
  • Ein erster Universal-Abgassauerstoff(”UEGO”)-Sensor oder Lambdasensor 66 kann in Fluidverbindung mit dem Abgasstrom beim Eintreten in den oder stromaufwärts des NOx-Adsorbers 18 stehen und ein zweiter UEGO-Sensor oder Lambdasensor 68 kann in Fluidverbindung mit dem Abgasstrom beim Verlassen des oder stromabwärts des NOx-Adsorbers 18 stehen. Die Sensoren 66, 68 sind mit der ECU 28 verbunden und erzeugen elektrische Signale, die die im Abgasstrom enthaltene Sauerstoffmenge angeben. Die Sensoren 66, 68 erlauben es der ECU 28, Luft-Kraftstoff-Verhältnisse (”AFR”) auch über einen weiten Bereich genau zu überwachen und ermöglichen es dadurch der ECU 28, einen Lambdawert zu bestimmen, der dem in den NOx-Adsorber 18 eintretenden und ihn verlassenden Abgas zugehörig ist.
  • Zurückkommend auf 1 können ein Umgebungsdrucksensor 72 und ein Umgebungstemperatursensor 74 mit der ECU 28 verbunden sein. Der Umgebungsdrucksensor 72 wird dazu verwendet, einen Atmosphärendruckmesswert zu erhalten, der an die ECU 28 geliefert wird. Mit zunehmender Höhe gibt es weniger und weniger Luftmoleküle. Deshalb fällt der Atmosphärendruck mit steigender Höhe über NN mit einer abnehmenden Geschwindigkeit. Der Umgebungstemperatursensor 74 wird dazu verwendet, der ECU 28 einen Messwert zur Verfügung zu stellen, der die Außentemperatur oder Umgebungstemperatur angibt. Wie im Folgenden genauer erklärt, kann die vorliegende Erfindung dann, wenn der Motor 12 außerhalb kalibrierter Umgebungsbedingungen (d. h. über oder unter Meereshöhe und bei Umgebungstemperaturen außerhalb von ungefähr 60 bis 80°F [15,5 bis 26,7°C]) betrieben wird, ein Modul mit geschlossenem Regelkreis verwenden, um die Betttemperatur des NOx-Adsorbers 18 auf dem bevorzugten Regenerationstemperaturwert (z. B. 650°C) zu halten.
  • Bezugnehmend auf 3 ist ein weiteres Schema des Systems dargestellt. Das AGR-System 40 enthält des AGR-Ventil 44 und den AGR-Kühler 41. Das AGR-System 40 enthält ferner ein AGR-Kühlerbypassventil 100, das an die AGR-Leitung 43 angeschlossen ist und in Strömungsverbindung mit einer AGR-Kühlerbypassleitung 102 steht. Der AGR-Kühler 41 ist in Strömungsverbindung mit einer AGR-Kühlerleitung 104. Das AGR-Kühlerbypassventil 100 kann wahlweise in eine Bypass- oder geöffnete Stellung oder eine Kühler- oder geschlossene Stellung gestellt werden. Wenn das AGR-Kühlerbypassventil 100 sich in der Bypassstellung befindet, strömt ein Teil oder das gesamte Abgas, welches durch die AGR-Leitung 43 fließt, durch die AGR-Kühlerbypassleitung 102. Wenn das AGR-Kühlerbypassventil 100 sich in der Kühlerstellung befindet, strömt das gesamte Abgas, welches durch die AGR-Leitung 43 fließt, durch den AGR-Kühler 41, um das Abgas weiter abzukühlen, bevor des den Luftansaugkrümmer 24 zusammen mit der das Luftansaugdrosseiventil 26 passierenden, verdichteten Luft zugeführt wird. In einer Ausführungsform ist das AGR-Ventil 44 stromabwärts sowohl der AGR-Kühlerleitung 104 und der AGR-Kühlerbypassleitung 102 angeordnet. In einer anderen Ausführungsform ist das AGR-Ventil 44 stromaufwärts sowohl der AGR-Kühlerleitung 104 und der AGR-Kühlerbypassleitung 102 angeordnet. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das AGR-Kühlerbypassventil 100 in eine Zwischen- oder teilweise geöffnete Stellung positionierbar, die es zumindest einem Teil des Abgases erlaubt, durch die AGR-Kühlerbypassleitung 102 und die AGR-Kühlerleitung 104 zu strömen.
  • Zurückkommend auf 1 ist wenigstens ein Sensor 120 mit dem Motor 12 zum Messen der Temperatur der Ansaug- oder Füllungsluft des Motors 12 verbunden. Bei manchen Ausführungsformen kann der Sensor 120 ein Ansaugkrümmertemperatursensor sein. Bei manchen Ausführungsformen kann der Sensor 120 ein virtueller Ansaugkrümmertemperatursensor sein. Bei manchen Ausführungsformen kann der Sensor 120 die Zylinderinnentemperatur messen oder virtuell messen. Bei manchen Ausführungsformen kann der Sensor 120 stromaufwärts des Ansaugkrümmers 24 gelegen sein. Bei weiteren Ausführungsformen können zwei oder mehr Temperatursensoren 120 eingesetzt werden. Die Lufttemperatur der Einlasscharge wird vom Sensor 120 zusammen mit der Kühlmitteltemperatur vom Kühlmitteltemperatursensor 50 zur ECU 28 gesandt. Bei weiteren Ausführungsformen kann der Ort der Temperaturmessung ein anderer sein oder es kann eine virtuelle oder geschätzte Temperatur verwendet werden. Wie im Folgenden genauer beschrieben, werden die Kühlmittel- und Einlasschargenlufttemperatur von der ECU 28 beim Steuern des AGR-Bypassventils 100 benutzt.
  • Bevorzugte Ausführungsformen beinhalten eine NOx-Emissionsbegrenzung während des auf einen Kaltstart des Motors 12 folgenden Warmlaufens. Ein Kaltstart bedeutet typischerweise, dass der Motor 12 nach Erreichen einer Kerntemperatur von ungefähr 70°F (21,1°C) gestartet wird. NOx-Emissionen können zumindest teilweise begrenzt werden durch ein Mischen von Abgas mit Lade- bzw. Füllungsluft aus dem Verdichter 22, um die Sauerstoffkonzentration im Motor 12 zu verringern. Das Endresultat sind geringere NOx-Emissionen aufgrund niedrigerer Verbrennungstemperaturen. Jedoch steigt durch Verringern der Sauerstoffkonzentration in den Zylindern des Motors 12 die Wahrscheinlichkeit einer Motorfehlzündung, insbesondere wenn der Motor 12 kalt ist. Fehlzündungen können auftreten, wenn die Füllungssauerstoffkonzentration unzureichend ist (nicht genug Umgebungsluft) und/oder wenn die Füllungstemperatur zu niedrig ist, um eine Verbrennung einzuleiten oder aufrechtzuerhalten. Um die Verringerung der Sauerstoffkonzentration zu maximieren und gleichzeitig ein Fehlzünden aufgrund des kalten Motors zu vermeiden, wird das AGR-Kühlerbypassventil 100 in der Bypassstellung betrieben. Wie obenstehend erläutert, wird das Abgas in der AGR-Leitung 43 durch die AGR-Kühlerbypassleitung 102 um den AGR-Kühler 41 herum geführt, wenn das AGR-Kühlerbypassventil 100 sich in der Bypassstellung befindet. Durch Umgehen des AGR-Kühlers 41 erhöht das Abgas die Füllungstemperatur durch das Zumischen ungekühlten rückgeführten Abgases, wodurch die Gefahr einer Motorfehlzündung herabgesetzt wird. Sobald der Motor einen vorbestimmten Zustand erreicht, kehrt das AGR-Kühlerbypassventil 100 in die Kühlerstellung zurück und das rückgeführte Abgas läuft durch den AGR-Kühler 41. Das AGR-Kühlerbypassventil 100 ist betriebsfähig mit der ECU 28 verbunden, um ein Betriebssignal 124 zum Wechseln zwischen der Bypassstellung und der Kühlerstellung basierend auf dem vorbestimmten Zustand zu empfangen. Bei einer Ausführungsform ist der vorbestimmte Zustand eine Kombination der Einlassfüllungsluft- und der Motorkühlmitteltemperatur. Bei einer anderen Ausführungsform enthält der vorbestimmte Zustand nur die Kühlmitteltemperatur oder die Einlassfüllungslufttemperatur. In einer Ausführungsform enthält der vorbestimmte Zustand eine Kühlmitteltemperatur von ungefähr 120°F (48,9°C) und eine Einlassfüllungslufttemperatur von ungefähr 140°F (60°C). In einer anderen Ausführungsform enthält der vorbestimmte Zustand eine Kühlmitteltemperatur und eine Einlassfüllungslufttemperatur, die beide etwa 160°F (71,1°C) betragen. Die für die Einlassfüllungslufttemperatur und die Kühlmitteltemperatur angegebenen Werte sind exemplarische Werte und der vorbestimmte Zustand kann basierend auf gewünschten Betriebszuständen eingestellt werden und es liegt innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung, verschiedene Temperaturbereiche für jeweils die Einlassfüllungsluft- und die Kühlmitteltemperatur vorzusehen.
  • Unter Bezugnahme auf 4 ist ein Diagramm einer Steuerlogik dargestellt, die dazu dient, das AGR-Kühlerbypassventil wie beispielsweise das AGR-Kühlerbypassventil 100 zu steuern. Eine Variable 400 (die Motordrehzahl-Variable) wird dem x-Eingang einer Nachschlagetabelle 405 zugeführt. Die Variable 400 ist eine Funktion der Motordrehzahl und kann aus einem Sensor wie z. B. dem Motordrehzahlsensor 56 bestimmt werden. Eine Variable 410 (die Gesamtkraftstoffzuführ-Variable) wird dem y-Eingang der Nachschlagetabelle 405 zugeführt. Die Variable 410 ist eine Funktion der Gesamtkraftstoffzufuhr und kann durch einen Sensor wie z. B. einen virtuellen Kraftstoffzuführsensor bestimmt werden. Die Nachschlagetabelle 405 gibt basierend auf den Eingängen, die sie erhält, eine obere Ansaugkrümmertemperaturschwelle aus. Der Ausgang der Nachschlagetabelle 405 wird einer Variablen 450 zugeführt (die H_ECBC_IMT_High_Threshold-Variable), die eine obere Schwelle für die Ansaugkrümmertemperatur ist, ferner dem + -Eingang eines Operators 430 sowie einem Operator 440. Eine Variable 460 wird dem – -Eingang des Operators 430 zugeführt. Die Variable 460 (die C_ECBC_IMT_HiToLow_Delta-Variable) ist ein Delta oder eine Differenz zwischen dem oberen Schwellenwert der Ansaugkrümmertemperatur und dem unteren Schwellenwert der Ansaugkrümmertemperatur. Der Operator 430 subtrahiert den Wert seines unteren Eingangs von dem Wert seines oberen Eingangs und gibt das Ergebnis an den Operator 440 und an eine Variable 470 aus (die H_ECBC_IMT_Low_Threshold-Variable), die eine untere Schwelle für die Ansaugkrümmertemperatur ist. Eine Variable 480 (die IMT-Variable) wird ebenfalls in den Operator 440 eingegeben. Die Variable 480 ist eine Funktion der Ansaugkrümmertemperatur und wird in einer Ausführungsform aus einem Signal des Sensors 120 bestimmt.
  • Der Operator 440 bestimmt, ob die Ansaugkrümmertemperatur innerhalb der oberen Ansaugkrümmertemperaturschwelle und der unteren Ansaugkrümmertemperaturschwelle ist und gibt an einen Operator 495 und eine Variable 490 aus (die H_ECBC_Position_Cmd_Cond1-Variable). Eine Variable 500 wird dem oberen Eingang eines Operators 510 zugeführt. Die Variable 500 ist eine Funktion der Kühlmitteltemperatur, die basierend auf einem Signal eines Sensors wie etwa des Kühlmitteltemperatursensors 50 bestimmt werden kann. Eine Variable 520 wird dem unteren Eingang des Operators 510 zugeführt. Die Variable 520 (die C_ECBC_Warmup_Collant_Tmptr-Variable) ist ein Kühlmitteltemperatur-Aufwärmschwellenwert oder -sollwert. Der Operator 510 bestimmt, ob die Variable 500 größer als oder gleich der Variablen 520 ist und gibt an den Operator 495 und eine Variable 530 aus (die H_ECBC_Position_CMD_Cond2-Variable). Die Variable 490 ist eine erste Befehlszustandsvariable und die Variable 530 ist eine zweite Befehlszustandsvariable.
  • Der Operator 495 ist ein Boole'scher AND Operator, der an eine Variable 550 (die H_ECBC_Position_CMD-Variable), eine Variable 540 (die ECBC_Position_Zustands-Variable) und an einen Operator 560 ausgibt, der ein Boole'scher NOT Operator ist. Der Operator 560 gibt an eine Variable 580 (die H_ECBC_Position_Cmd_Inv-Variable) aus. Die Variable 580 wird in einen Verstärker 570 eingegeben, der einen verstärkten Ausgang an eine Variable 590 und eine Variable 600 liefert. In einer Ausführungsform multipliziert der Verstärker 570 seinen Eingang mit 50, um Strom durch den Aktuator des Kühlerbypassventils 100 zu treiben. Die Variable 590 ist die H_ECBC_HB_Abs_DC-Variable und das Signal 600 ist die hb_0_duty_cycle-Variable.
  • In einer Ausführungsform kommandiert oder steuert eine Steuereinrichtung wie etwa die ECU 28 das Kühlerbypassventil 100 basierend auf dem Wert der Variablen 540 in die Offen- oder Bypassstellung. Wenn die Variable 540 eine ”1” (oder an) ist, ist der Bypass-Modus aktiv und das Kühlerbypassventil 100 ist offen. Wenn die Variable 540 eine ”0” oder (aus) ist, ist der Bypass-Modus inaktiv und das Kühlerbypassventil 100 ist geschlossen. In anderen Ausführungsformen kann eine Steuereinrichtung wie etwa die ECU 28 das Kühlerbypassventil 100 basierend auf dem Wert der Variablen 540 in die Schließstellung bringen. In weiteren Ausführungsformen kann eine Steuereinrichtung darüber hinaus das Bypassventil 100 schließen (oder kann ein AGR-Ventil) schließen, wenn die Variable 480 (die IMT-Variable) eine Maximalschwelle überschreitet, wie z. B. die Variable 450 (die H_ECBC_IMTHigh_Threshold-Variable), entweder zusammen mit oder unabhängig von der Kühlmitteltemperatur.
  • Zwar ist die Erfindung in den Zeichnungen und der vorstehenden Beschreibung dargestellt und genau beschrieben worden, jedoch ist selbige als erläuternd und nicht als beschränkend anzusehen, wobei es sich versteht, dass nur die ausgewählten Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden sind und dass alle Änderungen und Abwandlungen, die im Rahmen der Erfindung liegen, geschützt sein sollen. Es sollte verstanden werden, dass zwar der Gebrauch von Wörtern wie ”vorzugsweise”, ”bevorzugt” oder ”noch bevorzugter” in der obigen Beschreibung angibt, dass das so beschriebene Merkmal wünschenswerter sein kann, es dennoch aber nicht notwendig sein kann und Ausführungsformen ohne selbiges als innerhalb des Schutzbereiches der Erfindung liegend angesehen werden können, wobei dieser Schutzbereich durch die folgenden Ansprüche festgelegt wird. Beim Lesen der Ansprüche soll die Verwendung von Wörtern wie ”ein”, ”eine”, ”zumindest ein” oder ”zumindest ein Teil” keine Absicht bedeuten, den Anspruch auf nur ein einziges Teil einzuschränken, außer speziell in dem Anspruch abweichend angegeben. Wenn die Begriffe ”zumindest ein Teil” und/oder ”ein Teil” verwendet werden, kann der Gegenstand einen Teil und/oder den gesamten Gegenstand umfassen, außer speziell abweichend angegeben.
  • Zusammenfassung
  • Verfahren, Systeme und Vorrichtungen zur AGR-Steuerung
  • Eine Ausführungsform ist ein besonderes System zum Steuern von AGR. Andere Ausführungsformen umfassen besondere Vorrichtungen, Systeme, Geräte, Hardware, Software, Verfahren und Kombinationen daraus sowie andere Vorgehensweisen zum Steuern von AGR.

Claims (20)

  1. System, mit: – einem Kanal, der dazu ausgelegt ist, einen Abgasstrom zu einem Kühler zu leiten, wobei der Kühler in Strömungsverbindung mit dem Kanal steht und dazu dient, Wärme aus dem Abgas an ein Kühlmittel zu übertragen, welches in Strömungsverbindung mit dem Kühler steht, – einem Bypasskanal, der in Strömungsverbindung mit dem Kanal steht und den Kühler umgeht, und – einer Steuereinrichtung, die dazu betriebsfähig ist, den Abgasstrom zum Bypasskanal während einer Abgasrückführung basierend auf einem Ansaugtemperaturzustand und einem Kühlmitteltemperaturzustand zu steuern.
  2. System nach Anspruch 1, ferner mit einem AGR-Ventil, das dazu betriebsfähig ist, den Abgasstrom zu einem Ansaugkrümmer zu steuern.
  3. System nach Anspruch 2, ferner mit einem Bypassventil, das dazu betriebsfähig ist, den Abgasstrom durch den Bypasskanal zu steuern.
  4. System nach Anspruch 3, bei dem das AGR-Ventil an einer Stelle stromabwärts des Bypassventils angeordnet ist.
  5. System nach Anspruch 3, bei dem während einer Abgasrückführung die Steuereinrichtung das Bypassventil dazu steuert, den Abgasstrom durch den Bypasskanal zu hemmen, wenn der Motorkühlmitteltemperaturzustand angibt, dass eine Kühlmitteltemperatur einen Kühlmitteltemperaturschwellenwert erreicht hat und der Motoransaugtemperaturzustand angibt, dass die Ansaugtemperatur einen Ansaugtemperaturschwellenwert erreicht hat.
  6. System nach Anspruch 3, bei dem die Steuereinrichtung dazu betriebsfähig ist, ein Abgasrückführungssignal zum AGR-Ventil zum Steuern der Abgasrückführungsrate zu senden.
  7. System nach Anspruch 3, bei dem während einer Abgasrückführung die Steuereinrichtung das Bypassventil dazu steuert, den Abgasstrom durch den Bypasskanal zu schließen, wenn eine Ansaugtemperatur größer als ein erster Schwellenwert oder eine Kühlmitteltemperatur größer als ein zweiter Schwellenwert ist.
  8. System nach Anspruch 3, ferner aufweisend einen Turbolader mit einem Verdichter und einer Turbine, wobei der Verdichter einen Einlass und einen Auslass hat, und wobei der Auslass in Strömungsverbindung mit dem Ansaugkrümmer steht, um verdichtete Füllungsluft zum Ansaugkrümmer zu liefern.
  9. System nach Anspruch 8, ferner aufweisend einen Ladeluftkühler, der betriebsfähig mit dem Ansaugkrümmer und dem Verdichterauslass verbunden ist, wobei der Ladeluftkühler die verdichtete Füllungsluft aus dem Verdichter kühlt und die gekühlte Füllungsluft zum Ansaugkrümmer liefert.
  10. System nach Anspruch 1, bei dem der Ansaugtemperaturzustand auf einer Ansaugkrümmertemperaturinformation basiert und der Kühlmitteltemperaturzustand auf einer Kühlmitteltemperaturinformation basiert.
  11. System nach Anspruch 1, bei dem der Ansaugtemperaturzustand auf einer von einem Ansaugkrümmertemperatursensor erhaltenen Information basiert.
  12. Verfahren, umfassend: – Liefern von Füllungsluft an einen mit einem Motor verbundenen Ansaugkrümmer, – Erfassen einer Ansaugkrümmertemperatur, – Erfassen einer Kühlmitteltemperatur, – Rückführen zumindest eines Teils des durch den Motor erzeugten Abgases und Einstellen eines AGR-Kühlerbypasses basierend auf der Ansaugtemperatur und der Kühlmitteltemperatur.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Einstellen ein Öffnen eines AGR-Kühlerbypassventils umfasst, um Abgas zu erlauben, den AGR-Kühler zu umgehen, wenn die Ansaugkrümmertemperatur unterhalb einer ersten Temperatur ist und die Kühlmitteltemperatur unterhalb einer zweiten Temperatur ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Einstellen ferner ein Schließen des AGR-Kühlerbypassventils umfasst, wenn entweder die Ansaugkrümmertemperatur die erste Temperatur erreicht und/oder die Kühlmitteltemperatur die zweite Temperatur erreicht.
  15. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Einstellen ein Schließen des AGR-Kühlerbypassventils umfasst, wenn die Ansaugkrümmertemperatur die erste Temperatur erreicht und die Kühlmitteltemperatur die zweite Temperatur erreicht.
  16. Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend ein Kühlen der Füllungsluft vor dem Liefern der Füllungsluft zum Ansaugkrümmer.
  17. Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend ein Einstellen eines AGR-Ventils, um die Menge eines Abgasstroms in den Ansaugkrümmer zu ändern.
  18. Computerlesbares Medium, welches dazu ausgeführt ist, Anweisungen zu speichern, um eine Ansaugkrümmertemperaturinformation und eine Kühlmitteltemperaturinformation zu verarbeiten und ein AGR-Kühlerbypassventil basierend auf der Ansaugkrümmertemperaturinformation und der Kühlmitteltemperaturinformation einzustellen.
  19. Computerlesbares Medium nach Anspruch 18, bei dem die Anweisungen dazu betriebsfähig sind, ein AGR-Kühlerbypassventil zu öffnen, wenn die Ansaugkrümmertemperatur unterhalb einer ersten Temperatur ist und die Kühlmitteltemperatur unterhalb einer zweiten Temperatur ist, und das AGR-Kühlerbypassventil zu schließen, wenn die Ansaugkrümmertemperatur die erste Temperatur erreicht und/oder die Kühlmitteltemperatur die zweite Temperatur erreicht.
  20. Computerlesbares Medium nach Anspruch 18, bei dem die Anweisungen dazu betriebsfähig sind, das AGR-Kühlerbypassventil zu schließen, wenn die Ansaugkrümmertemperatur die erste Temperatur erreicht und die Kühlmitteltemperatur die zweite Temperatur erreicht.
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