DE112010000700T5

DE112010000700T5 - Abgasrückführungssystem und Verfahren zum Betreiben eines solchen Systems

Info

Publication number: DE112010000700T5
Application number: DE112010000700T
Authority: DE
Inventors: Cory A. Brown; Mary L. Kesse; Adwait V. Joshi
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2009-02-06
Filing date: 2010-02-04
Publication date: 2012-08-30
Also published as: CN102308079A; US8121774B2; WO2010091175A3; US20100199959A1; CN102308079B; WO2010091175A2

Abstract

Es sind ein Abgasrückführungssystem (EGR-System) für einen Motor und ein Verfahren zum Betreiben dieses Systems offenbart. Das System weist eine Leitungsanordnung zum Leiten von Abgas von einer Abgasseite des Motors zu einer Einlassseite des Motors, eine Ventilanordnung, die so ausgebildet ist, dass sie die Menge des Abgases, das rückgeführt werden soll, steuert, und eine Leitungsanordnung zum Bereitstellen von Einlassluft zu der Einlassseite des Motors auf. Eine Sensoranordnung ist bereitgestellt und so ausgebildet, dass sie wenigstens einen Parameter erfasst, der die Feuchtigkeit des rückgeführten Abgases und der Einlassluft an der Einlassseite des Motors angibt. Eine Steuerungsanordnung ist so ausgebildet, dass sie ein Signal von der ersten Sensoranordnung empfängt, und ist ferner so ausgebildet, dass sie die Ventilanordnung als Reaktion auf eine Bestimmung durch die Steuerungsanordnung, dass der erste Parameter außerhalb eines gewünschten Bereichs für eine Emission mit geringem NOx-Gehalt während eines anschließenden Verbrennungsvorgangs liegt, steuert.

Description

Technisches Gebiet
Diese Offenbarung bezieht sich auf eine Motoremissionssteuerung und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf die Steuerung einer Abgasrückführung (EGR) für Motoren mit innerer Verbrennung.
Hintergrund
Eine Abgasrückführung (EGR) ist eine bekannte Technik zur Verminderung der Konzentrationen von schädlichen Stickstoffoxiden (NO_x) in Emissionen von Verbrennungsmotoren und insbesondere von Motoren mit innerer Verbrennung. Die Steuerung der Abgasrückführung im richtigen Ausmaß ist wichtig, um gewünschte Emissionsniveaus von NO_x zu erreichen, jedoch kann eine übermäßige EGR die Leistung des Motors und/oder das Emissionsverhalten des Motors negativ beeinflussen.
EGR-Steuerungsstrategien zielen darauf ab, EGR-Quantitäts- und Qualitätseigenschaften abzuschätzen und umfassen teure EGR-Gasmessanordnungen, wie z. B. solche, wie sie in US 6,725,848 offenbart sind. Solche Strömungsmessanordnungen umfassen im Allgemeinen eine Venturidüse zum Messen der Massenströmungsgeschwindigkeiten, jedoch werden Bestandteile, d. h., die EGR-Qualität, auf der Basis von Kraftstoffsystemmodellen berechnet. Diese Modelle sind gegebenenfalls nicht für alle Bedingungen genau und das Kombinieren von mehreren Abschätzungsmodellen und Eingangsgrößen kann schnell zu Berechnungsfehlern führen.
Zusammenfassung
In einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Motors offenbart, welches das Bewirken eines ersten Verbrennungszeitraums, wodurch Abgas erzeugt wird, und das Leiten wenigstens eines Teils des Abgases zu einer Einlassseite des Motors umfasst. Wenigstens ein Teil des Abgases wird zur Erzeugung eines Gemischs für einen zweiten Verbrennungszeitraum mit Einlassluft gemischt. Ein erster Parameter, der die Feuchtigkeit des Gemischs angibt, wird bestimmt, und eine weitere Bestimmung wird durchgeführt, um zu bestimmen, ob der erste Parameter außerhalb eines gewünschten Bereichs liegt, bei dem erwartet wird, dass er eine Emission mit geringem NO_x-Gehalt des zweiten Verbrennungszeitraums fördert. Die Menge des Abgases, das zu der Einlassseite geleitet wird, beruht auf wenigstens der Bestimmung, ob der erste Parameter außerhalb des gewünschten Bereichs liegt.
In einem weiteren Aspekt ist ein Abgasrückführungssystem (EGR-System) für einen Motor offenbart, das eine Leitungsanordnung zum Leiten von Abgas von einer Abgasseite des Motors zu einer Einlassseite des Motors und eine Ventilanordnung enthält, die so ausgebildet ist, dass sie die Menge des Abgases, das rückgeführt werden soll, steuert. Das System enthält ferner eine Leitungsanordnung zum Bereitstellen von Einlassluft zu der Einlassseite des Motors und eine Sensoranordnung, die so ausgebildet ist, dass sie wenigstens einen Parameter erfasst, der die Feuchtigkeit des rückgeführten Abgases und der Einlassluft an der Einlassseite des Motors angibt. Eine Steuerungsanordnung in dem System ist so ausgebildet, dass sie ein Signal von der ersten Sensoranordnung empfängt, und ist ferner so ausgebildet, dass sie die Ventilanordnung als Reaktion auf eine Bestimmung durch die Steuerungsanordnung, dass der erste Parameter außerhalb eines gewünschten Bereichs für eine Emission mit geringem NO_x-Gehalt während eines anschließenden Verbrennungsvorgangs liegt, steuert.
In einem weiteren Aspekt ist ein Motor mit innerer Verbrennung offenbart, der wenigstens einen Zylinder, einen Einlasskrümmer, der fluidmäßig mit dem Zylinder verbunden werden kann, einen Abgaskrümmer, der fluidmäßig mit dem Zylinder verbunden werden kann, und eine Abgasrückführungsleitung (EGR-Leitung), die so ausgebildet ist, dass sie den Einlasskrümmer und den Abgaskrümmer fluidmäßig verbindet, enthält. Ein Abgasrückführungsventil ist so ausgebildet, dass es die Menge des Abgases, das durch die Abgasrückführungsleitung strömt, steuert, während eine Leitung so ausgebildet ist, dass sie dem Einlasskrümmer Einlassluft zuführt. Der Motor mit innerer Verbrennung umfasst ferner eine Mischanordnung, die so ausgebildet ist, dass sie Einlassluft und rückgeführtes Abgas mischt, und eine Sensoranordnung, die so ausgebildet ist, dass sie wenigstens einen Parameter erfasst, der die Feuchtigkeit des Gemischs angibt. Eine Steuerungsanordnung in dem Motor mit innerer Verbrennung ist so ausgebildet, dass sie bestimmt, ob der wenigstens eine Parameter einem gewünschten Bereich für Verbrennungsereignisse mit einem geringen NO_x-Gehalt entspricht, wobei die Steuerungsanordnung ferner so ausgebildet ist, dass sie das Abgasrückführungsventil auf der Basis des wenigstens einen Parameters steuert.
Andere Merkmale und Aspekte dieser Offenbarung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine diagrammartige Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung.
2 zeigt eine Flussdiagrammdarstellung eines beispielhaften Betriebsverfahrens der vorliegenden Offenbarung.
Detaillierte Beschreibung
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein beispielhaftes Abgasrückführungssystem (EGR-System) 10 gezeigt, das einen Motor 12 enthält. Der Motor 12 kann jedweder geeignete Motor sein, wie z. B. ein Motor mit innerer Verbrennung und insbesondere ein mit Diesel betriebener Selbstzündungsmotor (SI-Motor) mit innerer Verbrennung.
Der Motor 12 kann einen Einlasskrümmer 14, einen Abgaskrümmer 16, einen Turbolader 18 und eine oder mehrere Leitungsanordnung(en) umfassen, wie es nachstehend erläutert wird. Der Turbolader 18 kann eine durch Abgas angetriebene Turbine 22 aufweisen und Abgas kann von dem Abgaskrümmer 16 zu der Turbine 22 über die Abgasleitung 40 strömen und kann die Turbine 22 über die Leitung 28 verlassen. Der Turbolader 18 kann ferner einen Einlasskompressor 24 aufweisen, der Einlassluft über die Leitung 30 erhalten kann, und mit Druck beaufschlagte Einlassluft kann den Kompressor 24 über die Leitung 32 verlassen. Obwohl dies nicht in 1 gezeigt ist, kann der Turbolader 18 als eine Turboladeanordnung betrachtet werden, die mehrere Turbolader 18 z. B. in einer Reihenanordnung umfasst. Die verdichtete Einlassluft kann mit einem Ladeluftkühler 20 gekühlt werden, bevor sie am Einlasskrümmer 14 ankommt. Es sollte beachtet werden, dass der Turbolader 18 und der Ladeluftkühler 20 in bestimmten Konfigurationen des Motors 12 gegebenenfalls nicht vorliegen. Die Emission des Motors 12 wird üblicherweise als Abgas bezeichnet, jedoch kann es sich in Wirklichkeit um ein Gemisch aus Gas, anderen Fluiden, wie z. B. Flüssigkeiten, und sogar Feststoffen handeln, das z. B. CO₂, H₂O, NO_x und teilchenförmige Materialien umfasst. Wenigstens ein Teil des Abgases kann über die EGR-Leitung 34 zu dem Einlasskrümmer 14 rückgeführt werden. Dieser Teil des Abgases wird aus Gründen der Einfachheit ab hier als EGR-Gas bezeichnet. Ein EGR-Ventil 42 ist so ausgebildet, dass es durch die Steuerungsanordnung 44 so gesteuert wird, dass die Menge des EGR-Gases variiert wird. Das EGR-Gas kann durch eine Teilchenfalle 38 geleitet werden, um die Menge von teilchenförmigen Materialien in dem EGR-Gas zu vermindern. Das EGR-Gas kann auch durch einen EGR-Kühler 36 geleitet werden, um das EGR-Gas zu kühlen, bevor es an dem Einlasskrümmer 14 ankommt. Die Reihenfolge der Teilchenfalle 38 und des EGR-Kühlers 36 kann umgedreht werden, so dass der EGR-Kühler 36 stromaufwärts von der Teilchenfalle 38 angeordnet ist.
Die Steuerungsanordnung 44 kann eine einzelne Steuerungseinrichtung sein oder mehrere unabhängige oder verbundene Steuerungseinheiten umfassen. Die Steuerungsanordnung 44 kann so ausgebildet sein, dass sie Signale von verschiedenen Sensoranordnungen empfingt und verarbeitet und sie kann ferner so ausgebildet sein, dass sie die Betriebsbedingungen des Motors 12 und/oder des EGR-Systems 10 festlegt. Die Steuerungsanordnung kann ferner mit wenigstens einem von Berechnungen, „Embedded plant”-Modellen, Tabellen und Kennfeldern ausgestattet sein, die es der Steuerungsanordnung 44 ermöglichen, verschiedene Eingangsgrößen bestimmten Betriebszuständen zuzuweisen. In manchen Ausführungsformen kann die Steuerungsanordnung 44 Daten bezüglich einer geschätzten NO_x-Abgabe bezogen auf die Betriebsbedingungen, wie z. B. die Motordrehzahl, die Motorlast, den Kraftstoffverbrauch, umfassen.
Eine Mischanordnung 48 ist so ausgebildet, dass sie die Einlassluft von der Leitung 32 mit dem EGR-Gas von der EGR-Leitung 34 mischt, so dass ein Gemisch 50 mit einem gewünschten Homogenitätsniveau erzeugt wird. In manchen Ausführungsformen kann die Mischanordnung 48 einfach die Leitung 46 und/oder der Einlasskrümmer 14 sein. Die Leitung 46 und/oder der Einlasskrümmer 14 kann oder können gegebenenfalls mit Merkmalen, wie z. B. Schaufeln, Ventilen oder Labyrinthen, ausgestattet sein, welche die Mischeigenschaften verbessern. In manchen Ausführungsformen kann die Mischanordnung 48 eine geeignete Fluidmischanordnung umfassen.
Das Gemisch aus Einlassluft und EGR-Gas kann über die Leitung 46 zu dem Einlasskrümmer 14 geleitet werden. Obwohl die Mischanordnung 48 so gezeigt ist, dass sie von dem Einlasskrümmer 14 entfernt vorliegt, sollte beachtet werden, dass die Mischanordnung 48 näher an dem Einlasskrümmer 14 integriert sein kann, als dies in 1 gezeigt ist.
Die beispielhafte Ausführungsform in 1 ist als Hochdruckkreis-EGR gezeigt, d. h., das EGR-Gas wird von dem allgemeinen Abgasstrom an irgendeiner Stelle stromaufwärts von der Turbine 22 abgezweigt. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die vorliegende Offenbarung auch für Niederdruckkreis-EGR- oder Reingaseinspeisungskreis(CGI)-Konfigurationen geeignet ist, d. h. Konfigurationen, bei denen das EGR-Gas von dem allgemeinen Abgasstrom an irgendeiner Stelle stromabwärts von der Turbine 22 abgezweigt wird.
Eine erste Sensoranordnung 52 kann an einer Stelle stromabwärts von der Mischanordnung 48 bereitgestellt sein. Die erste Sensoranordnung 52 kann jedweden Sensor umfassen, der zur Bestimmung eines ersten Parameters geeignet ist, der die Feuchtigkeit des Gemischs 50 angibt. In manchen Ausführungsformen kann die erste Sensoranordnung 52 so ausgebildet sein, dass sie die relative Feuchtigkeit und/oder die absolute Feuchtigkeit des Gemischs 50 bestimmt. In manchen Ausführungsformen kann der Sensor ein handelsüblicher Sensor sein, wie z. B. der Trican HTD2800 P3B11C6 CA, der von Humirel Corporation vertrieben wird.
Eine zweite Sensoranordnung 54 kann bereitgestellt sein. Die zweite Sensoranordnung 54 kann so angeordnet sein, dass sie eine Eigenschaft der Einlassluft erfassen kann. Sie kann z. B. in der Leitung 32 entweder stromaufwärts oder stromabwärts von dem Ladeluftkühler 20 bereitgestellt sein. In manchen Ausführungsformen ist die zweite Sensoranordnung 54 stromabwärts von dem Ladeluftkühler bereitgestellt, da der Ladeluftkühler die Feuchtigkeit der durch den Ladeluftkühler strömenden Einlassluft beeinflussen kann und eine Feuchtigkeitsmessung stromaufwärts von dem Ladeluftkühler 20 gegebenenfalls nicht für die Feuchtigkeit der Einlassluft stromabwärts von dem Ladeluftkühler 20 repräsentativ ist. Die zweite Sensoranordnung 54 kann zur Bestimmung eines zweiten Parameters zweckmäßig sein, der die Feuchtigkeit der Einlassluft angibt. In manchen Ausführungsformen kann die zweite Sensoranordnung 54 so ausgebildet sein, dass sie die relative Feuchtigkeit und/oder die absolute Feuchtigkeit der Einlassluft bestimmt. In manchen Ausführungsformen kann die Sensoranordnung einen handelsüblichen Sensor umfassen, wie z. B. den Trican HTD2800 P3B11C6 CA, der von Humirel Corporation vertrieben wird.
Eine dritte Sensoranordnung 56 kann bereitgestellt sein und kann mehrere ähnliche oder verschiedene Sensoren umfassen, die Parameter bestimmen können, die Betriebsbedingungen des Motors 12 angeben können. Die dritte Sensoranordnung 56 kann je nach Wunsch angeordnet werden und in verschiedenen Teilen des EGR-Systems 10 und des Motors 12 verteilt werden. In manchen Ausführungsformen kann die dritte Sensoranordnung 56 einen Sensor umfassen, der einen Parameter bestimmen kann, der die NO_x-Konzentration im Abgasstrom angibt, wie z. B. einen NO_x-Sensor. In manchen Ausführungsformen kann die dritte Sensoranordnung 56 einen oder mehrere Sensor(en) umfassen, der oder die Parameter bestimmen kann oder können, die mit der Drehzahl und/oder der Last des Motors 12 zusammenhängen. In manchen Ausführungsformen kann die dritte Sensoranordnung Sensoren umfassen, die Parameter bestimmen können, die Verbrennungstemperaturen und/oder Verbrennungsdrücke angeben. In manchen Ausführungsformen kann die dritte Sensoranordnung Sensoren umfassen, welche die Menge der bereitgestellten Einlassluft angeben können. Dies kann z. B. durch Messen von wenigstens einem des Einlassluftdrucks, des Einlassluftstroms und eines Turboladerparameters, wie z. B. der Turboladerdrehzahl, erreicht werden.
Wenigstens einige Teile der ersten, der zweiten und der dritten Sensoranordnung 52, 54 und 56 können zu gemeinsamen Komponenten kombiniert werden, wenn dies bevorzugt ist. Entweder eine, mehrere oder alle der ersten, der zweiten und der dritten Sensoranordnung 52, 54 und 56 kann oder können mit der Steuerungsanordnung 44 in Verbindung stehen.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Ein beispielhafter Betrieb des EGR-Systems 10 wird nachstehend detaillierter beschrieben. Kraftstoff und Luft können in dem Motor 12 verbrannt werden, wodurch Abgas erzeugt wird. Es sollte beachtet werden, dass der Begriff Abgas für die Zwecke dieser Offenbarung nicht auf Produkte in gasförmigen Formen als solche beschränkt ist, sondern auch andere Flüssigkeiten oder sogar Feststoffe, wie z. B. teilchenförmige Materialien, umfassen kann. Während eines normalen Betriebs neigt das Abgas dazu, in der Form von CO₂ und H₂O plus einer geringen Menge anderer Bestandteile, wie z. B. NO_x, vorzuliegen. Bestimmte NO_x-Konzentrationen können unerwünscht sein und ein Weg zur Verminderung von NO_x ist das Einbringen wenigstens eines Teils des Abgases, insbesondere der inerten Bestandteile, wie z. B. des CO₂, in später stattfindenden Verbrennungszeiträumen.
In einem Hochdruckkreis-EGR-System, wie es in 1 gezeigt ist, kann der Turbolader 18 einen Gegendruck erzeugen, so dass der Abgasdruck in der Abgasleitung 40 höher sein kann als der Abgasdruck in der EGR-Leitung 34. Das Öffnen des EGR-Ventils 42 wird es dem Abgas ermöglichen, von der Abgasleitung 40 in die EGR-Leitung 34 zu strömen. Wenigstens teilweise Öffnen und Schließen des EGR-Ventils 42 kann es daher ermöglichen, dass mehr oder weniger Abgas durch das EGR-Ventil 42 in die EGR-Leitung 34 strömt. Die Steuerungsanordnung 44 kann dem EGR-Ventil42 ein Signal zuleiten, eine gewünschte Position einzunehmen, die z. B. vollständig offen, vollständig geschlossen oder jedwede eines Bereichs von Zwischenpositionen sein kann. Abgas, das durch die EGR-Leitung 34 strömt, kann in der Mischanordnung 48 mit Einlassluft zur Bildung des Gemischs 50 gemischt werden.
Unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm in 2 kann im Schritt 100 ein erster Verbrennungszeitraum stattfinden, wodurch Abgas erzeugt wird. Das EGR-Ventil 42 kann auf eine erste Position eingestellt werden, so dass der Leitung 46 eine erste Abgasmenge zur Bildung des Gemischs 50 zugeführt wird.
In manchen Ausführungsformen kann ein Schritt 110 das Abschätzen der NO_x-Menge in dem Abgasstrom umfassen. In manchen Ausführungsformen kann die Steuerungsanordnung 44 Daten von der dritten Sensoranordnung 56 nutzen, wie z. B. Daten, welche die NO_x-Menge in dem Abgasstrom angeben. In manchen Ausführungsformen kann der Schritt 110 die Nutzung von Daten umfassen, die wenigstens eines von der Motordrehzahl, der Motorlast, dem Verbrennungsdruck und der Verbrennungstemperatur angeben und kann in Verbindung mit einem im Vorhinein gespeicherten Kennfeld oder einer im Vorhinein gespeicherten Tabelle die NO_x-Menge in dem Abgasstrom bestimmen, was ein Abschätzen umfassen kann.
In manchen Ausführungsformen kann ein Schritt 112 das Leiten von Abgas zu einer Einlassseite des Motors 12, d. h. das Rückführen von Abgas, umfassen.
In manchen Ausführungsformen kann ein Schritt 114 das Mischen des EGR-Gases mit Einlassluft zur Bildung des Gemischs 50 umfassen.
In manchen Ausführungsformen kann ein Schritt 120 umfassen, dass die Steuerungsanordnung 44 eine gewünschte Menge von EGR-Gas auf der Basis der Betriebsbedingungen des Motors 12 festlegt. Sowohl der Begriff „Menge” als auch der Begriff „Zusammensetzung” können in diesem Zusammenhang als ein Einzelwert oder als ein Bereich von Werten ausgelegt werden. Eine gewünschte Menge kann in diesem Zusammenhang als die Menge des EGR-Gases ausgelegt werden, von der erwartet wird, dass sie ein Gemisch 50 bildet, das eine gewünschte Zusammensetzung zum Fördern einer Verbrennung mit einem geringen NO_x-Gehalt aufweist. Obwohl der Ausdruck „gewünschte Mengen” sich in erster Linie auf die Menge des Abgases selbst bezieht, kann er als eine gewünschte Menge eines bestimmten Bestandteils des Abgases ausgelegt werden. Die gewünschte Menge kann z. B. als die gewünschte Menge eines inerten Bestandteils oder mehrerer inerter Bestandteile, wie z. B. CO₂, ausgelegt werden. Mit dem beispielhaften EGR-Ventil 42 kann die Menge des CO₂ als solche nicht direkt gesteuert werden, sondern kann durch Steuern der Menge von EGR-Gas, welches das CO₂ enthält, indirekt gesteuert werden.
Im Schritt 130 kann die erste Sensoranordnung 52 den ersten Parameter bestimmen, der die Feuchtigkeit des Gemischs 50 angibt und kann ein Signal, das der Messung entspricht, zu der Steuerungsanordnung 44 übertragen. Die Feuchtigkeit des Gemischs 50 gibt die Menge des EGR-Gases in dem Gemisch 50 an. Beispielsweise kann der Motor 12 in manchen Ausführungsformen mit Dieselkraftstoff betrieben werden, der aus vielen Verbindungen besteht. Eine beispielhafte Standarddieselzusammensetzung kann durch eine abgeschätzte Zusammensetzung von (CH_1,85)_n dargestellt werden, wobei n etwa 11 ist. In dieser Ausführungsform würde eine vollständige Verbrennung etwa ein Verhältnis von CO₂ zu H₂O von 1:1,85 erzeugen. Nach dem Bestimmen des Parameters, der die Feuchtigkeit des Gemischs 50 angibt, kann dann die Menge von CO₂ in dem Gemisch 50 und/oder die Menge des EGR-Gases selbst gegebenenfalls abgeschätzt/berechnet werden.
In manchen Ausführungsformen kann ein Schritt 132 die Verwendung von Daten von der zweiten Sensoranordnung 54 umfassen. Diese Daten können die Feuchtigkeit der Einlassluft anzeigen, von der wenigstens ein Teil zur Bildung des Gemischs 50 verwendet werden kann. Das Feuchtigkeitsniveau der Einlassluft kann die Messung beeinflussen, die von der ersten Sensoranordnung 52 durchgeführt wird, jedoch kann dies im Schritt 134 unter Verwendung der Daten von der zweiten Sensoranordnung 54 ausgeglichen werden.
Im Schritt 140 kann die Steuerungsanordnung 44 bestimmen, was abschätzen umfassen kann, ob der erste Parameter in einen gewünschten Bereich fällt, von dem erwartet wird, dass er eine Emission mit geringem NO_x-Gehalt des zweiten Verbrennungszeitraums fördert. Das Bestimmen, ob der erste Parameter in den gewünschten Bereich fällt, kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden. In manchen Ausführungsformen kann der Schritt 140 das direkte Vergleichen des ersten Parameters mit einem gespeicherten Kennfeld oder einer gespeicherten Tabelle umfassen, das oder die Daten bezüglich der gewünschten ersten Parameterbereiche für bestimmte Motorbetriebsbedingungen umfasst. In manchen Ausführungsformen kann der Schritt 140 das Verwenden des ersten Parameters zum Abschätzen/Berechnen der Menge von CO₂ in dem Gemisch 50 und/oder der Menge des EGR-Gases selbst und anschließend das Vergleichen der Menge des EGR-Gases mit der gewünschten Menge des EGR-Gases umfassen.
U manchen Ausführungsformen kann ein Schritt 150 das Steuern des EGR-Ventils 42 auf der Basis der Bestimmung des Schritts 140 umfassen, derart, dass die Menge des EGR-Gases für den zweiten Verbrennungszeitraum von Schritt 160 beibehalten, erhöht oder vermindert wird. Beispielsweise kann ein hohes Feuchtigkeitsniveau des Gemischs 50 anzeigen, dass eine zu starke EGR stattfindet und die Steuerungsanordnung 44 kann ein Signal an das EGR-Ventil 42 leiten, sich wenigstens teilweise zu schließen, so dass die EGR-Menge vermindert wird. Entsprechend kann ein niedriges Feuchtigkeitsniveau des Gemischs 50 anzeigen, dass eine zu geringe EGR stattfindet und die Steuerungsanordnung 44 kann ein Signal an das EGR-Ventil 42 leiten, sich wenigstens teilweise zu öffnen, so dass die EGR-Menge erhöht wird.
Von dem Schritt 160 kann das Verfahren dann zu dem Schritt 110 zurückkehren, um weiteren Verbrennungsvorgängen vorzugreifen.
In manchen Ausführungsformen kann ein Schritt 136 das Verwenden von Daten von der dritten Sensoranordnung 56 umfassen. Diese Daten können wenigstens eines von der NO_x-Konzentration in dem Abgasstrom, der Drehzahl und/oder der Last des Motors 12, den Verbrennungstemperaturen und/oder den Verbrennungsdrücken oder der Menge der bereitgestellten Einlassluft angeben. Jedwedes der vorstehend genannten Merkmale kann beeinflussen, wie genau die Bestimmung in dem Schritt 140 ist, jedoch kann dies im Schritt 138, bei dem die Daten von der dritten Sensoranordnung 54 verwendet werden, ausgeglichen werden.
Es sollte beachtet werden, dass der Ablauf der Schritte, wie er in der 2 gezeigt ist, lediglich beispielhaft ist, da in anderen Ausführungsformen mehrere der Schritte gegebenenfalls weggelassen, parallel zu anderen Schritten oder in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden können.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung hier beschrieben sind, können Verbesserungen und Modifizierungen einbezogen werden, ohne vom Schutzbereich der folgenden Patentansprüche abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6725848 [0003]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Motors, umfassend: Bewirken eines ersten Verbrennungszeitraums, wodurch Abgas erzeugt wird, Leiten wenigstens eines Teils des Abgases zu einer Einlassseite des Motors, Mischen wenigstens eines Teils des Abgases mit Einlassluft zur Erzeugung eines Gemischs für einen zweiten Verbrennungszeitraum, Bestimmen eines ersten Parameters, der die Feuchtigkeit des Gemischs angibt, Bestimmen, ob der erste Parameter außerhalb eines gewünschten Bereichs liegt, bei dem erwartet wird, dass er eine Emission mit geringem NO_x-Gehalt des zweiten Verbrennungszeitraums fördert, Einstellen der Menge des Abgases, das zu der Einlassseite geleitet wird, auf der Basis von wenigstens der Bestimmung, ob der erste Parameter außerhalb des gewünschten Bereichs liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Bestimmen eines Parameters umfasst, der die relative Feuchtigkeit des Gemischs angibt.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Bestimmen eines zweiten Parameters, der die Feuchtigkeit der Einlassluft angibt, und das Steuern der Menge des Abgases, das mit der Einlassluft gemischt wird, auf der Basis von wenigstens dem ersten und dem zweiten Parameter umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, das ferner das Ausgleichen des ersten Parameters mit dem zweiten Parameter umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Bestimmen eines dritten Parameters, der eine Betriebsbedingung des Motors angibt, und das Steuern der Menge des Abgases, das mit der Einlassluft gemischt wird, auf der Basis von wenigstens dem ersten und dem dritten Parameter umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Bestimmen des dritten Parameters das Bestimmen der NO_x-Konzentration in dem Abgasstrom von dem Motor umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Bestimmen des dritten Parameters das Bestimmen wenigstens eines Parameters umfasst, der wenigstens eines von einem Verbrennungsdruck, einer Verbrennungstemperatur, einer Motordrehzahl, einer Motorlast und einer Einlassluftmenge angibt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Einstellen der Menge des Abgases, das zu der Einlassseite geleitet wird, das Erhöhen der Menge des Abgases, das zu der Einlassseite geleitet werden soll, umfasst, wenn der erste Parameter unterhalb des gewünschten Bereichs liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Einstellen der Menge des Abgases, das zu der Einlassseite geleitet wird, das Vermindern der Menge des Abgases, das zu der Einlassseite geleitet werden soll, umfasst, wenn der erste Parameter oberhalb des gewünschten Bereichs liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Bestimmen, ob der erste Parameter außerhalb eines gewünschten Bereichs liegt, das Abschätzen umfasst, ob die Konzentration von CO₂ in dem Gemisch bei einer gewünschten Konzentration liegt.
Abgasrückführungssystem (EGR-System) für einen Motor, enthaltend: eine Leitungsanordnung zum Leiten von Abgas von einer Abgasseite des Motors zu einer Einlassseite des Motors, eine Ventilanordnung, die so ausgebildet ist, dass sie die Menge des Abgases, das rückgeführt werden soll, steuert, eine Leitungsanordnung zum Bereitstellen von Einlassluft zu der Einlassseite des Motors, eine Sensoranordnung, die so ausgebildet ist, dass sie wenigstens einen Parameter erfasst, der die Feuchtigkeit des rückgeführten Abgases und der Einlassluft an der Einlassseite des Motors angibt, eine Steuerungsanordnung, die so ausgebildet ist, dass sie ein Signal von der ersten Sensoranordnung empfängt, und die ferner so ausgebildet ist, dass sie die Ventilanordnung als Reaktion auf eine Bestimmung durch die Steuerungsanordnung, dass der erste Parameter außerhalb eines gewünschten Bereichs für eine Emission mit geringem NO_x-Gehalt während eines anschließenden Verbrennungsvorgangs liegt, steuert.
System nach Anspruch 11, das ferner eine Sensoranordnung umfasst, die so ausgebildet ist, dass sie einen Parameter bestimmt, der die Feuchtigkeit der Einlassluft angibt.
System nach Anspruch 11, bei dem die Sensoranordnung so ausgebildet ist, dass sie wenigstens einen Parameter erfasst, der die relative Feuchtigkeit des rückgeführten Abgases und der Einlassluft angibt.
System nach Anspruch 11, das ferner eine Sensoranordnung umfasst, die so ausgebildet ist, dass sie wenigstens einen Parameter bestimmt, der wenigstens eines von einem Verbrennungsdruck, einer Verbrennungstemperatur, einer Motordrehzahl, einer Motorlast und einer Einlassluftmenge angibt.
System nach Anspruch 11, bei dem die Sensoranordnung, die so ausgebildet ist, dass sie wenigstens einen Parameter erfasst, der die Feuchtigkeit des rückgeführten Abgases und der Einlassluft angibt, stromabwärts von einer Mischanordnung angeordnet ist.
System nach Anspruch 11, bei dem die Sensoranordnung, die so ausgebildet ist, dass sie wenigstens einen Parameter erfasst, der die Feuchtigkeit des rückgeführten Abgases und der Einlassluft angibt, ferner so ausgebildet ist, dass sie wenigstens einen Parameter erfasst, der die Temperatur des Gemischs angibt.
Motor mit innerer Verbrennung, enthaltend: wenigstens einen Zylinder, einen Einlasskrümmer, der fluidmäßig mit dem Zylinder verbunden werden kann, einen Abgaskrümmer, der fluidmäßig mit dem Zylinder verbunden werden kann, eine Abgasrückführungsleitung (EGR-Leitung), die so ausgebildet ist, dass sie den Einlasskrümmer und den Abgaskrümmer fluidmäßig verbindet, ein Abgasrückführungsventil, das so ausgebildet ist, dass es die Menge des Abgases, das durch die Abgasrückführungsleitung strömt, steuert, eine Leitung, die so ausgebildet ist, dass sie dem Einlasskrümmer Einlassluft zuführt, eine Mischanordnung, die so ausgebildet ist, dass sie Einlassluft und rückgeführtes Abgas mischt, eine Sensoranordnung, die so ausgebildet ist, dass sie wenigstens einen Parameter erfasst, der die Feuchtigkeit des Gemischs angibt, eine Steuerungsanordnung, die so ausgebildet ist, dass sie bestimmt, ob der wenigstens eine Parameter einem gewünschten Bereich für Verbrennungsereignisse mit einem geringen NO_x-Gehalt entspricht, wobei die Steuerungsanordnung ferner so ausgebildet ist, dass sie das Abgasrückführungsventil auf der Basis des wenigstens einen Parameters steuert.
Motor mit innerer Verbrennung nach Anspruch 17, der ferner einen Turbolader in Fluidverbindung mit dem Abgaskrümmer umfasst, wodurch die Abgasrückführungsleitung fluidmäßig mit dem Abgaskrümmer in einer Position stromaufwärts von dem Turbolader verbunden ist.
Motor mit innerer Verbrennung nach Anspruch 17, der ferner einen EGR-Kühler in der EGR-Leitung umfasst.
Motor mit innerer Verbrennung nach Anspruch 17, der ferner eine Teilchenfalle in der EGR-Leitung umfasst.