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Querverweis auf verwandte Anmeldungen
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Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der am 8. Juli 2009 angemeldeten US-Patentanmeldung Nr. 12/459,860 in Anspruch, deren Gesamtgehalt hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist.
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Hintergrund
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Die vorliegende Anmeldung betrifft allgemein die Abgasrückführung (AGR) und betrifft insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, eine Entfernung von Verunreinigungen in der Abgasrückführung. Typischerweise mischen Abgasrückführungsimplementationen bei Motoren einen Teil des durch eine Verbrennungsreaktion erzeugten Abgases mit Ansaugluft, um die Motorleistung zu verbessern. Bei einigen Anwendungen können sich Ruß, Kohlenwasserstoffe und/oder andere Verunreinigungen in dem Abgasrückführungssystem ansammeln, die die Leistung verschlechtern und dazu tendieren, zu einem häufigeren Wartungserfordernis zu führen. Es besteht daher ein Bedarf für weitere Beiträge auf diesem Gebiet der Technik.
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Zusammenfassung
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung ist eine besondere Abgasrückführungs-Technik. Andere Ausführungsformen umfassen besondere Abgasrückführungs-Vorrichtungen, -Systeme, -Geräte und -Verfahren. Weitere Ausgestaltungen, Formen, Ziele, Merkmale, Vorteile, Aspekte, Ausführungsformen und vorteilhafte Wirkungen werden aus den folgenden Erläuterungen, Figuren und Patentansprüchen ersichtlich werden.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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1 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines Systems, das einen Motor mit Abgasrückführung enthält.
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2 ist ein weiteres schematisches Diagramm des Systems aus 1, das bestimmte Aspekte der Abgasrückführung genauer darstellt.
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3 ist ein Fließbild eines Verfahrensablaufs, der mit dem System aus 1 durchgeführt werden kann.
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Genaue Beschreibung repräsentativer Ausführungsformen
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Zum Zweck einer Verbesserung eines Verständnisses der Grundprinzipien der Erfindung wird nun Bezug genommen werden auf das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel und es werden spezielle Begriffe zur Beschreibung desselben verwendet werden. Es versteht sich nichtsdestotrotz, dass dadurch keine Einschränkung des Bereichs der Erfindung beabsichtigt ist, sondern dass jegliche Änderungen und weitere Abwandlungen der offenbarten Erfindungen und Ausführungsbeispiele der vorliegenden Anmeldung und jegliche weitere Anwendungen der Grundprinzipien der Erfindungen und hierin offenbarten Ausführungsbeispiele denkbar sind, die einem Fachmann auf diesem Gebiet ohne weiteres einfallen würden.
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung umfasst eine Vorgehensweise zum Entfernen einer Verunreinigung aus einer Abgasrückführungsinstallation. Bei bestimmten Abgasrückführungsimplementationen ist entdeckt worden, dass ein Verunreinigungsaufbau an einem Abgasrückführungsventil problematisch sein kann, dass jedoch dieser Aufbau reduziert werden kann durch Erhöhen der Temperatur der Abgase in dem Ventil auf eine Temperatur höher als die Temperatur der Abgase, denen das Abgasrückführungsventil im Betrieb nominal ausgesetzt ist. Als nicht einschränkendes Beispiel wird die Temperatur in dem Abgasrückführungsventil durch wahlweises Leiten eines Heizfluids zu dem Ventil auf eine Temperatur erhöht, die höher ist als die des gekühlten Abgases, das das Ventil nominal von einer Abgasrückführungs-Abgaskühleinrichtung erhält. Für eine solche Anordnung kann das Heizfluid die Gestalt von Abgasen haben, welche an der Abgaskühleinrichtung wahlweise zumindest teilweise vorbeiströmen, um nur eine Möglichkeit zu nennen. Alternativ oder zusätzlich kann eine solche Anordnung eine Vorgehensweise zum Bestimmen eines möglichen Abgasrückführungs-Verunreinigungszustandes beinhalten und daraufhin eine entsprechende Ventilbeheizung einleiten, um die Ventilverunreinigung zu entfernen.
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In 1 ist ein System 100 einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Das System 100 umfasst einen Verbrennungsmotor 110, der als eine Abgasquelle arbeitet. Der Motor 110 ist vom Hubkolbentyp mit einem oder mehreren Hubkolben 111, die an einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) gelagert sind. Gemäß einer Ausgestaltung ist der Motor 110 vom dieselbetriebenen Viertakttypus mit Selbstzündung und Kraftstoffeinspritzung. In anderen Ausführungsformen kann der Motor 110 vom fremdgezündeten Typ sein, vom Zweitakttyp, vom Rotationstyp wie etwa ein Gasturbinentriebwerk, und kann jegliche Form von Kraftstoffeinspritzung verwenden oder nicht, um nur einige wenige alternative Möglichkeiten zu nennen. Andere Ausführungsformen können darüber hinaus durch andere Brennstoffe betrieben sein, wie etwa durch Benzin, Ethanol, Wasserstoff, Erdgas, Propan, andere gasförmige Brennstoffe und/oder durch eine Hybridkombination von Kraftstoffarten, um nur einige Beispiele zu erwähnen. Das System 100 kann dazu eingesetzt werden, mobilen Anwendungen wie z. B. Fahrzeugen oder stationären Anwendungen wie z. B. Stromgeneratoren, Pumpen und ähnlichem Antriebskraft bereitzustellen. Darüber hinaus kann das System 100 in Hybridanwendungen zum Einsatz kommen, die zusätzlich zum Motor 110 eine oder mehrere Antriebsquellen haben, wie etwa Batterien, Brennstoffzellen, um nur einige zu nennen.
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Der Motor 110 ist zum Erhalten von Luft zur Verbrennung mit einem Ansaugkrümmer 120 und zum Ausstoßen von Abgas aus dem Motor 110 mit einem Abgaskrümmer 126 fluidleitend verbunden. Der Ansaugkrümmer 120 steht in Fluidverbindung mit einem Einlasskanal 122. Der Abgaskrümmer 126 steht in Fluidverbindung mit einem Abgaskanal 128. Das System 100 enthält ferner einen Turbolader 140 mit einem Verdichter 142, der von einer Turbine 144 mit variabler Geometrie angetrieben wird. Die Turbine 144 wird von Abgas aus dem Motor 110 angetrieben, das durch den Abgaskanal 128 zu einem Abgasnachbehandlungssystem 160 strömt. Der Turbolader 140 kann ein einzelner mit variabler Turbinengeometrie sein, jedoch können andere Arten und/oder Anzahlen von Turboladern ebenso verwendet werden. Alternativ kann in anderen Ausführungsformen der Turbolader 140 fehlen. Das System 100 enthält auch ein Abgasrückführungs(AGR)-System 170 in Fluidverbindung mit sowohl dem Einlasskanal 122 und dem Abgaskanal 128. Der Motor 110 wird durch ein Steuergerät 150 geregelt. Das Steuergerät 150 ist betriebsfähig mit einem Motorkraftstoff-Untersystem 130 verbunden, um eine Motorkraftstoffzumessung zu modulieren und zugehörige Prozesse zu regeln.
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Typischerweise ist das Steuergerät 150 in einer normalen Ausführung eines Motorsteuermoduls (ECM = Engine Control Module) mit einem oder mehreren Arten eines Speichers 152 enthalten. Das Steuergerät 150 kann eine elektronische Schaltung aus einem oder mehreren Bauteilen einschließlich digitaler Schaltkreise, analoger Schaltkreise oder beidem sein. Das Steuergerät 150 kann vom Typ Software und/oder programmierbarer Hardware sein, es kann eine fest verdrahtete, dedizierte Zustandsmaschine sein oder eine Kombination daraus. In einer Ausführungsform ist das Steuergerät 150 ein programmierbarer Mikrocontroller in Gestalt eines integrierten Halbleiterschaltkreises, der integral eine oder mehrere Verarbeitungseinheiten und den Speicher 152 enthält. Der Speicher 152 kann aus einem oder mehreren Bauteilen bestehen und kann von jeglicher flüchtiger oder nicht-flüchtiger Art sein, einschließlich des Halbleitertyps, vom Typ optischer Medien, vom magnetischen Typ oder einer Kombination daraus, oder eine solche andere Anordnung wie sie Fachleuten auf dem Gebiet einfallen würde. Ferner kann, wenn mehrere Verarbeitungseinheiten vorhanden sind, das Steuergerät 150 dazu angeordnet sein, eine Verarbeitung zwischen diesen Einheiten zu verteilen und/oder eine Parallel- oder eine Pipeline-Verarbeitung vorzusehen, falls gewünscht. Das Steuergerät 150 arbeitet gemäß einer Funktionslogik, die durch eine Programmierung, durch Hardware oder durch eine Kombination daraus festgelegt ist. In einer Ausgestaltung speichert der Speicher 152 Programmierbefehle, die durch eine Verarbeitungseinheit 154 des Steuergeräts 150 ausgeführt werden, um zumindest einen Teil dieser Funktionslogik zu verkörpern. Alternativ oder zusätzlich speichert der Speicher 152 Daten, die von der Funktionslogik des Steuergeräts 150 gehandhabt werden. Das Steuergerät 150 kann bei Bedarf Signalformer, Signalformatumwandler (wie etwa AD-Wandler und DA-Wandler), Begrenzer, Halteschaltungen, Filter und ähnliches enthalten, um unterschiedliche Steuer- und Regelvorgänge auszuführen, die in der vorliegenden Anmeldung beschrieben sind. Das Steuergerät 150 empfängt verschiedene Eingänge und erzeugt verschiedene Ausgänge, um verschiedene Operationen entsprechend seiner Funktionslogik auszuführen, die im Folgenden beschrieben sind.
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Während eines Betriebs des Motors 110 wird Umgebungsluft aus der Atmosphäre eingeführt und durch den Verdichter 142 des Turboladers 140 komprimiert, um unter Druck stehende Ladeluft zu erzeugen. Zusätzlich zum Erhöhen des Drucks erhöht eine Verdichtung typischerweise die Temperatur der Ladeluft. Für das dargestellte Ausführungsbeispiel ist eine Kühleinrichtung 146 vorhanden, um die Ladeluft vor ihrer Zuführung zum Motor 110 zu kühlen. Die verdichtete Ladeluft wird dem Motor 110 durch den Ansaugkrümmer 120 zugeführt, der in Fluidverbindung mit dem Motor 110 steht. Ein Lufteinlassdrosselventil 148 ist zwischen dem Verdichter 142 und dem Motor 110 angeordnet und dazu betriebsfähig, die Menge an Ladeluft zu steuern, die den Motor 110 von dem Verdichter 142 erreicht. Das Lufteinlassdrosselventil 148 ist betriebsfähig mit dem Steuergerät 150 verbunden und von ihm gesteuert, kann jedoch auch durch andere Steuereinrichtungen gesteuert sein. Bei anderen Ausführungsformen kann das Lufteinlassdrosselventil 148 und/oder das Steuergerät 150 fehlen.
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Ein Ansaugkrümmerdrucksensor 124 ist mit dem Ansaugkrümmer 120 verbunden. Der Ansaugkrümmerdrucksensor 124 ist dazu betriebsfähig, das Maß an Luftdruck im Ansaugkrümmer 120 zu sensieren, welches indikativ für die zum Motor 110 strömende oder ihm zugeführte Ladeluftmenge ist. Der Ansaugkrümmerdrucksensor 124 ist betriebsfähig mit dem Steuergerät 150 verbunden und erzeugt für den Ansaugdruck repräsentative elektrische Signale, die für Steuer-/Regelzwecke zum Steuergerät 150 gesandt werden. In einer Ausführungsform kann der Ansaugkrümmerdrucksensor 124 zusammen mit einem Ansaugluftdrucksensor (nicht dargestellt) in Strömungsverbindung mit dem Abgasrückführungssystem 170 dazu verwendet werden, einen Abgasrückführungsmassenanteil zu berechnen, der eine Angabe der Menge an Abgasrückführungsgasen ist, die dem Ansaugkrümmer 120 zugeführt werden.
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Vom Motor 110 erzeugte Abgase entweichen durch den mit dem Motor 110 verbundenen Abgaskrümmer 126. Unter typischen Betriebsbedingungen wird ein Teil des Abgases durch das Nachbehandlungssystem 160 geleitet und ein Teil wird durch das Abgasrückführungssystem 170 geleitet. Das Abgasnachbehandlungssystem 160 enthält eine Dieseloxidationskatalysatoreinheit 162, einen Adsorber, der vorzugsweise ein NOx-Adsorber oder ein Mager-NOx-Abscheider 164 ist, jedoch von anderer Adsorberart oder anderer Art NOx-Abgasreinigungseinrichtung sein kann, und einen Dieselpartikelfilter 166. Das Abgasnachbehandlungssystem 160 ist dazu betriebsfähig, unerwünschte Emissionen des den Motor 110 nach der Verbrennung verlassenden Abgases zu verringern. Bei anderen Ausführungsformen können einige oder alle dieser Komponenten so abweichend ausgeführt sein, wie es Fachleuten auf diesem Gebiet einfallen würde, können in einer unterschiedlichen Anordnung bezüglich des Abgasstroms vorhanden sein, können weitere Nachbehandlungskomponenten enthalten oder können fehlen.
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Für das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel ist die Dieseloxidationskatalysatoreinheit 162 als eine Durchströmungseinrichtung mit einem Substrat ausgestattet, welches einen Katalysator trägt. Der Katalysator enthält typischerweise eine oder mehrere Arten katalytischer Metalle. Sowie Abgas aus dem Motor 110 die Dieseloxidationskatalysatoreinheit 162 überquert, können Wärme, Kohlenmonoxid, molekularer Wasserstoff und/oder Kohlenwasserstoffradikale gebildet werden, die den Betrieb des NOx-Adsorbers 164 unterstützen. Auch kann einiges Stickstoffmonoxid in Stickstoffdioxid umgewandelt werden, welches vom Adsorber 164 leichter gespeichert wird.
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Der NOx-Adsorber 164 ist bezüglich des Abgasstroms stromabwärts der Dieseloxidationskatalysatoreinheit 162 angeordnet und dazu betriebsfähig, vom Motor 110 emittiertes NOx und SOx zu adsorbieren, um deren Emission in die Atmosphäre zu verringern. Der NOx-Adsorber 164 enthält Katalysatormaterial zum Speichern von NOx und SOx und zum selektiven Abführen derselben beim Spülen (einer Regeneration des Adsorbers 164), nachdem eine bestimmte Speicherkapazität erreicht worden ist. Unter Nominalbedingungen wird das gespeicherte Material in einer anderen Molekularform abgeführt als die reduzierten, unerwünschten Emissionen, beispielsweise wird Stickstoff in NOx typischerweise umgewandelt und während einer Regeneration als N2 abgeführt.
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Der Dieselpartikelfilter 166 kann einen oder mehrere unterschiedliche Arten von Partikelfiltern enthalten. Der Dieselpartikelfilter 166 wird dazu verwendet, unerwünschte Dieselpartikel aus dem den Motor 110 verlassenden Abgasstrom aufzufangen. Dieselpartikelstoffe können in Dieselabgas vorhandene Submikrometerpartikel enthalten, einschließlich fester und flüssiger Partikel, und darüber hinaus Fraktionen wie etwa anorganischer Kohlenstoff (Ruß), eine organische Fraktion (häufig als SOF oder VOF bezeichnet) und eine Sulfatfraktion (hydrierte Schwefelsäure). Der Dieselpartikelfilter 166 kann in regelmäßigen Intervallen regeneriert werden durch Verbrennen von partikelförmigem Material, welches sich im Dieselpartikelfilter 166 angesammelt hat. Eine Regeneration des Dieselpartikelfilters 166 wird z. B. erreicht durch eine Temperatursteuerung, die beispielsweise erzielt wird durch eine Steuerung anderer Bestandteile des Abgasnachbehandlungssystems 160, des Abgasrückführungssystems 170, des Kraftstoffzumessungs-Untersystems 130 und/oder des Turboladers 140.
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Das Abgasnachbehandlungssystem 160 kann ferner eine Reihe von Temperatur-, Druck-, Sauerstoff-, NOx- und/oder anderen Sensoren (nicht gezeigt) in ihm oder zwischen seinen verschiedenen Bestandteilen enthalten, die dem Steuergerät 150 einen entsprechenden Eingang liefern, um den Nachbehandlungsbetrieb durch Einstellung stromaufwärtiger Prozesse wie etwa Motorkraftstoffzumessung, Abgasrückführungsbetrieb (im Folgenden beschrieben) und ähnliches zu regeln.
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Das Abgasrückführungssystem 170 kann dazu benutzt werden, die Temperatur des Motorverbrennungsprozesses durch Zumischen einer wählbaren Menge an Abgas zu der Ladeluft zu verringern, die von dem Verdichter 142 geliefert wird. Eine Verbrennung bei niedrigerer Temperatur verringert tendenziell die Menge an NOx, die während der Verbrennung erzeugt werden. Das Abgasrückführungssystem 170 enthält einen Abgasrückführungskühler 180. Der Abgasrückführungskühler 180 kann die Gestalt einer oder mehrerer Flüssigkeits-, Ladeluft- und/oder anderer Arten von Kühleinrichtungen annehmen, die dazu aufgebaut sind, das Abgas zu kühlen, bevor es der Einlassseite des Motors 110 zusammen mit der komprimierten Ladeluft aus dem Lufteinlassdrosselventil 148 zugeführt wird. Es ist ferner denkbar, dass Hochdruck-Abgasrückführungsringsysteme, Niederdruck-Abgasrückführungsringsysteme, Abgasrückführungssysteme mit Mehrfachringen und Varianten davon verwendet werden können.
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Zusätzlich bezugnehmend auf 2 ist ein weiteres Schema des Systems 100 dargestellt, in dem gleiche Bezugsziffern sich auf gleiche, zuvor beschriebene Merkmale beziehen. Das Abgasrückführungssystem 170 enthält ein Abgasrückführungsventil 172 in Fluidverbindung mit dem Auslass des Abgaskrümmers 126 und dem Luftansaugkrümmer 120. Das Abgasrückführungsventil 172 wird von dem Steuergerät 150 funktionsgesteuert, welches die Durchflussmenge des gekühlten, von dem Abgasrückführungskühler 180 erhaltenen Abgases wahlweise entsprechend verschiedener Grade an Ventildurchflussbegrenzung zwischen einem vollständig geöffneten und einem vollständig geschlossenen Zustand moduliert.
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Das Abgasrückführungsventil 172 wird von einem Aktuator 174 in Gestalt eines Schrittmotors 176 betätigt. Der Schrittmotor 176 ist betriebsfähig mit dem Steuergerät 150 verbunden und reagiert auf dessen Steuersignale, um das Ausmaß zu ändern, in dem das Abgasrückführungsventil 172 geöffnet oder geschlossen ist, und dementsprechend das Maß an Durchfluss durch das Abgasrückführungsventil 172 bezüglich eines Bereichs diskreter, inkrementeller Schritte. Das Abgasrückführungssystem 170 enthält ferner einen Differenzdrucksensor 192, um das Druckgefälle über das Abgasrückführungsventil 172 zu erfassen. Ein Betriebssignal 194, gezeigt in 1, welches als delta-P (oder das ”DP”-Signal) bezeichnet ist, wird zum Steuergerät 150 gesandt, um die Druckänderung über das Abgasrückführungsventil 172 wiederzugeben. Darüber hinaus zeigt 2 einen Temperatursensor 196, der dazu vorgesehen ist, die Temperatur des durch das Abgasrückführungsventil 172 strömenden Abgases zu messen und ein entsprechendes, sie repräsentierendes Abgasrückführungs-Temperatursignal an das Steuergerät 150 zu liefern.
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In einer Implementation wird das Maß an Abgasstrom durch das Abgasrückführungsventil 172 (der ”Abgasrückführungsanteil”) von dem Steuergerät 150 als eine Funktion von DP und einem direkten oder indirekten Schätzwert von NOx im Abgasstrom festgelegt, um die Abgasemissionsleistung entsprechend zu regeln. Diese Regelung kann darüber hinaus die durch das Abgasrückführungs-Temperatursignal von dem Sensor 196 verkörperte Temperatur berücksichtigen. Zusätzlich oder alternativ können das Lufteinlassdrosselventil 148 und das Abgasrückführungssystem 170 zusammen mit dem Kraftstoffversorgungs-Untersystem 130 durch das Steuergerät 150 in Abhängigkeit seiner verschiedenen Eingänge gesteuert werden, um den Motor 110 in einer fetten Betriebsart oder in einer mageren Betriebsart laufen zu lassen, und um ansonsten Arbeitsprozesse des Systems 100 zu steuern, um Emissionen, einen Betriebswirkungsgrad und ähnliches zu regeln.
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Das Abgasrückführungssystem 170 umfasst ferner ein Abgasrückführungs-Bypassventil 184, das mit einem Abgasrückführungskanal 129 und einem Abgasrückführungs-Bypasskanal 186 verbunden ist. Der Abgasrückführungskanal 129 steht in Fluidverbindung mit dem Abgaskanal 128. Der Abgasrückführungskühler 180 steht in Fluidverbindung mit einem Abgasrückführungskühlerkanal 182. Das Abgasrückführungs-Bypassventil 184 ist vom Binärtyp mit zwei Betriebsstellungen, geöffnet oder geschlossen (An/Aus oder Bypass/kein Bypass). In anderen Ausführungsformen kann es eine Durchflussmodulation wie das Abgasrückführungsventil 172 bieten, mit einem unterschiedlichen Grad an Geöffnetsein oder Geschlossensein, oder kann anderweitig angeordnet sein, wie es Fachleuten auf diesem Gebiet einfallen würde. Wenn sich das Abgasrückführungs-Bypassventil 184 in der Bypassstellung (geöffnet) befindet, strömt einiges oder das gesamte durch den Abgasrückführungskanal 129 strömende Abgas durch den Abgasrückführungs-Bypasskanal 186. Wenn sich das Abgasrückführungs-Bypassventil 184 in der Kühlerstellung (geschlossen) befindet, strömt das gesamte durch den Abgasrückführungskanal 129 fließende Abgas durch den Abgasrückführungskühler 180, um das Abgas weiter zu kühlen, bevor es dem Luftansaugkrümmer 120 zusammen mit der verdichteten, durch das Lufteinlassdrosselventil 148 strömenden Luft zugeführt wird. Das Abgasrückführungsventil 172 ist stromabwärts des Abgasrückführungskühlerkanals 182 und des Abgasrückführungs-Bypasskanals 186 angeordnet.
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Es ist leider festgestellt worden, dass als ein Resultat der Kühlung des Abgases Ruß, Kohlenwasserstoffdämpfe und/oder weitere Abgasbestandteile dazu tendieren, sich in unzumutbarer Weise am Abgasrückführungsventil 172 anzusammeln, was zu einer behinderten Durchströmung, einer behinderten Ventilbewegung und/oder dazu führt, dass das Abgasrückführungsventil 172 in einer gegebenen Stellung ”stecken bleibt”, um nur einige unerwünschte Effekte zu nennen. Insbesondere kann im Sollbetrieb zumindest einiger Dieselmotoren, die ein gekühltes Abgasrückführungssystem verwenden, diese Ansammlung an dem Abgasrückführungsventil (1) die Abgasrückführungsbauteile mit einem Belag versehen, der eine Betätigung verhindert, oder (2) eine Schichtenbildung erzeugen, die die Abmessungen des Abgasströmungswegs verändert und dadurch die Durchfluss- und Heizeigenschaften der Abgasrückführung und der Ansaugluftzusammensetzung ändert. Für das wiedergegebene Ausführungsbeispiel des Systems 100 ist festgestellt worden, dass mit steigendem Verunreinigungsaufbau am Abgasrückführungsventil 172 die Anzahl an Schritten, die vom Schrittmotor 176 benötigt werden, um dieselbe Durchflussmenge wie ein nicht verunreinigtes Abgasrückführungsventil 172 zu erreichen, als ein Hinweis dienen kann, dass ein nicht akzeptierbarer Verunreinigungszustand erreicht worden ist.
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In einer Ausführungsform hat der Schrittmotor 176 31 Schritte, um vollständig zu schließen. Wenn der Schrittmotor 176 35 Schritte übersteigt, um einen vollständig geschlossenen Zustand zu erreichen, ist der nicht akzeptierbare Verunreinigungszustand erreicht und es wird ein unten näher beschriebener Verunreinigungsreduzierprozess gestartet. Bei einer anderen Ausführungsform kann der Ansatz zur Ermittlung des Verunreinigungszustands hinsichtlich des Druckdifferenzsignals DP erfolgen, das dazu benutzt werden kann festzustellen, ob das Abgasrückführungsventil 172 basierend auf der Druckdifferenz vollständig geschlossen ist oder sich in irgendeiner anderen, vorher festgelegten Stellung befindet. Mit anderen Worten, falls sich die benötigte Schrittanzahl bezüglich irgendeines erwarteten Wertes der Druckdifferenz ändert, kann diese Veränderung dazu benutzt werden festzustellen, ob ein Verunreinigungszustand vorliegt.
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Es versteht sich, dass bei anderen Ausführungsformen nur ein Teil des rückgeführten Abgases am Abgasrückführungskühler vorbeiströmt, so dass rückgeführtes Abgas durch sowohl den Bypasskanal als auch den Kühlerkanal strömt, was eine Form eines teilweisen Bypassbetriebes darstellt. Alternativ oder zusätzlich kann das Bypassventil bezüglich des Abgasrückführungskühlers so angeordnet sein, dass es einiges oder das gesamte rückgeführte Abgas umleitet, nachdem es durch einen Teil des Abgasrückführungskühlers geströmt ist, was eine andere Form eines teilweisen Bypassbetriebes darstellt. Noch andere Variationen können Aspekte dieser beiden teilweisen Bypassoptionen enthalten und/oder die Möglichkeit bieten, zwischen teilweisen und vollständigen Bypassbetriebsarten zu wählen.
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3 ist ein schematisches Ablaufdiagramm eines Arbeitsverfahrens 300 zum Verringern einer Verunreinigung des Abgasrückführungsventils 172. Das Arbeitsverfahren 300 kann für das System 100 implementiert und entsprechend einer von dem Steuergerät 150 ausgeführten Funktionslogik durchgeführt werden. Das Arbeitsverfahren 300 umfasst einen Arbeitsschritt 302 des Empfanges von Signalen von einem ersten Sensor 192 und einem zweiten Sensor 196. Eine Ausgestaltung beachtet die inkrementellen Schritte, die benötigt werden, um den Schrittmotor 176 dazu zu betätigen, das Abgasrückführungsventil 172 in einen vorbestimmten Zustand zu bringen, oder wie vom Differenzdrucksensor 192 angegeben. Das Arbeitsverfahren 300 umfasst ferner eine Bedingung 304, um zu prüfen, ob ein Verunreinigungszustand in einem solchen Ausmaß vorliegt, dass man sich damit befassen muss. In einer Ausgestaltung wird diese Prüfung durchgeführt durch ein Ermitteln, ob die Anzahl vom Schrittmotor 176 ausgeführter, zum Erreichen einer geschlossenen Stellung benötigter inkrementeller Schritte überschritten worden ist. Eine andere Ausgestaltung ermittelt, ob die Anzahl an Schritten, die zum Vorsehen eines gegebenen DP-Wertes erforderlich sind, einem Ventil mit nicht akzeptierbarem Verunreinigungsaufbau entspricht. In anderen Ausgestaltungen können ein oder mehrere verschiedene Sensoren und/oder Ermittlungstechniken zusätzlich oder alternativ verwendet werden um zu prüfen, ob ein Verunreinigungszustand vorliegt.
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Wenn die Prüfung der Bedingung 304 Unrichtig ergibt (kein Verunreinigungszustand), dann kehrt das Arbeitsverfahren 300 zum Arbeitsschritt 302 zurück. Wenn andererseits die Prüfung der Bedingung 304 Zutreffend ergibt, wird ein Verunreinigungszustand deklariert. Das Steuergerät 150 löst im Arbeitsschritt 306 das Öffnen des Bypassventils 184 in Übereinstimmung mit seiner Funktionslogik aus, was es der Abgastemperatur erlaubt, bei seiner Bewegung durch das System 100 auf einem erhöhten Niveau zu verbleiben. Der Arbeitsschritt 306 kann eine vollständige Umgehung des Abgasrückführungskühlers 180 oder eine teilweise Umgehung beinhalten. Das Arbeitsverfahren 300 wird fortgesetzt mit einer Bedingung 308 zum Ermitteln der Temperatur des Abgasrückführungsventils 172 basierend auf dem Signal von dem zweiten Sensor 196.
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Wenn die Prüfung der Bedingung 308 Unrichtig ergibt (Temperatur hat einen Schwellenwert nicht erreicht), dann kehrt das Arbeitsverfahren 300 zurück zum Arbeitsschritt 306, wo es das Bypassventil 184 und die den Abgasrückführungskühler 180 umgehende Durchflussmenge einstellt. Das Arbeitsverfahren 300 ermittelt wiederum in der Bedingung 308 die Temperatur des Abgasrückführungsventils 172. Sobald die Prüfung der Bedingung 308 ein Zutreffend ergibt, was anzeigt, dass das Abgasrückführungsventil 172 einen Zieltemperaturbereich erreicht hat, fährt das Arbeitsverfahren 300 fort zum Arbeitsschritt 310, in dem das Steuergerät 150 das Bypassventil 184 für eine festgesetzte Zeitdauer in der eingestellten Position hält. Infolgedessen erhöht sich die Temperatur des Abgasrückführungsventils 172 bezüglich der Nominaltemperatur des den Abgasrückführungskühler 180 verlassenden, gekühlten Abgases. Der Arbeitsschritt 310 fährt ferner fort, die Temperatur des Abgasrückführungsventils 172 zu überwachen, um sicherzustellen, dass die Temperatur nicht über den Zieltemperaturbereich ansteigt, um einen Schaden aufgrund von Übertemperatur zu verhindern (falls zutreffend).
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Eine Betätigung des Abgasrückführungs-Bypassventils 184 in die Offenstellung für vorgegebene Zeitabschnitte erlaubt es der Temperatur im Abgasrückführungsventil 172 anzusteigen. Der Durchfluss von Abgas mit höherer Temperatur initiiert einen Oxidations- oder ”Verbrennungs”-Prozess in dem Abgasrückführungsventil 172, der die meisten, wenn nicht alle bekannten Verunreinigungen reduziert und einige oder alle von ihnen beseitigen kann. In einer Ausführungsform beträgt die festgesetzte Zeitdauer, die das Abgasrückführungs-Bypassventil 184 offen gehalten wird, ungefähr fünf Minuten. In einer anderen Ausführungsform ist der Zieltemperaturbereich des Abgasrückführungsventils 172 zwischen 550 und 700°F. Im Anschluss an die Beendigung der Haltezeit im Arbeitsschritt 310 schreitet das Arbeitsverfahren 300 fort zum Arbeitsschritt 312, in dem das Steuergerät 150 das Schließen des Bypassventils 184 signalisiert und das Arbeitsverfahren 300 zurücksetzt. Das System 100 beginnt das Arbeitsverfahren 300 erneut durch Überwachen der Signale von dem ersten Sensor 192 und dem zweiten Sensor 196 im Arbeitsschritt 302.
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Alternativ oder zusätzlich kann das Bypassventil 184 unabhängig von einer Verunreinigung während verschiedener Übergangszustände geöffnet werden, um für eine verglichen mit gekühltem Abgas schnellere Erwärmung des Motors 110 durch die Ansaugseite zu sorgen, und kann ansonsten dazu verwendet werden, die Systemleistung zu erhöhen, wie es Fachleuten auf diesem Gebiet in den Sinn kommt.
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Es gibt viele weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Beispielsweise wird in einer Ausgestaltung ein Bypassventil dazu verwendet, nur einen Teil des Durchflusses durch den Abgasrückführungskühler 180 vorbeizuleiten, was in Verbindung mit oder ohne einem oder mehreren anderen Bypassschaltungen ähnlich dem oder verschieden von dem System 100 eingesetzt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann ein Beheizen des Abgasrückführungsventils 172 implementiert werden durch Leiten eines Heizfluids zu ihm wahlweise mittels eines anderen Mediums als Abgas und/oder mittels einer anderen Struktur als das Abgasrückführungs-Bypassventil 184. Beisipelsweise könnte ein Heizmantel vorhanden sind, zu dem ein Heizfluid (z. B. eine Flüssigkeit, ein Gas oder eine Kombination) wahlweise geleitet wird, um die Temperatur des Abgasrückführungsventils 172 über die von dem Abgas aus dem Abgasrückführungskühler 180 bereitgestellte anzuheben und entsprechend eine Verunreinigung zu verringern.
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In einem noch weiteren Beispiel beinhaltet eine Ausführungsform ein Erzeugen eines Abgasstroms mittels eines Verbrennungsmotors, wobei der Motor einen oder mehrere Hubkolben enthält, ein Leiten zumindest eines Teils des Abgasstroms durch einen Abgaskühler, ein Steuern des gekühlten Abgasstroms aus dem Abgaskühler mit einer ersten Ventileinrichtung, wobei das gekühlte Abgas eine erste Temperatur hat, ein Erfassen eines Verunreinigungszustandes der ersten Ventileinrichtung, und, in Abhängigkeit des Verunreinigungszustandes, ein Erhöhen der ersten Temperatur der ersten Ventileinrichtung auf eine zweite Temperatur höher als die erste Temperatur, um eine Verunreinigung aus ihr zu entfernen.
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Eine Ausführungsform eines Abgasreinigungssystems der vorliegenden Erfindung enthält eine Abgasquelle, einen Abgaskanal, der dazu ausgelegt ist, einen Abgasstrom aus der Abgasquelle zu einem Einlassbereich der Abgasquelle zu leiten, ein Abgaskanalventil, welches dazu betriebsfähig ist, einen Durchfluss zu dem Einlassbereich der Abgasquelle zu steuern, ein mit dem Abgaskanal strömungsgekoppeltes Kühlsystem, welches an einer Stelle stromaufwärts der Abgasquelle und stromabwärts des Einlassbereichs der Abgasquelle angeordnet und dazu in der Lage ist, Wärme aus dem Abgasstrom auf ein mit dem Kühlsystem in Strömungsverbindung stehendes Kühlmittel zu übertragen, einen Bypasskanal, der mit dem Abgaskanal strömungsgekoppelt ist und das Kühlsystem umgeht, ein Bypassventil, das einen Durchfluss durch den Bypasskanal zu steuern vermag, zumindest einen Ventilfunktionssensor, und ein Steuergerät, das das Bypassventil steuern kann, um den Abgasstrom basierend auf einem Signal des Ventilfunktionssensors während einer Abgasrückführung zu dem Bypasskanal zu leiten.
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Weitere erfinderische Varianten dieser Ausführungsform enthalten einen Ventilfunktionssensor mit einer Einrichtung zum Ermitteln eines Ausmaßes einer Ventilbetätigung und einer Einrichtung zum Signalisieren an ein Steuergerät, wenn das Abgaskanalventil einen Ventilbetätigungsschwellenwert erreicht, und/oder einen Ventilfunktionssensor, der ein Abgasstromsensor ist, welcher an einer Stelle stromabwärts des Abgaskanalventils angeordnet ist und im Betrieb ein Signal an das Steuergerät sendet, wenn der Abgasstrom einen Abgasstromschwellenwert erreicht. Alternativ oder zusätzlich enthalten weitere erfinderische Varianten zumindest einen Abgaskanalventiltemperatursensor, der an einer Stelle stromaufwärts des Abgaskanalventils angeordnet ist, wobei das Steuergerät dazu in der Lage ist, ein Signal von dem Abgaskanalventiltemperatursensor zu empfangen und wobei das Steuergerät ein Bypassventil betreibt, um eine Abgaskanalventiltemperatur beizubehalten.
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Noch andere erfinderische Varianten umfassen eine Abgaskanalventiltemperatur, die zwischen 550 und 700°F gehalten wird, wobei das Steuergerät das Bypassventil dazu betreibt, eine Abgaskanalventiltemperatur für eine vorbestimmte Zeitdauer aufrechtzuerhalten, wobei die vorbestimmte Zeitdauer fünf Minuten beträgt, und/oder das Steuergerät dahingehend funktioniert, einen Betrieb des Bypassventils zu wiederholen, um die Abgaskanalventiltemperatur für eine vorbestimmte Zeitdauer aufrechtzuerhalten, und die Anzahl an Wiederholungen zumindest acht beträgt.
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In einer Ausführungsform steuert das Steuergerät während einer Abgasrückführung das Bypassventil dahingehend, den Abgasstrom durch das Kühlsystem umzuleiten, wenn der Abgaskanalventilfunktionssensor anzeigt, dass ein Ventilbetriebsschwellenwert erreicht worden ist und der Abgaskanalventiltemperatursensor einen Abgaskanaltemperaturschwellenwert nicht erreicht hat. Das Steuergerät ist dazu in der Lage, ein Bypasssignal an das Bypassventil zu senden, um die Abgaskanalventiltemperatur zu steuern.
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Eine weitere Ausführungsform umfasst ein Erzeugen eines Abgasstroms mittels eines Verbrennungsmotors, wobei der Motor einen oder mehrere Hubkolben enthält, ein Leiten zumindest eines Teils des Abgasstroms durch einen Abgaskühler, ein Modulieren des Abgasstroms aus dem Abgaskühler mit einer ersten Ventileinrichtung zum Ansaugen durch den Motor, ein Erfassen eines Verunreinigungszustands der ersten Ventileinrichtung, ein Umleiten, in Abhängigkeit des Verunreinigungszustandes, zumindest eines Teils des Abgasstroms, um den Abgaskühler zumindest teilweise zu umgehen und die Temperatur der ersten Ventileinrichtung anzuheben, um die Ventilverunreinigung zu vermindern. In anderen erfinderischen Varianten dieser Ausführungsform umfasst das Leiten zumindest eines Teils des Abgasstroms ein Führen des Stroms durch ein Abgasrückführungssystem zu einem Einlassbereich des Motors, wobei das Abgasrückführungssystem ein Abgasrückführungssteuerventil und ein Abgaskühler-Bypassventil enthält, und/oder das Umleiten zumindest eines Teils des Abgasstroms, was ein Einstellen des Abgaskühler-Bypassventils beinhaltet und wobei ein Einstellen des Abgaskühler-Bypassventils ein Ansteigen des Abgasstroms bewirkt, der den Abgaskühler zumindest teilweise umgeht. Alternativ oder zusätzlich umfassen noch weitere erfinderische Varianten ein Erfassen eines Verunreinigungszustands durch Betreiben eines Abgasstromsensors, der an einer Stelle stromabwärts der ersten Ventileinrichtung angeordnet ist, und/oder ein Erfassen eines Verunreinigungszustands durch Überwachen eines Ausmaßes einer Ventilbetätigung der ersten Ventileinrichtung.
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Eine weitere Ausführungsform umfasst ein Erzeugen eines Abgasstroms mittels eines Verbrennungsmotors, wobei der Motor einen oder mehrere Hubkolben aufweist, ein Leiten zumindest eines Teils des Abgasstroms durch ein Abgasrückführungssystem, ein Steuern des Abgasdurchflusses durch das Abgasrückführungssystem mit einer ersten Ventileinrichtung, wobei das Abgas eine erste Temperatur hat, ein Erfassen eines Verunreinigungszustands der ersten Ventileinrichtung, und, in Abhängigkeit des Verunreinigungszustands, ein Erhöhen der ersten Temperatur der ersten Ventileinrichtung auf eine zweite Temperatur höher als die erste Temperatur, um eine Verunreinigung aus der ersten Ventileinrichtung zu entfernen.
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Andere erfinderische Varianten dieser Ausführungsform enthalten einen Abgaskühler, wobei der Abgaskühler dahingehend funktioniert, Wärme aus dem Abgasstrom zu übertragen, und/oder das Abgasrückführungssystem ferner einen Bypasskanal enthält, der den Abgaskühler umgeht, sowie eine zweite Ventileinrichtung, die dazu funktioniert, den Abgasstrom durch den Bypasskanal zu steuern. Alternativ oder zusätzlich umfassen noch andere erfinderische Varianten ein Erhöhen der Temperatur der ersten Ventileinrichtung einschließlich eines Umleitens zumindest eines Teils des Abgasstroms durch den Bypasskanal, wenn die zweite Ventileinrichtung betrieben wird, ein Erfassen eines Verunreinigungszustands einschließlich eines Überwachens eines Ausmaßes einer Ventilbetätigung der ersten Ventileinrichtung, und/oder ein Erfassen eines Verunreinigungszustands einschließlich eines Betreibens eines Abgasstromsensors, der an einer Stelle stromabwärts der ersten Ventileinrichtung angeordnet ist.
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Eine weitere Ausführungsform enthält einen Verbrennungsmotor mit einem oder mehreren Hubkolben, eine Einrichtung zum Erzeugen eines Abgasstroms mit dem Motor, eine Einrichtung zum Leiten zumindest eines Teils des Abgasstroms durch einen Abgaskühler, eine Einrichtung zum Modulieren des Abgasstromdurchflusses aus dem Abgaskühler mit einer ersten Ventileinrichtung zum Ansaugen durch den Motor, eine Einrichtung zum Erfassen eines Verunreinigungszustands der ersten Ventileinrichtung, und eine Einrichtung zum Umleiten zumindest eines Teils des Abgasstroms, um den Abgaskühler zumindest teilweise zu umgehen und die Temperatur der ersten Ventileinrichtung anzuheben, um in Abhängigkeit des Verunreinigungszustands eine Ventilverunreinigung zu verringern.
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Eine noch weitere Ausführungsform enthält einen Verbrennungsmotor mit einem oder mehreren Hubkolben, eine Einrichtung zum Erzeugen eines Abgasstroms mit dem Motor, eine Einrichtung zum Leiten zumindest eines Teils des Abgasstroms durch ein Abgasrückführungssystem, eine Einrichtung zum Steuern des Abgasdurchflusses durch das Abgasrückführungssystem mit einer ersten Ventileinrichtung, eine Einrichtung zum Erfassen eines Verunreinigungszustands der ersten Ventileinrichtung, und eine Einrichtung zum Erhöhen der Temperatur der ersten Ventileinrichtung, um in Abhängigkeit des Verunreinigungszustands eine Verunreinigung aus der ersten Ventileinrichtung zu entfernen.
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Obzwar die Erfindung in den Figuren und der vorstehenden Beschreibung dargestellt und genau beschrieben worden ist, ist selbige als beispielhaft und im Charakter nicht einschränkend anzusehen, wobei es sich versteht, dass lediglich die bevorzugten Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden sind und dass alle Änderungen und Abwandlungen, die innerhalb des Umfangs der Erfindungen liegen, geschützt sein sollen. Es versteht sich, dass obwohl die Verwendung von Worten wie vorzugsweise, bevorzugt, vorteilhafter oder noch vorteilhafter in der obigen Beschreibung angibt, dass das so beschriebene Merkmal wünschenswerter sein kann, es dennoch nicht nötig sein kann und Ausführungsformen ohne selbiges als im Schutzbereich der Erfindung angesehen werden können, wobei der Schutzbereich durch die folgenden Patentansprüche festgelegt ist. Beim Lesen der Patentansprüche soll eine Verwendung von Worten wie ”ein”, ”eines”, ”zumindest ein” oder ”zumindest ein Teil” keine Absicht darstellen, den Patentanspruch auf nur ein Element einzuschränken, falls es in dem Patentanspruch nicht speziell abweichend angegeben ist. Wenn der Begriff ”zumindest ein Teil” und/oder ”ein Teil” verwendet wird, kann das Element einen Teil und/oder das gesamte Element umfassen, falls nicht speziell abweichend angegeben.
