DE112012004677T5

DE112012004677T5 - Verfahren und Systeme zur Regenerierung eines Abgasumlaufkühlers

Info

Publication number: DE112012004677T5
Application number: DE112012004677.3T
Authority: DE
Inventors: Michael Easter; Eric David Peters; Adam Edgar Klingbeil
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2011-11-09
Filing date: 2012-09-10
Publication date: 2014-09-18
Also published as: US9212630B2; AU2012336370A1; EA201490689A1; CN104185732A; AU2012336370B2; WO2013070308A1; EA031681B1; US20130111875A1; CN104185732B

Abstract

Es werden verschiedene Verfahren und Systeme zur Regenerierung eines Abgasumlaufkühlers bereitgestellt. Ein Beispielsverfahren beinhaltet das Anpassen der Kühlung von Abgas durch einen Abgasumlaufkühler, um eine Krümmerlufttemperatur während einer Leerlaufbedingung eines Motors aufrechtzuerhalten. Das Verfahren beinhaltet ferner das Initiieren einer Regenerierung des Abgasumlaufkühlers während der Leerlaufbedingung, wenn ein Wirkungsgrad des Abgasumlaufkühlers vor oder während der Leerlaufbedingung unter einen Schwellen-Wirkungsgrad sinkt.

Description

GEBIET
Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands betreffen Verbrennungsmotoren. Andere Ausführungsformen betreffen einen Abgasumlaufkühler in einem Abgasrückführungssystem, das mit einem Verbrennungsmotor verbunden ist.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Motoren können Abgas, das aus einem Motorabgassystem in ein Motoransaugsystem (eine Ansaugleitung) zurückgeführt wird, nutzen, – ein Verfahren, das als Abgasrückführung (AGR) bezeichnet wird, um Emissionen zu verringern, die Regulierungen unterliegen. Ferner können manche AGR-Systeme einen AGR-Kühler aufweisen, um eine Temperatur des zurückgeführten Abgases zu senken, bevor dieses in die Ansaugleitung eintritt. In einem solchen Beispiel kann es zu einem Fouling am AGR-Kühler kommen, wenn teilchenförmiges Material und andere Verbindungen (z. B. Ruß, Kohlenwasserstoffe, Öl, Kraftstoff, Rost, Asche, mineralische Ablagerungen und dergleichen) im Abgas sich im AGR-Kühler ansammeln, wodurch der Wirkungsgrad des AGR-Kühlers herabgesetzt wird und ein Druckabfall über dem AGR-Kühler vergrößert wird, sowie die Temperatur des Abgases, das den Kühler verlässt, erhöht wird, was zu erhöhten Emissionen und einer schlechteren Kraftstoffausnutzung führt.
KURZBESCHREIBUNG
In einer Ausführungsform beinhaltet ein Anpassen der Kühlung von Abgas durch einen Abgasumlaufkühler die Aufrechterhaltung einer Krümmerlufttemperatur während einer Leerlaufbedingung eines Motors. Das Verfahren beinhaltet ferner das Initiieren einer Regenerierung des AGR-Kühlers während der Leerlaufbedingung, wenn ein Wirkungsgrad des AGR-Kühlers vor oder während der Leerlaufbedingung unter einen Schwellen-Wirkungsgrad sinkt.
In einer Ausführungsform kann der Wirkungsgrad des AGR-Kühlers als Wärmeübertragungsverhältnis bezeichnet werden. Ein Wirkungsgrad unterhalb des Schwellen-Wirkungsgrads kann auf ein Fouling am AGR-Kühler hindeuten, da das Wärmeübertragungsverhältnis relativ niedrig ist. Während des Leerlaufzustands kann beispielsweise ein Abgasstrom durch den Abgasumlaufkühler verringert werden, wodurch eine Temperatur des Abgasumlaufkühlers sinkt. Wenn eine Temperatur des Abgasumlaufkühlers tief genug sinkt, kann der Aufwuchs von teilchenförmigem Material im AGR-Kühler wegbrechen, so dass der AGR-Kühler gereinigt wird. Ferner wird bei einer Gestaltung, bei der der Abgasumlaufkühler umgangen wird, das Abgas in eine Ansaugleitung eines Motors geleitet, ohne dass es gekühlt wird. So kann eine Kühlung von Ladeluft durch den Ladeluftkühler verstärkt werden, so dass eine Mischungstemperatur von Ladeluft und Abgas selbst während des Regenerierungsbetriebs des AGR-Kühlers auf einer gewünschten Krümmerlufttemperatur gehalten wird. Auf diese Weise kann der AGR-Kühler regeneriert werden, während eine AGR-Menge während einer Leerlaufbedingung des Motors aufrechterhalten wird und während außerdem auch eine Ladetemperatur aufrechterhalten wird.
Man beachte, dass die obige kurze Beschreibung als vereinfachte Einführung einer Auswahl von Konzepten gedacht ist, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben sind. Sie ist nicht dazu gedacht, die wichtigen oder essenziellen Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Bereich einzig und allein von den Ansprüchen definiert wird, die auf die ausführliche Beschreibung folgen. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche von den Nachteilen, die oben oder in irgendeinem Teil der Offenbarung angegeben sind, lösen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung erschließt sich besser aus der Lektüre der folgenden Beschreibung nicht-beschränkender Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung, worin nachstehend:
1 zeigt eine Skizze eines Fahrzeugs mit einem Abgasrückführungs- bzw. Abgasumlaufsystem, das einen Abgasumlaufkühler und eine Abgasumlaufkühlerumgehung aufweist.
2 zeigt eine Skizze eines Kühlsystems.
3 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Abgasstroms durch einen Abgasumlaufkühler während einer Nicht-Leerlaufbedingung des Motors zeigt.
4 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Abgasumlaufkühlers und eines Ladeluftkühlers eines Kühlsystems während einer Leerlaufbedingung des Motors zeigt.
5 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Regenerieren eines Abgasumlaufkühlers während einer Leerlaufbedingung des Motors zeigt.
6 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Regenerieren eines Abgasumlaufkühlers während einer Leerlaufbedingung des Motors zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung betrifft verschiedene Ausführungsformen von Verfahren und Systemen zum Regenerieren eines Abgasumlauf-(AGR-)Kühlers. In einer Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren das Anpassen der Kühlung von Abgas durch einen AGR-Kühler und von Ladeluft durch einen Ladeluftkühler, um eine Krümmerlufttemperatur während einer Leerlaufbedingung eines Motors aufrechtzuerhalten. Wie hierin verwendet, schließt ”aufrechterhalten” mögliche Abweichungen oder Schwankungen in Bezug auf die Krümmerlufttemperatur und das System (oder Verfahren), die dazu dienen, die Krümmerlufttemperatur wiederherzustellen, ein. Das Verfahren beinhaltet ferner das Initiieren einer Regenerierung des AGR-Kühlers während der Leerlaufbedingung, wenn ein Wirkungsgrad des AGR-Kühlers vor oder während der Leerlaufbedingung unter einen Schwellen-Wirkungsgrad sinkt. In manchen Ausführungsformen kann ein AGR-System eine AGR-Kühlerumgehung mit einem AGR-Kühlerumgehungsventil (oder einem anderen Steuerelement) aufweisen. Bei einer solchen Gestaltung kann der AGR-Kühler umgangen werden, während eine AGR-Menge aufrechterhalten wird. Aufgrund dessen, dass ungekühltes Abgas in eine Ansaugleitung des Motors gelangt, kann die Kühlung von Ladeluft durch den Ladeluftkühler verstärkt werden, so dass eine Mischungstemperatur von Abgas und Ladeluft bei einer gewünschten Krümmerlufttemperatur gehalten wird. Wie hierin beschrieben, kann die Regenerierung des AGR-Kühlers nicht nur dadurch initiiert werden, dass ein Abgasstrom durch den AGR-Kühler verringert wird, sondern auch durch Verringern eines Kühlfluidstroms durch den AGR-Kühler, während der Abgasstrom durch den AGR-Kühler unterbrochen wird und/oder durch Senken eine Temperatur des Kühlfluids über einen Kühlköper des Motors.
In einer Ausführungsform kann der AGR-Kühler Teil eines AGR-Systems sein, das mit einem Motor in einem Fahrzeug verbunden ist. Es wird ein Lokomotivensystem als ein Beispiel für Fahrzeugtypen beschrieben, die einen Motor aufweisen, an dem das Kühlsystem angebracht ist. Andere Fahrzeugtypen können für die Straße ausgelegte Fahrzeuge und andere nicht für die Straße ausgelegte Fahrzeuge außer Lokomotiven, wie Bergbauausrüstung und Wasserfahrzeuge, beinhalten. Andere Ausführungsformen der Erfindung können für Kühlsysteme verwendet werden, die mit stationären Motoren verbunden sind. Der Motor kann ein Dieselmotor sein, oder er kann einen anderen Kraftstoff oder eine Kombination von Kraftstoffen verbrennen. Solche anderen Kraftstoffe können Benzin, Kerosin, Biodiesel, Erdgas und Ethanol beinhalten. In geeigneten Motoren kann eine Kompressionszündung oder eine Fremdzündung verwendet werden.
1 ist ein Blockschema eines Ausführungsbeispiels für ein Fahrzeugsystem 100, hier als Lokomotive oder anderes Schienenfahrzeug 106 dargestellt, das dafür ausgelegt ist, über mehrere Räder 112 auf einer Schiene 102 zu fahren. Wie dargestellt, weist das Schienenfahrzeug 106 ein Motorsystem mit einem Motor 104, beispielsweise einem Verbrennungsmotor, auf.
Der Motor 104 empfängt angesaugte Luft zur Verbrennung von einem Einlass, beispielsweise einem Ansaugkrümmer 115. Bei dem Einlass kann es sich um jede geeignete Leitung oder um Leitungen handeln, durch die Gase strömen und in den Motor gelangen. Zum Beispiel kann der Einlass den Ansaugkrümmer 115, eine Ansaugleitung 114 und dergleichen umfassen. Die Ansaugleitung 114 empfängt Luft aus der Umgebung von einem (nicht dargestellten) Luftfilter, der Luft aus der Umgebung des Schienenfahrzeugs 106 filtert. Abgas, das aus Verbrennung im Motor 104 entsteht, wird zu einem Auslass, beispielsweise einer Abgasleitung 116 geliefert. Bei dem Auslass kann es sich um jede geeignete Leitung handeln, durch die Gase aus dem Motor strömen. Zum Beispiel kann der Auslass einen Abgaskrümmer 117, die Abgasleitung 116 und dergleichen umfassen. Abgas strömt durch die Abgasleitung 116 und aus einem (nicht dargestellten) Abgaskamin des Schienenfahrzeugs 106.
In dem Ausführungsbeispiel, das in 1 dargestellt ist, ist der Motor 104 ein V12-Motor mit zwölf Zylindern. In anderen Beispielen kann der Motor ein V6-, V8-, V10-, V16-, I4-, I6-, I-8-, Viertaktboxermotor oder anderer Motortyp sein. Wie dargestellt, weist der Motor 104 auf: eine Gruppe aus Nicht-Spenderzylindern 105, die sechs Zylinder beinhaltet, welche Abgas ausschließlich zu einem Nicht-Spenderzylinder-Abgaskrümmer 117 liefern, und eine Gruppe aus Spenderzylindern (107), die sechs Zylinder beinhaltet, welche Abgas ausschließlich zu einem Spenderzylinder-Abgaskrümmer 119 liefern. In anderen Ausführungsformen kann der Motor mindestens einen Spenderzylinder und mindestens einen Nicht-Spenderzylinder aufweisen. Zum Beispiel kann der Motor vier Spenderzylinder und acht Nicht-Spenderzylinder oder drei Spenderzylinder und neun Nicht-Spenderzylinder aufweisen. Man beachte, dass der Motor jede gewünschte Anzahl von Spenderzylindern und Nicht-Spenderzylindern aufweisen kann, wobei die Anzahl der Spenderzylinder in der Regel kleiner ist als die Anzahl der Nicht-Spenderzylinder.
Wie in 1 dargestellt ist, sind die Nicht-Spenderzylinder 105 mit der Abgasleitung 116 verbunden, um Abgas aus dem Motor in die Atmosphäre zu leiten (nachdem es ein Abgasbehandlungssystem 130 und erste und zweite Turbolader 120 und 124 durchströmt hat). Die Spenderzylinder 107, die für eine Motorabgasrückführung (AGR) sorgen, sind ausschließlich mit einer AGR-Leitung 162 eines AGR-Systems 160 verbunden, das Abgas von den Spenderzylindern 107 zur Ansaugleitung 114 des Motors 104 und nicht in die Atmosphäre leitet. Durch Einführen von Abgas in den Motor 104 wird die Menge an Sauerstoff, der für die Verbrennung zur Verfügung steht, verringert, wodurch die Temperaturen der Verbrennungsflamme gesenkt werden und die Bildung von Stickoxiden (z. B. NO_x) verringert wird.
In dem in 1 dargestellten Beispiel strömt Abgas, das aus den Spenderzylindern 107 kommt, zur Ansaugleitung 114, durchläuft einen Wärmetauscher, beispielsweise einen AGR-Kühler 166, um eine Temperatur des Abgases zu senken (z. B. dieses zu kühlen), bevor das Abgas in die Ansaugleitung zurückströmt. Der AGR-Kühler 166 kann beispielsweise ein Luft-zu-Flüssigkeit-Wärmetauscher sein. Das AGR-System 160 weist ferner eine AGR-Kühlerumgehung 168 mit einem Umgehungssteuerelement 170 auf. Das AGR-Umgehungssteuerelement 170 kann ein Ventil sein, beispielsweise ein Ein/Aus-Ventil, das von einer Steuereinheit 180 gesteuert wird, oder es kann beispielsweise eine variable AGR-Menge steuern. Das AGR-Umgehungssteuerelement 170 kann so betätigt werden, dass eine AGR-Menge, die durch den AGR-Kühler 166 strömt, verringert ist, und dass Abgas mit einer höheren Temperatur in die Ansaugleitung 114 eintritt. In einem solchen Beispiel können einer oder mehrere Ladeluftkühler 132 und 134, die in der Ansaugleitung 114 angeordnet sind (z. B. stromaufwärts von da, wo das zurückgeführte Abgas einritt), so angepasst werden, dass sie das Kühlen der Ladeluft weiter verstärken, so dass eine Mischungstemperatur von Ladeluft und Abgas auf einer gewünschten Temperatur gehalten wird, wie nachstehend beschrieben. In anderen Beispielen muss das AGR-System 160 keine Umgehung des AGR-Kühlers aufweisen. Alternativ dazu kann das AGR-System ein Steuerelement für den AGR-Kühler aufweisen. Das Steuerelement für den AGR-Kühler kann so betätigt werden, dass der Abgasstrom durch den AGR-Kühler verringert wird; jedoch wird bei einer solchen Gestaltung Abgas, das nicht durch den AGR-Kühler strömt, zur Abgasleitung 116 gelenkt und nicht zur Ansaugleitung 114.
Ferner weist das AGR-System 160 ein AGR-Steuerelement 164 auf, das zwischen der Abgasleitung 116 und der AGR-Leitung 162 angeordnet ist. Das AGR-Steuerelement 164 kann ein AUF/ZU-Ventil sein, das von der Steuereinheit 180 gesteuert wird (um den AGR-Strom an- und abzustellen), oder es kann beispielsweise eine variable AGR-Menge steuern. In manchen Beispielen kann das AGR-Steuerelement 164 so betätigt werden, dass eine AGR-Menge verringert wird (Abgas von der AGR-Leitung 162 zur Abgasleitung 116 strömt). In anderen Beispielen kann das AGR-Steuerelement 164 so betätigt werden, dass die AGR-Menge vergrößert wird (Abgas z. B. von der Abgasleitung 116 zur AGR-Leitung 162 strömt). In manchen Ausführungsformen kann das AGR-System 160 mehrere AGR-Ventile oder andere Durchflusssteuerungselemente aufweisen, um die AGR-Menge zu steuern.
In anderen Ausführungsformen muss der Motor keine Zylinder aufweisen, die für AGR ausgelegt sind, beispielsweise muss der Motor keine Spenderzylinder aufweisen. Bei einer solchen Gestaltung kann AGR von einer Stelle in der Abgasleitung zur Ansaugleitung geleitet werden. In manchen Beispielen kann die AGR-Menge von einem oder mehreren AGR-Ventilen (oder anderen Durchfluss-Steuerelementen), die in einer AGR-Leitung zwischen der Ansaugleitung und der Abgasleitung angeordnet sind, gesteuert werden.
Wie in 1 dargestellt ist, weist das Motorsystem 100 ferner einen AGR-Mischer 172 auf, der das zurückgeführte Abgas mit Ladeluft mischt, so dass das Abgas innerhalb der Mischung aus Ladeluft und Abgas gleichmäßig verteilt werden kann. In dem in 1 dargestellten Beispiel ist das AGR-System 160 ein Hochdruck-AGR-System, das Abgas von einer Stelle stromaufwärts von Turboladern 120 und 124 in der Abgasleitung 116 an eine Stelle stromabwärts von den Turboladern 120 und 124 in der Ansaugleitung 114 leitet. In anderen Ausführungsformen kann das Fahrzeugsystem 100 zusätzlich oder alternativ dazu ein Niederdruck-AGR-System aufweisen, das Abgas von einer Stelle stromabwärts von den Turboladern 120 und 124 in der Abgasleitung 116 an eine Stelle stromaufwärts von den Turboladern 120 und 124 in der Ansaugleitung 114 leitet.
Wie in 1 dargestellt ist, weist das Fahrzeugsystem 100 ferner einen zweistufigen Turbolader auf, bei dem der erste Turbolader 120 und der zweite Turbolader 124 hintereinander angeordnet sind, wobei jeder von den Turboladern 120 und 124 zwischen der Ansaugleitung 114 und der Abgasleitung 116 angeordnet ist. Der zweistufige Turbolader erhöht die Luftbeladung mit Außenluft, die in die Ansaugleitung 114 gesaugt wird, um eine größere Ladungsdichte während der Verbrennung bereitzustellen, um die Leistungsausgabe und/oder den Wirkungsgrad des Motorbetriebs zu erhöhen. Der erste Turbolader 120 arbeitet bei einem relativ niedrigeren Druck und weist eine erste Turbine 121 auf, die einen ersten Kompressor 122 antreibt. Die erste Turbine 121 und der erste Kompressor 122 sind über eine erste Welle 123 mechanisch verbunden. Der zweite Turbolader 124 arbeitet bei einem relativ höheren Druck und weist eine zweite Turbine 125 auf, die einen zweiten Kompressor 126 antreibt. Die zweite Turbine und der zweite Kompressor sind über eine zweite Welle 127 mechanisch verbunden. In dem in 1 dargestellten Beispiel ist der zweite Turbolader 124 mit einem Ladedruckregelventil 128 ausgestattet, das ein Leiten von Abgas vorbei am zweiten Turbolader 124 ermöglicht. Das Ladedruckregelventil 128 kann beispielsweise geöffnet werden, um den Abgasstrom von der zweiten Turbine 125 weg zu leiten. Auf diese Weise kann die Drehzahl der Kompressoren 126 und somit der Ladedruck, der von den Turboladern 120, 124 zum Motor 104 geliefert wird, im stationären Zustand reguliert werden. In anderen Ausführungsformen kann jeder von den Turboladern 120 und 124 mit einem Ladedruckregelventil ausgestattet sein, oder es kann auch nur der zweite Turbolader 124 mit einem Ladedruckregelventil ausgestattet sein.
Das Fahrzeugsystem 100 weist ferner ein Abgasbehandlungssystem 130 auf, das in die Abgasleitung eingefügt ist, um regulierte Emissionen zu verringern. Wie in Fig. dargestellt ist, ist das Abgasbehandlungssystem 130 stromabwärts von der Turbine 121 des ersten (Niederdruck-)Turboladers 120 angeordnet. In anderen Ausführungsformen kann ein Abgasbehandlungssystem zusätzlich oder alternativ dazu stromaufwärts vom ersten Turbolader 120 angeordnet sein. Das Abgasbehandlungssystem 130 kann eine oder mehrere Komponenten aufweisen. Zum Beispiel kann das Abgasbehandlungssystem 130 einen oder mehrere Dieselpartikelfilter (DPF), einen Dieseloxidationskatalysator (DOC), einen selektiv-katalytischen Reduktions-(SCR-)Katalysator, einen Dreiwegekatalysator, eine NOx-Falle und/oder verschiedene andere Emissionssteuervorrichtungen oder Kombinationen davon aufweisen.
Das Fahrzeugsystem 106 weist ferner eine Steuereinheit 180 auf, die so vorgesehen und gestaltet ist, dass sie verschiedene Komponenten steuert, die mit dem Fahrzeugsystem 100 in Zusammensetzung stehen. In einem Beispiel weist die Steuereinheit 180 ein Computer-Steuersystem auf. Die Steuereinheit 180 weist ferner (nicht dargestellte) nicht-flüchtige, computerlesbare Speichermedien auf, die Code enthalten, um eine On-Board-Überwachung und -Regelung des Betriebs des Schienenfahrzeugs zu ermöglichen. Die Steuereinheit 180 leitet zwar die Regelung und Steuerung des Fahrzeugsystems 100, kann aber auch so gestaltet sein, dass sie Signale von verschiedenen Motorsensoren empfängt, wie hierin näher ausgeführt wird, um Betriebsparameter und Betriebsbedingungen zu bestimmen, und um dementsprechend verschiedene Motorstellglieder anzupassen, um den Betrieb des Schienenfahrzeugs 106 zu steuern. Zum Beispiel kann die Steuereinheit 180 Signale von verschiedenen Motorsensoren empfangen, die unter anderem eine Motordrehzahl, eine Motorlast, einen Ladedruck, einen Umgebungsdruck, eine Abgastemperatur, einen Abgasdruck usw. beinhalten Dementsprechend kann die Steuereinheit 180 das Fahrzeugsystem 100 dadurch steuern, dass sie Befehle an verschiedene Komponenten, wie Fahrmotoren, Wechselstromgeneratoren, Zylinderventile, Drosselklappen, Wärmetauscher, Ladedruckregelventile oder andere Ventile oder Durchflusssteuerungselemente usw. ausgibt.
Als weiteres Beispiel kann die Steuereinheit Signale von verschiedenen Temperatursensoren empfangen, die an verschiedenen Stellen im gesamten Fahrzeugsystem angeordnet sind. Zum Beispiel kann die Steuereinheit Signale von einem ersten Abgastemperatursensor 182, der stromaufwärts vom AGR-Kühler 166 angeordnet ist, von einem zweiten Abgastemperatursensor 183, der stromabwärts vom AGR-Kühler im AGR-System 160 angeordnet ist, und von einem Krümmerlufttemperatur-(MAT-)Sensor 181, der im Ansaugkrümmer 115 angeordnet ist, empfangen. Auf Basis der empfangenen Signale, die die AGR-Temperaturen und die Krümmerlufttemperatur anzeigen, kann beispielsweise einer oder können beide von dem Ladeluftkühlern 132 und 134 so angepasst werden, dass eine gewünschte Krümmerlufttemperatur erreicht wird. In anderen Beispielen kann bzw. können das AGR-Kühlerumgehungs-Steuerelement 170 und/oder das AGR-Steuerelement 164 so angepasst werden, dass eine Abgasmenge, die durch den AGR-Kühler strömt, gesteuert wird, um die Krümmerlufttemperatur zu regeln.
In manchen Ausführungsformen kann ein Upgrade-Kit in einem Schienenfahrzeug installiert sein, das ein nicht-flüchtiges, computerlesbares Medium beinhaltet, das Befehle enthält zur Regenerierung eines AGR-Kühlers durch Steuern eines Abgasstroms durch den AGR-Kühler und Anpassen eines Ladeluftkühlers, um eine Krümmerlufttemperatur während der Regenerierung aufrechtzuerhalten. Das Upgrade-Kit kann ferner einen oder mehrere Sensoren oder andere mechanische Elemente aufweisen, wie Temperatursensoren, Drucksensoren, Ventile und dergleichen. Ferner kann das Upgrade-Kit ferner Medien beinhalten mit von Menschen lesbaren Befehlen zum Installieren der zusätzlichen Sensoren, mechanischen Elemente und/oder eines Software-Upgrades.
Das in 1 dargestellte Fahrzeugsystem kann ferner ein Kühlsystem aufweisen, beispielsweise das als Beispiel in 2 dargestellte Kühlsystem. Das Kühlsystem 200 wälzt ein Kühlfluid (in 2 mit einer gestrichelten Linie angegeben) durch Zylindermäntel 202 von Zylindern des Motors 104 um, um Motorabwärme zu absorbieren und um das erwärmte Kühlfluid an einem Wärmetauscher, beispielsweise einen Kühlkörper 204, abzugeben. Das Kühlsystem wälzt ferner das Kühlfluid durch andere Wärmetauscher um, um die Luft, die durch die Wärmetauscher strömt, beispielsweise den Abgasrückführungs-Wärmekühler 166 und die Ladeluftkühler 132 und 134 (von denen in 2 nur 134 dargestellt ist), zu kühlen. Wie hierin verwendet, bezeichnet ”Kühlfluid” eine Wärme transportierende Flüssigkeit oder ein Wärme transportierendes halbflüssiges Material Beispiele für geeignete Kühlfluide sind unter anderen Wasser, Glycole, Salzlösungen, Alkohole und Mischungen aus zwei oder mehr der genannten. In manchen Ausführungsformen kommen auch exotischere Materialien und/oder die Leistung beeinflussende Zusätze in Betracht, um Korrosionshinderer, Entschäumungsmittel, Antischlammmittel, Detergenzien, Antigelierungsmittel, Biozide, Leckverhütungsmittel (wie Silicate) oder Fixierungsmittel (wie einen Farbstoff), Frostschutzmittel (wie die oben genannten Glycole und Alkohole) und dergleichen, einzubeziehen.
Wie in 2 dargestellt ist, wird das Fluid in einem Kühlfluidreservoir 206 aufbewahrt. Das Kühlfluid wird von einer Pumpe 208 aus dem Kühlfluidreservoir 206 zu den Zylindermänteln 202 des Motors 104 und zum AGR-Kühler 166 gepumpt. Wie dargestellt, weist das Kühlsystem 200 eine Stromaufteilungsschleife auf, in der ein Teil 210 (ein erster Teil) des Kühlfluids durch den Motor 104 strömt und ein anderer Teil 212 (ein zweiter Teil) des Kühlfluids durch den AGR-Kühler strömt. Zum Beispiel können 40% des Kühlfluids durch den AGR-Kühler 166 strömen und 60% können durch den Motor 104 strömen. Als anderes Beispiel können 35% des Kühlfluids durch den AGR-Kühler 166 strömen und 65% können durch den Motor 104 strömen. Man beachte, dass das Kühlfluid in jedem geeigneten Verhältnis aufgeteilt werden kann. Eine Temperatur des Kühlfluids wird von einem Motorkühlfluidzulauf-Temperatursensor 214 bestimmt. Ferner weist das Kühlsystem 200 ein Steuerelement 216, beispielsweise ein Ventil oder anderes geeignetes Steuerelement auf, um den Strom von Kühlfluid in den AGR-Kühler 166 zu steuern. Wie nachstehend ausführlicher mit Bezug auf 5 beschrieben wird, kann das Steuerelement 216 beispielsweise so gesteuert werden, dass es sich während eines Motorleerlaufbetriebs schließt, um eine Regenerierung des AGR-Kühlers 166 zu initiieren.
Kühlfluid 218, das aus den Zylindermänteln 202 des Motors 104 austritt, wird mit Kühlfluid 220 kombiniert, das den AGR-Kühler 166 verlässt, bevor es in den Kühlkörper 204 eintritt. Eine Motorkühlfluidablauftemperatur wird von einem Temperatursensor 222 bestimmt. Der Kühlkörper 204 kann ein Luft-Flüssigkeit-Wärmetauscher sein, der das Kühlfluid, das durch den Kühlkörper 204 strömt, über Luftstrom kühlt. Somit kann der Kühlkörper 204 ein Gebläse (nicht dargestellt) aufweisen, das eine anpassbare Drehzahl aufweisen kann, um den Grad der Kühlung des Kühlkörpers 204 zu steuern. Ein Teil 224 des Kühlfluids verlässt den Kühlkörper 204 und strömt zurück zum Kühlfluidreservoir 206. Der verbliebene Teil 226 des Kühlfluids strömt zu einem Hilfskühler 228, wo das Kühlfluid auf eine tiefere Temperatur gekühlt wird als das Kühlfluid, das vom Kühlkörper 204 gekühlt wird. Wie der Kühlkörper 204 kann auch der Hilfskühler 228 ein Luft-Flüssigkeit-Wärmetauscher sein, der ein Gebläse mit anpassbarer Drehzahl aufweist.
Kühlfluid strömt durch den Hilfskühler 228 zu einem Ölkühler 230, der Teil eines Motorölsystems des Kühlsystems 200 ist. Der Ölkühler 230 kann ein Flüssigkeit-Flüssigkeit-Wärmetauscher sein, der Motoröl über das Kühlfluid kühlt. Das Kühlfluid tritt aus dem Ölkühler 230 aus und strömt zum Ladeluftkühler 134, der stromabwärts von den Turboladern 120 und 124 angeordnet ist (in 1 dargestellt). In manchen Ausführungsformen kann das Kühlfluid zusätzlich oder alternativ zu einem Ladeluftkühler 132 strömen, der zwischen den Turboladern 120 und 124 angeordnet ist. Der Ladeluftkühler 134 kann ein Flüssigkeit-Luft-Wärmetauscher sein, der die aus der Umgebung in den Motor angesaugte Luft (z. B. Ladeluft) kühlt. In anderen Beispielen kann der Ladeluftkühler 134 ein Luft-zu-Luft-Wärmetauscher sein, der ein anpassbares Gebläse aufweist, um eine Wärmeabgaberate zu ändern. Kühlfluid tritt aus dem Ladeluftkühler 134 aus und kehrt in das Kühlfluidreservoir 206 zurück.
Wie oben erwähnt, weist das Kühlsystem 200 ferner ein Motorölsystem auf, das Motoröl (von einer Punkt-Strich-Linie in 2 dargestellt) oder ein anderes geeignetes Schmiermittel durch den Motor wälzt. Motoröl, das mit Motorabwärme erwärmt wird, wird über eine Pumpe 232 vom Motor zum Ölkühler 230 gepumpt. Eine Motorölablauftemperatur wird von einem Temperatursensor 234 bestimmt.
Motoröl strömt vom Motorölkühler 230 zu einem Ölfiltersystem 236, wo Teilchen aus dem Motoröl herausgefiltert werden, bevor das gekühlte Motoröl zurück zum Motor strömt. Eine Motorölzulauftemperatur wird von einem Temperatursensor 238 bestimmt. Wie in 2 dargestellt ist, weist das Motorölsystem ferner eine feste Motorölumleitung 240 mit einem Thermostat 242 auf. Zum Beispiel kann der Thermostat 242 offen sein, so dass Motoröl durch die Motorölumleitung 240 strömen kann, wenn eine Umgebungstemperatur höher ist als eine Schwellentemperatur. Auf diese Weise kann ein Motorölstrom zum Motor verstärkt werden, da das Ölfiltersystem 236 nicht den gesamten Motorölstrom beschränkt.
Somit weist das Fahrzeugsystem ein AGR-System mit einem AGR-Kühler und einer AGR-Kühlerumgehung mit einem AGR-Kühlerumgehungs-Steuerelement auf. Das Umgehungssteuerelement kann so gesteuert werden, dass es den Abgasstrom durch den AGR-Kühler verringert. Da das Abgas durch die AGR-Kühlerumgehung strömen kann, kann eine Gesamt-AGR-Menge auch dann aufrechterhalten werden, wenn ein Abgasstrom durch den AGR-Kühler verringert ist. Ferner kann das Kühlsystem so gesteuert werden, dass ein Kühlfluidstrom durch den AGR-Kühler verringert ist. Auf diese Weise kann die Temperatur im AGR-Kühler so gesenkt werden, dass der AGR-Kühler regeneriert werden kann, wie nachstehend ausführlicher beschrieben ist.
3–6 zeigen Flussdiagramme, die Steuerverfahren für ein Fahrzeugsystem zeigen, das ein AGR-System mit einem AGR-Kühler aufweist. 3 zeigt ein Verfahren zum Steuern eines Abgasstroms durch den AGR-Kühler während eines Nicht-Leerlaufbetriebsmodus. 4 zeigt ein Verfahren zum Steuern eines Kühlsystems, das einen AGR-Kühler und einen Ladeluftkühler aufweist, während eines Leerlauf-Motorbetriebsmodus. In einem Fahrzeug, beispielsweise einem Schienenfahrzeug, können bis zu 50% oder mehr des Motorbetriebs einen Motorleerlaufbetrieb darstellen. In einem speziellen, nicht beschränkenden Beispiel kann ein Leerlaufbetrieb ganze 168 Stunden am Stück ausmachen. Während dieser Zeit kann AGR erwünscht sein, um beispielsweise Emissionen, die Regulierungen unterliegen, zu verringern, die somit durch den AGR-Kühler geleitet werden können. Wegen einer niedrigeren Abgastemperatur und Geschwindigkeit während des Leerlaufbetriebs kann die Wahrscheinlichkeit eines Fouling des AGR-Kühlers steigen. Während des Leerlaufbetriebsmodus kann daher eine Regenerierung des AGR-Kühlers auf Basis eines Wirkungsgrads des AGR-Kühlers initiiert werden. Verfahren zur Regenerierung des AGR-Kühlers sind in 5 und 6 dargestellt. Die mit Bezug auf 3–6 beschriebenen Verfahren können von derselben Steuereinheit ausgeführt werden. zum Beispiel können die Verfahren nacheinander auf Basis der Betriebsbedingungen des Motors ausgeführt werden.
3 zeigt ein Verfahren 300 zum Steuern eines Abgasstroms durch eine AGR-Kühler während eines Nicht-Leerlaufbetriebs des Motors in einem AGR-System, das eine AGR-Kühlerumgehung aufweist, wie ein AGR-System 160, das oben mit Bezug auf 1 beschrieben ist. Genauer beinhaltet das Verfahren 300 das Bestimmen einer Motorkühlfluidtemperatur und das Anpassen eines Abgasstroms durch den AGR-Kühler auf Basis der Motorkühlfluidtemperatur.
Bei Schritt 302 werden Motorbetriebsbedingungen bestimmt. Motorbetriebsbedingungen können Umgebungstemperatur und/oder -druck, Abgastemperatur, Motorkühlfluidtemperatur, Motorlast, Motordrehzahl und dergleichen beinhalten.
Sobald die Betriebsbedingungen bestimmt worden sind, wird die Motorkühlfluidtemperatur bei Schritt 304 bestimmt. In manchen Beispielen kann die Motorkühlfluidtemperatur beispielsweise von einem Motorkühlfluidtemperatursensor gemessen werden.
Bei Schritt 306 wird bestimmt, ob die Motorkühlfluidtemperatur unter einer Schwellentemperatur liegt. Die Motorkühlfluid-Schwellentemperatur kann auf der Motortemperatur und/oder einem Wärmetausch mit Abgas basieren. Wenn die Motortemperatur beispielsweise relativ niedrig ist und die Kühlfluidtemperatur relativ niedrig ist, kann der Wärmetausch mit dem Abgas im AGR-Kühler verringert oder ausgesetzt werden, so dass eine Temperatur des zurückgeführten Gases nicht zu stark sinkt. Als nicht-beschränkendes Beispiel kann die Schwellentemperatur. 140°F (60°C) betragen.
Wenn die Motorkühlfluidtemperatur unter der Schwellentemperatur liegt, geht das Verfahren somit zu Schritt 308 weiter, wo das AGR-Kühlerumgehungsventil geöffnet wird, um den Abgasstrom durch den AGR-Kühler zu verringern. In manchen Beispielen kann das Umgehungsventil ganz geöffnet werden, um den Abgasstrom zum AGR-Kühler zu unterbrechen, so dass alles Abgas, das durch das AGR-System strömt, durch die AGR-Kühlerumgehung geleitet wird. In anderen Beispielen kann das Umgehungsventil teilweise geöffnet werden, so dass ein Teil des Abgases, das durch das AGR-System strömt, durch die AGR-Kühlerumgehung geleitet wird und der verbliebene Teil weiterhin durch den AGR-Kühler strömt. In manchen Ausführungsformen muss das AGR-System keine AGR-Kühlerumgehung aufweisen, sondern kann stattdessen ein AGR-Kühlerventil aufweisen. In solch einer Ausführungsform können das AGR-Kühlerventil und ein AGR-Ventil bei Schritt 308 angepasst werden. Auf diese Weise kann der Abgasstrom durch den AGR-Kühler verringert werden; jedoch wird Abgas zur Abgasleitung geleitet und nicht zum Ansaugleitung, wodurch eine AGR-Menge verringert wird.
Bei Schritt 310 wird das Kühlen durch den Ladeluftkühler angepasst, um eine gewünschte Krümmerlufttemperatur aufrechtzuerhalten. Da die Temperatur des zurückgeführten Abgases höher ist, da das Abgas nicht durch den Kühler strömt, steigt zum Beispiel eine Mischungstemperatur von Abgas und Ladeluft, wodurch die Krümmerlufttemperatur steigt. Somit kann das Kühlen durch den Ladeluftkühler angepasst werden. Die gewünschte Krümmerlufttemperatur kann auf Motorbetriebsbedingungen basieren wie der Motorlast, dem Luft-Kraftstoffverhältnis und dergleichen. In einem Beispiel kann das Kühlen durch Erhöhen einer Gebläsedrehzahl des Ladeluftkühlers verstärkt werden. In einem anderen Beispiel kann das Kühlen durch den Ladeluftkühler durch Erhöhen der Gebläsedrehzahl des Motorkühlkörpers verstärkt werden, um die Kühlung des Kühlfluids, das durch den Ladeluftkühler strömt, zu verstärken. In einem anderen Beispiel kann das Kühlen durch den Ladeluftkühler durch Anpassen eines Thermostats im Kühlsystem verstärkt werden. Man beachte, dass eine Kühlung der Ladeluft durch den Ladeluftkühler auf jede geeignete Weise durchgeführt werden kann.
Wenn andererseits bestimmt wird, dass die Motorkühlfluidtemperatur über der Schwellentemperatur liegt, geht das Verfahren zu Schritt 312 weiter, wo das AGR-Kühlerumgehungsventil geschlossen wird, um den Abgasstrom durch den AGR-Kühler zu erhöhen. In manchen Beispielen kann das AGR-Kühlerumgehungsventil ganz geschlossen werden, so dass im Wesentlichen sämtliches Abgas, das durch das AGR-System strömt, durch den AGR-Kühler strömt. In anderen Beispielen kann das Umgehungsventil teilweise geschlossen werden, so dass ein Teil des Abgases durch die AGR-Kühlerumgehung geleitet wird und der verbliebene Teil durch den AGR-Kühler strömt. Wie oben beschrieben, muss das AGR-System in manchen Ausführungsformen keine Umgehung des AGR-Kühlers aufweisen. In einer solchen Ausführungsform können das AGR-Kühlerventil und ein AGR-Ventil so angepasst werden, dass ein Abgasstrom durch das AGR-Ventil verringert ist und eine AGR-Menge verringert ist.
Bei Schritt 314 werden das AGR-Kühlerumgehungsventil und/oder der Ladeluftkühler angepasst, um eine gewünschte Krümmerlufttemperatur aufrechtzuerhalten. Zum Beispiel kann das Kühlen durch den Ladeluftkühler verstärkt werden, wenn ein Abgasstrom durch den AGR-Kühler verringert wird. Wenn ein Abgasstrom durch den AGR-Kühler verstärkt wird, kann ein Kühlen durch den Ladeluftkühler verringert werden. Wie oben angegeben, kann die gewünschte Krümmerlufttemperatur auf verschiedenen Motorbetriebsparametern basieren wie der Motorlast, dem Luft-Kraftstoffverhältnis und dergleichen.
So kann ein Abgasstrom durch den AGR-Kühler auf Basis der Motorkühlfluidtemperatur angepasst werden. Wenn die Motorkühlfluidtemperatur niedrig ist, beispielsweise kurz nach einem Motorstart, kann Abgas durch die AGR-Kühlerumgehung oder die Abgasleitung geleitet werden und nicht durch den AGR-Kühler. Sobald die Motorkühlfluidtemperatur die Schwellentemperatur erreicht hat, kann das Abgas durch den AGR-Kühler zur Ansaugleitung des Motors geleitet werden.
In manchen Ausführungsformen kann das Fahrzeugsystem ein automatisches Motorstart/-stopp-System (AESS) aufweisen. Das AESS-System überwacht Betriebsparameter wie die Umgebungstemperatur, den Batterieladezustand, den Luftdruck des Bremsensystems, die Temperatur des Kühlfluids und dergleichen. Auf Basis der überwachten Betriebsparameter stellt das AESS-System den Motor ab, wenn ein Motorleerlaufbetrieb erfasst wird, während es das Schienenfahrzeug in einem startbereiten Zustand hält. Somit kann der Wirkungsgrad des Fahrzeugsystems erhöht werden. Zum Beispiel wird während des Leerlaufbetriebs Kraftstoff gespart und Emissionen werden verringert. In manchen Beispielen kann es dem AESS-System jedoch nicht gelingen, den Motor abzustellen. Zum Beispiel kann das AESS-System unter Bedingungen, wo die Umgebungstemperatur zu niedrig ist, versagen. Infolgedessen können Steuerverfahren zur Verringerung des Fouling im AGR-Kühler und eine Regenerierung des AGR-Kühlers während eines Motorleerlaufbetrieb durchgeführt werden, wenn es dem AESS nicht gelingt, den Motor während eines Leerlaufbetriebs abzustellen, wie nachstehend mit Bezug auf 4–6 beschrieben.
Nachstehend werden verschiedene Verfahren zum Steuern eines Kühlsystems zur Regenerierung eines AGR-Kühlers beschrieben. In einer Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren das Anpassen der Kühlung von Abgas durch einen Abgasumlaufkühler, um eine Krümmerlufttemperatur während eines Leerlaufzustands eines Motors aufrechtzuerhalten. Das Verfahren beinhaltet ferner das Initiieren einer Regenerierung des Abgasumlaufkühlers während der Leerlaufbedingung, wenn ein Wirkungsgrad des Abgasumlaufkühlers vor oder während der Leerlaufbedingung unter einen Schwellen-Wirkungsgrad sinkt.
In einer anderen Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren für ein Abgasrückführungssystem während einer Nicht-Leerlaufbedingung das Lenken einer ersten Abgasmenge durch das Abgasrückführungssystem auf Basis eines Betriebsparameters und das Aufrechterhalten einer Krümmerlufttemperatur durch Anpassen der Kühlung der Ladeluft durch einen Ladeluftkühler. Das Verfahren beinhaltet ferner das Anpassen eines Umgebungssteuerelements einer Umgehung eines Abgasumlaufkühlers während einer Leerlaufbedingung, um eine zweite Abgasmenge, die durch den Abgasumlaufkühler strömt, zu verringern, und das Initiieren einer Regenerierung des Abgasumlaufkühlers, wenn ein Wirkungsgrad des Abgasumlaufkühlers unter einen Schwellen-Wirkungsgrad sinkt.
4 zeigt ein Verfahren 400 zum Steuern eines Kühlsystems, das einen AGR-Kühler aufweist, während eines Leerlaufmotorbetriebsmodus. Genauer bestimmt das Verfahren, ob der Motor im Leerlaufbetrieb ist, und passt ein AGR-Umgehungsventil (oder anderes Steuerelement) an, um den Abgasstrom durch den AGR-Kühler zu steuern, und passt das Kühlen im Ladeluftkühler so an, dass eine gewünschte Krümmerlufttemperatur aufrechterhalten wird.
Bei Schritt 402 werden Betriebsbedingungen des Systems bestimmt. Die Betriebsbedingungen können die Motordrehzahl, die Motorlast, die Abgastemperatursensor oder dergleichen beinhalten.
Sobald die Betriebsbedingungen bestimmt worden sind, wird in Schritt 404 bestimmt, ob der Motor eine Leerlaufbetriebsbedingung zeigt. Es kann bestimmt werden, dass der Motor eine Leerlaufbetriebsbedingung zeigt, wenn beispielsweise die Motordrehzahl unter einer Schwellendrehzahl liegt oder die Motorlast unter einer Schwellenlast liegt.
Wenn bestimmt wird, dass der Motor eine Leerlaufbetriebsbedingung zeigt, geht das Verfahren zu Schritt 406 weiter, wo das AGR-Kühlerumgehungsventil und das Kühlen der Ladeluft durch den Ladeluftkühler (”CAC”) so angepasst werden, dass eine gewünschte Krümmerlufttemperatur aufrechterhalten wird. Zum Beispiel kann die Krümmerlufttemperatur auf einer Motordrehzahl, einer Motorlast und/oder einem Luft/Kraftstoffverhältnis basieren. Die gewünschte Krümmerlufttemperatur kann während Leerlaufbetriebsbedingungen höher oder niedriger sein als während Nicht-Leerlaufbetriebsbedingungen. Somit kann in einem Beispiel das AGR-Kühlerumgehungsventil so angepasst werden, dass ein Abgasstrom durch den AGR-Kühler verringert wird, um eine Temperatur von zurückgeführtem Abgas zu erhöhen. In einem anderen Beispiel kann das AGR-Kühlerumgehungsventil so angepasst werden, dass ein Abgasstrom durch den AGR-Kühler verstärkt wird und eine Temperatur von zurückgeführtem Abgas gesenkt wird. Eine Gebläsedrehzahl des Ladeluftkühlers kann erhöht werden, um eine Temperatur der zurückgeführten Abgas/Ladeluft-Mischung zu senken, wenn eine niedrigere Krümmerlufttemperatur gewünscht ist.
Bei Schritt 408 wird ein Wirkungsgrad des AGR-Kühlers bestimmt. Zum Beispiel ist der Wirkungsgrad des AGR-Kühlers ein Verhältnis von Wärmeübertragung, die anhand von Temperaturwerten von dreien der folgenden berechnet werden kann: Abgaseintritt (T_{gas in}), Abgasaustritt (T_{gas out}), Kühlfluidzulauf (T_{cooling fluid in}), und Kühlfluidablauf (T_{cooling fluid out}) gemäß einer Formel wie der folgenden:
oder einer Variante davon. Somit können zwei oder mehr Sensoren, die am Einlass und am Auslass des AGR-Kühlers in der AGR-Leitung angeordnet sind, die Abgastemperaturen von Abgas, das in den und aus dem AGR-Kühler strömt, und Kühlfluidtemperaturen von Kühlfluid, das in den und aus dem AGR-Kühler strömt, messen.
Sobald der Wirkungsgrad bestimmt worden ist, wird bei Schritt 410 bestimmt, ob der Wirkungsgrad unter einem Schwellen-Wirkungsgrad liegt. Der Schwellen-Wirkungsgrad kann auf der Effizienz des AGR-Kühlers bei einem bestimmten Wirkungsgrad basieren. Zum Beispiel sinkt der Wirkungsgrad des AGR-Kühlers, wenn die Effizienz des AGR-Kühlers sinkt. Als nicht-beschränkendes Beispiel kann der Schwellen-Wirkungsgrad zwischen 85 und 95 Prozent (%) und insbesondere bei 90% liegen. Ein AGR-Kühler kann wegen des Aufwachsens von Teilchen aus dem Abgas von Fouling betroffen sein und deshalb einen geringen Wirkungsgrad aufweisen, da Abgas nicht wirksam gekühlt werden kann. Somit wird bei Schritt 421 eine Regenerierung des AGR-Kühlers initiiert, um den AGR-Kühler zu reinigen, wenn ein Wirkungsgrad des AGR-Kühlers unter dem Schwellen-Wirkungsgrad liegt. Die Regenerierung kann nicht nur durch Verringern des Abgasstroms durch den Kühler, sondern auch durch Verringern des Kühlfluidstroms durch den Kühler durchgeführt werden, wie nachstehend mit Bezug auf 5 beschrieben wird, oder durch Verringern der Temperatur des Kühlfluidstroms durch den Kühler, wie nachstehend mit Bezug auf 6 beschrieben wird, oder durch gleichzeitiges Verringern des Abgasstroms durch den Kühler, Verringern des Kühlfluidstroms durch den Kühler und Verringern der Temperatur des Kühlfluidstroms durch den Kühler.
Wenn dagegen der Wirkungsgrad über dem Schwellen-Wirkungsgrad liegt, geht das Verfahren zu 418 weiter und der aktuelle Betrieb des Kühlsystems wird fortgesetzt.
Zurück zu Schritt 404: wenn bestimmt wird, dass der Motor keine Leerlaufbetriebsbedingung zeigt, geht das Verfahren zu Schritt 414 weiter, wo bestimmt wird, ob der Wirkungsgrad unter einem Schwellen-Wirkungsgrad liegt. Wenn bestimmt wird, dass der Wirkungsgrad unter dem Schwellen-Wirkungsgrad liegt, geht das Verfahren zu Schritt 410 weiter, wie oben beschrieben. In manchen Beispielen kann der Schwellen-Wirkungsgrad während der Nicht-Leerlaufbedingung der gleiche Schwellen-Wirkungsgrad sein wie während der Leerlaufbedingung. In anderen Beispielen kann der Schwellen-Wirkungsgrad während der Nicht-Leerlaufbedingung niedriger sein als der Schwellen-Wirkungsgrad während der Leerlaufbedingung. Wenn dagegen bestimmt wird, dass der Wirkungsgrad höher ist als der Schwellen-Wirkungsgrad, geht das Verfahren zu 416 weiter, wo das Verfahren zum Verfahren 300 von 3 zurückkehrt, bei dem ein Abgasstrom durch den AGR-Kühler auf Basis der Motorkühlfluidtemperatur gesteuert wird.
Auf diese Weise kann der Abgasstrom durch den AGR-Kühler während einer Motorleerlaufbetriebsbedingung verringert werden. Da das Fouling des AGR-Kühlers während des Leerlaufbetriebs wegen einer niedrigen Kühlfluidtemperatur und Thermophorese, einer niedrigen Abgastemperatur, einem hohen Ölwurf und dergleichen zunehmen kann, kann die Verringerung des Abgasstroms durch den Kühler das Fouling des AGR-Kühlers verringern. Wenn ein Abgasstrom durch den AGR-Kühler über eine AGR-Kühlerumgehung verringert wird, kann trotzdem eine Gesamt-AGR-Menge aufrechterhalten werden. Da mehr von dem Abgas um den AGR-Kühler strömt statt durch den AGR-Kühler, weist das zurückgeführte Abgas eine höhere Temperatur auf. Somit kann das Kühlen der Ladeluft durch den Ladeluftkühler erhöht werden, so dass die Krümmerlufttemperatur aufrechterhalten wird.
5 zeigt ein Verfahren 500 zur Regenerierung eines AGR-Kühlers in einem Kühlsystem mit einer geteilten Kühlfluidschleife, in der verschiedene Anteile von Kühlfluid durch den AGR-Kühler und den Motor strömen, wie oben mit Bezug auf 2 beschrieben wurde. Genauer verringert das Verfahren den Strom durch den AGR-Kühler und unterbricht den Kühlfluidstrom durch den AGR-Kühler. Somit kann die Temperatur des Kühlers erheblich gesenkt werden, so dass teilchenförmiges Material, das im AGR-Kühler aufgewachsen ist, sich verfestigen und vom AGR-Kühler wegbrechen kann.
Fortschreitend vom Schritt 412 des Verfahrens 400 wird bei einem Schritt 502 ein Abgasstrom durch den AGR-Kühler verringert. Zum Beispiel kann das AGR-Kühlerumgehungsventil so angepasst werden, dass der Abgasstrom durch den AGR-Kühler zum Teil oder vollständig verhindert wird, während eine gewünschte AGR-Menge aufrechterhalten wird. In Ausführungsformen, in denen das AGR-System keine AGR-Kühlerumgehung aufweist, können das AGR-Kühlerventil und das AGR-Ventil so angepasst werden, dass ein Abgasstrom durch den AGR-Kühler zumindest zum Teil verringert wird. In einer solchen Ausführungsform wird jedoch die AGR-Menge verringert, wenn ein Abgasstrom durch den AGR-Kühler verringert wird.
Sobald der Abgasstrom durch den AGR-Kühler verringert worden ist, geht das Verfahren zu Schritt 504 weiter, wo der Kühlfluidstrom durch den AGR-Kühler unterbrochen wird. In einem Beispiel kann das Kühlsystem ein Ventil aufweisen, das betätigt werden kann, um den Kühlfluidstrom durch den AGR-Kühler zum Teil oder vollständig zu verhindern. Durch Verringern des Abgasstroms und des Kühlfluidstroms durch den AGR-Kühler kann eine Temperatur des AGR-Kühlers auf eine Umgebungstemperatur gesenkt werden, bei der eine Regenerierung des AGR-Kühlers stattfinden kann. Somit wird bei Schritt 506 bestimmt, ob die AGR-Kühlertemperatur (z. B. eine Kerntemperatur des AGR-Kühlers) unter einer Schwellentemperatur liegt. Die Schwellentemperatur kann eine Temperatur sein, bei der teilchenförmiges Material, wie Ruß, das sich im AGR-Kühler angesammelt hat, abkühlen und wegbrechen kann. Als nicht-beschränkendes Beispiel kann die Schwellentemperatur zwischen 40°C und 50°C liegen.
Wenn bestimmt wird, dass die AGR-Kühlertemperatur höher ist als die Schwellentemperatur, kehrt das Verfahren zu Schritt 506 zurück und wartet, bis die AGR-Kühlertemperatur die Schwellentemperatur erreicht. Wenn dagegen bestimmt wird, dass die AGR-Kühlertemperatur unter der Schwellentemperatur liegt, geht das Verfahren zu Schritt 508 weiter, und ein Betrieb (z. B. ein verringerter Abgasstrom und Kühlfluidstrom durch den AGR-Kühler) wird für eine vorgegebene fortgesetzte Dauer fortgesetzt. Als nicht-beschränkendes Beispiel kann die vorgegebene fortgesetzte Dauer 4 bis 5 Stunden sein (z. B. wird der Betrieb für 4 bis 5 Stunden am Stück fortgesetzt). Als spezielleres Beispiel kann die vorgegebene fortgesetzte Dauer 1 bis 2 Stunden sein (z. B. wird der Betrieb für 1 bis 2 Stunden am Stück fortgesetzt). Während der Regenerierung des AGR-Kühlers kann die Kühlung der Ladeluft durch den Ladeluftkühler angepasst werden. Wenn der Abgasstrom beispielsweise am AGR-Kühler vorbeiströmt, kann das Abgas, das in die Ansaugleitung eintritt, relativ heiß sein. Somit kann eine Gebläsedrehzahl des Ladeluftkühlers erhöht werden, so dass die Abgas/Ladeluft-Mischung eine gewünschte Krümmerlufttemperatur aufrechterhält.
Sobald eine vorgegebene Dauer abgelaufen ist, kehrt das Verfahren zu Schritt 402 des Verfahrens 400 zurück, wo ein Leerlaufmodus des Kühlsystems ausgeführt wird, wie oben mit Bezug auf 4 beschrieben.
Somit kann ein Kühlfluidstrom durch den AGR-Kühler verringert werden, während ein Abgasstrom durch den AGR-Kühler verringert wird, um eine Regenerierung des AGR-Kühlers zu initiieren. Durch Verringern des Kühlfluidstroms durch den AGR-Kühler kann eine Kerntemperatur des AGR-Kühlers sinken, so dass angesammeltes teilchenförmiges Material vom AGR-Kühler wegbrechen kann, wodurch der AGR-Kühler gereinigt wird.
6 zeigt ein Verfahren 600 zur Regenerierung eines AGR-Kühlers in einem Kühlsystem. Genauer verringert das Verfahren einen Abgasstrom durch den AGR-Kühler und senkt die Temperatur des Kühlfluids, das durch den AGR-Kühler strömt. Auf diese Weise kann die Temperatur des AGR-Kühlers gesenkt werden, so dass eine Regenerierung des AGR-Kühlers stattfinden kann, um den AGR-Kühler von angesammeltem teilchenförmigem Material zu reinigen
Ab Schritt 412 des Verfahrens 400 wird bei Schritt 602 ein Abgasstrom durch den AGR-Kühler verringert. Zum Beispiel kann das AGR-Kühlerumgehungsventil, wie oben beschrieben, so angepasst werden, dass der Abgasstrom durch den AGR-Kühler zum Teil oder vollständig verhindert wird, während eine gewünschte AGR-Menge aufrechterhalten wird. In Ausführungsformen, in denen das AGR-System keine AGR-Kühlerumgehung aufweist, können das AGR-Kühlerventil und das AGR-Ventil so angepasst werden, dass ein Abgasstrom durch den AGR-Kühler zumindest zum Teil verringert wird. In einer solchen Ausführungsform wird jedoch die AGR-Menge verringert, wenn ein Abgasstrom durch den AGR-Kühler verringert wird.
Sobald der Abgasstrom durch den AGR-Kühler verringert worden ist, geht das Verfahren zu Schritt 604 weiter, wo eine Temperatur des Kühlkörpers heruntergefahren wird, um eine Temperatur des Kühlfluids, das durch den AGR-Kühler strömt, zu verringern. In einem Beispiel kann die Drehzahl des Kühlkörpergebläses erhöht werden, um die Kühlung des Kühlfluids durch den Kühlkörper zu verstärken. In einem anderen Beispiel kann eine Geschwindigkeit des Kühlfluids durch den Kühlkörper erhöht werden, um die Kühlung des Kühlfluids durch den Kühlkörper zu verstärken. Durch Senken der Temperatur des Kühlfluids, das durch den AGR-Kühler strömt, kann eine Temperatur des AGR-Kühlers (z. B. eine Kerntemperatur des AGR-Kühlers) auf eine Temperatur sinken, bei der eine Regenerierung stattfinden kann. Somit wird bei Schritt 606 bestimmt, ob die AGR-Kühlertemperatur unter einer Schwellentemperatur liegt. Die Schwellentemperatur kann eine Temperatur sein, bei der teilchenförmiges Material, wie Ruß, das sich im AGR-Kühler angesammelt hat, abkühlen und wegbrechen kann. Als nicht-beschränkendes Beispiel kann die Schwellentemperatur. zwischen 40°C und 50°C liegen.
Wenn bestimmt wird, dass die AGR-Kühlertemperatur höher ist als die Schwellentemperatur, kehrt das Verfahren zu Schritt 606 zurück und wartet, bis die AGR-Kühlertemperatur die Schwellentemperatur erreicht. Wenn dagegen bestimmt wird, dass die AGR-Kühlertemperatur unter der Schwellentemperatur liegt, geht das Verfahren zu Schritt 608 weiter, und ein Betrieb (z. B. ein verringerter Strom des Abgasstroms und eine verringerte Kühlfluidtemperatur des AGR-Kühlers) wird für eine vorgegebene fortgesetzte Dauer fortgesetzt. Als nicht-beschränkendes Beispiel kann die vorgegebene Dauer 4 bis 5 Stunden sein. Als spezielleres Beispiel kann die vorgegebene Dauer 1 bis 2 Stunden sein. Während der Regenerierung des AGR-Kühlers kann die Kühlung der Ladeluft durch den Ladeluftkühler angepasst werden, wie oben beschrieben. Wenn der Abgasstrom beispielsweise am AGR-Kühler vorbeiströmt, kann das Abgas, das in die Ansaugleitung eintritt, relativ heiß sein. Somit kann eine Gebläsedrehzahl des Ladeluftkühlers erhöht werden, so dass die Abgas/Ladeluft-Mischung eine gewünschte Krümmerlufttemperatur aufrechterhält. In manchen Beispielen ist die Erhöhung der Gebläsedrehzahl des Ladeluftkühlers nicht unbedingt notwendig, da Kühlfluid aus dem Kühlkörper bereits eine niedrigere Temperatur aufweist, die für die Regenerierung des AGR-Kühlers nötig ist.
Sobald eine vorgegebene Dauer abgelaufen ist, kehrt das Verfahren zu Schritt 402 des Verfahrens 400 zurück, wo ein Leerlaufmodus des Kühlsystems ausgeführt wird, wie oben mit Bezug auf 4 beschrieben.
Somit kann die Regenerierung des AGR-Kühlers durch Verstärken der Kühlung des Kühlfluids, während ein Abgasstrom durch den AGR-Kühler verringert ist, initiiert werden. Durch Senken der Temperatur des Kühlfluids kann die Kerntemperatur des AGR-Kühlers sinken, so dass angesammeltes teilchenförmiges Material wegbrechen kann, wodurch der AGR-Kühler gereinigt wird.
Obwohl hierin verschiedene Ausführungsformen mit Bezug auf die Anpassung der Kühlung des Abgases durch einen AGR-Kühler zur Aufrechterhaltung einer Krümmerlufttemperatur während einer Leerlaufbedingung eines Motors und eine Initiierung einer Regenerierung des AGR-Kühlers unter bestimmten Betriebsbedingungen beschrieben worden sind, betreffen andere Ausführungsformen allgemeiner die AGR-Kühlerumgehungssteuerung. Zum Beispiel umfasst in einer Ausführungsform ein Verfahren einer Motorsystemsteuerung das Betätigen eines oder mehrerer Umgehungssteuerelemente einer AGR-Kühlerumgehung während einer Leerlaufbedingung eines Motors des Motorsystems, um den AGR-Kühler vollständig zu umgehen. Das heißt, sämtliches AGR, das durch einen Leitungsweg zum AGR-Kühler geleitet wird, wird um den AGR-Kühler herum geführt, wobei kein AGR durch den Kühler strömt. In einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren einer Motorsystemsteuerung das Starten des Motors, und Leiten des gesamten AGR um einen AGR-Kühler herum, wenn eine gemessene Temperatur (z. B. eine Außenumgebungstemperatur, eine Temperatur im Ansaugkrümmer, eine Temperatur eines Motorölreservoirs, eine andere interne Temperatur im Zusammenhang mit dem Motor) unter einer Schwellentemperatur liegt, die einen Kaltstart des Motors anzeigt, Das heißt, sämtliches AGR, das durch einen Leitungsweg zum AGR-Kühler strömt, wird am AGR-Kühler vorbei geleitet, wobei kein AGR durch den Kühler strömt. Die Umgehung kann durch Betätigen eines oder mehrerer Umgehungssteuerelement einer AGR-Kühlerumgehung bewirkt werden, um den AGR-Kühler vollständig zu umgehen. In jeder Ausführungsform gibt es mindestens zwei mögliche Betriebsmodi: (i) AGR wird vom Motorauslass (z. B. einem Auslass von Spenderzylindern) zur Kühlung zu einem und durch einen AGR-Kühler geleitet; oder (ii) während eines Leerlaufs oder eines Kaltstarts wird AGR vom Motorauslass nicht durch den AGR-Kühler geleitet, sondern sämtliches AGR wird um den AGR-Kühler herum geleitet, und zum Motorlufteinlass geliefert.
Wie hierin verwendet, bedeutet der Ausdruck ”zwischen”, wenn er einen Bereich von Werten bezeichnet, der von zwei Endpunkten definiert wird, beispielsweise zwischen Wert ”X” und Wert ”Y”, dass der Bereich die Anfangs- und Endpunkte einschließt.
Wie hierin verwendet, ist ein Element oder ein Schritt, das bzw. der im Singular genannt ist und dem das Wort ”ein, eine” vorangestellt ist, nicht so aufzufassen, als würde damit der Plural der Elemente oder Schritte ausgeschlossen, es sei denn, ein solcher Ausschluss wird ausdrücklich angegeben.
Ferner sind Bezugnahmen auf ”eine Ausführungsform” der vorliegenden Erfindung nicht so zu interpretieren, als würden sie das Vorhandensein zusätzlicher Ausführungsformen ausschließen, welche die genannten Merkmale ebenfalls verkörpern. Solange nichts anderes ausdrücklich angegeben ist, können darüber hinaus Ausführungsformen, die ein Element oder mehrere Elemente mit einer bestimmten Eigenschaft ”umfassen”, ”beinhalten” oder ”aufweisen” zusätzliche derartige Elemente beinhalten, die diese Eigenschaft nicht haben. Die Begriffe ”including” und ”in which” [im englischen Ausgangstext] werden als die allgemeinsprachlichen Entsprechungen der jeweiligen Begriffe ”comprising” und ”wherein” verwendet. Darüber hinaus werden die Begriffe ”erster, erste, erstes”, ”zweiter, zweites, zweites” und ”dritter, dritte, drittes” usw. nur als Kennzeichnungen verwendet und sollen keine numerischen Notwendigkeiten oder eine bestimmte lagemäßige Reihenfolge ihrer Objekte vorgeben.
Diese Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich des besten Modus, zu beschreiben und um den Durchschnittsfachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, wozu auch die Herstellung und Verwendung von Vorrichtungen und Systemen und die Ausführung enthaltener Verfahren gehört. Der schutzwürdige Bereich der Erfindung wird von den Ansprüchen definiert und kann andere Beispiele einschließen, die für den Durchschnittsfachmann naheliegend sein mögen. Diese anderen Beispiele sollen im Bereich der Ansprüche liegen, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich vom Wortlaut der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie gleichwertige strukturelle Elemente aufweisen, die sich vom Wortlaut der Ansprüche nur unerheblich unterscheiden.

Claims

Verfahren, umfassend: Anpassen einer Kühlung von Abgas durch einen Abgasumlaufkühler, um eine Krümmerlufttemperatur während einer Leerlaufbedingung eines Motors aufrechtzuerhalten; und Initiieren einer Regenerierung des Abgasumlaufkühlers während der Leerlaufbedingung, wenn ein Wirkungsgrad des Abgasumlaufkühlers vor oder während der Leerlaufbedingung unter einen Schwellen-Wirkungsgrad sinkt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner das Anpassen eines Umgehungssteuerelements einer Umgehung um den Abgasumlaufkühler herum umfassend, um einen Abgasstrom durch den Abgasumlaufkühler während der Leerlaufbedingung zu verringern.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner das vollständige Öffnen eines Umgehungssteuerelements einer Umgehung um den Abgasumlaufkühler herum umfassend, um einen Abgasstrom durch den Abgasumlaufkühler zu verringern, um die Regenerierung des Abgasumlaufkühlers zu initiieren.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner das Verringern eines Kühlfluidstroms durch den Abgasumlaufkühler umfassend, um die Regenerierung des Abgasumlaufkühlers zu initiieren.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner das Senken einer Temperatur eines Kühlfluids, das durch den Abgasumlaufkühler strömt, umfassend, um die Regenerierung des Abgasumlaufkühlers zu initiieren.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner die Durchführung der Regenerierung des Abgasumlaufkühlers für eine fortgesetzte Dauer von ein bis zwei Stunden umfassend.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner das Anpassen eines Abgasrückführungs-Steuerelements umfassend, um eine Abgasmenge, die während der Leerlaufbedingung zurückgeführt wird, zu verringern.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schwellen-Wirkungsgrad zwischen 85 und 95 Prozent liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner während einer Nicht-Leerlaufbedingung das Lenken eines Abgasstroms durch den Abgasumlaufkühler umfassend, wenn eine Temperatur von Motorkühlfluid höher ist als eine Schwellentemperatur.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner das Anpassen der Kühlung von Ladeluft durch einen Ladeluftkühler umfassend, um die Krümmerlufttemperatur während der Leerlaufbedingung aufrechtzuerhalten.
Verfahren für ein Abgasrückführungssystem, umfassend: während einer Nicht-Leerlaufbedingung: Lenken einer ersten Abgasmenge durch das Abgasrückführungssystem auf Basis eines Betriebsparameters; und Aufrechterhalten eine Krümmerlufttemperatur durch Anpassen der Kühlung von Ladeluft durch einen Ladeluftkühler; und während einer Leerlaufbedingung: Anpassen eines Umgehungssteuerelements einer Umgehung um einen Abgasumlaufkühler herum, um eine zweite Abgasmenge, die durch den Abgasumlaufkühler strömt, zu verringern; und Initiieren einer Regenerierung des Abgasumlaufkühlers, wenn ein Wirkungsgrad des Abgasumlaufkühlers unter einen Schwellen-Wirkungsgrad sinkt.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner das Anpassen einer Gebläserate des Ladeluftkühlers umfassend, um das Kühlen durch den Ladeluftkühler anzupassen.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner das Öffnen des Umgehungssteuerelements umfassend, um einen Abgasstrom durch den Abgasumlaufkühler zu verringern, um die Regenerierung des Abgasumlaufkühlers zu initiieren.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner das Verringern eines Kühlfluidstroms durch den Abgasumlaufkühler umfassend, während ein Abgasstrom durch den Abgasumlaufkühler unterbrochen ist, um eine Temperatur des Abgasumlaufkühlers zu senken.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner das Erhöhen einer Gebläsedrehzahl des Motorkühlkörpers umfassend, der mit dem Abgasumlaufkühler über ein Kühlfluidsystem in Fluidverbindung steht, um eine Temperatur des Abgasumlaufkühlers zu senken.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner das Anpassen der Kühlung der Ladeluft durch den Ladeluftkühler umfassend, um die Krümmerlufttemperatur während der Regenerierung des Abgasumlaufkühlers aufrechtzuerhalten.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner das Initiieren einer Regenerierung des Abgasumlaufkühlers während einer anschließenden Leerlaufbedingung umfassend, wenn der Wirkungsgrad des Abgasumlaufkühlers während der Nicht-Leerlaufbedingung unter einen Schwellen-Wirkungsgrad sinkt.
System für einen Motor, umfassend: einen Ladeluftkühler, der in einer Ansaugleitung des Motors angeordnet ist; ein Abgasrückführungssystem, das einen Abgasumlaufkühler und eine Abgasumlaufkühlerumgehung mit einem Abgasumlaufkühlerumgehungs-Steuerelement aufweist; und eine Steuereinheit, die so gestaltet ist, dass sie eine Leerlaufbedingung des Motors und einen Wirkungsgrad des Abgasumlaufkühlers erkennt, um die Abgasumlaufkühlerumgehungs-Steuereinheit so anzupassen, dass eine erste Abgasmenge, die durch den Abgasumlaufkühler strömt, als Reaktion auf die Leerlaufbedingung verringert wird, eine Regenerierung des Abgasumlaufkühlers während der Leerlaufbedingung initiiert wird, wenn der Wirkungsgrad vor oder nach der Leerlaufbedingung unter einen Schwellen-Wirkungsgrad fällt, und die Kühlung von Ladeluft durch den Ladeluftkühler während der Leerlaufbedingung und während der Regenerierung des Abgasumlaufkühlers angepasst wird.
System nach Anspruch 18, wobei die Steuereinheit ferner so gestaltet ist, dass sie die Kühlung der Ladeluft durch den Ladeluftkühler verstärkt, wenn eine zweite Abgasmenge, die den Abgasumlaufkühler umgeht, zunimmt.
System nach Anspruch 18, ferner einen Kühlkörper aufweisend, der mit dem Abgasumlaufkühler in Fluidverbindung steht, und wobei die Steuereinheit ferner so gestaltet ist, dass sie eine Gebläsedrehzahl des Kühlkörpers erhöht, um eine Temperatur von Kühlfluid zu senken, das durch den Abgasumlaufkühler strömt, um eine Regenerierung des Abgasumlaufkühler zu initiieren.
System nach Anspruch 18, ferner ein Durchfluss-Steuerelement aufweisend, das einen Abgasstrom zum Abgasumlaufkühler steuert, und wobei die Steuereinheit ferner so gestaltet ist, dass sie das Durchfluss-Steuerelement schließt, um einen Kühlfluidstrom zum Abgasumlaufkühler zu verringern, um eine Regenerierung des Abgasumlaufkühler zu initiieren.