DE112014005879B4

DE112014005879B4 - Maschinensystem und Steuerungsvorrichtung, Steuerungssystem und Steuerungsverfahren für ein Maschinensystem

Info

Publication number: DE112014005879B4
Application number: DE112014005879.3T
Authority: DE
Inventors: Akitoshi Iwata
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-12-24
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2021-12-02
Anticipated expiration: 2034-12-05
Also published as: US10024230B2; JP2015121160A; CN105849386A; US20160319732A1; CN105849386B; WO2015097506A1; DE112014005879T5; JP5971232B2

Abstract

Steuerungsvorrichtung für ein Maschinensystem, wobei das Maschinensystem umfasst:einen Abgasturbolader (20) mit einem Verdichter (21) und einer Turbine (22), wobei der Verdichter (21) in einem Einlassgaskanal (11) einer Brennkraftmaschine (10) angeordnet ist und die Turbine (22) in einem Abgaskanal (14) der Brennkraftmaschine (10) angeordnet ist,eine Abgasrückführeinheit (30), die eingerichtet ist, ein Abgas von einem stromabwärtigen Abschnitt der Turbine (22) in dem Abgaskanal (14) zu einem stromaufwärtigen Abschnitt des Verdichters (21) in dem Einlassgaskanal (11) zurückzuführen, undein Kühlsystem (50), das eingerichtet ist, die Turbine (22) zu kühlen, indem es ein Kühlmittel in einem in der Turbine (22) angeordneten Kühlmittelkanal (23) zirkuliert,die Steuerungsvorrichtung mit:einer elektronischen Steuerungseinheit (60), die eingerichtet ist, einen Kühlgrad der Turbine (22) durch das Kühlsystem (50), basierend auf einer vorgegebenen Bedingung festzulegen, wobei die vorgegebene Bedingung eine Bedingung ist, dass eine Gastemperatur an einem Auslassabschnitt des Verdichters (21) höher ist als eine vorgegebene Temperatur und eine Abgasrückführung durch die Abgasrückführeinheit (30) durchgeführt wird, undwobei die elektronische Steuerungseinheit (60) eingerichtet ist, einen höheren Kühlgrad der Turbine (22) festzulegen, wenn die vorgegebene Bedingung erfüllt ist, verglichen mit einem Kühlgrad der Turbine (22), wenn die vorgegebene Bedingung nicht erfüllt ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuerungsvorrichtung, ein Steuerungssystem und ein Steuerungsverfahren für ein Maschinensystem.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Eine in einem Fahrzeug oder dergleichen montierte Brennkraftmaschine ist bekannt, die einen Turbolader und eine Abgasrückführeinheit (EGR-Einheit) umfasst. Der Turbolader umfasst einen Verdichter, der in einem Einlassgaskanal angeordnet ist, und eine Turbine, die in einem Abgaskanal angeordnet ist. Der Turbolader führt eine Aufladung unter Verwendung einer Energie eines Abgases durch. Die EGR-Einheit umfasst einen EGR-Kanal, durch den der Abgaskanal und der Einlassgaskanal miteinander verbunden sind. Die EGR-Einheit führt einen Teil des Abgases in das Einlassgas zurück. Wie in der JP 2012 - 102 617 A beschrieben ist, ist eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der die Seite des Einlassgaskanals des EGR-Kanals mit einem stromaufwärtigen Abschnitt des Verdichters in dem Einlassgaskanal verbunden ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In der Brennkraftmaschine mit der EGR-Einheit wird ein Hochtemperatur-Abgas (EGR-Gas) zu dem stromaufwärtigen Abschnitt des Verdichters in dem Einlassgaskanal zurückgeführt. Dementsprechend ist es wahrscheinlich, anders als in einer Einheit, die EGR-Gas zu dem stromabwärtigen Abschnitt des Verdichters in den Einlassgaskanal zurückführt, dass die Gastemperatur in dem Verdichter steigt und eine Ablagerung von Ablagerungen, die durch ein Aussetzen einer in dem EGR-Gas enthaltenen Ölkomponente und dergleichen einer hohen Temperatur erzeugt werden, an dem Verdichter sicher auftritt. Die Ablagerung von Ablagerungen kann eine Verringerung der Komprimierbarkeit (Kompressibilität) einer Einlassluft durch den Verdichter sowie einen Abfall einer Aufladeleistung (eines Aufladewirkungsgrads) des Turboladers bewirken.
Aus der US 2011 / 0 114 066 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren bekannt, die einen Verdichter vor thermischer Belastung und Ölrissbildung schützen sollen und einen Betrieb des Verdichters mit einem geringeren technischen Spielraum zu ermöglichen sollen. Als Vermeidungsmaßnahme nennt die US 2011 / 0 114 066 A1 ein Anpassen der Niederdruck-AGR-Rate.
Aus der KR 10 2009 0 058 848 A ist die gleiche Vermeidungsmaßnahme bekannt, wobei hier die Auslass-Temperatur geschätzt wird.
Die US 6 401 457 B1 zeigt, dass hohe Verdichterauslass-Temperaturen vermieden werden sollen. Hierfür findet eine Schätzung der Auslass-Temperatur statt. Als Vermeidungsmaßnahme wird die Turbinen-Drehgeschwindigkeit überwacht und gegebenenfalls reduziert.
Die GB 2 492 769 A zeigt eine Flüssigkeits-Kühlung diverser Wärmquellen (u.a. auch einer Turbine) basierend auf der Temperatur von diversen Wärmequellen.
Die Erfindung stellt eine Steuerungsvorrichtung, ein Steuerungssystem und ein Steuerungsverfahren für ein Maschinensystem bereit, die eine Ablagerung von Ablagerungen in einem Verdichter unterbinden (unterdrücken) können.
Dies wird durch eine Steuerungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Maschinensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 5 sowie durch ein Steuerungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß wird eine Steuerungsvorrichtung für ein Maschinensystem bereitgestellt, das einen Abgasturbolader mit einem Verdichter und einer Turbine, wobei der Verdichter in einem Einlassgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordnet ist und die Turbine in einem Abgaskanal der Brennkraftmaschine angeordnet ist, eine Abgasrückführeinheit, die eingerichtet ist, Abgas von einem stromabwärtigen Abschnitt der Turbine in dem Abgaskanal zu einem stromaufwärtigen Abschnitt des Verdichters in dem Einlassgaskanal zurückzuführen, sowie eine Kühleinheit umfasst, die eingerichtet ist, die Turbine zu kühlen, indem sie ein Kühlmittel in einem in der Turbine angeordneten Kühlmittelkanal zirkuliert, wobei die Steuerungsvorrichtung eine elektronische Steuerungseinheit umfasst. Die elektronische Steuerungseinheit ist eingerichtet, einen Kühlgrad der Turbine durch die Kühleinheit basierend auf einer vorgegebenen Bedingung festzulegen, wobei die vorgegebene Bedingung eine Bedingung ist, dass eine Gastemperatur an einem Auslassabschnitt des Verdichters höher ist als eine vorgegebene Temperatur und die Abgasrückführung durch die Abgasrückführeinheit durchgeführt wird. Die elektronische Steuerungseinheit ist eingerichtet, einen höheren Kühlgrad der Turbine festzulegen, wenn die vorgegebene Bedingung erfüllt ist, verglichen mit einem Kühlgrad der Turbine, wenn die vorgegebene Bedingung nicht erfüllt ist.
Bei der Steuerungsvorrichtung kann eine Ablagerung von Ablagerungen in dem Verdichter in manchen Fällen sicher auftreten, wenn Abgas (EGR-Gas) in den stromaufwärtigen Abschnitt des Verdichters in den Einlassgaskanal in einem Zustand eingeleitet wird, in dem die Gastemperatur des Auslassabschnitts des Verdichters in dem Einlassgaskanal hoch ist.
Gemäß der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung kann der höhere Kühlgrad der Turbine durch die Kühleinheit in dem oben genannten Zustand festgelegt werden. Dementsprechend ist es möglich, da die Temperatur der Turbine verringert werden kann und dadurch die Temperatur des durch die Turbine hindurchströmenden Abgases verringert werden kann, die Temperatur des von dem stromabwärtigen Abschnitt der Turbine in dem Abgaskanal zu dem stromaufwärtigen Abschnitt des Verdichters in dem Einlassgaskanal zurückgeführten EGR-Gases zu verringern. Daher ist es möglich, eine Erhöhung der Gastemperatur in dem Verdichter zu unterbinden und die Ablagerung von Ablagerungen in dem Verdichter zu unterbinden.
Bei der Steuerungsvorrichtung kann vorzugsweise die elektronische Steuerungseinheit eingerichtet sein, die Gastemperatur basierend auf einem festgelegten Kühlgrad der Turbine zu berechnen, und die elektronische Steuerungseinheit kann vorzugsweise eingerichtet sein, den höheren Kühlgrad der Turbine festzulegen, wenn die berechnete Gastemperatur höher wird. Der festgelegte Kühlgrad der Turbine ist ein Wert, der unter der Annahme festgelegt wird, dass der Kühlgrad konstant ist.
Bei der Steuerungsvorrichtung ist es notwendig, um die tatsächliche Gastemperatur des Auslassabschnitts niederzuhalten (zu dämpfen), um gleich einer oder niedriger als eine Grenzwerttemperatur (Temperatur, bei der die Ablagerung von Ablagerungen angemessen unterbunden wird) zu sein, den Kühlgrad der Turbine durch die Kühleinheit festzulegen, damit er höher ist, wenn die berechnete Gastemperatur des Auslassabschnitts größer wird. Die berechnete Gastemperatur wird basierend auf dem festgelegten Kühlgrad berechnet. Bei der Steuerungsvorrichtung ist es möglich, da der höhere Kühlgrad der Turbine durch die Kühleinheit unter dieser Notwendigkeit festgelegt werden kann, eine Erhöhung einer Gastemperatur in dem Verdichter durch wirksames Kühlen der Turbine angemessen zu unterbinden.
Bei der Steuerungsvorrichtung kann vorzugsweise die elektronische Steuerungseinheit eingerichtet sein, den höheren Kühlgrad der Turbine durch die Kühleinheit mit größer werdender Abgasmenge festzulegen, die zu dem stromaufwärtigen Abschnitt des Verdichters in dem Einlassgaskanal zurückgeführt wird. Gemäß der Steuerungsvorrichtung kann, da die Menge eines EGR-Gases, das in den stromaufwärtigen Abschnitt des Verdichters in dem Einlassgaskanal eingeleitet wird, groß ist, der höhere Kühlgrad der Turbine mit höher werdender Temperatur in dem Verdichter festgelegt werden. Daher ist es möglich, eine Erhöhung der Gastemperatur in dem Verdichter durch wirksames Kühlen der Turbine angemessen zu unterbinden.
Bei der Steuerungsvorrichtung kann vorzugsweise die elektronische Steuerungseinheit eingerichtet sein, den höheren Kühlgrad der Turbine durch die Kühleinheit festzulegen, indem sie eine Kühlmittelmenge erhöht, die den Kühlmittelkanal pro Zeiteinheit durchströmt. Wenn die Steuerungseinheit in einem Maschinensystem verwendet wird, das eine Wasserpumpe umfasst, ist es möglich, eine Änderung in dem Kühlgrad der Turbine oder ein Unterbinden der Ablagerung von Ablagerungen durch Verwenden der vorhandenen Wasserpumpe einfach zu erreichen.
Erfindungsgemäß umfasst das Maschinensystem: eine Brennkraftmaschine; einen Abgasturbolader mit einem Verdichter und einer Turbine, wobei der Verdichter in einem Einlassgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordnet ist und die Turbine in einem Abgaskanal der Brennkraftmaschine angeordnet ist; eine Abgasrückführeinheit, die eingerichtet ist, Abgas von einem stromabwärtigen Abschnitt der Turbine in dem Abgaskanal zu einem stromaufwärtigen Abschnitt des Verdichters in dem Einlassgaskanal zurückzuführen; eine Kühleinheit, die eingerichtet ist, die Turbine durch Zirkulieren eines Kühlmittels in einem in der Turbine angeordneten Kühlmittelkanal zu kühlen; sowie eine elektronische Steuerungseinheit. Die elektronische Steuerungseinheit ist eingerichtet, einen Kühlgrad der Turbine basierend auf einer vorgegebenen Bedingung festzulegen, wobei die vorgegebene Bedingung eine Bedingung ist, dass eine Gastemperatur an einem Auslassabschnitt des Verdichters höher ist als eine vorgegebene Temperatur und die Abgasrückführung durch die Abgasrückführeinheit durchgeführt wird. Die elektronische Steuerungseinheit ist eingerichtet, einen höheren Kühlgrad der Turbine durch die Kühleinheit festzulegen, wenn die vorgegebene Bedingung erfüllt ist, verglichen mit einem Kühlgrad der Turbine, wenn die vorgegebene Bedingung nicht erfüllt ist.
Erfindungsgemäß wird ein Steuerungsverfahren für ein Maschinensystem bereitgestellt, das einen Abgasturbolader mit einem Verdichter und einer Turbine, wobei der Verdichter in einem Einlassgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordnet ist und die Turbine in einem Abgaskanal der Brennkraftmaschine angeordnet ist, eine Abgasrückführeinheit, die eingerichtet ist, Abgas von einem stromabwärtigen Abschnitt der Turbine in den Abgaskanal zu einem stromaufwärtigen Abschnitt des Verdichters in dem Einlassgaskanal zurückzuführen, sowie eine Kühleinheit umfasst, die eingerichtet ist, die Turbine durch Zirkulieren eines Kühlmittels in einem in der Turbine angeordneten Kühlmittelkanal zu kühlen, wobei das Steuerungsverfahren umfasst: Festlegen eines Kühlgrads der Turbine durch die Kühleinheit basierend auf einer vorgegebenen Bedingung, wobei die vorgegebene Bedingung eine Bedingung ist, dass eine Gastemperatur an einem Auslassabschnitt des Verdichters höher ist als eine vorgegebene Temperatur und die Abgasrückführung durch die Abgasrückführeinheit durchgeführt wird, sowie Festlegen eines höheren Kühlgrads der Turbine durch die Kühleinheit, wenn die vorgegebene Bedingung erfüllt ist, verglichen mit einem Kühlgrad der Turbine, wenn die vorgegebene Bedingung nicht erfüllt ist.
Figurenliste
Merkmale, Vorteile sowie technische und gewerbliche Bedeutung der beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Ziffern gleiche Elemente bezeichnen, und wobei:

1 ein Diagramm ist, das schematisch einen Aufbau einer Steuerungsvorrichtung für ein Maschinensystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 ein Diagramm ist, das schematisch einen Schaltkreisaufbau eines Kühlsystems des Maschinensystems gemäß der Ausführungsform zeigt;
3 ein Ablaufdiagramm ist, das einen Vorgangsablauf eines Betriebssteueuerungsvorgangs gemäß der Ausführungsform zeigt; und
4 ein Diagramm ist, das einen Schaltkreisaufbau eines Kühlsystems gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend wird eine Steuerungsvorrichtung für ein Maschinensystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben werden. Wie in 1 gezeigt ist, ist ein Einlassgaskanal 11 einer Brennkraftmaschine 10 mit einem Verdichter 21 eines Turboladers 20, einem Ladeluftkühler 12 sowie einem Einlassgasdrosselventil 13 aufeinanderfolgend von der stromaufwärtigen Seite versehen. Der Ladeluftkühler 12 kühlt Einlassgas. Das Einlassgasdrosselventil 13 ändert die Kanalquerschnittsfläche des Einlassgaskanals 11. Ein Abgaskanal 14 der Brennkraftmaschine 10 ist mit einer Turbine 22 des Turboladers 20 sowie einer Abgassteuerungsvorrichtung 15, die Abgas reinigt, aufeinanderfolgend von der stromaufwärtigen Seite versehen. In dem Turbolader 20 sind ein in dem Verdichter 21 angeordnetes Verdichterrad 21A und ein in der Turbine 22 angeordnetes Turbinenrad 22A miteinander verbunden.
Die Brennkraftmaschine 10 ist mit einer EGR-Einheit 30 versehen. Die EGR-Einheit 30 ist eingerichtet, einen Teil des Abgases in dem Abgaskanal 14 als ein Abgasrückführgas (EGR-Gas) in den Einlassgaskanal 11 zurückzuführen. Die EGR-Einheit 30 umfasst einen EGR-Kanal 31, der mit dem Abgaskanal 14 und dem Einlassgaskanal 11 verbunden ist, als einen Kanal zum Rückführen des EGR-Gases. Die Seite des Abgaskanals 14 des EGR-Kanals 31 ist ein stromabwärtiger Abschnitt der Turbine 22 in dem Abgaskanal 14 und ist mit einem stromaufwärtigen Abschnitt einer Abgassteuerungsvorrichtung 15 verbunden. Andererseits ist die Seite des Einlassgaskanals 11 des EGR-Kanals 31 mit einem stromaufwärtigen Abschnitt des Verdichters 21 in dem Einlassgaskanal 11 verbunden. Der EGR-Kanal 31 ist mit einem EGR-Ventil 32 zum Einstellen der Menge von EGR-Gas, die durch den EGR-Kanal 31 strömt, sowie mit einem EGR-Kühler 33 zum Kühlen des EGR-Gases versehen. Durch die Betriebssteuerung des EGR-Ventils 32 wird eine Menge an EGR-Gas, das durch den EGR-Kanal 31 strömt, d. h. ein EGR-Volumen, durch die EGR-Einheit 30 eingestellt.
Die Brennkraftmaschine 10 ist mit einer Verarbeitungseinheit 40 für ein Kurbelgehäusegas zum Ausstoßen und Verarbeiten von in ein Kurbelgehäuse 17 strömenden Verbrennungsgases, d. h. eines Kurbelgehäusegases, in das Einlassgas versehen. Die Verarbeitungseinheit 40 für ein Kurbelgehäusegas umfasst einen Entlüfterkanal 41 zum Ausstoßen des Kurbelgehäusegases vom Inneren des Kurbelgehäuses 17 zum Einlassgaskanal 11. Der Entlüfterkanal 41 umfasst einen Treibgaskanal 42, eine Ausstoßvorrichtung 43, und einen Gaseinleitkanal 44. Der Treibgaskanal 42 erstreckt sich in einer Form, um mit dem stromaufwärtigen Abschnitt des Verdichters 21 in dem Einlassgaskanal 11 und dem stromabwärtigen Abschnitt (insbesondere zwischen dem Ladeluftkühler 12 und dem Einlassgasdrosselventil 13) verbunden zu sein, um den Verdichter 21 zu umgehen. Die Ausstoßvorrichtung 43 ist in der Mitte des Treibgaskanals 42 angeordnet und hat einen Aufbau, bei dem eine über den Treibgaskanal 42 zugeführte Einlassluft durch das Innere der Ausstoßvorrichtung 43 strömt. Der Gaseinleitkanal 44 erstreckt sich in einer Form, die bewirkt, dass das Innere der Ausstoßvorrichtung 43 und das Innere des Kurbelgehäuses 17 miteinander verbunden sind.
In der Verarbeitungseinheit 40 für ein Kurbelgehäusegas strömt über den Treibgaskanal 42 zugeführte Luft durch das Innere der Ausstoßvorrichtung 43 während des Betriebs der Brennkraftmaschine 10. Zu dieser Zeit wird Gas, das das Kurbelgehäusegas in dem Kurbelgehäuse 17 enthält, in das Innere der Ausstoßvorrichtung über den Gaseinleitkanal 44 unter Verwendung der Kraft der in die Ausstoßvorrichtung 43 strömenden Luft eingeleitet. Das eingeleitete Gas wird zu dem Einlassgaskanal 11 über den Treibgaskanal 42 zusammen mit der Luft befördert.
Die Verarbeitungseinheit 40 für ein Kurbelgehäusegas umfasst einen Gaskanal 45, der sich in einer Form erstreckt, die es erlaubt, den stromaufwärtigen Abschnitt des Verdichters 21 in dem Einlassgaskanal 11 und das Innere des Kurbelgehäuses 17 miteinander zu verbinden. Wenn der Druck in dem Kurbelgehäuse 17 zu niedrig ist, wird Luft aus dem Einlassgaskanal 11 in das Kurbelgehäuse 17 über den Gaskanal 45 eingeleitet. Andererseits wird, wenn der Druck in dem Kurbelgehäuse 17 hoch ist, Gas aus dem Kurbelgehäuse 17 zu dem Einlassgaskanal 11 über den Gaskanal 45 ausgestoßen.
Wie in 2 gezeigt ist, ist das Maschinensystem mit einem Kühlsystem 50 zum Kühlen der Brennkraftmaschine 10 oder der Turbine 22 des Turboladers 20 versehen. Das Kühlsystem 50 umfasst einen Wassermantel 18, der in der Brennkraftmaschine 10 ausgebildet ist, sowie einen Kühler 51 als einen Wärmetauscher. Das Kühlsystem 50 umfasst einen Maschinenkühlkanal 52 zum Leiten eines aus dem Wassermantel 18 strömenden Kühlmittels zu dem Kühler 51 und einen Maschinenkühlkanal 53 zum Zurückführen des aus dem Kühler 51 strömenden Kühlmittels zu dem Wassermantel 18. Das Kühlsystem 50 ist auch mit einer Wasserpumpe 54 zum Zuführen des Kühlmittels versehen.
Ein Turbinenwasserkanal 23 (ein Kühlmittelkanal gemäß der Erfindung) ist in der Turbine 22 des Turboladers 20 ausgebildet. Ein von dem Wassermantel 18 abgezweigter und sich erstreckender Kühlmittelzuführkanal 55 ist mit dem Turbinenwasserkanal 23 verbunden. Das Kühlmittel in dem Wassermantel 18 wird dem Turbinenwasserkanal 23 über den Kühlmittelzuführkanal 55 zugeführt. Der Kühlmittelzuführkanal 55 ist mit einem Steuerventil 56 zum Einstellen der Kühlmittelmenge, die durch den Kühlmittelzuführkanal 55 strömt, versehen. Der Turbinenwasserkanal 23 ist mit einem Kühlmittelausstoßkanal 57 verbunden, der mit dem Maschinenkühlkanal 52 verbunden ist. Das durch den Turbinenwasserkanal 23 strömende Kühlmittel wird zu dem Maschinenkühlkanal 52 über den Kühlmittelausstoßkanal 57 zurückgeführt.
Bei dem Kühlsystem 50 wird Kühlmittel darin durch den Betrieb der Wasserpumpe 54 zirkuliert. Dementsprechend wird die Temperatur des Kühlmittels verringert, indem es durch den Kühler 51 strömt, um dann durch den Wassermantel 18 und den Turbinenwasserkanal 23 zu strömen. Dann wird die Brennkraftmaschine 10 oder die Turbine 22 durch Wärmetausch mit dem dadurch hindurch strömenden Kühlmittel gekühlt. Das Kühlsystem 50 hat einen Aufbau, der imstande ist, den Kühlgrad der Turbine 22 durch das Kühlsystem 50 durch den Betrieb des Steuerventils 56 zu ändern. Insbesondere wird die Kühlmittelmenge größer, die aus dem Wassermantel 18 zu dem Turbinenwasserkanal 23 über den Kühlmittelzuführkanal 55 pro Zeiteinheit strömt, je größer die Öffnung des Steuerventils 56 wird, und dadurch wird der Kühlgrad der Turbine 22 größer.
Wie in 1 gezeigt ist, ist das Maschinensystem mit unterschiedlichen Sensoren zum Erfassen des Betriebszustands des Maschinensystems versehen. Beispiele dieser Sensoren umfassen einen Drehzahlsensor 61, einen Öffnungssensor 62 des Einlassgasdrosselventils 13 und einen Öffnungssensor 63 des EGR-Ventils 32. Der Drehzahlsensor 61 erfasst eine Drehzahl (Maschinendrehzahl NE) einer Ausgangswelle (nicht gezeigt) der Brennkraftmaschine 10. Der Öffnungssensor 62 erfasst eine Öffnung (Drosselventilöffnung TA) des Einlassgasdrosselventils 13. Der Öffnungssensor 63 erfasst eine Öffnung (EGR-Öffnung TE) des EGR-Ventils 32.
Die Brennkraftmaschine 10 ist mit einer elektronischen Steuerungseinheit 60 mit beispielsweise einem Mikrocomputer als einer Peripherievorrichtung versehen. Die elektronische Steuerungseinheit 60 empfängt Ausgabesignale von den Sensoren, führt verschiedene Berechnungen basierend auf den Ausgabesignalen durch und führt eine Vielzahl von Steuerungen an dem Betrieb der Brennkraftmaschine 10, wie etwa die Betriebssteuerung eines Kraftstoffeinspritzventils (nicht gezeigt), des Einlassgasdrosselventils 13, des EGR-Ventils 32, des Steuerventils 56 und dergleichen, basierend auf den Berechnungsergebnissen durch.
In dieser Ausführungsform werden die Betriebssteuerung des EGR-Ventils 32 und die Betriebssteuerung des Einlassgasdrosselventils 13 als eine EGR-Steuerung zum Einstellen des EGR-Volumens durch die EGR-Einheit 30 durchgeführt. Bei der EGR-Steuerung werden zunächst ein Steuerungszielwert (Zieldrosselventilöffnung Tta) für die Öffnung des Einlassgasdrosselventils 13 und ein Steuerungszielwert (Ziel-EGR-Öffnung Tte) für die Öffnung des EGR-Ventils 32 basierend auf einer Menge von in die Brennkraftmaschine 10 eingespritztem Kraftstoff und der Maschinendrehzahl NE durch die elektronische Steuerungseinheit 60 berechnet. In dieser Ausführungsform werden Beziehungen zwischen einem Zustand des Maschinenbetriebs, in dem eine Verringerung eines Energieverbrauchs oder eine Unterdrückung einer Verschlechterung von Abgaseigenschaften der Brennkraftmaschine 10 erreicht werden können, und den Steuerungszielwerten basierend auf Ergebnissen von Experimenten oder Simulationen im Voraus berechnet und in der elektronischen Steuerungseinheit 60 gespeichert. Die Steuerungszielwerte werden basierend auf dem Zustand des Maschinenbetriebs aus den Beziehungen berechnet. Der Betrieb des EGR-Ventils 32 wird gesteuert, sodass die Ziel-EGR-Öffnung Tte und die tatsächliche EGR-Öffnung TE einander gleich sind, und der Betrieb des Einlassgasdrosselventils 13 wird gesteuert, sodass die Zieldrosselventilöffnung Tta und die tatsächliche Drosselventilöffnung TA einander gleich sind. In dieser Ausführungsform wird grundsätzlich in einem Maschinenbetriebsbereich (insbesondere einem Betriebsbereich, in dem eine Menge von eingespritztem Kraftstoff groß ist und die Maschinendrehzahl NE hoch ist), in dem eine Aufladung durch den Turbolader 20 durchgeführt wird, das EGR-Ventil 32 geöffnet, und eine Rückführung des EGR-Gases in den Einlassgaskanal 11 durch die EGR-Einheit 30 wird durchgeführt.
In dieser Ausführungsform wird das Abgas (EGR-Gas) der Brennkraftmaschine 10 zu dem stromaufwärtigen Abschnitt des Verdichters 21 in dem Einlassgaskanal 11 durch die EGR-Einheit 30 durchgeführt. Das EGR-Gas wird durch den EGR-Kühler 33 gekühlt, hat aber eine höhere Temperatur als die Einlassluft. Entsprechend ist es wahrscheinlich, dass bei dem Maschinensystem gemäß dieser Ausführungsform die Gastemperatur in dem Verdichter 21 höher ist als die in einem Maschinensystem, das nicht mit der EGR-Einheit 30 versehen ist. Daher kann eine Ablagerung von Ablagerungen, die durch ein Aussetzen einer in dem EGR-Gas enthaltenen Ölkomponente und dergleichen einer hohen Temperatur erzeugt werden, an dem Verdichter 21 hervorgerufen werden. Insbesondere verdampft die Ölkomponente in dem Gas, wenn die Gastemperatur des Verdichters 21 bis zu einem Hochtemperaturzustand (z. B. etwa 150°C bis 200°C) steigt. Die verdunstete Ölkomponente kann sich an der Innenfläche des Verdichters 21 als Anlagerungen anlagern.
In dieser Ausführungsform wird Kurbelgehäusegas in den stromaufwärtigen Abschnitt des Verdichters 21 in dem Einlassgaskanal 11 durch die Verarbeitungseinheit 40 für Kurbelgehäusegas eingeleitet. Das Kurbelgehäusegas umfasst eine Ölkomponente. Entsprechend dient bei dem Maschinensystem gemäß dieser Ausführungsform die Ölkomponente als ein Grund für die Ablagerungen und die Ablagerung von Ablagerungen in dem Verdichter 21 kann auftreten.
Da die Ablagerung von Ablagerungen den Zustand der Innenfläche des Verdichters 21 (z. B. einen Abschnitt in den Luft hoher Temperatur und hohen Drucks kurz nach dem Durchströmen des Verdichterrads 21A strömt: Diffusor) ändert, kann eine Verschlechterung der Komprimierbarkeit der Einlassluft durch den Verdichter 21 sowie der Ladeleistung des Turboladers 20 bewirkt werden.
Daher wird in dieser Ausführungsform die Öffnung des Steuerventils 56 festgelegt, um größer zu sein als in dem anderen Fall, wenn die Gastemperatur des Auslassabschnitts des Verdichters 21 in dem Einlassgaskanal 11 höher als eine vorgegebene Temperatur ist und das EGR-Gas durch die EGR-Einheit 30 zurückgeführt wird. Das heißt, wenn eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist, bei der die Gastemperatur des Auslassabschnitts des Verdichters 21 höher ist als die vorgegebene Temperatur und das EGR-Gas durch die EGR-Einheit 30 zurückgeführt wird, wird die Öffnung des Steuerventils 56 festgelegt, um größer zu sein, verglichen mit einer Öffnung des Steuerventils 56, wenn die vorgegebene Bedingung nicht erfüllt ist.
Auf der Änderung der Öffnung des Steuerventils 56 basierende Betriebe werden nachstehend beschrieben. Wenn das EGR-Gas in den stromaufwärtigen Abschnitt des Verdichters 21 in dem Einlassgaskanal 11 in dem Zustand eingeleitet werden, in dem die Gastemperatur des Auslassabschnitts des Verdichters 21 hoch ist, kann die Ablagerung von Ablagerungen in dem Verdichter 21 hervorgerufen werden.
In dieser Ausführungsform erhöht sich die Kühlmittelmenge, die durch den Turbinenwasserkanal 23 pro Zeiteinheit strömt, weil die Öffnung des Steuerventils 56 festgelegt ist, um in so einem Zustand größer zu sein, und der Kühlgrad der Turbine 22 durch das Kühlsystem 50 erhöht sich. Dementsprechend ist es möglich, weil die Temperatur der Turbine 22 fällt und die Temperatur des durch die Turbine 22 strömenden Abgases auch fällt, die Temperatur des EGR-Gases, das von dem stromabwärtigen Abschnitt der Turbine 22 in dem Abgaskanal 14 zu dem stromaufwärtigen Abschnitt des Verdichters 21 in dem Einlassgaskanal 11 zurückgeführt wird, zu verringern. Infolgedessen ist es möglich, die Erhöhung der Gastemperatur in dem Verdichter 21 zu unterbinden und somit die Ablagerung von Ablagerungen in dem Verdichter 21 zu unterbinden.
Dabei ist es möglich, die Menge des EGR-Gases, das durch den EGR-Kanal 31 strömt, zu erhöhen, weil die Temperatur des EGR-Gases fällt, und somit eine Verringerung von Pumpverlusten oder eine Verbesserung im Klopfen der Brennkraftmaschine 10 zu erreichen.
Wenn es einen Maschinenbetriebsbereich (bestimmten Bereich) gibt, in dem eine hohe Wahrscheinlichkeit existiert, dass die Ablagerung von Ablagerungen in dem Verdichter 21 auftreten wird, ist es notwendig, einen Steuerungsaufbau einer Maschinensteuerung im Voraus so zu erstellen, dass der Maschinenbetriebszustand nicht in dem bestimmten Bereich ist, um eine Verringerung der Lebensdauer des Maschinensystems aufgrund der Ablagerung von Ablagerungen zu unterbinden. In diesem Fall vergrößert sich, wenn der bestimmte Bereich verengt wird, der Bereich, in dem die Brennkraftmaschine 10 betrieben werden kann, und daher wird die Ausgabeleistung der Brennkraftmaschine 10 verbessert. In dieser Ausführungsform ist es möglich, da in einem solchen Maschinensystem der bestimmte Bereich durch Erhöhen des Kühlgrads der Turbine durch das Kühlsystem 50 verengt werden kann, den Bereich, in dem die Brennkraftmaschine 10 betrieben werden kann, zu vergrößern und somit eine Verbesserung der Ausgabeleistung der Brennkraftmaschine 10 zu erreichen.
Das folgende Verfahren kann als das Verfahren zum Verringern der Gastemperatur in dem Verdichter 21 betrachtet werden. Das heißt, es ist ein Luftbypasskanal vorgesehen, der bewirkt, dass der stromaufwärtige Abschnitt und der stromabwärtige Abschnitt des Verdichters 21 in dem Einlassgaskanal 11 miteinander verbunden sind, und ein Umschaltventil ist auch in dem Luftbypasskanal vorgesehen. Wenn die Gastemperatur hoch ist, wird das Umschaltventil geöffnet, um das Hochdruck-Einlassgas von dem stromabwärtigen Abschnitt des Verdichters 21 in dem Einlassgaskanal 11 zu dessen stromaufwärtigen Abschnitt über den Luftbypasskanal zurückzuführen. Durch Verwendung dieses Verfahrens ist es möglich, die Gastemperatur in dem Verdichter 21 zu verringern. Allerdings besteht andererseits die Möglichkeit, dass die Ausgabeleistung der Brennkraftmaschine 10 verringert wird, da eine Verschlechterung in der Aufladeleistung des Turboladers 20 bewirkt wird. In dieser Ausführungsform ist es möglich, die Gastemperatur in dem Verdichter 21 zu verringern, ohne die Verschlechterung der Ausgabeleistung der Brennkraftmaschine 10 zu verursachen.
Hier wird die Gastemperatur des Auslassabschnitts des Verdichters 21 basierend auf einem festgelegten Kühlgrad der Turbine 22 durch das Kühlsystem 50 berechnet. Der festgelegte Kühlgrad ist ein Wert unter der Annahme, dass der Kühlgrad konstant ist. Der Kühlgrad wird als eine „virtuelle Gastemperatur“ bezeichnet. Insbesondere ist bei dieser Ausführungsform die virtuelle Gastemperatur eine Gastemperatur des Auslassabschnitts des Verdichters 21, wenn eine Steuerung (normale Steuerung) des Festlegens der Öffnung des Steuerventils 56 auf eine vorgegebene Öffnung durchgeführt wird, ohne Durchführen der Steuerung (Steuerung des starken Kühlens) des Erhöhens der Öffnung des Steuerventils 56, um die Gastemperatur in dem Verdichter 21 zu verringern. Je höher die virtuelle Gastemperatur wird, desto notwendiger wird es, die Öffnung des Steuerventils 56 festzulegen, um größer zu sein und den Kühlgrad der Turbine 22 durch das Kühlsystem 50 festzulegen, um höher zu sein, um zu verhindern, dass die Gastemperatur des Auslassabschnitts des Verdichters 21 gleich einer oder kleiner als eine Grenzwerttemperatur (insbesondere die obere Grenze eines Temperaturbereichs, in dem die Ablagerung von Ablagerungen angemessen unterbunden wird) wird.
Unter der Bedingung, bei der die Gasmenge (Gas, das Luft, EGR-Gas und Kurbelgehäusegas umfasst), die durch den Verdichter 21 strömt, konstant ist, wird die gesamte Wärmemenge des in den Einlassgaskanal 11 pro Zeiteinheit eingeleiteten EGR-Gases größer, je größer das EGR-Volumen wird. Daher neigt die Gastemperatur in dem Verdichter 21 dazu, eine höhere Temperatur zu werden. Dementsprechend ist es möglich, den Anstieg der Gastemperatur in dem Verdichter 21 wirksam zu unterbinden, durch Festlegen der Öffnung des Steuerventils 56, um größer zu sein, und Festlegen des Kühlgrads der Turbine durch das Kühlsystem 50, um mit größer werdenden EGR-Volumen größer zu sein.
Basierend auf dieser Tatsache wird in dieser Ausführungsform, wenn die Öffnung des Steuerventils 56 festgelegt wird, um größer zu sein, um den Kühlgrad der Turbine 22 durch das Kühlsystem 50 festzulegen, um größer zu sein, indem es eine Steuerung der starken Kühlung durchführt, die Öffnung des Steuerventils 56 in Abhängigkeit der virtuellen Gastemperatur oder der Öffnung des EGR-Ventils 32 festgelegt, ohne die Öffnung des Steuerventils 56 einfach zu vergrößern.
Insbesondere wird die Öffnung des Steuerventils 56 größer, je größer die virtuelle Gastemperatur wird. Dementsprechend ist es möglich, da der Kühlgrad der Turbine 22 durch das Kühlsystem 50, wie oben beschrieben ist, festgelegt werden kann, um höher zu sein, die Turbine 22 wirksam zu kühlen und dadurch den Anstieg der Gastemperatur in dem Verdichter 21 angemessen zu unterbinden.
In dieser Ausführungsform wird die Öffnung des Steuerventils 56 größer, je größer die EGR-Öffnung TE wird. Entsprechend kann, je größer das EGR-Volumen wird und je größer die Gastemperatur in dem Verdichter 21 wird, der Kühlgrad der Turbine 22 durch das Kühlsystem 50 höher festgelegt werden. Dementsprechend ist es möglich, den Anstieg der Gastemperatur in dem Verdichter 21 wirksam zu unterbinden.
Der Vorgangsablauf des Vorgangs, der für die Betriebssteuerung (Betriebssteuerungsvorgang) des Steuerventils 56 relevant ist, wird nachstehend im Einzelnen beschrieben. 3 zeigt einen bestimmten Vorgangsablauf des Betriebssteuerungsvorgangs. Eine Serie von Vorgängen, die in dem Ablaufdiagramm von 3 gezeigt sind, wird mit einem vorgegebenen Zyklus durch die elektronische Steuerungseinheit 60 durchgeführt.
Wie in 3 gezeigt ist, wird in diesem Vorgangsablauf zunächst bestimmt, ob die Gastemperatur des Auslassabschnitts (Auslassgastemperatur) des Verdichters 21 höher als eine vorgegebene Temperatur ist (Schritt S11). In dieser Ausführungsform ist die Auslassgastemperatur eine Gastemperatur in der Nähe eines Verbindungsabschnitts zwischen dem stromabwärtigen Abschnitt des Verdichters 21 in dem Einlassgaskanal 11 und dem Verdichter 21. Die Auslassgastemperatur wird basierend auf der Menge des eingespritzten Treibstoffs und der Maschinendrehzahl NE der Brennkraftmaschine 10 zu der Zeit durch die Verwendung eines bestimmten Vorgangs berechnet, der periodisch durch die elektronische Steuerungseinheit 60 durchgeführt wird. Die vorgegebene Temperatur ist eine Temperatur, bei der sicher bestimmt werden kann, ob eine Möglichkeit besteht, dass die Gastemperatur in dem Verdichter 21 größer wird als eine Grenzwerttemperatur (z. B. 150°C). Die vorgegebene Temperatur wird basierend auf Ergebnissen einer Vielzahl von Experimenten oder Simulationen im Voraus berechnet und wird in der elektronischen Steuerungseinheit 60 gespeichert.
Wenn bestimmt ist, dass die Auslassgastemperatur höher als die vorgegebene Temperatur ist (JA in Schritt S11), wird bestimmt, ob das EGR-Ventil 32 geöffnet ist (Schritt S12). Wenn bestimmt wird, dass das EGR-Ventil 32 geöffnet ist (JA in Schritt S12), wird bestimmt, dass das EGR-Gas in den Einlassgaskanal 11 durch die EGR-Einheit 30 zurückgeführt wird und die Steuerung des starken Kühlens durchgeführt wird (Schritt S13).
Die Steuerung des starken Kühlens wird wie folgt durchgeführt. Das heißt, die virtuelle Gastemperatur wird aufgrund der Menge des eingespritzten Kraftstoffs und der Maschinendrehzahl NE der Brennkraftmaschine 10 berechnet. In dieser Ausführungsform wird eine Beziehung zwischen dem Maschinenbetriebsbereich, der in Abhängigkeit der Menge des eingespritzten Kraftstoffs und der Maschinendrehzahl NE bestimmt wird, und der virtuellen Gastemperatur basierend auf Ergebnissen einer Vielzahl von Experimenten oder Simulationen im Voraus berechnet und wird in der elektronischen Steuerungseinheit 60 gespeichert. Bei der Steuerung des starken Kühlens wird die virtuelle Gastemperatur basierend auf der Beziehung berechnet.
Der Steuerungszielwert (Zielwasserkanalöffnung) des Steuerventils 56 wird basierend auf der virtuellen Gastemperatur und der EGR-Öffnung TE berechnet. In dieser Ausführungsform wird eine Beziehung zwischen der Öffnung (Zielwasserkanalöffnung) des Steuerventils 56, der virtuellen Gastemperatur und der EGR-Öffnung TE, bei der die Turbine 22 ohne Überschuss und ohne Fehl gekühlt werden kann, um die Ablagerung von Ablagerungen in dem Verdichter 21 zu unterbinden, basierend auf Ergebnissen einer Vielzahl von Experimenten und Simulationen im Voraus berechnet und wird in der elektronischen Steuerungseinheit 60 gespeichert. Bei der Steuerung des starken Kühlens wird die Zielwasserkanalöffnung basierend auf der Beziehung berechnet. Insbesondere wird die Zielwasserkanalöffnung berechnet, um größer zu sein, je höher die virtuelle Gastemperatur wird und je größer die EGR-Öffnung TE wird. Danach wird der Betrieb des Steuerventils 56 gesteuert, so dass die Zielwasserkanalöffnung und die tatsächliche Öffnung des Steuerventils 56 einander gleich sind.
Anderseits, wenn die Auslassgastemperatur gleich einer vorgegebenen oder niedriger als eine vorgegebene Temperatur ist (NEIN in Schritt S11), oder wenn das EGR-Ventil 32 geschlossen ist (NEIN in Schritt S12), wird eine normale Steuerung anstatt der Steuerung des starken Kühlens als die Betriebssteuerung des Steuerventils 56 durchgeführt (Schritt S14).
Bei der normalen Steuerung wird der Betrieb des Steuerventils 56 gesteuert, so dass die Öffnung des Steuerventils 56 gleich einer vorgegebenen Öffnung ist. Die vorgegebene Öffnung ist eine Öffnung des Steuerventils 56, bei der ein Durchsatz des Kühlmittels erhalten wird, der im Stande ist, einen zu großen Anstieg der Temperatur der Turbine 22 zu unterbinden. Die vorgegebene Öffnung wird basierend auf Ergebnissen einer Vielzahl von Experimenten oder Simulationen im Voraus berechnet und wird in der elektronischen Steuerungseinheit 60 gespeichert. Bei dieser Ausführungsform wird eine bestimmte Öffnung, die kleiner ist als die minimale Öffnung in dem Öffnungsbereich des Steuerventils 56, die zu der Zeit des Durchführens der Steuerung der starken Kühlung festgelegt wird, als die vorgegebene Öffnung festgelegt.
Wie oben beschrieben worden ist können die folgenden Wirkungen gemäß dieser Ausführungsform erreicht werden. Wenn die Auslassgastemperatur höher ist als die vorgegebene Temperatur und das EGR-Ventil 32 geöffnet ist, wird die Öffnung des Steuerventils 56 festgelegt, um größer zu sein, verglichen mit der Öffnung des Steuerventils 56 in dem anderen Fall. Entsprechend ist es möglich, den Anstieg der Gastemperatur in dem Verdichter 21 zu unterbinden und die Ablagerung von Ablagerungen in dem Verdichter 21 zu unterbinden.
Wenn die Öffnung des Steuerventils 56 festgelegt ist, um größer zu sein, um den Kühlgrad der Turbine 22 durch das Kühlsystem 50 zu erhöhen, wird die Öffnung des Steuerventils 56 umso größer festgesetzt, je höher die virtuelle Gastemperatur wird. Entsprechend ist es möglich, den Anstieg der Gastemperatur in dem Verdichter 21 durch wirksames Kühlen der Turbine 22 angemessen zu unterbinden.
Wenn die Öffnung des Steuerventils 56 festgelegt wird, um größer zu sein, um den Kühlgrad der Turbine 22 durch das Kühlsystem 50 zu erhöhen, wird die Öffnung des Steuerventils 56 umso größer festgelegt, je größer die EGR-Öffnung TE wird. Entsprechend ist es möglich, den Anstieg der Gastemperatur in dem Verdichter 21 angemessen zu unterbinden.
Durch Vergrößern der Öffnung des Steuerventils 56, um die durch den Turbinenwasserkanal 23 pro Zeiteinheit strömende Kühlmittelmenge zu erhöhen, wird der Kühlgrad der Turbine 22 durch das Kühlsystem 50 festgelegt, um größer zu sein. Entsprechend ist es möglich, wenn die Kraftstoffzufuhrsteuerungsvorrichtung bei einem Maschinensystem mit einer Wasserpumpe verwendet wird, die Änderung des Kühlgrads der Turbine 22 durch das Kühlsystem 50 einfach zu erreichen, oder die Ablagerung von Ablagerungen in dem Verdichter 21 unter Verwendung der vorhandenen Wasserpumpe zu unterbinden.
Die oben genannte Ausführungsform kann wie folgt abgewandelt werden. Anstatt die Temperatur zu verwenden, die basierend auf der Menge des eingespritzten Kraftstoffs und der Maschinendrehzahl NE der Brennkraftmaschine 10 berechnet wurde, kann eine durch einen in dem Auslassabschnitt des Verdichters 21 angeordneten Temperatursensor erfasste Temperatur als die Auslassgastemperatur verwendet werden.
In der oben genannten Ausführungsform wurde die Gastemperatur in der Nähe des Verbindungsabschnitts zwischen dem stromabwärtigen Abschnitt des Verdichters 21 in dem Einlassgaskanal 11 und dem Verdichter 21 als die Auslassgastemperatur verwendet. Die Gastemperatur eines beliebigen Abschnitts auf der stromabwärtigen Seite des Verdichterrads 21A, wie etwa die Gastemperatur in einem Diffusor des Verdichters 21, kann als die Auslassgastemperatur verwendet werden. Eine Temperatur als eine Kennzahl der Gastemperatur jedes Abschnitts, in dem die Ablagerung von Ablagerungen in dem Verdichter 21 auftreten kann, kann als die Auslassgastemperatur verwendet werden.
In dem Vorgang des Schritts S12 des Betriebssteuerungsvorgangs (3) kann, anstatt der Bestimmung, ob das EGR-Ventil 32 geöffnet ist, bestimmt werden, ob der Maschinenbetriebsbereich, der in Abhängigkeit der Menge des eingespritzten Kraftstoffs und der Maschinendrehzahl NE bestimmt worden ist, ein Betriebsbereich ist, in dem die Rückführung des EGR-Gases zu dem Einlassgaskanal 11 durch die EGR-Einheit 30 durchgeführt ist. In dem Vorgang des Schritts S12 muss lediglich bestimmt werden, ob die Rückführung des EGR-Gases zu dem Einlassgaskanal 11 durch die EGR-Einheit 30 durchgeführt wird.
In dem oben genannten Ausführungsbeispiel wird die Gastemperatur des Auslassabschnitts des Verdichters 21 vorhergesagt, wenn die Öffnung des Steuerventils 56 auf die vorgegebene Öffnung (Öffnung, die zu der Zeit des Durchführens der normalen Steuerung festgelegt wird) festgelegt ist, als die virtuelle Gastemperatur bestimmt. Die Erfindung ist nicht auf diese Bestimmung beschränkt, sondern die Gastemperatur des Auslassabschnitts des Verdichters 21, die vorhergesagt wird, wenn die Öffnung des Steuerventils 56 auf eine bestimmte Öffnung festgelegt ist, kann als die virtuelle Gastemperatur festgelegt werden. Die Gastemperatur des Auslassabschnitts des Verdichters 21 wird basierend auf dem festgelegten Kühlgrad der Turbine 22 durch das Kühlsystem 50 berechnet. Der festgelegte Kühlgrad ist ein Wert unter der Annahme, dass der Kühlgrad konstant ist, und der festgelegte Kühlgrad kann als die virtuelle Gastemperatur verwendet werden.
Anstelle von oder zusätzlich zum Verwenden der virtuellen Gastemperatur als einen Parameter zum Berechnen der Zielwasserkanalöffnung kann die Auslassgastemperatur verwendet werden. Bei der Steuerungsvorrichtung kann die Öffnung des Steuerventils 56 größer werden und der Kühlgrad der Turbine 22 durch das Kühlsystem kann höher werden je höher die Auslassgastemperatur wird. Entsprechend der Steuerungsvorrichtung ist es möglich, die Öffnung des Steuerventils 56 in Abhängigkeit der Gastemperatur des Auslassabschnitts des Verdichters 21 zu jeder Zeit einzustellen und die Erhöhung einer Gastemperatur in dem Verdichter 21 durch wirksames Kühlen der Turbine 22 angemessen zu unterbinden.
Bei der Steuerung der starken Kühlung (dem Vorgang des Schritts S13 in 3) kann die Zielwasserkanalöffnung basierend auf der EGR-Öffnung TE ohne Verwendung der virtuellen Gastemperatur berechnet werden, oder die Zielwasserkanalöffnung kann basierend auf der virtuellen Gastemperatur ohne die EGR-Öffnung TE berechnet werden.
Das EGR-Volumen durch die EGR-Einheit 30 oder die Temperatur des EGR-Gases können als der Parameter zum Berechnen der Zielwasserkanalöffnung bei der Steuerung der starken Kühlung verwendet werden. Je größer das EGR-Volumen durch die EGR-Einheit 30 wird und je höher die Temperatur des EGR-Gases wird, desto größer wird die gesamte Wärmemenge des zu dem Einlassgaskanal 11 pro Zeiteinheit zurückgeführten EGR-Gases, und dadurch ist es wahrscheinlich, dass die Gastemperatur in dem Verdichter 21 steigt. Entsprechend ist es möglich, indem die Öffnung des Steuerventils 56 mit größer werdendem EGR-Volumen vergrößert wird, oder die Öffnung des Steuerventils 56 mit höher werdender Temperatur des EGR-Gases größer wird, die Erhöhung der Gastemperatur in dem Verdichter 21 angemessen zu unterbinden. Das EGR-Volumen kann durch die EGR-Einheit 30 basierend auf dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 10 mit hoher Genauigkeit geschätzt werden. Die Temperatur des EGR-Gases kann basierend auf dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 10 geschätzt werden, oder es kann die erfasste Temperatur des Abgases in dem Abgaskanal 14 verwendet werden, oder kann durch einen in dem EGR-Kanal 31 angeordneten Temperatursensor erfasst werden.
Eine Komponente (eine Menge einer Ölkomponente oder eine Rußmenge) des EGR-Gases kann als der Parameter zum Berechnen der Zielwasserkanalöffnung bei der Steuerung der starken Kühlung verwendet werden. In diesem Fall kann beispielsweise die Öffnung des Steuerventils 56 umso größer festgelegt werden, je größer die Menge der Ölkomponente oder die Rußmenge, die in dem EGR-Gas enthalten ist, wird. Bei dem Maschinensystem dient die Ölkomponente oder der in dem EGR-Gas enthaltene Ruß als die Grundlage der Ablagerung. Entsprechend kann die Ablagerung der Ablagerungen einfacher herbeigeführt werden je größer die Menge der Ölkomponente oder die Rußmenge in dem EGR-Gas wird. Von diesem Standpunkt aus betrachtet ist es möglich, bei der Steuerung der starken Kühlung den Anstieg der Gastemperatur in dem Verdichter 21 zu unterbinden, wenn eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass die Ablagerung von Ablagerungen oder die Erhöhung der Menge der abgelagerten Ablagerungen hervorgerufen wird, indem die Zielwasserkanalöffnung mit größer werdender Menge der Ölkomponente oder der in dem EGR-Gas enthaltenen Rußmenge größer festgelegt wird. Entsprechend ist es möglich, die Ablagerung von Ablagerungen in dem Verdichter 21 angemessen zu unterbinden. Die Komponenten des EGR-Gases können basierend auf dem Betriebszustand (der Menge des eingespritzten Kraftstoffs, der Maschinendrehzahl NE oder dergleichen) der Brennkraftmaschine 10 geschätzt werden.
Bei der Steuerung der starken Kühlung kann die Öffnung des Steuerventils 56 zu einer bestimmten Öffnung geändert werden, die größer ist als die Öffnung des Steuerventils 56 bei der normalen Steuerung. Mit diesem Aufbau ist es möglich, wenn die Gastemperatur des Auslassabschnitts des Verdichters 21 größer ist als die vorgegebene Temperatur und die Rückführung des EGR-Gases durch die EGR-Einheit 30 durchgeführt wird, den Kühlgrad der Turbine 22 durch das Kühlsystem 50 festzulegen, um größer zu sein als in dem anderen Fall durch Vergrößern der Öffnung des Steuerventils 56.
Die Wasserpumpe 54 verwendet eine Pumpe, die im Stande ist, eine Menge von zirkuliertem Kühlmittel zu ändern, wie etwa eine Taumelscheibenpumpe oder eine elektrische Pumpe, und die Menge des durch die Pumpe bei der Steuerung der starken Kühlung zirkulierten Kühlmittels kann festgelegt werden, um größer zu sein als die Menge des zirkulierten Kühlmittels bei der normalen Steuerung. Mit diesem Aufbau ist es möglich, wenn die Gastemperatur des Auslassabschnitts des Verdichters 21 höher ist als die vorgegebene Temperatur und die Rückführung des EGR-Gases durch die EGR-Einheit 30 durchgeführt wird, den Kühlgrad der Turbine 22 durch das Kühlsystem 50, durch Vergrößern der Menge des durch den Turbinenwasserkanal 23 strömenden Kühlmittels festzulegen, anders als in dem anderen Fall. Bei dieser Steuerungsvorrichtung kann die Verwendung des Steuerventils 56 ausgelassen werden.
Der Kühlmittelkreislauf des Kühlsystems des Maschinensystems kann verändert werden, so dass die Temperatur des in den Turbinenwasserkanal 23 bei der Steuerung der starken Kühlung strömenden Kühlmittels niedriger ist als die Temperatur des in den Turbinenwasserkanal 23 bei der normalen Steuerung strömenden Kühlmittels. Mit diesem Aufbau ist es möglich, wenn die Gastemperatur des Auslassabschnitts des Verdichters 21 höher ist als die vorgegebene Temperatur und die Rückführung des EGR-Gases durch die EGR-Einheit 30 durchgeführt wird, den Kühlgrad der Turbine 22 durch das Kühlsystem durch Verringern der Temperatur des durch den Turbinenwasserkanal 23 strömenden Kühlmittels festzulegen, um höher zu sein als in dem anderen Fall.
4 zeigt ein Beispiel eines Kühlsystems 70, das im Stande ist, diesen Aufbau umzusetzen. Wie in 4 gezeigt ist, umfasst das Kühlsystem 70 einen Bypasswasserkanal 78, der von dem Maschinenkühlkanal 53 abgezweigt ist und mit dem Kühlmittelzuführkanal 55 verbunden ist, um den Wassermantel 18 zu umgehen. Der Bypasswasserkanal 78 ist mit einem Umschaltventil 79 versehen. Das Kühlsystem 70 ist nicht mit dem Steuerventil 56 versehen (siehe 2).
Der Kühlmittelkreislauf des Kühlsystems 70 kann wie folgt geändert werden. Das heißt, das Umschaltventil 69 ist bei der normalen Steuerung geschlossen. Entsprechend ist der Kühlkreislauf des Kühlsystems 70 in einen Zustand umgeschaltet, in dem das Kühlmittel mit niedriger Temperatur, das aus dem Kühler 51 strömt, durch den Wassermantel 18 strömt, und dann in den Turbinenwasserkanal 23 strömt. Andererseits ist das Umschaltventil 79 bei der Steuerung der starken Kühlung geöffnet. Entsprechend umgeht das Kühlmittel mit niedriger Temperatur, das aus dem Kühler 51 strömt, den Wassermantel 18 und strömt in den Turbinenwasserkanal 23.
Wie durch eine Strichpunktlinie in 4 gezeigt ist, kann der Bypasswasserkanal 78 mit einem Kühler 80 versehen sein. Gemäß diesem Kühlsystem 70 ist es möglich, wenn das Kühlmittel in den Turbinenwasserkanal 23 über den Bypasswasserkanal 78 zu der Zeit des Durchführens der Steuerung der starken Kühlung strömt, das Kühlmittel durch Verwenden des Kühlers 80 auf eine niedrige Temperatur zu kühlen, und den Kühlgrad der Turbine 22 durch das Kühlsystem 70 angemessen festzulegen, um hoch zu sein.
Die Steuerungsvorrichtung gemäß der oben genannten Ausführungsform kann bei einem Maschinensystem verwendet werden, das nicht mit einem EGR-Kühler 33 versehen ist. Die Steuerungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform kann bei einem Maschinensystem verwendet werden, das nicht mit der Verarbeitungseinheit 40 für ein Kurbelgehäusegas versehen ist, solange es ein Maschinensystem ist, bei dem die Möglichkeit besteht, dass Ablagerungen in dem Verdichter 21 aufgrund der in dem EGR-Gas enthaltenen Ölkomponente abgelagert werden.

Claims

Steuerungsvorrichtung für ein Maschinensystem, wobei das Maschinensystem umfasst: einen Abgasturbolader (20) mit einem Verdichter (21) und einer Turbine (22), wobei der Verdichter (21) in einem Einlassgaskanal (11) einer Brennkraftmaschine (10) angeordnet ist und die Turbine (22) in einem Abgaskanal (14) der Brennkraftmaschine (10) angeordnet ist, eine Abgasrückführeinheit (30), die eingerichtet ist, ein Abgas von einem stromabwärtigen Abschnitt der Turbine (22) in dem Abgaskanal (14) zu einem stromaufwärtigen Abschnitt des Verdichters (21) in dem Einlassgaskanal (11) zurückzuführen, und ein Kühlsystem (50), das eingerichtet ist, die Turbine (22) zu kühlen, indem es ein Kühlmittel in einem in der Turbine (22) angeordneten Kühlmittelkanal (23) zirkuliert, die Steuerungsvorrichtung mit: einer elektronischen Steuerungseinheit (60), die eingerichtet ist, einen Kühlgrad der Turbine (22) durch das Kühlsystem (50), basierend auf einer vorgegebenen Bedingung festzulegen, wobei die vorgegebene Bedingung eine Bedingung ist, dass eine Gastemperatur an einem Auslassabschnitt des Verdichters (21) höher ist als eine vorgegebene Temperatur und eine Abgasrückführung durch die Abgasrückführeinheit (30) durchgeführt wird, und wobei die elektronische Steuerungseinheit (60) eingerichtet ist, einen höheren Kühlgrad der Turbine (22) festzulegen, wenn die vorgegebene Bedingung erfüllt ist, verglichen mit einem Kühlgrad der Turbine (22), wenn die vorgegebene Bedingung nicht erfüllt ist.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die elektronische Steuerungseinheit (60) eingerichtet ist, die Gastemperatur basierend auf einem festgelegten Kühlgrad der Turbine (22) zu berechnen, und die elektronische Steuerungseinheit (60) eingerichtet ist, den höheren Kühlgrad der Turbine (22) festzulegen, wenn die berechnete Gastemperatur höher wird.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die elektronische Steuerungseinheit (60) eingerichtet ist, den höheren Kühlgrad der Turbine (22) durch das Kühlsystem (50) mit einer größer werdenden Abgasmenge festzulegen, die zu dem stromaufwärtigen Abschnitt des Verdichters (21) in den Einlassgaskanal (11) zurückgeführt wird.
Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die elektronische Steuerungseinheit (60) eingerichtet ist, den höheren Kühlgrad der Turbine (22) durch das Kühlsystem festzulegen, indem sie eine Kühlmittelmenge erhöht, die durch den Kühlmittelkanal (23) pro Zeiteinheit strömt.
Maschinensystem mit einer Brennkraftmaschine (10); einem Abgasturbolader (20) mit einem Verdichter (21) und einer Turbine (22), wobei der Verdichter (21) in einem Einlassgaskanal (11) der Brennkraftmaschine (10) angeordnet ist und die Turbine (22) in einem Abgaskanal (14) der Brennkraftmaschine (10) angeordnet ist; einer Abgasrückführeinheit (30), die eingerichtet ist, Abgas von einem stromabwärtigen Abschnitt der Turbine (22) in dem Abgaskanal (14) zu einem stromaufwärtigen Abschnitt des Verdichters (21) in dem Einlassgaskanal (11) zurückzuführen; einem Kühlsystem (50), das eingerichtet ist, die Turbine (22) zu kühlen, indem es ein Kühlmittel in einem in der Turbine (22) angeordneten Kühlmittelkanal (23) zirkuliert; einer elektronischen Steuerungseinheit (60), die eingerichtet ist, einen Kühlgrad der Turbine (22) basierend auf einer vorgegebenen Bedingung festzulegen, wobei die vorgegebene Bedingung eine Bedingung ist, dass eine Gastemperatur an einem Auslassabschnitt des Verdichters (21) höher ist als eine vorgegebene Temperatur und eine Abgasrückführung durch die Abgasrückführeinheit (30) durchgeführt wird, und wobei die elektronische Steuerungseinheit (60) eingerichtet ist, einen höheren Kühlgrad der Turbine (22) festzulegen, wenn die vorgegebene Bedingung erfüllt ist, verglichen mit einem Kühlgrad der Turbine (22), wenn die vorgegebene Bedingung nicht erfüllt ist.
Steuerungsverfahren für ein Maschinensystem, das Maschinensystem umfassend: einen Abgasturbolader (20) mit einem Verdichter (21) und einer Turbine (22), wobei der Verdichter (21) in einem Einlassgaskanal (11) einer Brennkraftmaschine (10) angeordnet ist und die Turbine (22) in einem Abgaskanal (14) der Brennkraftmaschine (10) angeordnet ist, eine Abgasrückführeinheit (30), die eingerichtet ist, Abgas von einem stromabwärtigen Abschnitt der Turbine (22) in dem Abgaskanal (14) zu einem stromaufwärtigen Abschnitt des Verdichters (21) in dem Einlassgaskanal (11) zurückzuführen, und ein Kühlsystem (50), das eingerichtet ist, die Turbine (22) zu kühlen, indem es ein Kühlmittel in einem in der Turbine (22) angeordneten Kühlmittelkanal (23) zirkuliert, das Steuerungsverfahren aufweisend: Festlegen eines Kühlgrads der Turbine (22) basierend auf einer vorgegebenen Bedingung, wobei die vorgegebene Bedingung eine Bedingung ist, dass eine Gastemperatur an einem Auslassabschnitt des Verdichters (21) höher ist als eine vorgegebene Temperatur und eine Abgasrückführung durch die Abgasrückführeinheit (30) durchgeführt wird, und Festlegen eines höheren Kühlgrads der Turbine (22), wenn die vorgegebene Bedingung erfüllt ist, verglichen mit einem Kühlgrad der Turbine (22), wenn die vorgegebene Bedingung nicht erfüllt ist.