WO2013178420A1 - Abgasrückführvorrichtung für einen verbrennungsmotor - Google Patents

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WO2013178420A1
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine and to a method for regulating exhaust gas recirculation by means of an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine.
  • an exhaust gas recirculation device with the features of claim 1 and by a method for controlling an exhaust gas recirculation device with the features of claim 9. Further features and details of the invention will become apparent from the dependent claims, the description and the drawings. In this case, features and details that are described in connection with the exhaust gas recirculation device according to the invention apply, of course, in connection with the method according to the invention and in each case vice versa, so with respect to the disclosure of the individual aspects of the invention always reciprocal reference is or may be.
  • An exhaust gas recirculation device according to the invention serves an internal combustion engine with an exhaust gas line and a supply air line.
  • the exhaust gas recirculation device has at least one exhaust gas connection for connection to the exhaust gas line and at least one supply air connection to the supply air line. Furthermore, at least one cooling device is provided for cooling the recirculated exhaust gas.
  • An exhaust gas recirculation device is characterized in that at least one sensor device is provided for determining the relative humidity of the mixed air from recirculated exhaust gas and supply air.
  • An inventive embodiment of an exhaust gas recirculation device thus makes it possible to determine the relative humidity of the mixed air from recirculated exhaust gas and supply air directly or indirectly.
  • the specific value of the relative humidity of the mixed air for the exhaust device in particular for the control of the exhaust device can be used. Since the relative humidity of the mixed air has now been determined via the sensor device, the exhaust gas recirculation device can be regulated in such a way that a dew point undershooting by the recirculation of the recirculated exhaust gas in the mixed air is avoided or substantially avoided.
  • the mixed air is that air that is produced when the recirculated exhaust gas is supplied to the pure supply air and mix the two air streams together as mixed air.
  • the mixed air is the proportion of air which is completely fed to the compressor in a turbocharger and serves as supply air for the internal combustion engine.
  • an inventive determination of the relative humidity of the mixed air can be intervened in a variety of ways in the process of exhaust gas recirculation in the regulation of the exhaust gas recirculation device. For example, it is possible to adjust the amount of recirculated exhaust gas to the specific humidity of the mixed air. It is also possible to adapt the cooling temperature and thus the target temperature of the recirculated exhaust gas to the specific relative humidity of the mixed air. Not least, it is also possible to provide the entire engine control with the information of the specific relative humidity of the mixed air, so that the amount of intake air sucked in this way can be controlled controlled.
  • an exhaust gas recirculation device according to the invention is arranged on the low-pressure side of a compressor of a turbocharger of the internal combustion engine.
  • An exhaust gas recirculation device can be further developed such that the sensor device has at least one humidity sensor in the supply air line downstream of the connection of the supply air connection in order to determine the relative humidity of the mixed air, in particular directly.
  • This is a metrological determination of the relative humidity of the mixed air, so that no additional calculation steps are required when evaluating the specific parameter. Rather, the relative humidity can be determined directly at one point, which includes in particular a substantially complete mixing of the intake air intake and the recirculated exhaust gas. In the case of direct determination, downstream evaluation requirements are reduced to a minimum.
  • the sensor device has at least one humidity sensor in the supply air line upstream of the connection of the supply air connection in order to determine the relative humidity of the mixed air, in particular indirectly.
  • the relative humidity of the supply air alone is determined.
  • a calculation of the relative humidity of the mixed air can subsequently be carried out, for example by means of a control unit and a computer unit arranged therein.
  • the relative humidity of the recirculated exhaust gas is additionally preferably present as input parameters.
  • the amount of the relative humidity of the recirculated exhaust gas can be provided in two different ways.
  • an additional sensor is provided for this purpose, which provides the relative humidity of the recirculated exhaust gas available.
  • one or more sensors that determine the relative humidity in the basic exhaust stream are conceivable in the context of the present invention. It is also possible that an evaluation of the expected relative humidity in the exhaust gas flow takes place from the operating parameters of the internal combustion engine, so that the relative humidity in the recirculated exhaust gas is determined in a mathematical manner and without additional sensor devices. In many different ways, it is possible in this way that the relative humidity of the mixed air is determined in an indirect manner.
  • the arrangement of a sensor device upstream of the connection to the supply air connection has, inter alia, the advantage that a longer controlled system is available, so that a higher lead time is available for the necessary calculation.
  • the sensor device has at least one humidity sensor in the exhaust port and / or in the supply air port in order to determine the relative humidity of the recirculated exhaust gas, in particular directly. If the sensor device is arranged in particular in the supply air connection, then a separate temperature measurement or an estimate of the temperature of the recirculated exhaust gas can be omitted. Preferably, however, a double measurement is carried out, so that the relative humidity is carried out both in the exhaust gas connection and in the supply air connection. Thus, not only the basic relative humidity of the mixed air can be determined later in more detail, but in addition are additional input parameters for detailed and accurate control of the targeted exhaust gas recirculation available.
  • the individual locations for sensor devices can be freely combined with one another, so that a wide variety of possible combinations exist in order to determine individual relative humidity of individual air streams or gas streams with individual sensor devices.
  • the advantages or embodiments of the exhaust gas recirculation device described in the individual paragraphs can accordingly be achieved. It may be advantageous if, in an exhaust gas recirculation device according to the invention, the sensor device has at least one temperature sensor for determining the temperature of the exhaust gas, the recirculated exhaust gas, the supply air and / or the mixed air.
  • the condensation frequency or the condensation time as a dew point for water in a gas depends on the temperature and the pressure, in particular the determination of the temperature by means of a temperature sensor of great advantage for an exhaust gas recirculation device according to the invention.
  • a Mollier diagram is used in a computational and / or graphical manner in order to control an exhaust gas recirculation device according to the invention, the determination of the temperature at at least one point will be used as an input parameter for such an evaluation.
  • a relation to the dew point in the relative humidity of the mixed air is determined, so that preferably also safety distances to this dew point can be maintained.
  • existing temperature sensors for the exhaust gas, for the recirculated exhaust gas, for the supply air and / or for the mixed air can be used, so that the cost of such a trained exhaust gas recirculation device is kept within limits.
  • an exhaust gas recirculation device for connection to the low pressure side of a compressor and / or a turbine of the internal combustion engine are arranged.
  • the exhaust connection here refers to the connection to an exhaust gas line on the low-pressure side of the turbine and the supply air connection to a connection to the supply air line on the low-pressure side of the compressor.
  • an exhaust gas recirculation device according to the invention independently of a turbocharger, or on the high-pressure side of the turbocharger.
  • the sensor device has at least one computer unit which is suitable for carrying out a method according to the invention, as will be described later, is formed.
  • a computer unit is in particular part of a control device or a control unit, which may be part of an engine control of the internal combustion engine, for example.
  • At least one bypass line is provided in an exhaust gas recirculation device according to the invention, which exhaust gas flows past the cooling device during the recirculation. This is done in the bypass line uncooled recirculation of the exhaust gas. Even in the direction of the exhaust port, a mixing of the uncooled and the cooled recirculated exhaust gas, so that in this way can be done in a fast and above all cost-effective manner, a change in the temperature of the total amount of recirculated exhaust gas.
  • the volume flow in the bypass line and thus the ratio between bypassed and cooled recirculated exhaust gas can be adjusted via valves in the bypass line.
  • the cooling device can be operated with constant cooling power and can be changed quickly, cost-effectively and above all simply via the position of the valves, the temperature of the recirculated exhaust gas.
  • the input parameter for this regulation is preferably the relative humidity of the mixed air which has already been determined via the sensor device.
  • the total volume flow for the exhaust gas recirculation thus remains the same as the set substantially constant cooling capacity.
  • a combination with the setting of the cooling capacity or different cooling temperatures in the context of the present invention is conceivable.
  • a method for regulating exhaust gas recirculation by means of an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine with an exhaust gas line and an air supply line comprises the following steps:
  • An inventive method is preferably used in an exhaust gas recirculation device according to the invention and thus brings the same advantages as they have been explained in detail with respect to an exhaust gas recirculation device according to the invention.
  • the ambient conditions of the mixed air are detected in particular with their own sensor devices. These are in particular pressure and temperature in the area of the mixed air.
  • a comparison of the relative humidity with the dew point for water at ambient conditions of the mixed air can be performed so that, preferably at a safety margin, the relative humidity at ambient conditions above the dew point is held.
  • the control preferably takes place via a change in the volume flows of the guided exhaust gas and a change in the cooling power of the recirculated exhaust gas.
  • a method according to the invention can be developed such that at least one of the following parameters of the exhaust gas recirculation device is adapted:
  • a method according to the invention is preferably designed such that it is used for an exhaust gas recirculation device according to the present invention.
  • a method according to the invention can be developed in such a way that the comparison with the dew point for water is carried out by means of at least one of the following methods: Computational comparison
  • a three-dimensional clamping of the Mollier diagram or the characteristic diagram is preferably present. This is due to the fact that both pressure and temperature are included in such an evaluation.
  • the characteristic diagram or the mathematical comparison are preferably evaluation methods which are fundamentally based on a Mollier diagram.
  • this safety distance is described as the temperature difference between the dew point and the real temperature of the mixed air at the corresponding humidity.
  • this temperature difference is a safety margin between about 5 ° C and about 10 ° C.
  • the temperature of the exhaust gas in the exhaust gas line, the recirculated exhaust gas, the supply air in the supply air line and / or the mixed air in the supply air line are additionally determined.
  • appropriate temperature sensors are used, which are already available in particular for the basic engine control of the internal combustion engine.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine 100, which is equipped with an exhaust gas recirculation device 10 according to the invention.
  • a turbocharger 1 10 is additionally provided with a turbine 1 14 in the exhaust pipe 120 and a compressor 1 12 in the supply air line 130.
  • an additional cooler 140 is provided, which is basically suitable for cooling the supply air in the supply air line 130.
  • the exhaust gas recirculation device has an exhaust gas connection 20 and a supply air connection 30 which are in fluid-communicating contact with the exhaust gas line 120 or the supply air line 130.
  • the individual air streams namely the exhaust gas stream 12, the recirculated exhaust gas 14, the supply air 16 and the mixed air 18 are shown with arrows. If exhaust gas from the internal combustion engine 100 now flows out of the turbine 1 14 of the turbocharger 110 through the exhaust gas line 120, a determination of the temperature and the relative humidity at this point is carried out via a sensor device 50 with a humidity sensor 52 and a temperature sensor 54.
  • the sensor device 50 with the temperature sensor 54 and humidity sensor 52 may also be arranged in front of the cooling device 40 or downstream of the cooling device 40.
  • the arrangement of the sensor device 50 with the temperature sensor 54 and the humidity sensor 52 is present before or after the connection between the supply air connection 30 and the supply air line 130. These locations can all be formed together or all individually or in any desired combinations as a corresponding sensor device 50.
  • a bypass line 70 is additionally provided as an option, which allows separation of the recirculated exhaust gas 14 via valves (not shown), so that only a portion flows through the cooling device 40.
  • a change in the temperature of the recirculated exhaust gas 14 can be performed without changing the cooling capacity of the cooling device 40.
  • a computer unit 60 which performs a method according to the invention.
  • the relative humidity in the mixed air 18 is determined directly or indirectly, by the sensor device 50 either directly (see arrangement in Figure 1 bottom left) or indirectly (see arrangement in Figure 1 bottom right) in combination with other input parameters from the exhaust gas recirculation device 10th the relative humidity of the mixed air 18 determined.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasrückführvorrichtung (10) für einen Verbrennungsmotor (100) mit einer Abgasleitung (120) und einer Zuluftleitung (130), aufweisend wenigstens einen Abgasanschluss (20) zum Anschluss an die Abgasleitung (120) und wenigstens einen Zuluftanschluss (30) für den Anschluss an die Zuluftleitung (130), weiter aufweisend wenigstens eine Kühlvorrichtung (40) zur Kühlung des rückgeführten Abgases (14), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Sensorvorrichtung (50) für die Bestimmung der relativen Feuchte der Mischluft (18) aus rückgeführtem Abgas (14) und Zuluft (16) vorgesehen ist.

Description

Abgasrückführvorrichtung für einen Verbrennungsmotor
B e s c h r e i b u n g
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasrückführvorrichtung für einen Verbrennungsmotor sowie ein Verfahren für die Regelung einer Abgasrückführung mittels einer Abgasrückführvorrichtung für einen Verbrennungsmotor.
Es ist grundsätzlich bekannt bei Verbrennungsmotoren eine Abgasrückführung vorzunehmen. Insbesondere gekühlte Abgasrückführungen führen bei Ottomotoren, insbesondere bei hohen Lasten, dazu, die Klopfneigung zu verbessern und den Bauteilschutzanfettungsbedarf zu reduzieren, da es die Abgastemperatur senkt. Die gekühlte Abgasrückführung ist somit eine Maßnahme, die wesentlich den Realverbrauch eines Verbrennungsmotors beeinflusst und daher vorzugsweise bei möglichst vielen Umgebungsrandbedingungen eingesetzt werden soll. Nachteilhaft bei bekannten Abgasrückführvorrichtungen und entsprechenden Verfahren ist es, dass durch die Kühlung bei der Abgasrückführung die Gefahr der Kondensation des Wasseranteils im rückgeführten Abgas besteht. Insbesondere aufgrund eines erhöhten Wasseranteils, welcher durch die Verbrennung im Verbrennungsmotor zustande kommt, kann es auch bei höheren Temperaturen bereits zur Kondensation des Wassers im Abgas kommen. Insbesondere in Kombination einer Abgasrückführung auf der Niederdruckseite eines Turboladers ist dies von entscheidendem Nachteil. Die Kondensation von Wasser in dem rückgeführten Abgas führt dazu, dass sich Wassertropfen in kondensierter Weise in der Zuluft vor dem Verdichter finden. Da es sich beim Verdichter um schnelldrehende Verdichterschaufeln handelt, kann es zur sogenannten Tropfenerosion beziehungsweise Tropfenkorrosion kommen. Diese kann neben verstärkter Korrosion sogar zum Zerstören der einzelnen Verdichterschaufeln und damit zum Ausfall eines Turboladersystems führen. Dementsprechend sind bekannte Abgasrückführungsvorrichtungen häufig auf eine maximale Reduktion dieser Kondensationsgefahr ausgelegt. Sind Umgebungsparameter, insbesondere der Feuchtegrad der Zuluft jedoch unterhalb dieser Maximalauslegung, so wird auf diese Weise nicht die volle Effizienz der Abgasrückführung ausgenutzt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bekannter Abgasrückführvorrichtungen zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abgasrückführvorrichtung für einen Verbrennungsmotor und ein entsprechendes Verfahren für die Regelung einer Abgasrückführung zur Verfügung zu stellen, welche eine einfache und kostengünstige Verbesserung der Effizienz bei der Abgasrückführung erlauben.
Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Abgasrückführvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren für die Regelung einer Abgasrückführvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Abgasrückführvorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann. Eine erfindungsgemäße Abgasrückführvorrichtung dient einem Verbrennungsmotor mit einer Abgasleitung und einer Zuluftleitung. Die erfindungsgemäße Abgasrückführvorrichtung weist wenigstens einen Abgasanschluss zum Anschluss an die Abgasleitung und wenigstens einen Zuluftanschluss an die Zuluftleitung auf. Weiter ist wenigstens eine Kühlvorrichtung zur Kühlung des rückgeführten Abgases vorgesehen. Eine erfindungsgemäße Abgasrückführvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest eine Sensorvorrichtung für die Bestimmung der relativen Feuchte der Mischluft aus rückgeführtem Abgas und Zuluft vorgesehen ist.
Eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Abgasrückführvorrichtung ermöglicht es also, die relative Feuchte der Mischluft aus rückgeführtem Abgas und Zuluft direkt oder indirekt zu bestimmen. Damit kann der bestimmte Wert der relativen Feuchte der Mischluft für die Abgasvorrichtung, insbesondere für die Regelung der Abgasvorrichtung, verwendet werden. Da nun die relative Feuchte der Mischluft über die Sensorvorrichtung bestimmt worden ist, kann die Abgasrückführvorrichtung in einer Art und Weise geregelt werden, dass eine Taupunktunterschreitung durch die Rückführung des rückgeführten Abgases in der Mischluft vermieden beziehungsweise im Wesentlichen vermieden wird. Es erfolgt eine Anpassung an die realen Zustandssituationen in direkter oder in indirekter Weise mit Bezug auf die Mischluft. Die Mischluft ist dabei diejenige Luft, die entsteht, wenn das rückgeführte Abgas der reinen Zuluft zugeführt wird und sich die beiden Luftströme als Mischluft miteinander vermischen. Die Mischluft ist der Luftanteil, welcher vollständig bei einem Turbolader dem Verdichter zugeführt wird und als Zuluft für den Verbrennungsmotor dient.
Durch eine erfindungsgemäße Bestimmung der relativen Feuchte der Mischluft kann in unterschiedlichster Weise in das Verfahren der Abgasrückführung bei der Regelung der Abgasrückführvorrichtung eingegriffen werden. So ist es zum Beispiel möglich, die Menge des rückgeführten Abgases an die bestimmte Feuchte der Mischluft anzupassen. Auch ist es möglich, die Kühltemperatur und damit die Zieltemperatur des rückgeführten Abgases an die bestimmte relative Feuchte der Mischluft anzupassen. Nicht zuletzt ist es auch möglich, die gesamte Motorsteuerung mit der Information der bestimmten relativen Feuchte der Mischluft zu versorgen, sodass auch die Menge der angesaugten Zuluft auf diese Weise gesteuert geregelt werden kann. Vorzugsweise ist eine erfindungsgemäße Abgasruckfuhrvorrichtung auf der Niederdruckseite eines Verdichters eines Turboladers des Verbrennungsmotors angeordnet. Damit kann wirkungsvoll und vor allem in kostengünstiger und einfacher Weise eine Kondensation von Wasser in der Mischluft vermieden beziehungsweise reduziert werden, sodass Tropfenerosion beziehungsweise Tropfenkorrosion und eine damit auftretende Zerstörung der einzelnen Verdichterschaufeln wirkungsvoll vermieden wird. Damit kann das Ziel der Reduktion des Treibstoffverbrauchs des Verbrennungsmotors bei gleichzeitiger Beibehaltung der Reduktion der Klopfneigung bei hohen Lasten erreicht werden, und gleichzeitig eine hohe Effizienz der Abgasrückführung unabhängig von den realen Umgebungsparametern um den Verbrennungsmotor beziehungsweise das Fahrzeug herum erreicht werden.
Eine erfindungsgemäße Abgasrückführvorrichtung kann dahin gehend weitergebildet werden, dass die Sensorvorrichtung wenigstens einen Feuchtesensor in der Zuluftleitung stromabwärts des Anschlusses des Zuluftanschlusses aufweist, um die relative Feuchte der Mischluft insbesondere direkt zu bestimmen. Dabei handelt es sich um eine messtechnische Bestimmung der relativen Feuchte der Mischluft, sodass bei der Auswertung des bestimmten Parameters keine zusätzlichen Berechnungsschritte erforderlich sind. Vielmehr kann direkt an einer Stelle die relative Feuchte bestimmt werden, welche insbesondere eine im Wesentlichen vollständige Durchmischung der angesaugten Zuluft und des rückgeführten Abgases beinhaltet. Bei der direkten Bestimmung sind nachgeschaltete Auswerteanforderungen auf ein Minimum reduziert.
Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass bei einer erfindungsgemäßen Abgasrückführvorrichtung die Sensorvorrichtung wenigstens einen Feuchtesensor in der Zuluftleitung stromaufwärts des Anschlusses des Zuluftanschlusses aufweist, um die relative Feuchte der Mischluft insbesondere indirekt zu bestimmen. Bei dieser Ausführungsform wird die relative Feuchte der Zuluft alleine bestimmt. Um die relative Feuchte der Mischluft indirekt zu bestimmen, kann nachfolgend, zum Beispiel mithilfe einer Kontrolleinheit und einer darin angeordneten Rechnereinheit, eine Berechnung der relativen Feuchte der Mischluft erfolgen. Hierfür ist zusätzlich als Eingabeparameter vorzugsweise die relative Feuchte des rückgeführten Abgases vorhanden. Die Menge der relativen Feuchte des rückgeführten Abgases kann auf zwei verschiedene Weisen zur Verfügung gestellt werden. So ist es denkbar, dass hierfür ein zusätzlicher Sensor vorgesehen ist, der die relative Feuchte des rückgeführten Abgases zur Verfügung stellt. Auch ein oder mehrere Sensoren, die die relative Feuchte im grundsätzlichen Abgasstrom bestimmen sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar. Auch ist es möglich, dass aus den Betriebsparametern des Verbrennungsmotors eine Auswertung hinsichtlich der zu erwartenden relativen Feuchte im Abgasstrom erfolgt, sodass auf rechnerische Weise und ohne zusätzliche Sensorvorrichtungen die relative Feuchte im rückgeführten Abgas bestimmt wird. In unterschiedlichster Weise ist es auf diese Art möglich, dass in indirekter Art die relative Feuchte der Mischluft bestimmt wird. Die Anordnung einer Sensorvorrichtung stromaufwärts des Anschlusses an den Zuluftanschluss bringt unter anderem den Vorteil mit sich, dass eine längere Regelstrecke zur Verfügung steht, sodass eine höhere Vorlaufzeit für die notwendige Berechnung zur Verfügung steht.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn bei einer erfindungsgemäßen Abgasrückführvorrichtung die Sensorvorrichtung wenigstens einen Feuchtesensor in dem Abgasanschluss und/oder in dem Zuluftanschluss aufweist, um die relative Feuchte des rückgeführten Abgases insbesondere direkt zu bestimmen. Ist die Sensorvorrichtung insbesondere im Zuluftanschluss angeordnet, so kann eine separate Temperaturmessung beziehungsweise eine Abschätzung der Temperatur des rückgeführten Abgases unterbleiben. Vorzugsweise wird jedoch eine doppelte Messung durchgeführt, sodass die relative Feuchte sowohl im Abgasanschluss, als auch im Zuluftanschluss durchgeführt wird. Somit kann nicht nur die grundsätzliche relative Feuchte der Mischluft später in genauerer Weise bestimmt werden, sondern darüber hinaus stehen zusätzliche Eingangsparameter für die detaillierte und exakte Regelung der gezielten Abgasrückführung zur Verfügung.
Die voranstehenden Absätze beschreiben verschiedene Orte für Sensorvorrichtungen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung können die einzelnen Orte für Sensorvorrichtungen frei miteinander kombiniert werden, sodass unterschiedlichste Kombinationsmöglichkeiten bestehen, um mit einzelnen Sensorvorrichtungen einzelne relative Feuchten einzelner Luftströme beziehungsweise Gasströme zu bestimmen. Je nach Anordnungspositionen der Sensorvorrichtungen können dementsprechend die in den einzelnen Absätzen beschriebenen Vorteile beziehungsweise Ausführungsformen der Abgasrückführvorrichtung erreicht werden. Es kann von Vorteil sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Abgasruckfuhrvorrichtung die Sensorvorrichtung wenigstens einen Temperatursensor aufweist für die Bestimmung der Temperatur des Abgases, des rückgeführten Abgases, der Zuluft und/oder der Mischluft. Dadurch, dass die Kondensationshäufigkeit beziehungsweise der Kondensationszeitpunkt als Taupunkt für Wasser in einem Gas von der Temperatur und dem Druck abhängt, ist insbesondere die Bestimmung der Temperatur mithilfe eines Temperatursensors von großem Vorteil für eine erfindungsgemäße Abgasrückführvorrichtung. Wird zum Beispiel ein Mollier-Diagramm in rechnerischer und/oder grafischer Weise verwendet, um eine erfindungsgemäße Abgasrückführvorrichtung zu regeln, so wird die Bestimmung der Temperatur an wenigstens einer Stelle als Eingangsparameter für eine solche Auswertung verwendet werden. Damit wird insbesondere eine Relation zum Taupunkt in der relativen Feuchte der Mischluft bestimmt, sodass vorzugsweise auch Sicherheitsabstände zu diesem Taupunkt eingehalten werden können. Dabei können bereits bestehende Temperatursensoren für das Abgas, für das rückgeführte Abgas, für die Zuluft und/oder für die Mischluft eingesetzt werden, sodass der Kostenaufwand für eine so ausgebildete Abgasrückführvorrichtung sich in Grenzen hält.
Vorteilhaft ist es weiter, wenn einer erfindungsgemäßen Abgasrückführvorrichtung der Abgasanschluss und der Zuluftanschluss für den Anschluss auf der Niederdruckseite eines Verdichters und/oder einer Turbine des Verbrennungsmotors angeordnet sind. Der Abgasanschluss bezieht sich dabei auf den Anschluss an eine Abgasleitung auf der Niederdruckseite der Turbine und der Zuluftanschluss auf einen Anschluss an die Zuluftleitung auf der Niederdruckseite des Verdichters. Insbesondere hier kommen die großen Stärken einer erfindungsgemäßen Abgasrückführvorrichtung zum Tagen, da durch die Reduktion der Kondensationswahrscheinlichkeit von Wasser in der Mischluft als Zufuhr für den Verdichter die Gefahr von Tropfenerosion beziehungsweise Tropfenkorrosion und damit die Gefahr der Beschädigung der Verdichterschaufeln auf ein Minimum reduziert wird. Grundsätzlich ist es jedoch selbstverständlich auch möglich, eine erfindungsgemäße Abgasrückführvorrichtung auch unabhängig von einem Turbolader, beziehungsweise auf der Hochdruckseite des Turboladers einzusetzen. Bei einer erfindungsgemäßen Abgasrückführvorrichtung ist es von Vorteil, wenn die Sensorvorrichtung wenigstens eine Rechnereinheit aufweist, welche für die Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wie es später beschrieben wird, ausgebildet ist. Damit können die gleichen Vorteile erzielt werden, wie sie später noch ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren erläutert werden. Eine solche Rechnereinheit ist insbesondere Teil einer Kontrollvorrichtung beziehungsweise eine Kontrolleinheit, die zum Beispiel Teil einer Motorsteuerung des Verbrennungsmotors sein kann.
Vorteilhaft ist es weiter, wenn bei einer erfindungsgemäßen Abgasrückführvorrichtung wenigstens eine Bypassleitung vorgesehen ist, welche Abgas bei der Rückführung an der Kühlvorrichtung vorbeileitet. Damit erfolgt in der Bypassleitung eine ungekühlte Rückführung des Abgases. Noch in der Leitung des Abgasanschlusses erfolgt eine Vermischung des ungekühlten und des gekühlten rückgeführten Abgases, sodass auf diese Weise in schneller und vor allem kostengünstiger Weise eine Veränderung der Temperatur der Gesamtmenge des rückgeführten Abgases erfolgen kann. So kann zum Beispiel über Ventile in der Bypassleitung der Volumenstrom in der Bypassleitung und damit das Verhältnis zwischen vorbeigeleiteten und gekühltem rückgeführtem Abgas eingestellt werden. So kann zum Beispiel die Kühlvorrichtung mit konstanter Kühlleistung betrieben werden und schnell, kostengünstig und vor allem einfach über die Stellung der Ventile die Temperatur des rückgeführten Abgases verändert werden. Eingangsparameter für diese Regelung ist vorzugsweise die bereits über die Sensorvorrichtung bestimmte relative Feuchte der Mischluft. Der gesamte Volumenstrom für die Abgasrückführung bleibt somit gleich genauso wie die eingestellte im Wesentlichen konstante Kühlleistung. Selbstverständlich ist jedoch auch eine Kombination mit der Einstellung der Kühlleistung beziehungsweise unterschiedlichen Kühltemperaturen im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren für die Regelung einer Abgasrückführung mittels einer Abgasrückführvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit einer Abgasleitung und einer Zuluftleitung. Ein solches Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
Bestimmen der relativen Feuchte in der Zuluftleitung der Mischluft aus rückgeführtem Abgas und Zuluft,
Vergleich der bestimmten relativen Feuchte mit dem Taupunkt für Wasser bei den Umgebungsbedingungen der Mischluft und Anpassen wenigstens eines Parameters der Abgasrückführung mittels der Abgasrückführvorrichtung in Abhängigkeit des durchgeführten Vergleichs.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren wird vorzugsweise bei einer erfindungsgemäßen Abgasrückführvorrichtung eingesetzt und bringt demnach die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Abgasrückführvorrichtung erläutert worden sind. Die Umgebungsbedingungen der Mischluft werden insbesondere mit eigenen Sensorvorrichtungen erkannt. Dies sind insbesondere Druck und Temperatur im Bereich der Mischluft. So kann zum Beispiel mithilfe eines Mollier-Diagramms in grafischer und/oder rechnerischer Weise ein Vergleich der relativen Feuchte mit dem Taupunkt für Wasser bei den Umgebungsbedingungen der Mischluft durchgeführt werden, sodass, vorzugsweise mit einem Sicherheitsabstand, die relative Feuchte bei den Umgebungsbedingungen oberhalb des Taupunkts gehalten wird. Die Regelung erfolgt vorzugsweise über eine Veränderung der Volumenströme des geführten Abgases und eine Veränderung der Kühlleistung des rückgeführten Abgases.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann dahingehend weitergebildet sein, dass wenigstens einer der folgenden Parameter der Abgasrückführvorrichtung angepasst wird:
Rückführrate des rückgeführten Abgases
Temperatur des rückgeführten Abgases.
Dabei handelt es sich selbstverständlich nur um zwei grundsätzliche Möglichkeiten der Parameteranpassung der Abgasrückführung. Auch Verhältnisverschiebungen zwischen einem Bypass und einem gekühlten Teil des rückgeführten Abgases sind selbstverständlich im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass es für eine Abgasrückführvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann dahingehend weitergebildet werden, dass der Vergleich mit dem Taupunkt für Wasser mittels wenigstens einer der nachfolgenden Methoden durchgeführt wird: Rechnerischer Vergleich
Graphischer Vergleich in einem Mollier-Diagramm
Vergleich in einem Kennfeld
Insbesondere beim Vergleich in einem Kennfeld beziehungsweise graphischem Vergleich mit einem Mollier-Diagramm ist vorzugsweise ein dreidimensionales Aufspannen des Mollier- Diagramms beziehungsweise des Kennfeldes vorhanden. Dies beruht auf der Tatsache, dass sowohl Druck, als auch Temperatur Eingang finden in eine solche Auswertung. Das Kennfeld beziehungsweise der rechnerische Vergleich sind vorzugsweise Auswertmethoden, welche grundsätzlich auf ein Mollier-Diagramm beruhen.
Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die Anpassung des wenigstens einen Parameters derart erfolgt, dass ein Sicherheitsabstand zum Taupunkt von Wasser bei den Umgebungsbedingungen der Mischluft verbleibt. Insbesondere wird dieser Sicherheitsabstand als Temperaturdifferenz zwischen dem Taupunkt und der realen Temperatur der Mischluft bei der entsprechenden Feuchte beschrieben. Insbesondere liegt dieser Temperaturunterschied als Sicherheitsabstand zwischen circa 5°C und circa 10°C. Somit wird ein Regelungspuffer gebildet, welcher insbesondere ein Aufschaukeln beziehungsweise ein ungewolltes Unterschreiten des Taupunktes von Wasser bei den Umgebungsbedingungen der Mischluft vermeidet.
Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich noch die Temperatur des Abgases in der Abgasleitung, des rückgeführten Abgases, der Zuluft in der Zuluftleitung und/oder der Mischluft in der Zuluftleitung bestimmt wird. Dabei werden vorzugsweise entsprechende Temperatursensoren verwendet, welche insbesondere bereits für die grundsätzliche Motorsteuerung des Verbrennungsmotors vorhanden sind.
Die vorliegende Erfindung wird näher erläutert anhand der beigefügten Zeichnungsfigur. Die dabei verwendeten Begrifflichkeiten „links", „rechts", „oben" und „unten" beziehen sich auf eine Ausrichtung der Zeichnungsfiguren mit normal lesbaren Bezugszeichen. Es zeigt schematisch: Figur 1 eine Darstellung eines Verbrennungsmotors mit einer erfindungsgemäßen Abgasrückführvorrichtung.
Die Figur 1 zeigt einen Verbrennungsmotor 100, welcher mit einer erfindungsgemäßen Abgasrückführvorrichtung 10 ausgestattet ist. Hierfür ist zusätzlich ein Turbolader 1 10 mit einer Turbine 1 14 in der Abgasleitung 120 und einem Verdichter 1 12 in der Zuluftleitung 130 vorgesehen. Zusätzlich ist ein Zusatzkühler 140 vorgesehen, welcher grundsätzlich für die Kühlung der Zuluft in der Zuluftleitung 130 geeignet ist.
Die erfindungsgemäße Abgasrückführvorrichtung dieser Ausführungsform weist einen Abgasanschluss 20 und einen Zuluftanschluss 30 auf, welche mit der Abgasleitung 120 beziehungsweise der Zuluftleitung 130 in fluidkommunizierendem Kontakt stehen. Darüber hinaus sind mit Pfeilen die einzelnen Luftströme, nämlich der Abgasstrom 12, das rückgeführte Abgas 14, die Zuluft 16 und die Mischluft 18 dargestellt. Strömt nun Abgas vom Verbrennungsmotor 100 aus der Turbine 1 14 des Turboladers 1 10 durch die Abgasleitung 120 aus, so wird über eine Sensorvorrichtung 50 mit einem Feuchtesensor 52 und einem Temperatursensor 54 eine Bestimmung der Temperatur und der relativen Feuchte an dieser Stelle durchgeführt. Zusätzlich oder alternativ kann die Sensorvorrichtung 50 mit dem Temperatursensor 54 und Feuchtesensor 52 auch vor der Kühlvorrichtung 40 beziehungsweise nach der Kühlvorrichtung 40 angeordnet sein. Selbstverständlich ist es auch möglich, wie bereits im allgemeinen Teil beschrieben, dass die Anordnung der Sensorvorrichtung 50 mit dem Temperatursensor 54 und dem Feuchtesensor 52 vor beziehungsweise nach dem Anschluss zwischen dem Zuluftanschluss 30 und der Zuluftleitung 130 vorhanden ist. Diese Orte können alle gemeinsam oder alle einzeln beziehungsweise in beliebigen Kombinationen als entsprechende Sensorvorrichtung 50 ausgebildet sein.
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 1 ist zusätzlich als Option eine Bypassleitung 70 vorgesehen, welche über (nicht dargestellte) Ventile ein Abtrennen des rückgeführten Abgases 14 erlaubt, sodass nur noch ein Teil durch die Kühlvorrichtung 40 strömt. Damit kann ohne Veränderung der Kühlleistung der Kühlvorrichtung 40 eine Veränderung der Temperatur des rückgeführten Abgases 14 durchgeführt werden. Ebenfalls schematisch dargestellt ist eine Rechnereinheit 60, welche ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführt. So wird die relative Feuchte in der Mischluft 18 direkt oder indirekt bestimmt, indem über die Sensorvorrichtung 50 entweder direkt (siehe Anordnung in Figur 1 unten links) oder indirekt (siehe Anordnung in Figur 1 unten rechts) in Kombination mit weiteren Eingangsparametern aus der Abgasrückführvorrichtung 10 die relative Feuchte der Mischluft 18 bestimmt.
Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsform beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsform, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
B ez u g s ze i c h e n l i s te Abgasrückführvorrichtung
Abgas
rückgeführtes Abgas
Zuluft
Mischluft
Abgasanschluss
Zuluftanschluss
Kühlvorrichtung
Sensorvorrichtung
Feuchtesensor
Temperatursensor
Rechnereinheit
Bypassleitung Verbrennungsmotor
Turbolader
Verdichter
Turbine
Abgasleitung
Zuluftleitung
Zusatzkühler

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1 . Abgasrückführvorrichtung (10) für einen Verbrennungsmotor (100) mit einer
Abgasleitung (120) und einer Zuluftleitung (130), aufweisend wenigstens einen Abgasanschluss (20) zum Anschluss an die Abgasleitung (120) und wenigstens einen Zuluftanschluss (30) für den Anschluss an die Zuluftleitung (130), weiter aufweisend wenigstens eine Kühlvorrichtung (40) zur Kühlung des rückgeführten Abgases (14), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Sensorvorrichtung (50) für die Bestimmung der relativen Feuchte der Mischluft (18) aus
rückgeführtem Abgas (14) und Zuluft (16) vorgesehen ist.
2. Abgasrückführvorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
die Sensorvorrichtung (50) wenigstens einen Feuchtesensor (52) in der
Zuluftleitung (130) stromabwärts des Anschlusses des Zuluftanschlusses (30) aufweist, um die relative Feuchte der Mischluft (18) insbesondere direkt zu bestimmen.
3. Abgasrückführvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (50) wenigstens einen Feuchtesensor (52) in der Zuluftleitung (130) stromaufwärts des Anschlusses des Zuluftanschlusses (30) aufweist, um die relative Feuchte der Mischluft (18) insbesondere indirekt zu bestimmen.
4. Abgasrückführvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (50) wenigstens einen Feuchtesensor (52) in dem Abgasanschluss (20) und/oder in dem Zuluftanschluss (30) aufweist, um die relative Feuchte des rückgeführten Abgases (14) insbesondere direkt zu bestimmen.
5. Abgasrückführvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (50) wenigstens einen Temperatursensor (54) aufweist für die Bestimmung der Temperatur des Abgases (12), des rückgeführten Abgases (14), der Zuluft (16) und/oder der Mischluft (18).
6. Abgasrückführvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasanschluss (20) und der
Zuluftanschluss (30) für den Anschluss auf der Niederdruckseite eines Verdichters (1 12) und/oder einer Turbine (1 14) des Verbrennungsmotors (100) angeordnet sind.
7. Abgasrückführvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (50) wenigstens eine Rechnereinheit (60) aufweist, welche für die Ausführung eines Verfahrens mit den Merkmalen eines der Ansprüche 9 bis 14 ausgebildet ist.
8. Abgasrückführvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Bypassleitung (70) vorgesehen ist, welche Abgas (12) bei der Rückführung an der Kühlvorrichtung (40) vorbeileitet.
9. Verfahren für die Regelung einer Abgasrückführung mittels einer
Abgasrückführvorrichtung (10) für einen Verbrennungsmotor (100) mit einer Abgasleitung (120) und einer Zuluftleitung (130), aufweisend die folgenden Schritte:
- Bestimmen der relativen Feuchte in der Zuluftleitung (130) der Mischluft (18) aus rückgeführtem Abgas (14) und Zuluft (16),
- Vergleich der bestimmten relativen Feuchte mit dem Taupunkt für Wasser bei den Umgebungsbedingungen der Mischluft (18) und
- Anpassen wenigstens eines Parameters der Abgasrückführung mittels der Abgasrückführvorrichtung (10) in Abhängigkeit des durchgeführten Vergleichs.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der folgenden Parameter angepasst wird:
- Rückführrate des rückgeführten Abgases (14)
- Temperatur des rückgeführten Abgases (14)
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführvorrichtung (10) ausgebildet ist mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 8.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
der Vergleich mit dem Taupunkt für Wasser mittels wenigstens einer der nachfolgenden Methoden durchgeführt wird:
- Rechnerischer Vergleich
- Graphischer Vergleich in einem Mollier-Diagramm
- Vergleich in einem Kennfeld
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass
die Anpassung des wenigstens einen Parameters derart erfolgt, dass ein
Sicherheitsabstand zum Taupunkt von Wasser bei den Umgebungsbedingungen der Mischluft (18) verbleibt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass
zusätzlich noch die Temperatur des Abgases (12) in der Abgasleitung (120), des rückgeführten Abgases (14), der Zuluft (16) in der Zuluftleitung (130) und/oder der Mischluft (18) in der Zuluftleitung (130) bestimmt wird.
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