DE10319333A1 - System for influencing suction gas temperature and thus power level in combustion chamber of an internal combustion engine, comprises coolant control valve to influence coolant flow through exhaust gas cooler - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein System zur Beeinflussung der Ansauggastemperatur und damit des Energieniveaus im Brennraum eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines HCCI-fähigen Verbrennungsmotors, mit einer Abgasrückführeinrichtung mit einem Abgasrückführventil zum Zuführen von Abgas eines früheren Verbrennungszyklus zu Frischluft beziehungsweise zu einem Frischluft aufweisenden Gemisch, um nach Einspritzung von Kraftstoff ein Luft/Kraftstoff/Abgas-Gemisch mit einem für die Verbrennung vorteilhaften Energieniveau bereitzustellen, und mindestens einem als Abgaskühler wirkenden Wärmetauscher zur Absenkung der Temperatur des zurückgeführten Abgases.The The invention relates to a system for influencing the intake gas temperature and thus the energy level in the combustion chamber of an internal combustion engine, especially an HCCI-enabled Internal combustion engine, with an exhaust gas recirculation device with an exhaust gas recirculation valve to feed of exhaust from a previous one Combustion cycle to fresh air or to fresh air comprising mixture to form an air / fuel / exhaust gas mixture after fuel injection with one for to provide the combustion with advantageous energy levels, and at least one as an exhaust gas cooler acting heat exchanger to lower the temperature of the recirculated exhaust gas.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Beeinflussung der Ansauggastemperatur und damit des Energieniveaus im Brennraum eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines HCCI-fähigen Verbrennungsmotors, bei dem Abgas eines früheren Verbrennungszyklus Frischluft beziehungsweise einem Frischluft aufweisenden Gemisch zugeführt wird, um nach Einspritzung von Kraftstoff ein Luft/Kraftstoff/Abgas-Gemisch mit einem für die Verbrennung vorteilhaften Energieniveau bereitzustellen, und Abgas in einem als Abgaskühler wirkenden Wärmetauscher zur Absenkung der Temperatur des zurückgeführten Abgases gekühlt wird.The The invention further relates to a method for influencing the Intake gas temperature and thus the energy level in the combustion chamber Internal combustion engine, in particular an HCCI-capable internal combustion engine, in the exhaust gas from an earlier combustion cycle Fresh air or a mixture containing fresh air is fed to form an air / fuel / exhaust gas mixture after fuel injection with one for to provide the combustion with advantageous energy levels, and Exhaust gas in one as an exhaust gas cooler acting heat exchanger is cooled to lower the temperature of the recirculated exhaust gas.
Im Zusammenhang mit Benzin-Direkteinspritzsystemen sind unterschiedliche Betriebsbedingungen bekannt. Diesen ist gemeinsam, dass eine Direkteinspritzung von Kraftstoff unter Hochdruck direkt in einen Brennraum erfolgt. Die Gemischbildung erfolgt dann innerhalb des Brennraums. Herkömmlich unterscheidet man die Betriebsarten Homogenbetrieb und Schichtbeziehungsweise Magerbetrieb. Beim Homogenbetrieb liegt ein homogen über den gesamten Brennraum verteiltes Gemisch vor.in the There are different relationships with gasoline direct injection systems Operating conditions known. Common to these is that direct injection of fuel under high pressure takes place directly in a combustion chamber. The mixture is then formed within the combustion chamber. Traditionally differentiates the operating modes homogeneous operation and shift or mode of operation Lean operation. In homogeneous operation, one is homogeneous over the entire Combustion chamber distributed mixture.
Beim Schicht- beziehungsweise Magerbetrieb liegt nur im Bereich der Zündkerze ein Gemisch mit einer Luftzahl λ ≤ 1 vor. Das verbleibende Volumen des Brennraums ist mit angesaugter Frischluft, einem Inertgas aus der Abgasrückführung oder einem sehr mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch gefüllt, so dass sich insgesamt eine Luftzahl von λ > 1 ergibt.At the Shift or lean operation is only in the area of the spark plug a mixture with an air ratio λ ≤ 1. The remaining volume of the combustion chamber is with fresh air drawn in, one Inert gas from the exhaust gas recirculation or a very lean air-fuel mixture, so that overall results in an air ratio of λ> 1.
Neben diesen herkömmlichen Betriebsarten wird vermehrt eine weitere Betriebsart als erfolgversprechend eingeschätzt, die dem Betrieb des selbstzündenden Dieselmotors ähnelt. Diese ist als HCCI-Betriebsart (Homogeneous Charge Compression Ignition) bekannt und stellt ein selbstzündendes Brennverfahren dar, bei dem der Zündzeitpunkt und damit der Verbrennungsverlauf über die reaktive Energiemenge im Zylinder gesteuert wird. Um ein ausreichendes Energieniveau bereitzustellen, bedient man sich üblicherweise einer Abgasrückführung über externe Stellmittel im Rahmen einer externen Abgasrückführung oder durch eine geeignete Gaswechselventilsteuerung im Rahmen einer internen Abgasrückführung.Next this conventional Operating modes are increasingly another operating mode as promising assessed, the operation of the auto-igniting Diesel engine resembles. This is called HCCI mode (Homogeneous Charge Compression Ignition) known and represents a self-igniting combustion process represents at which the ignition point and thus the course of combustion over the reactive amount of energy is controlled in the cylinder. To provide a sufficient level of energy is usually used exhaust gas recirculation via external Actuators in the context of an external exhaust gas recirculation or by a suitable Gas exchange valve control as part of an internal exhaust gas recirculation.
Bei der Einstellung des Temperaturniveaus und damit des Energieniveaus im Brennraum über die Abgasrückführrate ist jedoch zu berücksichtigen, dass dies nur innerhalb bestimmter Grenzen erfolgen kann. Da die Abgasrückführrate nicht nur das Temperaturniveau im Brennraum sondern auch das Mischungsverhältnis von Luft, Kraftstoff und Abgas beeinflusst, ist es unter Umständen nicht möglich, die Abgasrückführrate sowohl im Hinblick auf die Temperatur im Brennraum als auch im Hinblick auf das genannte Mischungsverhältnis optimal zu wählen. Somit können Kompromisse bei der Einstellung der Abgasrückführrate erforderlich werden, um einen zuverlässigen Betrieb des Verbrennungsmotors sicherzustellen.at the setting of the temperature level and thus the energy level in the combustion chamber over the Exhaust gas recirculation rate is however, take into account that this can only be done within certain limits. Because the exhaust gas recirculation rate is not only the temperature level in the combustion chamber but also the mixing ratio of Air, fuel and exhaust gas may not be affected possible, the exhaust gas recirculation rate both in terms of the temperature in the combustion chamber as well as in terms of to the stated mixing ratio to choose optimally. So you can Compromises in setting the exhaust gas recirculation rate may be required for a reliable Ensure the operation of the internal combustion engine.
Im Zusammenhang mit herkömmlich gezündeten Verbrennungsmotoren wurde bereits vorgeschlagen, eine gekühlte Abgasrückführung zu verwenden, wobei diese Kühlung des Abgases insbesondere auf eine Reduzierung der Stickoxidemissionen abzielte.in the Relation to conventional ignited Internal combustion engines have already been proposed to cool exhaust gas recirculation use this cooling of the exhaust gas, in particular on a reduction in nitrogen oxide emissions aimed.
Hierzu wird beispielsweise auf MTZ Motortechnische Zeitschrift 60 (1999) 7/8, Seite 470 ff. verwiesen: "Einhaltung zukünftiger Emissionsvorschriften durch gekühlte Abgasrückführung" von Karl-Heinrich Lösing und Rainer Lutz.For this is, for example, on MTZ Motortechnische Zeitschrift 60 (1999) 7/8, page 470 ff. Referred to: "Compliance future Emission regulations through refrigerated Exhaust gas recirculation "by Karl-Heinrich Lösing and Rainer Lutz.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und insbesondere ein System und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, durch die die Einstellung der Temperatur im Brennraum des Verbrennungsmotors zumindest teilweise von der Einstellung des optimalen Mischungsverhältnisses von Luft, Kraftstoff und Abgas entkoppelt werden kann.The Invention is based on the object, the disadvantages of the prior art of technology, and in particular a system and method to disposal to ask by setting the temperature in the combustion chamber of the internal combustion engine at least partially from the setting of the optimal mixing ratio can be decoupled from air, fuel and exhaust gas.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.This The object is achieved with the features of the independent claims.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen angegeben.advantageous embodiments of the invention are in the dependent claims specified.
Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen System dadurch auf, dass ein Kühlmittelstellventil vorgesehen ist, so dass durch Beeinflussung des Kühlmitteldurchflusses durch den Abgaskühler unter Berücksichtigung von Messwerten beziehungsweise modelltechnisch ermittelten Werten die Ansauggastemperatur eingestellt beziehungsweise geregelt werden kann. Die zurückgeführte Abgasmenge ist daher nicht mehr zwingend an die mit der Abgasrückführung erreichte Temperaturerhöhung im Brennraum gekoppelt. Vielmehr lässt sich über die einstellbare Abgaskühlung der Energieinhalt im Brennraum in gewissen Grenzen unabhängig von der Abgasrückführrate einstellen. Somit können sowohl das Mischungsverhältnis und das Energieniveau im Brennraum optimal eingestellt werden.The invention builds on the generic system in that a coolant control valve is provided, so that the intake gas temperature is set or regulated by influencing the coolant flow through the exhaust gas cooler, taking into account measured values or values determined using model technology can be. The recirculated exhaust gas quantity is therefore no longer necessarily linked to the temperature increase in the combustion chamber that is achieved with exhaust gas recirculation. Rather, the adjustable exhaust gas cooling allows the energy content in the combustion chamber to be set within certain limits independently of the exhaust gas recirculation rate. This means that both the mixing ratio and the energy level in the combustion chamber can be optimally adjusted.
Das erfindungsgemäße System ist in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass der Abgaskühler in einem separaten Wärmetauscherkreis angeordnet ist. Der Abgaskühler kann somit autark ohne Beeinflussung durch andere Komponenten des Kraft fahrzeugs arbeiten. Ebenso findet keine Beeinflussung anderer Komponenten des Kühlsystems des Fahrzeugs durch den Abgaskühler statt. Der autarke Kühlkreislauf umfasst dann einen separaten Kühler und eine separate Kühlmittelpumpe.The system according to the invention is further developed in an advantageous manner in that the exhaust gas cooler in arranged in a separate heat exchanger circuit is. The exhaust gas cooler can thus be self-sufficient without being influenced by other components of the motor vehicle work. There is also no influence on other components the cooling system of the Vehicle through the exhaust gas cooler instead of. The self-sufficient cooling circuit then includes a separate cooler and a separate coolant pump.
Es kann aber auch nützlich sein, dass der Abgaskühler in einem Motorkühlmittelkreis angeordnet ist. Auf diese Weise können Komponenten des Motorkühlmittelkreises für die Abgaskühlung genutzt werden, so dass insgesamt ein effizientes System realisiert wird.It but can also be useful be that the exhaust gas cooler in an engine coolant circuit is arranged. In this way, components of the engine coolant circuit for the exhaust gas cooling be used so that an efficient system is implemented overall becomes.
Ebenso kann vorgesehen sein, dass der Abgaskühler als Motorbeziehungsweise Getriebeölwärmetauscher ausgelegt ist. Auch hierdurch können bestehende Komponenten des Fahrzeugs mitgenutzt werden.As well can be provided that the exhaust gas cooler as an engine or Transmission oil heat exchanger is designed. This also allows existing Components of the vehicle are used.
Die Erfindung ist in besonders vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass die Messwerte beziehungsweise die modelltechnisch ermittelten Werte mindestens einer der folgenden Größen zugeordnet sind:
- – Abgastemperatur,
- – zurückgeführte Abgasmasse beziehungsweise -menge,
- – Frischgastemperatur,
- – Frischgasmasse beziehungsweise -menge,
- – Ansauggastemperatur,
- – Ansauggasmasse beziehungsweise -menge,
- – Kühlmitteltemperatur beziehungsweise Öltemperatur des durch den Abgaskühler strömenden Kühlmittels beziehungsweise Öls und
- – Kühlmittelmasse beziehungsweise Ölmasse beziehungsweise Kühlmittelmenge beziehungsweise Ölmenge des durch den Abgaskühler strömenden Kühlmittels beziehungsweise Öls.
- - exhaust gas temperature,
- - recirculated exhaust gas mass or quantity,
- - fresh gas temperature,
- - fresh gas mass or quantity,
- - intake gas temperature,
- - intake gas mass or quantity,
- - Coolant temperature or oil temperature of the coolant or oil flowing through the exhaust gas cooler and
- - Coolant mass or oil mass or coolant quantity or oil quantity of the coolant or oil flowing through the exhaust gas cooler.
Wenn nachfolgend der Begriff "Menge" verwendet wird, kann auch eine "Masse" gemeint sein und umgekehrt. Die aktuelle Abgastemperatur und die zurückgeführte Abgasmenge sind in mo dernen Motorsteuerungen als Motorbetriebsgrößen bekannt. Sie können entweder modelltechnisch errechnet oder über entsprechende Sensoren direkt gemessen werden. Ebenso verhält es sich mit der Frischgasmenge und der Frischgastemperatur. Die Kühlmitteltemperaturen und die Öltemperaturen sind ebenfalls bekannt. Ist ferner die Kühlmittelmenge beziehungsweise die Ölmenge bekannt, die durch den Abgaswärmetauscher strömt, können in Kenntnis der Wärmetauschercharakteristik die Abgastemperatur am Wärmetauscheraustritt und damit die Mischtemperatur der Ansaugluft bestimmt werden.If hereinafter the term "quantity" is used, can also mean a "mass" and vice versa. The current exhaust gas temperature and the returned amount of exhaust gas are known as engine operating variables in modern engine controls. she can either calculated using model technology or using appropriate sensors can be measured directly. The same applies to the amount of fresh gas and the fresh gas temperature. The coolant temperatures and the oil temperatures are also known. Is also the amount of coolant or the amount of oil known by the exhaust gas heat exchanger flows, can with knowledge of the heat exchanger characteristics the exhaust gas temperature at the heat exchanger outlet and thus the mixing temperature of the intake air can be determined.
Als besonders nützlich hat es sich erwiesen, dass ein Temperatursensor zum Erfassen der Frischgastemperatur, ein Temperatursensor zum Erfassen der Abgastemperatur am Motoraustritt, eine Luftmassen- beziehungsweise -mengenmesseinrichtung zum Erfassen der Frischgasmasse beziehungsweise -menge und eine Abgasmassen- beziehungsweise -mengenmesseinrichtung zum Erfassen der Abgasmasse beziehungsweise -menge vorgesehen sind. Aus diesen Größen lassen sich in Kenntnis bestimmter Modelle beziehungsweise bestimmter Charakteristiken die wesentlichen Größen für eine zuverlässige Regelung der Ansauggastemperatur bestimmen.As particularly useful it has been found that a temperature sensor for detecting the Fresh gas temperature, a temperature sensor for recording the exhaust gas temperature at the engine outlet, an air mass or volume measuring device for Detection of the fresh gas mass or quantity and an exhaust gas mass or quantity measuring device for detecting the exhaust gas mass or amount are provided. Leave out of these sizes become aware of certain models or certain characteristics the essential parameters for reliable control determine the intake gas temperature.
So
ist das System in nützlicher
Weise dadurch weitergebildet, dass die Ansauggastemperatur gemäß der Gleichung berechnet wird, wobei
m ·FG: Frischgasmassenstrom
m ·AG:
Abgasmassenstrom
TFG: Frischgastemperatur
TAG: Abgastemperatur
TASG:
Ansauggastemperatur
Cp,FG: Wärmekapazität des Frischgases
Cp,AG: Wärmekapazität des Abgases.So the system is useful in that the intake gas temperature according to the equation is calculated, where
m · FG : fresh gas mass flow
m · AG : exhaust gas mass flow
T FG : fresh gas temperature
T AG : exhaust gas temperature
T ASG : intake gas temperature
C p, FG : heat capacity of the fresh gas
C p, AG : heat capacity of the exhaust gas.
Die Ansauggastemperatur kann somit in Kenntnis von gemessenen, bekannten beziehungsweise ebenfalls bereits modelltechnisch berechneten Größen ermittelt werden.The Intake gas temperature can thus be measured with knowledge of known ones or also variables already calculated using model technology become.
In
diesem Zusammenhang ist es nützlich, dass
die Abgastemperatur am Wärmetauscherausgang
unter Verwendung des folgenden Gleichungssystems berechnet wird:
Q ·: Wärmestrom
KM: Kühlmittel
AG:
Abgas
WT: Wärmetauscher
cp: Wärmekapazität
k:
Wärmedurchgangskoeffizient
des Wärmetauschers
A:
Heizfläche
des Wärmetauschers
ΔTm: mittlere logarithmische Temperaturdifferenz.In this context, it is useful that the exhaust gas temperature at the heat exchanger outlet is calculated using the following system of equations:
Q ·: heat flow
KM: coolant
AG: exhaust gas
WT: heat exchanger
c p : heat capacity
k: heat transfer coefficient of the heat exchanger
A: Heating surface of the heat exchanger
ΔT m : mean logarithmic temperature difference.
Aus der Kenntnis der Charakteristik des Wärmetauschers, das heißt insbesondere in Kenntnis der Parameter k und A lässt sich unter Berücksichtigung der mittleren logarithmischen Temperaturdifferenz ΔTm also der im Wärmetauscher vorliegende Wärmestrom Q ·WT errechnen. Hieraus ergibt sich in Kenntnis von Massenströmen, Wärmekapazitäten und weiteren Temperaturen die Abgastemperatur am Wärmetauscherausgang TAG,AUS.From the knowledge of the characteristics of the heat exchanger, that is to say in particular knowing the parameters k and A, the heat flow Q · WT present in the heat exchanger can be calculated taking into account the mean logarithmic temperature difference ΔT m . Knowing the mass flows, heat capacities and other temperatures, this results in the exhaust gas temperature at the heat exchanger outlet T AG, AUS .
Das erfindungsgemäße System ist weiterhin in besonders nützlicher Weise dadurch fortgebildet, dass eine Verdichtungseinrichtung zum Verdichten von angesaugter Frischluft vorgesehen ist, die vor der Verdichtung eine Temperatur T1 aufweist, dass Expansionsmittel vorgesehen sind, die eine Expansion der verdichteten angesaugten Frischluft bewirken, wobei die verdichtete und nachfolgend expandierte Frischluft eine Temperatur T2 > T1 aufweist, und dass die Temperaturerhöhung der Frischluft von T1 auf T2 zur Beeinflussung des Temperaturniveaus und damit des Energieniveaus im Brennraum zusätzlich zu der Abgasrückführung gezielt eingesetzt wird. Auf diese Weise kann das Energieniveau im Brennraum durch Temperaturerhöhung beziehungsweise Temperaturregelung der Frischgastemperatur sehr fein variiert und eingestellt werden. Somit kann der Verbrennungsprozess im HCCI-Modus genau kontrolliert werden. Das Temperaturniveau im Brennraum kann dabei über den Verdichtungsgrad und die anschließende Expansion beeinflusst werden, zusätzlich zur Beeinflussung des Temperaturniveaus durch die Abgasrückführung.The system according to the invention is further developed in a particularly useful manner in that a compression device for compressing fresh air drawn in is provided, which has a temperature T 1 before the compression, and expansion means are provided which bring about an expansion of the compressed fresh air drawn in, the compressed air being compressed and subsequently expanded fresh air has a temperature T 2 > T 1 , and that the increase in temperature of the fresh air from T 1 to T 2 is used to influence the temperature level and thus the energy level in the combustion chamber in addition to the exhaust gas recirculation. In this way, the energy level in the combustion chamber can be varied and adjusted very finely by increasing the temperature or regulating the temperature of the fresh gas. The combustion process in HCCI mode can thus be precisely controlled. The temperature level in the combustion chamber can be influenced via the degree of compression and the subsequent expansion, in addition to influencing the temperature level through the exhaust gas recirculation.
Das erfindungsgemäße System ist insbesondere dann nützlich einsetzbar, wenn die Verdichtungseinrichtung ein Abgasturbolader ist. Dabei handelt es sich um eine häufig verwendete Vorrichtung zur Erhöhung der Gasdichte im Ansaugsystem, so dass im Brennraum eine erhöhte Luftmenge bereitgestellt werden kann, was zu einer Leistungserhöhung des Verbrennungsmotors führt. Angetrieben wird der Abgasturbolader durch einen Verdichterläufer einer im Abgasstrom liegenden Turbine.The system according to the invention is especially useful then can be used if the compression device is an exhaust gas turbocharger is. It is a frequently used device for increase the gas density in the intake system, so that an increased amount of air in the combustion chamber can be provided, which leads to an increase in performance of the Internal combustion engine leads. The exhaust gas turbocharger is driven by a compressor rotor turbine lying in the exhaust gas stream.
Ebenso ist das System nützlich einsetzbar, wenn die Verdichtungseinrichtung ein Kompressor ist. Dieser dient ebenfalls zur Verdichtung des Gasdrucks im Ansaugsystem, wobei die Antriebsenergie mechanisch vom Verbrennungsmotor zur Verfügung gestellt wird.As well the system is useful can be used if the compression device is a compressor. This also serves to compress the gas pressure in the intake system, the drive energy being provided mechanically by the internal combustion engine becomes.
Nützlicherweise ist vorgesehen, dass die Expansion an einer Drosselklappe erfolgt. Bei Direkteinspritzsystemen dient die Drosselklappe dem dosierten Zuführen von Frischluft, wobei durch die Drosselwirkung eine Verringerung des Druckes erfolgt. Letztlich weist die im Abgasturbolader oder im Kompressor verdichtete und an der Drosselklappe expandierte Luft gemäß thermodynamischer Grundregeln eine höhere Temperatur auf als die ursprünglich angesaugte Frischluft.Usefully it is envisaged that the expansion will take place on a throttle valve. With direct injection systems, the throttle valve is used for metering Respectively of fresh air, with a reduction due to the throttling effect of pressure. Ultimately, it points in the turbocharger or Air compressed in the compressor and expanded at the throttle valve according to thermodynamic Basic rules a higher Temperature up than that originally fresh air drawn in.
Die Erfindung ist in besonders vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass ein Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur T2 in Strömungsrichtung des Frischgases hinter den Expansionsmitteln angeordnet ist, so dass diese im Rahmen einer Regelung der Ansauggastemperatur berücksichtigt werden kann. Die Temperatur der Frischluft hinter der Drosselklappe ist somit eine wichtige Eingangsgröße, um letztlich das Energieniveau im Brennraum für die HCCI-Betriebsart vorteilhaft festzulegen.The invention is developed in a particularly advantageous manner in that a temperature sensor for detecting the temperature T 2 is arranged behind the expansion means in the flow direction of the fresh gas, so that this can be taken into account in the context of regulating the intake gas temperature. The temperature of the fresh air behind the throttle valve is therefore an important input variable in order ultimately to advantageously determine the energy level in the combustion chamber for the HCCI operating mode.
Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Verfahren dadurch auf, dass durch Beeinflussung des Kühlmitteldurchflusses durch den Abgaskühler mittels eines Kühlmittelstellventils unter Berücksichtigung von Messwerten beziehungsweise modelltechnisch ermittelten Werten die Ansauggastemperatur eingestellt beziehungsweise geregelt wird. Auf diese Weise werden die Vorteile und Besonderheiten des erfindungsgemäßen Systems auch im Rahmen eines Verfahrens umgesetzt. Dies gilt auch für die nachfolgend angegebenen besonders bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.The Invention builds on the generic method in that that by influencing the coolant flow through the exhaust gas cooler by means of a coolant control valve considering of measured values or values determined using model technology the intake gas temperature is set or regulated. In this way, the advantages and special features of the system according to the invention also implemented as part of a process. This also applies to the following specified particularly preferred embodiments of the method according to the invention.
Dieses ist in besonders vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass die Messwerte beziehungsweise die modelltechnisch ermittelten Werte mindestens einer der folgenden Größen zugeordnet sind:
- – Abgastemperatur,
- – zurückgeführte Abgasmasse beziehungsweise -menge,
- – Frischgastemperatur,
- – Frischgasmasse beziehungsweise -menge,
- – Ansauggastemperatur,
- – Ansauggasmasse beziehungsweise -menge,
- – Kühlmitteltemperatur beziehungsweise Öltemperatur des durch den Abgaskühler strömenden Kühlmittels beziehungsweise Öls und
- – Kühlmittelmasse beziehungsweise Ölmasse beziehungsweise Kühlmittelmenge beziehungsweise Ölmenge des durch den Abgaskühler strömenden Kühlmittels beziehungsweise Öls.
- - exhaust gas temperature,
- - recirculated exhaust gas mass or quantity,
- - fresh gas temperature,
- - fresh gas mass or quantity,
- - intake gas temperature,
- - intake gas mass or quantity,
- - Coolant temperature or oil temperature of the coolant or oil flowing through the exhaust gas cooler and
- - Coolant mass or oil mass or coolant quantity or oil quantity of the coolant or oil flowing through the exhaust gas cooler.
Als besonders nützlich hat es sich erwiesen, dass die Frischgastemperatur, die Abgastemperatur am Motoraustritt, die Frischgasmasse beziehungsweise -menge und die Abgasmasse beziehungsweise -menge gemessen werden.It has proven to be particularly useful that the fresh gas temperature, the exhaust gas temperature at the engine outlet, or the fresh gas mass wise quantity and the exhaust gas mass or quantity are measured.
Das
Verfahren ist in nützlicher
Weise dadurch weitergebildet, dass die Ansauggastemperatur gemäß der Gleichung berechnet wird, wobei
m ·FG: Frischgasmassenstrom
m ·AG:
Abgasmassenstrom
TFG: Frischgastemperatur
TAG: Abgastemperatur
TASG:
Ansauggastemperatur
cp,FG: Wärmekapazität des Frischgases
cp,AG: Wärmekapazität des Abgases.The method is further developed in a useful manner in that the intake gas temperature according to the equation is calculated, where
m · FG : fresh gas mass flow
m · AG : exhaust gas mass flow
T FG : fresh gas temperature
T AG : exhaust gas temperature
T ASG : intake gas temperature
c p, FG : heat capacity of the fresh gas
c p, AG : heat capacity of the exhaust gas.
In
diesem Zusammenhang ist es nützlich, dass
die Abgastemperatur am Wärmtauscherausgang
unter Verwendung des folgenden Gleichungssystems berechnet wird:
Q ·: Wärmestrom
KM: Kühlmittel
AG:
Abgas
WT: Wärmetauscher
cp: Wärmekapazität
k:
Wärmedurchgangskoeffizient
des Wärmetauschers
A:
Heizfläche
des Wärmetauschers
ΔTm: mittlere logarithmische Temperaturdifferenz.In this context it is useful that the exhaust gas temperature at the heat exchanger outlet is calculated using the following system of equations:
Q ·: heat flow
KM: coolant
AG: exhaust gas
WT: heat exchanger
c p : heat capacity
k: heat transfer coefficient of the heat exchanger
A: Heating surface of the heat exchanger
ΔT m : mean logarithmic temperature difference.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass angesaugte Frischluft, die vor der Verdichtung eine Temperatur T1 aufweist, verdichtet wird, dass die verdichtete angesaugte Frischluft expandiert wird, wobei die verdichtete und nachfolgend expandierte Frischluft eine Temperatur T2 > T1 aufweist, und dass die Temperaturerhöhung der Frischluft von T1 auf T2 zur Beeinflussung des Temperaturniveaus und damit des Energieniveaus im Brennraum zusätzlich zu der Abgasrückführung gezielt eingesetzt wird.In a particularly advantageous embodiment of the method it is provided that fresh air drawn in, which has a temperature T 1 before compression, is compressed, that the compressed fresh air drawn in is expanded, the compressed and subsequently expanded fresh air having a temperature T 2 > T 1 , and that the increase in temperature of the fresh air from T 1 to T 2 is used to influence the temperature level and thus the energy level in the combustion chamber in addition to the exhaust gas recirculation.
Dieses zeichnet sich besonders dann als vorteilhaft aus, wenn die Verdichtung durch einen Abgasturbolader erfolgt.This is particularly advantageous when the compression done by an exhaust gas turbocharger.
Gleichermaßen ist das Verfahren dann nützlich, wenn die Verdichtung durch einen Kompressor erfolgt.Is alike the procedure then useful if compression is done by a compressor.
Nützlicherweise ist weiterhin vorgesehen, dass die Expansion an einer Drosselklappe erfolgt.Usefully it is also contemplated that the expansion on a throttle valve he follows.
Das Verfahren ist in besonders vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass die Temperatur T2 nach der Expansion er fasst wird, so dass diese im Rahmen einer Regelung der Ansauggastemperatur berücksichtigt werden kann.The method is developed in a particularly advantageous manner in that the temperature T 2 is detected after the expansion, so that this can be taken into account in the context of regulating the intake gas temperature.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass über die kontrollierte Einstellung der Abgastemperatur neben der Abgasrückführrate eine weitere unabhängige Stellgröße zum Beeinflussen des Temperaturniveaus und damit des Energieniveaus im Brennraum zur Verfügung steht und damit ein zusätzliches Mittel zur Verbrennungsprozesskontrolle. Die Einflussnahme auf den Prozess erfolgt hinsichtlich des Entzündungszeitpunktes des komprimierten Luft/Kraftstoff/Abgas-Gemisches und der sich daraus ergebenden Folgegrößen, wie Druckverlauf und Verbrennung, Spitzendruck, Verbrennungsschwerpunkt und Verbrennungsgeschwindigkeit. Diese wiederum sind entscheidend verantwortlich für das gesamtmotorische Verhalten im Hinblick auf Wirkungsgrad, Emissionen, Laufunruhe und Akustik. Der Erfindung kommt die Tatsache entgegen, dass in modernen Motorsteuerungen alle relevanten Informationen und Betriebsgrößen, beispielsweise Temperaturen und Stoffmassen beziehungsweise Mengen, bereits vorliegen, die zur Kontrolle des HCCI-Verbrennungsprozesses mittels Abgastemperaturregelung nötig sind. Die Erfindung kann auch wirksam eingesetzt werden, um veränderten Umgebungs- oder Betriebsbedingungen verbrennungsmotorisch zu begegnen, wie es zum Beispiel beim Motorwarmlauf oder im Sommer-/Winterbetrieb bei stark unterschiedlichen Umgebungstemperaturen der Fall ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist es besonders nützlich, dass durch die gezielte Beeinflussung beziehungsweise die gezielte Berücksichtigung der Frischgastemperatur das Energieniveau im Brennraum des Verbrennungsmotors sehr fein variiert und genau kontrolliert werden kann. Neben dem Prinzip der Abgasrückführung und Abgaskühlung steht somit ein weiteres unabhängiges Instrument zur Beeinflussung des Temperaturniveaus und damit zur Verbrennungsprozesskontrolle zur Verfügung. Die Erfindung bietet insbesondere den Vorteil, dass, ausgehend von Kaltstartbedingungen, unter denen ein HCCI-Betrieb aufgrund des zu niedrigen Temperaturniveaus nicht möglich ist, das Frisch gas aufgeheizt und somit ein früheres Umschalten in den emissionsgünstigen HCCI-Modus möglich ist.The Invention is based on the finding that controlled adjustment the exhaust gas temperature in addition to the exhaust gas recirculation rate to influence another independent manipulated variable the temperature level and thus the energy level in the combustion chamber to disposal stands and thus an additional Means for combustion process control. The influence on the Process takes place with regard to the ignition point of the compressed air / fuel / exhaust gas mixture and the resulting sequential variables, such as pressure curve and combustion, Peak pressure, focus of combustion and combustion speed. These in turn are crucially responsible for the overall motor Behavior with regard to efficiency, emissions, rough running and Acoustics. The invention accommodates the fact that in modern engine controls all relevant information and operating parameters, for example temperatures and substance masses or amounts, are already available for Control of the HCCI combustion process by means of exhaust gas temperature control. The invention can also be used effectively to change environmental or operating conditions encountered by internal combustion engines, such as during engine warm-up or in summer / winter operation with very different ambient temperatures the case is. In a preferred embodiment, it is special useful, that through the targeted influencing or the targeted consideration the fresh gas temperature is the energy level in the combustion chamber of the internal combustion engine can be varied very precisely and precisely controlled. Next to the Principle of exhaust gas recirculation and exhaust gas cooling is thus another independent Instrument for influencing the temperature level and thus for Combustion process control available. The invention offers in particular the advantage that, starting from cold start conditions, among which an HCCI operation due to the too low temperature level not possible is that the fresh gas is heated and thus an earlier switch to the low-emission HCCI mode possible is.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.The invention will now be described with reference to the accompanying drawings with reference to preferred examples of management explained.
Es zeigen:It demonstrate:
Das
Kühlmittelsystem
Das
dargestellte System arbeitet wie folgt. Aus dem Verbrennungsmotor
Die
Abgastemperatur TAG,AUS am Ausgang des Abgaskühlers
Q ·: Wärmestrom
KM: Kühlmittel
AG
: Abgas
WT: Wärmetauscher
cp: Wärmekapazität
k:
Wärmedurchgangskoeffizient
des Wärmetauschers
A:
Heizfläche
des Wärmetauschers
ΔTm: mittlere logarithmische Temperaturdifferenz.The exhaust gas temperature T AG, AUS at the outlet of the exhaust gas cooler
Q ·: heat flow
KM: coolant
AG: exhaust gas
WT: heat exchanger
c p : heat capacity
k: heat transfer coefficient of the heat exchanger
A: Heating surface of the heat exchanger
ΔT m : mean logarithmic temperature difference.
Die
Temperatur des Ansauggases, nachfolgend als TASG bezeichnet,
kann dann gemäß der folgenden
Gleichung ermittelt werden: berechnet wird, wobei
m ·FG: Frischgasmassenstrom
m ·AG:
Abgasmassenstrom
TFG: Frischgastemperatur
TAG: Abgastemperatur
TASG:
Ansauggastemperatur
cp,FG: Wärmekapazität des Frischgases
cp,AG: Wärmekapazität des Abgases.The temperature of the intake gas, hereinafter referred to as T ASG , can then be determined using the following equation: is calculated, where
m · FG : fresh gas mass flow
m · AG : exhaust gas mass flow
T FG : fresh gas temperature
T AG : exhaust gas temperature
T ASG : intake gas temperature
c p, FG : heat capacity of the fresh gas
c p, AG : heat capacity of the exhaust gas.
Das
in
Die
Ansauggastemperaturregelung gemäß
Um
die im Zusammenhang mit
Die
Erfindung lässt
sich wie folgt zusammenfassen: Bei einem HCCI-fähigen Verbrennungsmotor, der
mit einer Abgasrückführeinrichtung
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.The in the above description, in the drawings and in the claims Features of the invention disclosed can be both individually and in any combination for the realization of the invention may be essential.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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Owner name: CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH, 30165 HANNOVER, DE |
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Owner name: VITESCO TECHNOLOGIES GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH, 30165 HANNOVER, DE |
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| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee | ||
| R081 | Change of applicant/patentee |
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