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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abgas-Wärmetauschvorrichtung,
welche einen Wärmetausch
zwischen Abgas, welches von einem Verbrennungsmotor abgegeben wird,
und Kühlfluid ausführt. Insbesondere
ist die Abgas-Wärmetauschvorrichtung
wirksam für
einen EGR (exhaust gas recirculation = Abgasrückführung)-Kühler, welcher Abgas in einem
EGR-System kühlt.
Der EGR-Kühler kühlt Abgas,
um Stickoxide (NOx), welche in dem Abgas enthalten sind, unter Verwendung
von Kühlfluid wie
Kühlwasser
eines Motors zu reduzieren.
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Luft
wird in einen Zylinder des Motors angesaugt und die Einlassluft
wird teilweise durch in dem Abgas enthaltenes CO2 und H2O in einem
EGR-Betrieb ersetzt. Wärmekapazität der Einlassluft
steigt in dem Zylinder an, so dass eine Temperatur von Verbrennungsgas
gesenkt werden kann. Im Übrigen kann überschüssige Luft
in dem Zylinder reduziert werden. Das heißt, die Konzentration von Sauerstoff, welche
in der Einlassluft enthalten ist, sinkt, so dass eine Menge von
NOx-Emission durch
den EGR-Betrieb reduziert werden kann.
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Abgas
enthält
PM (particulate matter = Partikelsubstanz) zusätzlich zu NOx und CO2. Jeder
PM ist ein Partikel, welcher einen Durchmesser von weniger als einige
Mikrometer aufweist, und enthält hauptsächlich SOF
(soluble organic fraction = lösbarer
organischer Anteil), Ruß (Kohlenstoff)
und Sulfat (SO2/SO3) mit kombiniertem Wasser. Im Allgemeinen sind
SOF und Ruß ein
Hauptbestandteil von PM und ist eine Menge von Sulfat mit kombiniertem
Wasser klein. SOF wird durch unverbranntem Kraftstoff und Schmieröl erzeugt.
Ruß sind
Polymere von Kohlenstoff, welche bei der Verbrennung ausgebildet werden.
Sulfat wird durch im Kraftstoff enthaltenen Schwefel erzeugt. SOF
ist anhaftend, und Ruß ist nicht
anhaftend.
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PM
kann an Radiatorrippen anhaften, wenn PM durch den EGR-Kühler durchtritt.
Eine von Abgas an Kühlwasser
abgestrahlte Wärmemenge
sinkt und eine Kühlleistung
des EGR-Kühlers
sinkt, wenn PM sich auf den Radiatorrippen sammelt, da PM eine kleine
Wärmeleitfähigkeit
aufweist. Im Übrigen
sinkt die Querschnittsfläche
des Durchtritts des EGR-Kühlers,
und steigt ein Differentialdruck des Abgases. Deshalb sinkt eine
Menge von durch den EGR-Kühler
strömendem
Abgas.
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Gemäß JP-A-2003-106794
werden dreieckige Kühlschlitze
in Rippen auf einem Wärmetauscher ausgebildet,
so dass ein Abstand zwischen einem Paar von Kühlschlitzen groß zu der
stromabwärtigen Seite
bezüglich
des Abgases wird. Die dreieckigen Kühlschlitze sind entlang der
Abgasströmung
angeordnet. Die Abgasströmung
erzeugt vertikale Wirbel, welche in Spalte zwischen den Kühlschlitzen
gezogen werden. Die vertikalen Wirbel rotieren senkrecht zu der
Abgasströmung.
Somit wird Abgas in der Umgebung der Oberfläche der Rippen beschleunigt,
so dass PM, insbesondere nicht anhaftender Ruß, von den Rippen geblasen
werden kann.
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Jedoch
kann anhaftender SOF nicht in diesem Aufbau von Rippen geblasen
werden. Des Weiteren kann Ruß über SOF
mit den Rippen verbunden sein.
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Mit
Blick auf die vorstehenden Probleme ist es ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, eine Abgas-Wärmetauschvorrichtung
bereitzustellen, in welcher auf Rippen eines Abgas-Wärmetauschers
ansammelnder SOF einfach entfernt werden kann.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält eine
Abgas-Wärmetauschvorrichtung
einen Abgas-Wärmetauscher,
einen Kühlfluid-Durchtritt,
ein erstes Umschaltventil, einen Auspuff-Einlassdurchtritt, einen
Auspuff-Auslassdurchtritt, einen Auspuff-Bypass-Durchtritt, ein zweites Umschaltventil, ein
Steuerventil, und Steuermittel.
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Der
Abgas-Wärmetauscher
führt einen
Wärmetausch
zwischen Abgas, welches von einem Motor abgegeben wird, und Kühlfluid
aus. Der Kühlfluid-Durchtritt
leitet Kühlfluid
in den Abgas-Wärmetauscher,
und der Kühlfluid-Durchtritt
leitet Kühlfluid
aus dem Abgas-Wärmetauscher
ein. Das erste Umschaltventil ist in dem Kühlfluid-Durchtritt vorgesehen, um den Kühlfluid-Durchtritt
zu öffnen
und zu schließen.
Der Auspuff-Einlassdurchtritt leitet Abgas von einer Auspuffleitung
des Motors in den Abgas-Wärmetauscher
ein. Der Auspuff-Auslassdurchtritt leitet Abgas, welches aus dem
Abgas-Wärmetauscher
ausströmt,
in eine Einlassleitung des Motors ein. Der Auspuff-Bypass-Durchtritt
verbindet den Auspuff Auslassdurchtritt und die Auspuffleitung.
Das zweite Umschaltventil ist in der Lage, den Auspuff-Auslassdurchtritt
mit dem Abgas-Wärmetauscher
kommunizierend zu verbinden und den Auspuff-Bypass-Durchtritt gleichzeitig
zu schließen.
Das zweite Umschaltventil ist in der Lage, den Auspuff-Auslassdurchtritt
zu schließen
und gleichzeitig den Auspuff-Bypass-Durchtritt mit dem Abgas-Wärmetauscher
kommunizierend zu verbinden. Das Steuerventil ist zwischen dem Abgas-Wärmetauscher
und der Einlassleitung in dem Auspuff-Auslassdurchtritt vorgesehen,
um eine Menge von durch den Auspuff-Auslassdurchtritt strömendem Abgas
zu steuern. Das Steuermittel steuert das erste Umschaltventil, das
zweite Umschaltventil und das Steuerventil.
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Das
Steuermittel betätigt
das erste Umschaltventil dahingehend, den Kühlfluid-Durchtritt zu schließen, und steuert das zweite
Umschaltventil dahingehend, den Auspuff-Auslassdurchtritt zu schließen und
zwischen dem Abgas-Wärmetauscher
und dem Auspuff-Bypass-Durchtritt kommunizierend zu verbinden, wenn
jede der folgenden drei Bedingungen erfüllt sind. Erstens ist zumindest
eine vorbestimmte Bedingung, welche eine Ansammlung von Fremdmaterial
in dem Abgas-Wärmetauscher
anzeigt, erreicht. Zweitens ist das Steuerventil dahingehend gestellt,
den Auspuff-Auslassdurchtritt zu schließen. Drittens wird der Motor
in einem vorbestimmten Betriebsbereich betrieben.
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Alternativ
kann die Abgas-Wärmetauschvorrichtung
einen Abgas-Wärmetauscher,
einen Auspuff-Durchtritt, ein Steuerventil, einen Kühlfluid-Durchtritt,
ein erstes Umschaltventil und Steuermittel enthalten.
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Der
Abgas-Wärmetauscher
führt einen
Wärmetausch
zwischen Abgas, welches von einem Motor abgegeben wird, und Kühlfluid
aus. Der Auspuff-Durchtritt leitet Abgas in den Abgas-Wärmetauscher,
und der Auspuff-Durchtritt leitet Abgas aus dem Abgas-Wärmetauscher
ab. Das Steuerventil ist in dem Auspuff Durchtritt vorgesehen, um
eine Menge von Abgas, welches durch den Auspuff-Durchtritt strömt, zu steuern.
Der Kühlfluid-Durchtritt
leitet Kühlfluid
in den Abgas-Wärmetauscher,
und der Kühlfluid-Durchtritt
leitet Kühlfluid
aus dem Abgas-Wärmetauscher
ab. Das erste Umschaltventil ist in dem Kühlfluid-Durchtritt angeordnet,
um den Kühlfluid-Durchtritt
zu öffnen
und zu schließen.
Das Steuermittel steuert das erste Umschaltventil und das Steuerventil.
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Das
Steuermittel betätigt
das erste Umschaltventil dahingehend, den Kühlfluid-Durchtritt zu schließen, wenn jede der folgenden
zwei Bedingungen erfüllt
sind. Erstens ist zumindest eine vorbestimmte Bedingung, welche
eine Ansammlung von Fremdmaterial in dem Abgas-Wärmetauscher anzeigt, erfüllt. Zweitens
tritt Abgas durch das Steuerventil.
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Die
vorstehenden und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung
ersichtlicher, welche unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen
ausgeführt
wird. In den Zeichnungen ist:
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1 ein
schematischer Überblick,
welcher ein EGR-System zeigt, welches einen EGR-Kühler gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 eine
teilweise geschnittene Draufsicht, welche den EGR-Kühler gemäß der ersten
Ausführungsform
zeigt;
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3 eine
teilweise geschnittene Seitenansicht, welche den EGR-Kühler entlang
der Linie III-III in 2 gemäß der ersten Ausführungsform
zeigt;
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4 eine
geschnittene Vorderansicht, welche den EGR-Kühler entlang der Linie IV-IV
in 2 gemäß der ersten
Ausführungsform
zeigt;
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5 eine
perspektivische Ansicht, welche innere Rippen des EGR-Kühlers gemäß der ersten Ausführungsform
zeigt;
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6 ein
Graph, welcher ein Verhältnis
zwischen einer Kraftstoff-Einspritzmenge Q und einer Drehzahl N
eines Motors gemäß der ersten
Ausführungsform
zeigt; und
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7 eine
schematische Übersicht,
welche ein EGR-System zeigt, welches den EGR-Kühler gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthält.
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(Erste Ausführungsform)
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Wie
in 1 gezeigt ist, wird Abgas aus einem Motor 16 durch
eine Auspuffleitung 18 des Motors 16 abgegeben.
Das Abgas wird teilweise in eine Einlassleitung 17 des
Motors 16 durch einen ersten EGR-Durchtritt 3,
einen EGR-Kühler 2 und
einen zweiten EGR-Durchtritt 4 eingeleitet, welche miteinander
in einem EGR (exhaust gas recovery) System 1 kommunizierend
verbunden sind. Das EGR-System 1 dient
als eine Abgas-Wärmetauschvorrichtung. Der
EGR-Kühler 2 dient
als ein Abgas-Wärmetauscher.
Der erste EGR-Durchtritt 3 dient als ein Auspuff-Einlassdurchtritt.
Der zweite EGR-Durchtritt 4 dient als ein Auspuff-Auslassdurchtritt.
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Von
dem Motor 16 ausgestoßenes
Gas wird teilweise in Zylinder (nicht gezeigt) des Motors 16 durch
die Einlassleitung 17 eingeleitet. Abgas tritt durch den
ersten EGR-Durchtritt 3, den EGR-Kühler 2 und den zweiten
EGR-Durchtritt 4, und Kühlwasser des
Motors 16 wird durch den Motor 16, einen Kühlwasser-Einlassdurchtritt 6,
den EGR-Kühler 2 und
einen Kühlwasser-Auslassdurchtritt 7 zirkuliert.
Somit wird Wärme
zwischen dem Abgas und dem Kühlwasser
getauscht, so dass das Abgas gekühlt
wird. Das gekühlte
Abgas wird in die Einlassleitung 17 durch den zweiten EGR-Durchtritt 4 eingeleitet.
Wie in 2 gezeigt ist, ist der EGR-Kühler 2 aus einem Gehäuse 201,
Kernplatten 210, mehreren Auspuffrohren 211, einem
Abgas-Einlassanschluss (Gaseinlassanschluss) 206 und einem
Abgas-Auslassanschluss (Gasauslassanschluss) 207 aufgebaut.
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Das
Gehäuse 201 bildet
im Inneren einen Kühlwassergang 202 (1)
aus. Der Kühlwassergang 202 dient
als ein Kühlfluidgang.
Die Kernplatten 210 verschließen jeweils beide Enden des
Gehäuses 201.
Die Auspuffrohre 211 sind in dem Gehäuse 201 vorgesehen
derart, dass die Auspuffrohre 211 durch die Kernplatten 210 auf
beiden Endseiten getragen werden. Die Auspuffrohre 211 nehmen
jeweils innere Rippen 203 auf (4). Der
Abgas-Einlassanschluss 206 und der Abgas-Auslassanschluss 207 sind
jeweils mit den Auspuffrohren 211 kommunizierend verbunden.
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Hochtemperatur-Abgas
und Hochtemperatur-Kühlwasser
treten durch den EGR-Kühler 2.
Deshalb sind die den EGR-Kühler 2 aufbauenden
Komponenten, wie das Gehäuse 201,
die Kernplatten 210, die Auspuffrohre 211, der
Gaseinlassanschluss 206 und der Gasauslassanschluss 207 aus
einem wärmebeständigen und
korrosionsbeständigen
Material, wie rostfreiem Stahl, ausgebildet.
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Wieder
Bezug nehmend auf 2 strömt Abgas von dem Motor 16 in
den EGR-Kühler 2,
das heißt
in die Auspuffrohre 211 durch den Gaseinlassanschluss 206,
welcher auf einer Endseite des Gehäuses 201 vorgesehen
ist. Das Abgas führt
einen Wärmetausch
mit Kühlwasser
aus, welches durch den Kühlwassergang 202 (1)
strömt.
Das Abgas strömt
aus dem Gasauslassanschluss 207, welcher auf der anderen
Seite des Gehäuses 201 des EGR-Kühlers 2 vorgesehen
ist, nachdem es durch die Auspuffrohre 211 durchgetreten
ist.
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Die
Auspuffrohre 211 bilden jeweils Auspuff Durchtritte 208 in
dem EGR-Kühler 2.
Die Auspuffrohre 211 sind aus Paaren von Platten aufgebaut, welche
miteinander von gegenüberliegenden
Seiten aus verbunden sind, um in einer flachen rechtwinkligen Parallelepipedform
vorzuliegen. Die Auspuffrohre 211 weisen im Inneren innere
Rippen 203 auf. Die inneren Rippen 203 sind aus
Plattenteilen ausgebildet, welche jeweils gebogen sind, um die Auspuffrohre 211 in
dünne Durchtritte
zu unterteilen. Wie in 5 gezeigt ist, sind im Wesentlichen
dreieckige Kühlschlitze 209 auf
den Wänden
der inneren Rippen 203 ausgebildet, welche mit den Wänden der
Auspuffrohre 211 verbunden sind. Jeder Kühlschlitz 209 weist
eine Höhe
auf, welche zu der stromabwärtigen Seite
der Abgasströmung
hin höher
wird. Rippen 212 sind in den Auspuffrohren 211 auf
der stromaufwärtigen
Seite der Abgasströmung
ausgebildet, um ein Sieden des Kühlwassers
einzuschränken.
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Kühlwasser
strömt
von dem Motor 16 in den Kühlwassergang 202,
welcher ein äußerer Raum
der Auspuffrohre 211 in dem EGR-Kühler 2 ist, nachdem es
durch eine Kühlwasser-Einlassleitung 204 durchgetreten
ist, welche auf einer Seitenwand des Gehäuses 201 vorgesehen
ist, wie durch Pfeile in 4 gezeigt ist. Das Kühlwasser
führt einen
Wärmetausch
mit Abgas aus, welches durch die Auspuff-Durchtritte 208 in den Auspuffrohren 211 durchtritt,
und das Kühlwasser
strömt
aus dem EGR-Kühler 2 durch
eine Kühlwasser-Auslassleitung 205 aus, welche
an einer oberen Wand des Gehäuses 201 vorgesehen
ist.
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Um
die Kühlschlitze 209 herum
werden Wirbel gebildet, wenn Abgas durch die Abgas-Durchtritte 208 in
dem EGR-Kühler 2 strömt. Insbesondere
rotiert der Wirbel von der Außenseite
eines Paars der Kühlschlitze 209 zu
der Innenseite des Paars von Kühlschlitzen 209.
Die Strömungsgeschwindigkeit des
Abgases wird zwischen dem Paar von KühIschlitzen 209 und
der äußeren Vertikalwand 203b zu
dem Stromabwärtigen
der Abgasströmung
hin beschleunigt.
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Die
Abgasströmung
bildet Wirbel und die Abgasströmung
wird in den Auspuffrohren 211 beschleunigt, so dass insbesondere
Ruß aus
PM (particulate matters), welche sich auf horizontalen Wänden 203a und
den vertikalen Wänden 203b der
inneren Rippen 203 sammeln, aus dem EGR-Kühler 2 heraus
geblasen werden.
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Wieder
Bezug nehmend auf 1 sind die Auspuffleitung 18 und
der Gaseinlassanschluss 206 des EGR-Kühlers 2 über einen
ersten EGR-Durchtritt 3 kommunizierend verbunden, welcher
als ein Auspuff-Einlassdurchtritt dient, durch welchen Abgas aus der
Auspuffleitung 18 des Motors 16 in den EGR-Kühler 2 eingeleitet
wird.
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Die
Einlassleitung 17 und der Gasauslassanschluss 207 des
EGR-Kühlers 2 sind über einen zweiten
EGR-Durchtritt 4 kommunizierend verbunden, welcher als
ein Auspuff-Auslassdurchtritt dient, durch welchen Abgas aus dem
EGR-Kühler 2 in
die Einlassleitung 17 des Motors 16 eingeleitet
wird.
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Ein
Bypass-Durchtritt 5, welcher als ein Auspuff-Bypass-Durchtritt
dient, ist derart vorgesehen, dass der zweite EGR-Durchtritt 4,
das heißt
die stromabwärtige
Seite der Abgasströmung
bezüglich des
EGR-Kühlers 2,
und die Auspuffleitung 18 durch den Bypass-Durchtritt 5 kommunizierend
verbunden sind.
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Ein
zweites Umschaltventil 9 (Dreiwegeventil) ist zwischen
dem zweiten EGR-Durchtritt 4 und dem
Bypass-Durchtritt 5 vorgesehen, so dass das zweite Umschaltventil 9 einen
Strömungsdurchtritt unter
dem zweiten EGR-Durchtritt 4, dem Bypass-Durchtritt 5 und
dem EGR-Kühler 2 umschaltet. Insbesondere
sind durch das zweite Umschaltventil 9 der zweite EGR-Durchtritt 4 und
der EGR-Kühler 2 dazwischen
kommunizierend verbunden, gleichzeitig der Bypass-Durchtritt 5 und
der EGR-Kühler 2 dazwischen
durch dieses blockiert. Alternativ sind durch das zweite Umschaltventil 9 der
Bypass-Durchtritt 5 und der EGR-Kühler 2 dazwischen
kommunizierend verbunden, gleichzeitig der zweite EGR-Durchtritt 4 und
der EGR-Kühler 2 dazwischen
durch dieses blockiert. Das zweite Umschaltventil 9 ist
ein Dreiwegeventil oder dergleichen mit einem Aktuator, wie einem Schrittmotor
oder einem Linear-Elektromagneten.
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Ein
EGR-Ventil (Steuerventil) 14 ist auf der stromabwärtigen Seite
des zweiten Umschaltventils 9 in dem zweiten EGR-Durchtritt 4,
das heißt
auf der Seite der Einlassleitung 17 bezüglich des EGR-Kühlers 2,
vorgesehen. Das EGR-Ventil 14 steuert eine Strömungsmenge
von Abgas, welche in die Einlassleitung 17 eingeleitet
wird, nachdem diese durch den zweiten EGR-Durchtritt 4 durchgetreten
ist. Das EGR-Ventil 14 ist ein Tellerventil oder dergleichen
mit einem Aktuator wie einem Schrittmotor oder einem Linear-Elektromagneten.
Das EGR-Ventil 14 kann seinen Öffnungsgrad in jeder Stellung
zwischen der vollständig
geschlossenen Stellung und der vollständig geöffneten Stellung steuern. Das
EGR-Ventil 14 kann kontinuierlich eine Strömungsmenge
von 0 bis zu der maximalen Menge einer Strömungsmenge von Abgas steuern,
welche in die Einlassleitung 17 eingeleitet wird.
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Ein
Drucksensor 11 ist in dem ersten EGR-Durchtritt 3 in
der Umgebung des Gaseinlassanschlusses 206 des EGR-Kühlers 2 vorgesehen, um
einen Druck des Abgases zu erfassen. Ein Drucksensor 12 ist
in der Umgebung des Gasauslassanschlusses 207 des EGR-Kühlers 2 vorgesehen,
um einen Druck des Abgases zu erfassen.
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Der
Motor 16 und die Kühlwasser-Einlassleitung 204 des
EGR-Kühlers 2 sind
durch den Kühlwasser-Einlassdurchtritt 6 kommunizierend
verbunden. Der Kühlwasser-Einlassdurchtritt 6 dient
als ein Kühlfluid-Durchtritt.
Kühlwasser
wird von dem Motor 16 in den EGR-Kühler 2 durch den Kühlwasser-Einlassdurchtritt 6 eingeleitet,
und das Kühlwasser strömt aus dem
Kühlwasser-Auslassdurchtritt 7 aus.
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Der
Motor 16 und die Kühlwasser-Auslassleitung 205 des
EGR-Kühlers 2 sind
durch den Kühlwasser-Auslassdurchtritt 7 kommunizierend
verbunden. Der Kühlwasser-Auslassdurchtritt 7 dient
auch als Kühlfluid-Durchtritt.
Das heißt,
Kühlwasser
von dem Motor 16 wird aus dem EGR-Kühler 2 durch den Kühlfluid-Durchtritt eingeleitet.
Das Kühlwasser,
welches aus dem EGR-Kühler 2 strömt, wird
zu dem Motor 16 durch den Kühlwasser-Auslassdurchtritt 7 zurückgeleitet.
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Ein
erstes Umschaltventil 8 ist in einem Zwischenabschnitt
des Kühlwasser-Einlassdurchtritts 6 vorgesehen,
um den Kühlwasser-Einlassdurchtritt 6 zu öffnen und
zu schließen.
Das erste Umschaltventil 8 ist ein Zweiwegeventil oder
dergleichen mit einem Aktuator, wie einem Schrittmotor oder einem
Linear-Elektromagneten.
Das erste Umschaltventil 8 kann seinen Öffnungsgrad zwischen der vollständig geöffneten
Stellung und der vollständig
geschlossenen Stellung umschalten. Alternativ kann das erste Umschaltventil 8 seinen Öffnungsgrad
in jeder Stellung zwischen der vollständig geschlossenen Stellung
und der vollständig
geöffneten
Stellung steuern.
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Ein
drittes Umschaltventil 10 ist an einem Zwischenabschnitt
einer Belüftungsleitung 13 vorgesehen,
welche zwischen dem Kühlwassergang 202 und
der Atmosphäre
des EGR-Kühlers 2 kommunizierend
verbindet, um die Belüftungsleitung 13 zu öffnen und
zu schließen.
Das dritte Umschaltventil 10 ist ein Zweiwegeventil oder
dergleichen mit einem Aktuator wie einem Schrittmotor oder einem
Linear-Elektromagneten.
Die Belüftungsleitung 13 ist
an einem oberen Abschnitt des Kühlwassergangs 202 angeschlossen,
wenn der EGR-Kühler 2 an
dem Motor 16 oder einem Automobil angebracht ist.
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Als
nächstes
wird ein Aufbau eines elektronischen Schaltkreises des EGR-Systems beschrieben.
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Das
EGR-System 1 wird durch ein Steuergerät (Steuereinheit) 15 gesteuert.
Das Steuergerät 15 ist
mit einem Mikrocomputer oder dergleichen aufgebaut. Das Steuergerät 15 ist
an einer Batterie 20 angeschlossen, so dass das Steuergerät 15 Ein-/Aus-Stellungen
eines Zündschalters 19 erfassen
kann. Das Steuergerät 15 ist
elektrisch an den Drucksensoren 11, 12, den Umschaltventilen 8, 9, 10, und
dem EGR-Ventil 14 angeschlossen. Das Steuergerät 15 ist
des Weiteren elektrisch an einem Drehzahlsensor (nicht gezeigt)
und einem Lastsensor (nicht ge zeigt) angeschlossen. Der Drehzahlsensor erfasst
die Drehzahl des Motors 16. Der Lastsensor, wie ein Kraftstoff-Einspritzmengensensor,
einem Fahrpedal-Stellungssensor
und einem Drosselklappen-Stellungssensor ist vorgesehen zur Erfassung des
Lastzustands des Motors 16. Der Fahrpedal-Stellungssensor
umfasst die Stellung des Fahrpedals. Der Drosselklappen-Stellungssensor
erfasst den Drehwinkel des Drosselsensors.
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Als
nächstes
wird der Betrieb des EGR-Systems 1 beschrieben.
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Eine
Menge von SOF (soluble organic fraction), welcher sich in den Auspuff-Durchtritten 208 in dem
EGR-Kühler 2 ansammelt,
ist klein, wenn ein Differentialdruck des Abgases zwischen der Einlassseite
des EGR-Kühlers 2 und
der Auslassseite des EGR-Kühlers 2 klein
ist. Das heißt,
die Differenz zwischen dem Druck, welche durch den Drucksensor 11 erfasst
wird und dem Druck, welcher durch den Drucksensor 12 erfasst
wird, ist kleiner als ein vorbestimmter Wert. In dieser Situation
ist eine Verringerung einer Strömungsmenge
von Abgas, welches in die Einlassleitung 17 durch den EGR-Kühler 2 eingeleitet
wird, in einem zulässigen
Bereich. Das heißt, die
Verringerung einer Kühlkapazität des EGR-Kühlers 2 ist
in einem zulässigen
Bereich.
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Deshalb
führt das
Steuergerät 15 nur
den EGR-Betrieb in dem EGR-System 1 aus. Das erste Umschaltventil 8 öffnet den
Kühlwasser-Einlassdurchtritt 6.
Das zweite Umschaltventil 9 verbindet kommunizierend zwischen
dem EGR-Kühler 2 und dem
zweiten EGR-Durchtritt 4, und blockiert zwischen dem EGR-Kühler 2 und
dem Bypass-Durchtritt 5. Das dritte Umschaltventil 10 schließt die Belüftungsleitung 13.
Das EGR-Ventil 14 steuert einen Öffnungsgrad des zweiten EGR-Durchtritts 4 in Übereinstimmung
mit einem Betriebszustand des Motors 16, wie einer Drehzahl
N und einer Kraftstoff-Einspritzmenge Q des Motors 16.
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Gemäß 6 zeigt
eine Kurve F eine maximale Kraftstoff-Einspritzmenge Qmax für jede Drehzahl
N. Eine Leerlaufdrehzahl ist durch N gezeigt, und eine Nenndrehzahl
ist durch Nmax gezeigt. Eine Fläche
E zeigt einen Bereich, in welchem der EGR-Betrieb ausgeführt wird.
Eine Fläche
D zeigt einen Bereich, in welchem der EGR-Betrieb nicht ausgeführt wird.
Das heißt,
der EGR-Betrieb wird ausgeführt,
wenn der Motor 16 in einem Zustand betrieben wird, in welchem
das Verhältnis
zwischen der Drehzahl N und der Kraftstoff Einspritzmenge Q (N-Q-Verhältnis) in
der Fläche
E liegt. Der EGR-Betrieb wird nicht ausgeführt, wenn das N-Q-Verhältnis in
der Fläche
D liegt.
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Hier
steuert das EGR-Ventil 14 eine Menge von Abgas, welches
in die Einlassleitung 17 durch den zweiten EGR-Durchtritt 4 mit
einer vorbestimmten Strömungsmenge
entsprechend dem Betriebszustand des Motors 16 hineinströmt, wenn
das N-Q-Verhältnis
in der Fläche
E liegt.
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Eine
EGR-Strömungsmenge
von Abgas, welches in die Einlassleitung 17 eingeleitet
wird, wird in Übereinstimmung
mit jedem Betriebszustand des Motors 16 vorbestimmt. Die
EGR-Strömungsmenge wird
etwa als Netzbilddaten (map data) in einer Speichereinrichtung (nicht
gezeigt) des Steuergeräts 15 gespeichert.
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Hier
stoppt das Steuergerät 15 den
EGR-Betrieb, wenn das N-Q-Verhältnis
in der Fläche
D ist. Das heißt,
das Steuergerät 15 steuert
das EGR-Ventil 14 dahingehend, die Einlassleitung 17 zu
schließen,
so dass eine Strömungsmenge
von Abgas, welches durch die Einlassleitung 17 durchtritt,
Null wird.
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Die
Menge von SOF, welche sich in den Abgasdurchtritten 208 in
dem EGR-Kühler 2 ansammelt,
erhöht
sich, wenn ein Differentialdruck zwischen der Einlassseite des EGR-Kühlers 2 und
der Auslassseite des EGR-Kühlers 2 einen
vorbestimmten Druck übersteigt.
Das heißt,
ein Unterschied zwischen dem Druck, welcher durch den Drucksensor 11 erfasst
wird, und einem Druck, welcher durch den Drucksensor 12 erfasst
wird, übersteigt
einen vorbestimmten Wert. In dieser Situation verringert sich eine Strömungsmenge
von Abgas, welches in die Einlassleitung 17 durch den EGR-Kühler 2 eingeleitet
wird, um außerhalb
eines zulässigen
Bereichs zu liegen. Das heißt,
eine Kühlkapazität des EGR-Kühlers 2 sinkt
dahingehend, außerhalb
eines zulässigen
Bereichs zu liegen.
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Deshalb
führt das
Steuergerät 15 einen SOF-Entfernungsbetrieb
und den EGR-Betrieb
in dem EGR-System 1 aus.
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Hier
führt das
Steuergerät 15 den
EGR-Betrieb aus, wenn das N-Q-Verhältnis in der Fläche E liegt.
Das erste Umschaltventil 8 öffnet den Kühlwasser-Einlassdurchtritt 6. Das zweite
Umschaltventil 9 verbindet kommunizierend zwischen dem
EGR-Kühler 2 und
dem zweiten EGR-Durchtritt 4, und schließt zwischen
dem EGR-Kühler
und dem Bypass-Durchtritt 5 ab. Das dritte Umschaltventil
schließt
die Belüftungsleitung 13.
Das EGR-Ventil 14 steuert den Öffnungsgrad des zweiten EGR-Durchtritts 4 in Übereinstimmung
mit einem Betriebszustand des Motors 16.
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Hier
stoppt das Steuergerät
den EGR-Betrieb, und das Steuergerät 15 startet den SOF-Entfernungsbetrieb,
wenn das N-Q-Verhältnis
in der Fläche D
ist. Das EGR-Ventil 14 schließt den zweiten EGR-Durchtritt 4,
so dass eine in die Einlassleitung 17 aus dem EGR-Kühler 2 strömende Abgasmenge Null
wird. Anschließend
schließt
das erste Umschaltventil 8 den Kühlwasser-Einlassdurchtritt 6.
Das zweite Umschaltventil 9 schließt zwischen dem EGR-Kühler 2 und
dem zweiten EGR-Durchtritt 4 ab, und
verbindet kommunizierend zwischen dem EGR-Kühler 2 und dem Bypass-Durchtritt 5.
Das dritte Umschaltventil 10 öffnet die Belüftungsleitung 13.
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Somit
strömt
Abgas aus dem Motor 16 durch den Auspuff-Einlassdurchtritt
(erster EGR-Durchtritt) 3, den EGR-Kühler 2, das zweite
Umschaltventil 9, und den Bypass-Durchtritt 5,
und das Abgas vermischt sich in der Auspuffleitung 18.
Die Zufuhr von Kühlwasser
in den EGR-Kühler 2 wird
gestoppt und in dem Kühlwassergang 202 des
EGR-Kühlers 2 zurückbleibendes
Kühlwasser
wird in dem Motor 16 durch den Kühlwasser-Auslassdurchtritt 7 gezogen. Gleichzeitig
wird Luft in den Kühlwassergang 202 durch
die Belüftungsleitung 13 und
das dritte Umschaltventil 10 eingeleitet, so dass das in
dem Kühlwassergang 202 zurück bleibende
Kühlwasser
durch die Luft ersetzt wird.
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Das
Steuergerät 15 betätigt das
dritte Umschaltventil 10 dahingehend, die Belüftungsleitung 13 zu
schließen,
nachdem eine vorbestimmte Zeitperiode vergangen ist, in welcher
die Belüftungsleitung 13 mit
der Atmosphäre
kommunizierend verbunden ist. Die vorbestimmte Zeitperiode, in welcher
die Belüftungsleitung 13 geöffnet ist,
wird in Übereinstimmung
mit einer Zeitperiode bestimmt, in welcher der Kühlwassergang 202 des
EGR-Kühlers 2 im
Wesentlichen mit Luft gefüllt
wird. Die vorbestimmte Zeitperiode wird in dem Steuergerät 15 gespeichert.
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Der
Kühlwassergang 202 des
EGR-Kühlers 2 wird
als im Wesentlichen leer festgestellt, das heißt dass der Kühlwassergang 202 im
Wesentlichen mit Luft gefüllt
ist, nachdem die vorbestimmte Zeitperiode vergangen und das dritte
Umschaltventil 10 geschlossen ist. In dieser Situation
kann Abgas durch die Auspuff-Durchtritte 208 in
dem EGR-Kühler 2 durchtreten.
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Der
EGR-Kühler 2 beendet
fast das Kühlen von
Abgas und die Temperatur der inneren Rippen 203 steigt
an, so dass sich auf den inneren Rippen 203 ansammelnder
SOF verdampft, und der verdampfte SOF von den inneren Rippen 203 entfernt wird.
Der entfernte SOF strömt
aus dem EGR-Kühler 2 mit
Abgas. Somit sinkt ein Luftstromwiderstand der Abgas-Durchtritte 208 in
dem EGR-Kühler 2,
und eine Kühlleistung
hinsichtlich des Abgases kommt in einen Zustand, in welchem SOF
sich nicht auf den inneren Rippen 203 des EGR-Kühlers ansammelt. Gleichzeitig
kommt ein Differentialdruck zwischen der Einlassseite der Abgas-Durchtritte 208 des EGR-Kühlers 2 und
der Auslassseite der Abgas-Durchtritte 208 in einen Ursprungszustand,
in welchem sich SOF nicht auf den inneren Rippen 203 des
EGR-Kühlers 2 ansammelt.
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Im
Allgemeinen ist der Motor 16 in einem Zustand hoher Last,
das heißt,
eine in die Zylinder (nicht gezeigt) eingespritzte Kraftstoffmenge
ist groß,
wenn das N-Q-Verhältnis sich
in der Fläche
D befindet, in welchem der EGR-Betrieb gestoppt wird. Deshalb wird
die Temperatur von Abgas des Motors 16 hoch, so dass die Temperatur
der inneren Rippen 203 stetig ansteigt, so dass sich auf
den inneren Rippen 203 ansammelnder SOF wirksam verdampft
werden kann.
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Das
Steuergerät 15 stoppt
den SOF-Entfernungsbetrieb und startet den EGR-Betrieb neu, nachdem eine vorbestimmte
Zeitperiode vergangen ist, in welcher der SOF-Entfernungsbetrieb
ausgeführt
wurde. Insbesondere öffnet
das erste Umschaltventil 8 den Kühlwasser-Einlassdurchtritt 6.
Das zweite Umschaltventil 9 verbindet kommunizierend zwischen
dem EGR-Kühler 2 und
dem zweiten EGR-Durchtritt 4,
und schließt
zwischen dem EGR-Kühler 2 und
dem Bypass-Durchtritt 5 ab. Das EGR-Ventil 14 steuert
einen Öffnungsgrad
des zweiten EGR-Durchtritts 4 in Übereinstimmung mit der Betriebsbedingung
des Motors 16, das heißt
dem N-Q-Verhältnis.
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In
dem Kühlwassergang 202 des
EGR-Kühlers 2 verbleibendes
Wasser strömt
aus dem Kühlwassergang 202 mit
Kühlwasser
aus, und die Luft sammelt sich in einem oberen Tank (nicht gezeigt)
eines Radiators (nicht gezeigt). Die sich in dem oberen Tank sammelnde
Luft wird aus einem Überdruckventil
(nicht gezeigt) einer Radiatorverschlusskappe (nicht gezeigt) nach
außen
abgegeben.
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Die
vorbestimmte Zeitperiode, in welcher der SOF-Entfernungsbetrieb
in dem EGR-System 1 ausgeführt wird, wird in Übereinstimmung
mit einer Zeitperiode bestimmt, in welcher sich auf den inneren Rippen 203 sammelnder
SOF im Wesentlichen verdampft. Die vorbestimmte Zeitperiode des
SOF-Entfernungsbetriebs ist in dem Steuergerät 15 gespeichert.
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Wenn
der SOF-Entfernungsbetrieb ausgeführt wird, schließt das EGR-Ventil 14 den
zweiten EGR-Durchtritt 4, das erste Umschaltventil 8 schließt den Kühlwasser-Einlassdurchtritt 6,
und das zweite Umschaltventil 9 schließt zwischen dem EGR-Kühler 2 und
dem zweiten EGR-Durchtritt 4 ab, und verbindet kommunizierend
zwischen dem EGR-Kühler 2 und
dem Bypass-Durchtritt 5. Jedoch beendet das Steuergerät den SOF-Entfernungsbetrieb
unmittelbar und startet den EGR-Betrieb,
wenn der SOF-Entfernungsbetrieb ausgeführt wird, und sich das N-Q- Verhältnis dahingehend ändert, in
der Fläche
E zu liegen, d.h. einer EGR-Betriebsfläche E.
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Wenn
der EGR-Betrieb beginnt, öffnet
das erste Umschaltventil 8 den Kühlwasser-Einlassdurchtritt 6.
Das zweite Umschaltventil 9 verbindet kommunizierend zwischen
dem EGR-Kühler 2 und dem
EGR-Durchtritt 4, und schließt zwischen dem EGR-Kühler 2 und
dem Bypass-Durchtritt 5 ab. Das EGR-Ventil 14 steuert
einen Öffnungsgrad
des zweiten EGR-Durchtritts 4 in Übereinstimmung mit einem Betriebszustand
des Motors 16, d.h. dem N-Q-Verhältnis. Das heißt, der
EGR-Betrieb überlagert
den SOF-Entfernungsbetrieb vorrangig, wenn der Betriebszustand des
Motors 16 in der EGR-Betriebsfläche E ist.
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Das
Steuergerät 15 stoppt
den EGR-Betrieb und startet den SOF-Entfernungsbetrieb, wenn das N-Q-Verhältnis sich
dahingehend ändert,
in der Fläche
D zu liegen. Somit stoppt das Steuergerät 15 den SOF-Entfernungsbetrieb,
und startet den EGR-Betrieb, wenn die gesamte Zeitperiode die vorbestimmte
Zeitperiode erreicht, in welcher der SOF-Entfernungsbetrieb ausgeführt wird,
welche in dem Steuergerät 15 gespeichert
ist.
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Wie
vorstehend beschrieben, führt
das Steuergerät 15,
wenn der SOF-Entfernungsbetrieb einmal begonnen hat, den SOF-Entfernungsbetrieb
fort, bevor die gesamte Zeitperiode, in welcher der SOF-Entfernungsbetrieb
ausgeführt
wird, die vorbestimmte Zeitperiode erreicht, welche in dem Steuergerät 15 gespeichert
ist. Der EGR-Betrieb hat vor dem SOF-Entfernungsbetrieb Priorität. Insbesondere
wird der EGR-Betrieb gestartet und der SOF-Entfernungsbetrieb unmittelbar
gestoppt, wenn der Betriebszustand des Motors 16 in der
EGR-Betriebsfläche
E zu liegen kommt, während
der SOF-Entfernungsbetrieb ausgeführt wird. Somit ist der EGR-Betrieb
nicht durch den SOF-Entfernungsbetrieb beeinflusst, so dass ein
Reinigungsbetrieb (NOx-Reduzierungsbetrieb) des Abgases des Motors 16 zweckmäßig durch
den EGR-Betrieb ausgeführt
werden kann.
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Das
erste Umschaltventil 8 schließt den Kühlwasser-Einlassdurchtritt 6,
und das zweite Umschaltventil 9 schließt den zweiten EGR-Durchtritt 4 ab,
und verbindet kommunizierend zwischen dem EGR-Kühler 2 und dem Bypass-Durchtritt 5,
wenn der zweite EGR-Durchtritt 4 durch das EGR-Ventil 14 geschlossen
und der EGR-Betrieb
gestoppt wird.
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Hier
sind in einem konventionellen Aufbau eines EGR-Kühlers dreieckige Kühlschlitze
ebenso ausgebildet derart, dass die Kühlschlitze zu einem Auspuff-Durchtritt in dem
konventionellen EGR-Kühler
ragen, so dass vertikale Wirbel in einem EGR-System erzeugt werden.
Die Auspuffströmung wird
in die Kühlschlitze
gezogen, und die vertikalen Wirbel rotieren in einer Ebene senkrecht
zu der Auspuffströmung.
Die Geschwindigkeit der Auspuffströmung steigt in der Umgebung
der Rippen. In diesem Fall kann nicht anhaftender Ruß, welcher
sich auf den Rippen gesammelt hat, durch beschleunigte Auspuffströmung ausgeblasen
werden. Jedoch ist es schwierig, anhaftenden SOF von den Rippen
weg zu blasen.
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Dahingegen
strömt
in dem Aufbau des EGR-Systems 1 Kühlwasser nicht in den EGR-Kühler 2,
und nur Abgas tritt durch den EGR-Kühler 2, wenn der zweite
EGR-Durchtritt 4 durch das EGR-Ventil 14 geschlossen
ist, und der EGR-Betrieb gestoppt wird. In dieser Situation ist
der Motor 16 in einem Zustand hoher Last und die Temperatur
des Abgases wird hoch.
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Deshalb
wird die Temperatur der inneren Rippen 203 des EGR-Kühlers 2 hoch
und sich auf den inneren Rippen 203 ansammelnder SOF verdampft,
so dass der verdampfte SOF aus dem EGR-Kühler 2 mit Abgas ausströmt. Somit
kann sich auf den inneren Rippen 203 sammelnder SOF in
dem EGR-System 1 wirksam entfernt werden.
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Das
dritte Umschaltventil 10 ist an dem Kühlwassergang 202 des
EGR-Kühlers 2 vorgesehen, um
die Belüftungsleitung 13 zu öffnen und
zu schließen,
welche zwischen dem Kühlwassergang 202 und der
Atmosphäre
kommunizierend verbindet.
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Das
dritte Umschaltventil 10 öffnet die Belüftungsleitung 13 für die vorbestimmte
Zeitperiode, so dass der Kühlwassergang 202 mit
der Atmosphäre für die vorbestimmte
Zeitperiode kommunizierend verbunden wird, um den Kühlwassergang 202 mit Luft
zu füllen,
wenn der SOF-Entfernungsbetrieb beginnt.
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Die
Wärmekapazität von Luft
ist weitaus kleiner als die Wärmekapazität von Wasser.
Deshalb kann eine von dem Abgas an den Kühlwassergang 202 abgestrahlte
Wärmemenge
in dem EGR-Kühler 2 reduziert
werden, während
der SOF-Entfernungsbetrieb ausgeführt wird. Somit kann die Temperatur der
inneren Rippen 203 wirksam erhöht werden, so dass sich auf
den inneren Rippen 203 ansammelnder SOF stetig entfernt
werden kann.
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Hier
kann der SOF-Entfernungsbetrieb für eine Zeitperiode ausgeführt werden,
in welcher der Differentialdruck zwischen der Einlassseite der Abgas-Durchtritte 208 des
EGR-Kühlers 2 und
der Auslassseite der Abgas-Durchtritte 208 auf einen vorbestimmten
Wert sinkt. Das heißt,
der SOF-Entfernungsbetrieb kann ausgeführt werden, bevor die Differenz
zwischen Druck, welcher durch den Drucksensor 11 erfasst
wird, und Druck, welcher durch den Drucksensor 12 erfasst
wird, auf einen vorbestimmten Wert sinkt, an Stelle des Ausführens des SOF-Entfernungsbetriebs
für die
Zeitperiode, welche in dem Steuergerät 15 gespeichert ist.
In diesem Fall kann der vorbestimmte Wert des Differentialdrucks zwischen
der Einlassseite und der Auslassseite des EGR-Kühlers 2 auf einen
Anfangswert (Anfangs-Differentialdruck)
des Differentialdrucks eingestellt werden, welcher in dem EGR-Kühler 2 bewirkt wird,
in welchem SOF und PM sich nicht wesentlich ansammeln.
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Das
dritte Umschaltventil 10 kann bei dem Kühlwassergang 202 weggelassen
werden, so dass die Anzahl von Komponenten des EGR-Systems 1 reduziert
werden kann, und die Herstellungskosten des EGR-Systems 1 reduziert
werden können.
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Bei
dem vorstehenden Aufbau des EGR-Kühlers 2 verbleibt
Kühlwasser
in dem EGR-Kühler 2 und
Abgas strömt
zu der Auspuffleitung 18, nachdem dieses durch den EGR-Kühler 2 durchgetreten
ist, wenn das erste Umschaltventil 8 den Kühlwassereinlass 6 schließt und der
EGR-Betrieb in dem EGR-Systems 1 gestoppt wird.
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Das
heißt,
eine Strömungsgeschwindigkeit des
Kühlwassers
wird in dem EGR-Kühler 2 gleich Null,
so dass die Wärmeleitfähigkeit
zwischen Abgas und Kühlwasser
sinkt, d.h. eine zwischen den inneren Rippen 203 und Kühlwasser
getauschte Wärmemenge
sinkt. Dahingegen steigt eine Wärmemenge, welche
von dem Abgas an den EGR-Kühler 2 übertragen
wird, an.
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Deshalb
werden die inneren Rippen 203 durch Abgas erhitzt, und
SOF, welcher sich auf den inneren Rippen 203 sammelt, wird
verdampft, und von den inneren Rippen 203 entfernter SOF
strömt aus
der Auspuffleitung 18 durch den Bypass-Durchtritt 5.
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Somit
können
die inneren Rippen 203 gegen eine Ansammlung von Ruß, welche
durch den anhaftenden SOF gebunden ist, geschützt werden. Deshalb können die
inneren Rippen 203 vor Ansammlung von PM, welche SOF und
Ruß enthält, geschützt werden,
so dass eine Kühlleistung
des EGR-Kühlers 2 aufrechterhalten
werden kann, und ein Differentialdruck des EGR-Kühlers 2 aufrechterhalten
werden kann.
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Der
SOF-Entfernungsbetrieb wird ausgeführt, wenn der EGR-Betrieb nicht
ausgeführt
wird. Deshalb kann in dem EGR-Kühler 2 sich
sammelnder SOF entfernt werden, ohne den EGR-Betrieb zu beeinträchtigen,
d.h. ohne die Abgasemission des Motors 16 zu beeinträchtigen.
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Der
SOF-Betrieb wird in dem EGR-System 1 ausgeführt, wenn
vorbestimmte Bedingungen zum Starten des SOF-Betriebs erfüllt sind.
Diese sind wie folgt. Erstens wird der Differentialdruck zwischen
der Einlassseite und der Auslassseite des EGR-Kühlers 2 größer als
ein vorbestimmter Wert. Zweitens steigt der Differentialdruck zwischen
der Einlassseite und der Auslassseite des EGR-Kühlers 2 aus gehend
von dem Anfangs-Differentialdruck um einen vorbestimmten Grad. Drittens
wird eine integrierte Periode eines spezifischen Betriebs (einer
spezifischen Betriebsbedingung) des Motors 16, in welchem
der Motor 16 in einem Zustand niedriger Last ist, größer als eine
vorbestimmte Zeitperiode nach dem Anfangszustand, in welchem sich
SOF nicht auf den inneren Rippen 203 des EGR-Kühlers 2 sammelt.
Viertens wird die Zeitperiode des Motors 16 länger als
eine vorbestimmte Zeitperiode. Fünftens
wird die Laufleistung des Fahrzeugs größer als ein vorbestimmter Wert.
Hier kann der Anfangszustand, welcher bei der dritten Bedingung
beschrieben wurde, ein Zustand unmittelbar nach dem Ausführen des
SOF-Entfernungszustands
(Initialisierung) sein.
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Im
Allgemeinen ist der Aktuator für
das Umschaltventil, welches in den Strömungsdurchtritten vorgesehen
ist, ein Elektromagnet-Aktuator oder ein elektrischer Aktuator wie
ein Motor. Deshalb benötigt der
SOF-Entfernungsbetrieb elektrische Energie. Elektrische Energie
zum Ausführen
des SOF-Entfernungsbetriebs kann gesenkt werden, wenn die Anzahl
der SOF-Entfernungsbetriebe reduziert wird.
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Das
heißt,
der SOF-Entfernungsbetrieb wird vorzugsweise ausgeführt, wenn
die Kühlkapazität des EGR-Kühlers 2 so
weit sinkt, dass diese außerhalb
des zulässigen
Bereichs ist, oder wenn der Differentialdruck in dem EGR-Kühler 2 so
weit steigt, dass er außerhalb
des zulässigen
Bereichs ist. Hier kann eine sich in dem EGR-Kühler 2 sammelnde Menge
von PM auf der Grundlage eines Differentialdrucks in dem EGR-Kühler 2 durch
die folgenden zwei Verfahren abgeschätzt werde. Die Menge von PM
kann direkt auf der Grundlage des Differentialdrucks abgeschätzt werden,
welcher unter Verwendung der Drucksignale berechnet wird, welche
von den Drucksensoren 11, 12 übertragen werden. In diesem
Fall kann der SOF-Entfernungsbetrieb jedes Mal dann ausgeführt werden,
wenn der Differentialdruck des EGR-Kühlers 2 den vorbestimmten
Wert erreicht. Deshalb kann der Maximalwert des Differentialdrucks des
EGR-Kühlers 2 in
Folge des Ansammelns von PM auf einem konstanten Wert gehalten werden.
Das heißt,
die maximale Fluktuation (das Verringern) einer Strömungsmenge
von Abgas, welches durch den EGR-Kühler 2 durchtritt,
kann auf einem konstanten Wert gehalten werden. Dahingegen kann
eine Menge von PM auf der Grundlage eines Unterschieds zwischen
dem aktuellen Differentialdruck des EGR-Kühlers 2 und dem anfänglichen
Differentialdruck des EGR-Kühlers 2 abgeschätzt werden.
Hier sammelt sich SOF nicht unmittelbar nach dem Ausführen des SOF-Entfernungsbetriebs
oder in einem Anfangszustand, d.h. unmittelbar nach der Herstellung
des Motors, an. Das heißt,
das Ansteigen des Differentialdrucks wird berechnet, und die Menge
von PM wird auf der Grundlage des berechneten Anstiegs des Differentialdrucks
abgeschätzt.
In diesem Fall kann die Menge von PM, welche sich in dem EGR-Kühler 2 ansammelt,
genau eingeschätzt
werden.
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Ein
Anteil von SOF und Ruß,
welcher in PM enthalten ist, ändert
sich in Übereinstimmung
mit einem Betriebszustand des Motors 16. Im Allgemeinen steigt
der Ruß in
einem Zustand hoher Last an, und steigt SOF in einem Zustand niedriger
Last des Motors 16 an. Deshalb kann eine Zeitperiode eines
spezifischen Betriebs des Motors 16, in welchem SOF-Ausstoß ansteigt,
integriert werden, und kann der SOF-Entfernungsbetrieb gestartet
werden, wenn die integrierte Zeitperiode eine vorbestimmte Zeitperiode
erreicht. Der spezifische Betrieb kann ein Betriebszustand sein,
in welchem der Motor 16 in einem Zustand niedriger Last
ist. Somit kann die Menge von PM und SOF genau auf der Grundlage
des Differentialdrucks des EGR-Kühlers 2 und
der integrierten Zeitperiode des spezifischen Betriebs des Motors 16 eingeschätzt werden.
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Außerdem steigt
eine Menge von PM und SOF, welche sich in dem EGR-Kühler 2 sammelt,
an, sowie der Betrieb des Motors 16 fortgesetzt wird. Deshalb
werden die Betriebszeitperioden des Motors 16 und die Laufleistung
des Fahrzeugs, welche im Wesentlichen proportional zu der Betriebszeitperiode des
Motors 16 ist, berechnet, so dass die Menge von SOF enthaltendem
PM angenähert
eingeschätzt werden
kann.
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Die
Menge von SOF enthaltendem PM, welche sich in dem EGR-Kühler 2 sammelt,
kann unter Verwendung der vorstehenden fünf Einschätzverfahren einge schätzt werden,
und der SOF-Entfernungsbetrieb kann ausgeführt werden, wenn die geschätzte Menge
von PM soweit steigt, dass sie außerhalb des zulässigen Bereichs
ist. Somit kann die Kühlleistung
des EGR-Kühlers 2 aufrechterhalten
werden, und der Differentialdruck des EGR-Kühlers 2 kann bei dem
anfänglichen
Differentialdruck gehalten werden, während für den SOF-Entfernungsbetrieb
verbrauchte elektrische Energie bei einer niedrigen Menge gehalten
wird. Hier kann eine der fünf
Einschätzverfahren
der Menge von SOF verwendet werden. Alternativ können zwei oder mehr der fünf Einschätzverfahren
der Menge von SOF verwendet werden.
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Der
SOF-Betrieb wird in dem EGR-System 1 ausgeführt, wenn
der Motor 16 in einem vorbestimmten Betriebsbereich ist,
in welchem der Motor 16 in einem Zustand hoher Last ist,
wie etwa einem Bereich hoher Drehzahl und einem Bereich hohen Drehmoments.
Im Allgemeinen ist der EGR-Betrieb wirksam zur Reduzierung von NOx,
welches von dem Motor 16 abgegeben wird. Jedoch steigt
eine Menge von PM in Folge des EGR-Betriebs, wenn der Motor 16 in einem
Zustand hoher Last ist, wie einem Hochdrehzahlbereich und einem
Hochdrehmomentbereich. Deshalb wird der EGR-Betrieb nicht ausgeführt, wenn
der Motor 16 sich in einem Zustand hoher Last befindet.
Außerdem
steigt die Temperatur des Abgases, wenn der Motor 16 in
einem Zustand hoher Last ist, d.h. wenn eine Kraftstoffverbrauchsmenge
des Motors 16 groß ist.
Deshalb kann Abgas hoher Temperatur in den EGR-Kühler 2 eingeleitet
werden, so dass sich in dem EGR-Kühler 2 sammelnder
SOF stets verdampft werden kann, und der verdampfte SOF aus dem
EGR-Kühler 2 entfernt
werden kann, wenn der Motor 16 in einem Zustand hoher Last
ist, d.h. wenn der EGR-Betrieb nicht ausgeführt wird.
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Das
dritte Umschaltventil 10 verbindet kommunizierend und schließt ab zwischen
dem Kühlwassergang 202 (Kühlfluidgang),
welcher ein Kühlfluiddurchtritt 202 in
dem EGR-Kühler 2 ist,
und der Atmosphäre.
Das erste Umschaltventil 8 befindet sich auf der stromaufwärtigen Seite
bezüglich
des EGR-Kühlers 2 in
dem Kühlwasser-Einlassdurchtritt 6 (Kühlfluiddurchtritt).
Das dritte Umschaltventil 10 verbindet kommunizierend zwischen
dem Kühlwassergang 202 und
der Atmosphäre für eine vorbestimmte
Zeitperiode, wenn das erste Umschaltventil 8 den Kühlwasser-Einlassdurchtritt 6 gleichzeitig schließt.
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Bei
diesem Aufbau verbindet das dritte Umschaltventil 10 kommunizierend
zwischen dem Kühlwassergang 202 in
dem EGR-Kühler 2 und
der Atmosphäre
für eine
vorbestimmte Zeitperiode, so dass Luft in den Kühlwassergang 202 eingeleitet
werden kann. In diesem Fall wird Wasser als ein Kühlfluid (Kühlmedium)
verwendet, da Wasser eine Wärmekapazität aufweist,
welche weitaus höher
als die Wärmekapazität von Luft
ist. Deshalb wird Luft in den Kühlwassergang 202 in
dem EGR-Kühler 2 eingeleitet,
wenn der SOF-Entfernungsbetrieb ausgeführt wird, so dass eine Wärmemenge,
welche von den inneren Rippen 203 des EGR-Kühlers 2 nach
außen abgestrahlt
wird, reduziert werden kann, und die Temperatur der inneren Rippen
203 wirksam erhöht werden
kann. Somit kann in dem EGR-Kühler 2 sich ansammelnder
SOF ständig
verdampft werden, so dass der SOF von dem EGR-Kühler 2 entfernt werden
kann.
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Das
dritte Umschaltventil 10 verbindet kommunizierend zwischen
dem Kühlwassergang 202 und
der Atmosphäre
für die
vorbestimmte Zeitperiode, welche einer Periode äquivalent ist, in welcher der
Kühlwassergang 202 im
Wesentlichen mit Luft gefüllt
ist. Deshalb kann Kühlwasser
in dem Kühlwassergang 202 vollständig durch
Luft ersetzt werden, und eine Luftmenge, welche in den Kühlwasserkreis des
Motors 16 gemischt ist, kann reduziert werden.
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Die
Temperatur der inneren Rippen 203 kann wirksam erhöht werden,
und sich in dem EGR-Kühler ansammelnder
SOF kann stets verdampft und entfernt werden. Des Weiteren kann
die Luftmenge, welche in dem Kühlwasserkreislauf
des Motors 16 eingemischt ist, minimiert werden, so dass
die Kühlleistung des
Motors 16 aufrechterhalten werden kann, ohne durch die
eingemischte Luft beeinträchtigt
zu werden.
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(Zweite Ausführungsform)
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Wie
in 7 gezeigt ist, sind in dem EGR-System 1 dieser
Ausführungsform
der Bypass-Durchtritt 5, das zweite Umschaltventil 9,
das dritte Umschaltventil 10, und die Belüftungsleitung 13 aus
dem EGR-System 1 der ersten Ausführungsform weggelassen. Außerdem wird
bei dieser Ausführungsform
der SOF-Entfernungsbetrieb ausgeführt, während der EGR-Betrieb ausgeführt wird,
d.h. wenn das N-Q-Verhältnis in
der Fläche
E in 6 liegt. Bei dieser Ausführungsform dienen der erste EGR-Durchtritt 3 und
der zweite EGR-Durchtritt 4 als Auspuff Durchtritte.
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Ein
Betrieb des EGR-Systems 1 bei dieser Ausführungsform
wird beschrieben.
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Eine
in den Abgas-Durchtritten 208 in dem EGR-Kühler 2 sich
ansammelnde Menge von SOF ist klein, wenn ein Differentialdruck
zwischen der Einlassseite des EGR-Kühlers 2 und der Auslassseite des
EGR-Kühlers 2 klein
ist. Das heißt,
eine Differenz zwischen Druck, welcher durch den Drucksensor 11 erfasst
wird, und Druck, welcher durch den Drucksensor 12 erfasst
wird, ist kleiner als ein vorbestimmter Wert. In dieser Situation
ist das Ansteigen von Abgasströmung,
welche in die Einlassleitung 17 durch den EGR-Kühler 2 eingeleitet
wird, in einem zulässigen
Bereich. Das heißt,
das Ansteigen einer Kühlkapazität des EGR-Kühlers 2 ist
in einem zulässigen Bereich.
-
Deshalb
führt das
Steuergerät 15 nur
den EGR-Betrieb in dem EGR-Systems 1 aus. Das erste Umschaltventil 8 öffnet den
Kühlwasser-Einlassdurchtritt 6,
so dass Kühlwasser
durch den Kühlwassergang 202 des
EGR-Kühlers 2 durchtritt.
Das EGR-Ventil 14 steuert einen Öffnungsgrad des zweiten EGR-Durchtritts 4 in Übereinstimmung
mit dem Betriebszustand des Motors 16, wie etwa dem N-Q-Verhältnis.
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Die
Menge von in den Abgas-Durchtritten 208 des EGR-Kühlers 202 sich
ansammelnden SOF steigt an, wenn der Differentialdruck zwischen
der Einlassseite und der Auslassseite des EGR-Kühlers 2 einen vorbestimmten
Wert übersteigt.
Das heißt, eine
Differenz zwischen Druck, welcher durch den Drucksensor 11 erfasst
wird, und Druck, welcher durch den Drucksensor 12 erfasst
wird, übersteigt den
vorbestimmten Wert. In dieser Situation sinkt eine Abgasströmung, welche
in die Einlassleitung 17 über den EGR-Kühler 2 eingeleitet
wird, ab, um außerhalb
des zulässigen
Bereichs zu liegen. Das heißt,
eine Kühlkapazität des EGR-Kühlers 2 sinkt
in einen Bereich außerhalb
des zulässigen
Bereichs.
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In
dieser Situation führt
das Steuergerät 15 den
SOF-Entfernungsbetrieb aus, während
es den EGR-Betrieb in dem EGR-System 1 ausführt.
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Das
Steuergerät 15 betätigt das
erste Umschaltventil 8 dahingehend, den Kühlwasser-Einlassdurchtritt 6 zu
schließen,
um die Zufuhr von Kühlwasser
in dem Kühlwassergang 202 des
EGR-Kühlers 2 für eine vorbestimmte
Zeitperiode zu stoppen, während
der EGR-Betrieb ausgeführt
wird, d.h. Abgas durch die Abgas-Durchtritte 208 in
dem EGR-Kühler 2 durchtritt.
-
Die
vorbestimmte Zeitperiode, in welcher das erste Umschaltventil 8 den
Kühlwasser-Einlassdurchtritt 6 schließt, wird
in Übereinstimmung
mit einer Zeitperiode bestimmt, in welcher sich auf den inneren
Rippen 203 ansammelnder SOF im Wesentlichen verdampft.
Die vorbestimmte Zeitperiode des SOF-Entfernungsbetriebs ist in dem Steuergerät 15 gespeichert.
-
Somit
kann eine Wärmemenge,
welche von dem Abgas auf das Kühlwasser
abgestrahlt wird, welches in dem EGR-Kühler 2 verweilt, reduziert
werden, wenn der SOF-Entfernungsbetrieb durchgeführt wird. Deshalb kann die
Temperatur der inneren Rippen 203 wirksam erhöht werden,
so dass sich auf den inneren Rippen 203 ansammelnder SOF
stetig verdampft und entfernt werden kann. Der verdampfte SOF strömt aus dem
EGR-Kühler 2 mit
dem Abgas.
-
Somit
sinkt ein Luftströmungswiderstand
der Abgas-Durchtritte 208 des EGR-Kühlers 2 und
eine Kühlkapazität des Abgases
kommt in einen Ausgangszustand, in welchem der SOF sich nicht auf den
inneren Rippen 203 des EGR-Kühlers 2 ansammelt.
Gleichzeitig kommt der Differentialdruck zwischen der Einlassseite
der Abgas-Durchtritte 208 des EGR-Kühlers 2 und der Auslassseite
der Abgas-Durchtritte 208 in
den Ausgangszustand, in welchem sich SOF nicht in dem EGR-Kühler 2 ansammelt.
-
Hier
betätigt
das Steuergerät 15 das EGR-Ventil 14 dahingehend,
den zweiten EGR-Durchtritt 4 zu schließen, so dass der EGR-Betrieb
gestoppt wird, wenn das N-Q-Verhältnis
sich dahingehend ändert,
in der Fläche
D zu sein, während der
SOF-Entfernungsbetrieb ausgeführt
wird und das erste Umschaltventil 8 den Kühlwasser-Einlassdurchtritt 6 schließt. Gleichzeitig öffnet das
erste Umschaltventil 8 den Kühlwasser-Einlassdurchtritt 6 und Kühlwasser
wird in den Kühlwassergang 202 des EGR-Kühlers 2 zugeführt.
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Das
Steuergerät 15 startet
den EGR-Betrieb wieder, und startet den SOF-Entfernungsbetrieb wieder, wenn das
N-Q-Verhältnis
in der Fläche
E ist. Das heißt,
das EGR-Ventil 14 steuert eine Menge von EGR-Strömung bei
einer vorbestimmten Menge in dem EGR-Betrieb, und das erste Umschaltventil 8 schließt den Kühlwasser-Einlassdurchtritt 6 in
dem SOF-Entfernungsbetrieb.
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Das
Steuergerät 15 stoppt
den SOF-Entfernungsbetrieb, und das erste Umschaltventil 8 öffnet den
Kühlwasser-Einlassdurchtritt 6,
wenn die gesamte Zeitperiode, in welcher der SOF-Entfernungsbetrieb
ausgeführt
wird, die vorbestimmte Zeitperiode, welche in dem Steuergerät 15 gespeichert
ist, erreicht.
-
Bei
dieser Ausführungsform
sind der Bypass-Durchtritt 5, das zweite Umschaltventil 9,
das dritte Umschaltventil 10, und die Belüftungsleitung 13 aus
dem EGR-System 1 der
ersten Ausführungsform weggelassen.
Deshalb können
die Komponenten des EGR-Systems 1 reduziert werden, und
der Aufbau des EGR-Systems ist vereinfacht, so dass Herstellungskosten
des EGR-Systems 1 reduziert werden können, während sich in dem EGR-Kühler 2 ansammelnder
SOF in dem EGR-System 1 entfernt werden
kann.
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Bei
dieser Ausführungsform
wird der SOF-Entfernungsbetrieb ausgeführt, während der EGR-Betrieb in dem
EGR-System 1 ausgeführt
wird. Demgemäß kann die
Temperatur von EGR-Gas, d.h. in die Einlassleitung 17 eingeleitetes
Abgas, geringfügig
erhöht
werden, im Vergleich mit dem Aufbau, in welchem der SOF-Entfernungsbetrieb
nicht gleichzeitig mit dem EGR-Betrieb in der ersten Ausführungsform
ausgeführt
wird.
-
Jedoch
benötigt
der SOF-Entfernungsbetrieb keine lange Zeit, d.h. der in dem EGR-Kühler 2 sich
ansammelnde SOF kann in einer kurzen Zeit verdampft werden. Außerdem wird
der SOF-Entfernungsbetrieb nicht häufig durchgeführt. Hier
steigt die Menge von SOF, welcher sich in dem EGR-Kühler 2 ansammelt,
von dem Anfangszustand bis zu dem Ende eines Intervalls zwischen
den SOF-Entfernungsbetrieben,
in welchen eine Strömungsmenge von
Abgas absinkt und eine Kühlkapazität des EGR-Kühlers 2 absinkt,
um außerhalb
des zulässigen
Bereichs zu kommen. Hier ist das Intervall zwischen den SOF-Entfernungsbetrieben
lang, zum Beispiel mehrere Monate oder mehr als ein Jahr. Deshalb
ist ein Absinken der Reinigungskapazität (NOx-Reduzierungskapazität) von Abgas
des Motors 16 geringfügig,
selbst wenn der SOF-Entfernungsbetrieb ausgeführt wird, während der EGR-Betrieb in dem
EGR-System 1 ausgeführt
wird.
-
Bei
dem vorstehenden Aufbau des EGR-Kühlers 2 in der zweiten
Ausführungsform bleibt
Kühlwasser
in dem EGR-Kühler 2 zurück, wenn
das erste Umschaltventil 8 den Kühlwasser-Einlassdurchtritt 6 schließt, und
strömt
Abgas zu der Auspuffleitung 18, nachdem dieses durch den EGR-Kühler 2 durchgetreten
ist, wenn der EGR-Betrieb in dem EGR-System 1 ausgeführt wird.
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Das
heißt,
die Strömungsgeschwindigkeit von
Kühlwasser
wird Null in dem EGR-Kühler 2,
so dass eine Wärmeleitfähigkeit
zwischen Abgas und Kühlwasser
sinkt. Die Temperatur von Kühlwasser, welches
in dem EGR-Kühler 2 zurückbleibt,
wird hoch, und eine von dem Abgas an das Kühlwasser abgestrahlte Wärmemenge
sinkt. Deshalb werden die inneren Rippen 203 durch Abgas
erhitzt, und auf den inneren Rippen 203 sich ansammelnder
SOF wird verdampft, und der von den inneren Rippen 203 entfernte
SOF strömt
aus dem EGR-Kühler 2 aus.
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Somit
können
die inneren Rippen 203 gegen Ansammlung von Ruß, welcher
durch anhaftendem SOF gebunden ist, geschützt werden. Deshalb kann eine
Ansammlung von SOF und Ruß enthaltendem PM
auf den inneren Rippen 203 begrenzt werden, so dass eine
Kühlkapazität des EGR-Kühlers 2 aufrechterhalten
werden kann, und ein Differentialdruck des EGR-Kühlers 2 aufrechterhalten
werden kann.
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Der
SOF-Entfernungsbetrieb kann ausgeführt werden, wenn die Betriebszeit
des Motors eine vorbestimmte Zeitperiode erreicht, oder die Laufleistung
des Fahrzeugs einen vorbestimmten Wert erreicht, nachdem ein SOF-Entfernungsbetrieb
ausgeführt
wurde, oder nach einem Ausgangszustand, d.h. nach der Herstellung
des Motors.
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Ein
Anteil von SOF und Ruß,
welcher in PM enthalten ist, ändert
sich entsprechend eines Betriebszustands des Motors 16.
Im Allgemeinen erhöht sich
Ruß in
einem Zustand hoher Last, und SOF erhöht sich in einem Zustand niedriger
Last. Deshalb kann eine Zeitperiode integriert werden, in welcher der
Motor in einem spezifischen Zustand ist, und der SOF-Entfernungsbetrieb
kann gestartet werden, wenn die integrierte Zeitperiode eine vorbestimmte Zeitperiode
erreicht. Der spezifische Betrieb des Motors ist ein Betriebszustand,
in welchem SOF-Emission ansteigt, z.B. wenn der Motor in einem Zustand niedriger
Last ist. In diesem Fall kann Drehzahl und Kraftstoff Einspritzmenge,
d.h. Kraftstoffverbrauch des Motors 16, leicht an das Steuergerät 15 von
einem Computer wie einer ECU (electronic control unit) übertragen
werden, welche den Motor 16 betreibt.
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Der
in dem EGR-System verwendete Motor kann ein Benzinmotor oder ein
Dieselmotor sein, insofern der Motor durch Wasser gekühlt wird.
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Vielfältige Modifikationen
und Änderungen können abweichend
von den vorstehenden Ausführungsformen
ausgeführt
werden, ohne von dem Erfindungsgedanken abzuweichen.