DE102010016554A1

DE102010016554A1 - Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102010016554A1
Application number: DE102010016554A
Authority: DE
Inventors: Taro Kariya-city Hirai
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-04-22
Filing date: 2010-04-21
Publication date: 2010-10-28
Also published as: JP2010255462A

Abstract

Ein Verbrennungsmotor beinhaltet einen Motorhauptkörper (11), eine Injektionsdüse (24), eine Abgasrückführungseinrichtung (AGR) (15) und eine Einrichtung zur Einstellung einer Menge an Schwefeltrioxid (SO₃) (73, 43). Der Motorhauptkörper beinhaltet eine Brennkammer (23). Kraftstoff wird durch die Injektionsdüse (24) in Ansaugluft injiziert, die in die Brennkammer (23) gesaugt wird. Die AGR-Einrichtung dient der Rückführung von zumindest einem Teil des Abgases, das von der Brennkammer (23) ausgespeist wird, in die Brennkammer (23). Die Einrichtung zur SO₃-Mengen-Einstellung (73, 43) dient der Verringerung von in der Ansaugluft enthaltenem Schwefeltrioxid auf eine Menge, bei der eine Kondensation von Schwefeltrioxid vermeidbar ist und zwar auf Grundlage einer Temperatur der Injektionsdüse (24) und einem Säuretaupunkt von Schwefeltrioxid.

Description

Die Erfindung betrifft generell einen Verbrennungsmotor. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor mit einem Abgasrückführungsmittel (AGR-Mittel; AGR = Abgasrückführung).
In einem Verbrennungsmotor mit einem AGR-Mittel wird ein Teil des Abgases über einen Seiteneinlass in eine Brennkammer rückgeführt (für einen Common-Rail Dieselmotor mit AGR-Mittel siehe bspw. JP-A-2006-132524 entsprechend DE 10 2005 047 723 A1 ). Wenn auch in winziger Menge ist zuweilen Schwefel (S) in Kraftstoff oder Schmiermittel des Verbrennungsmotors enthalten. Für den Fall, dass der Motor ein AGR-Mittel aufweist, zirkuliert aus diesem Grund auch Schwefeloxid zusammen mit dem Abgas, das als Ergebnis der Verbrennung eines Schwefelgehalts in einem solchen Kraftstoff erzeugt wird.
Wenn die Temperatur auf einen Säuretaupunkt fällt, kondensiert Schwefeltrioxid (SO₃) unter den Schwefeloxiden und wird zu schwefeliger Säure mit Dampf. Dementsprechend wird der Motor durch die kondensierte schwefelige Säure einer korrosiven Atmosphäre ausgesetzt, wenn SO₃ in dem rückgeführten Abgas enthalten ist. Insbesondere hat eine Injektionsdüse eines Injektors zum Injizieren von Kraftstoff eine vergleichsweise niedrige Temperatur. Daher wird die kondensierte schwefelige Säure leicht angelagert, sodass die Injektionsdüse schnell korrodiert.
Die vorliegende Erfindung behandelt mindestens einen der obigen Nachteile. Demnach ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verbrennungsmotor aufzuzeigen, der eine Kondensation von im Abgas enthaltenem Schwefeltrioxid (SO₃) und eine die Kondensation begleitende Korrosion durch Einstellung einer Menge von Schwefeltrioxid reduziert.
Um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu erfüllen, ist ein Verbrennungsmotor vorgesehen, der einen Motorhauptkörper, eine Injektionsdüse, ein Abgasrückführmittel (AGR-Mittel) und ein Mittel zur Einstellung einer Menge von Schwefeltrioxid (SO₃) beinhaltet. Der Motorhauptkörper beinhaltet eine Brennkammer. Kraftstoff wird durch die Injektionsdüse in Ansaugluft injiziert, die in die Brennkammer gesaugt wird. Das AGR-Mittel dient zur Rückführung zumindest eines Teils des von der Brennkammer ausgespeisten Abgases in die Brennkammer. Das Mittel zur Einstellung einer SO₃ Menge dient zur Reduktion von Schwefeltrioxid, das in der Ansaugluft enthalten ist, die in die Brennkammer gesaugt wird, auf eine Menge, bei der eine Kondensation des Schwefeltrioxids vermeidbar ist, basierend auf einer Temperatur der Injektionsdüse und einem Säuretaupunkt von Schwefeltrioxid.
Die Erfindung kann zusammen mit zusätzlichen Aufgaben, Merkmalen und deren Vorteilen am besten von der folgenden Beschreibung, den anhängenden Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen nachvollzogen werden, in denen sind:
1: ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Dieselmotors entsprechend eines Ausführungsbeispiels der Erfindung darstellt;
2: ein Block-Diagramm, das eine elektrische Konfiguration des Dieselmotors entsprechend dem Ausführungsbeispiel darstellt;
3: Ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Konzentration und einem Taupunkt von Schwefeltrioxid entsprechend dem Ausführungsbeispiel darstellt; und
4: eine schematische Darstellung, die einen Ablauf der Einstellung einer SO₃ Menge durch den Dieselmotor entsprechend dem Ausführungsbeispiel darstellt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird folgend mit Verweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Ein als Verbrennungsmotor dienender Dieselmotor ist entsprechend dem Ausführungsbeispiel in 1 dargestellt. Ein Dieselmotor (10) beinhaltet einen als Verbrennungsmotorkörper dienenden Hauptkörper (11), einen Injektor (12), ein Ansaugsystem (13), ein Abgassystem (14), einen AGR-Teil (AGR-Mittel) (15), einen Kraftstoffversorgungsteil (16), einen Lader (17) und ein Steuerungsteil (18). Der Motorhauptkörper (11) beinhaltet Zylinder (21) und einen Kolben (22), der sich in dem Zylinder (21) hin- und herbewegt. Der Motorhauptkörper (11) beinhaltet eine Brennkammer (23), die zwischen dem Zylinder (21) und dem Kolben (22) gebildet ist. Der Injektor (12) beinhaltet an dessen vorderen Ende eine Injektionsdüse (24) und ist so angeordnet, dass er den Motorhauptkörper (11) durchdringt. Die an der vorderen Seite des Injektors (12) befindliche Injektionsdüse (24) ist zur Brennkammer (23) zugänglich angeordnet. Dementsprechend ist der Dieselmotor (10) des vorliegenden Ausführungsbeispiels ein Direkteinspritzungs-Dieselmotor, der Kraftstoff aus dem Injektor (12) in die Brennkammer (23) injiziert.
Das Ansaugsystem (13) beinhaltet ein Ansaugpassagen-Bildungselement (26), das eine Ansaugpassage (25) bildet. Ein Endbereich des Ansaugpassage-Bildungselements (26) ist zu einer Ansaugöffnung (27) geformt und der andere Endbereich ist an den Motorhauptkörper (11) angeschlossen. Dementsprechend ist die Ansaugpassage (25) zwischen der Ansaugöffnung (27) und der Brennkammer (23) angeschlossen. Frischluft, die in die Brennkammer (23) des Motorhauptkörpers (11) gezogen wird, wird durch die Ansaugöffnung (27) gesaugt. Der Motorhauptkörper (11) beinhaltet an einem Endbereich der Ansaugpassage (25) auf Seiten der Brennkammer (23) ein Ansaugventil (28). Das Ansaugventil (28) öffnet und schließt den Übergang zwischen der Ansaugpassage (25) und der Brennkammer (23).
Das Abgassystem (14) beinhaltet ein Auslasspassage-Bildungselement (32), das eine Auslasspassage (31) bildet. Ein Endbereich des Auslasspassage-Bildungselements (32) ist zu einer Auslassöffnung (33) geformt und der andere Endbereich des Bildungselements (32) ist an den Motorhauptkörper (11) angeschlossen. Dementsprechend ist die Auslasspassage (31) zwischen der Brennkammer (23) und der Auslassöffnung (33) angeschlossen. Das von dem Motorhauptkörper (11) ausgespeiste Abgas wird durch die Auslassöffnung (33) in die Atmosphäre entlassen. Der Motorhauptkörper (11) beinhaltet an einem Endbereich der Auslasspassage (31) auf Seiten der Brennkammer (23) ein Auslassventil (34). Das Auslassventil (34) öffnet und schließt den Übergang zwischen der Auslasspassage (31) und der Brennkammer (23). Zusätzlich beinhaltet das Abgassystem (14) einen Katalysator (35). Der Katalysator (35) beinhaltet zum Beispiel einen Oxidationskatalysator zum Oxidieren von im Abgas enthaltenem Kohlenwasserstoff (HC) oder Kohlenmonoxid (CO), einen Reduktionskatalysator zur Reduktion von Stickstoffoxid (NOx) im Abgas und einen Diesel-Partikelfilter (DPF) zum Auffangen von Partikeln im Abgas.
Der AGR-Teil (15) beinhaltet ein AGR-Passage-Bildungselement (42), ein AGR-Ventil (43), einen AGR-Kühler (44) und einen Aktuator (431). Das Bildungselement (42) bildet eine AGR-Passage (41). Die AGR-Passage (41) ist zwischen der Auslasspassage (31) und der Ansaugpassage (25) angeschlossen. Ein Teil des vom Motorhauptkörper (11) in die Auslasspassage (31) ausgespeisten Abgases wird durch die AGR-Passage (41) zur Ansaugpassage (25) zurückgeführt. Infolgedessen fließt das Abgas, das von der AGR-Passage (41) zurückgeführt wurde, zusammen mit durch die Ansaugöffnung (27) gesaugter Frischluft in die Brennkammer (23). Das AGR-Ventil (43) wird durch den Aktuator (431) betrieben, um die AGR-Passage (41) von ihrem vollständig offenen Zustand zu ihrem vollständig geschlossenen Zustand zu öffnen und zu schließen und dabei eine Durchflussmenge des von der Auslasspassage (31) zu der Ansaugpassage (25) zurückgeführten Abgases zu regulieren. Wenn die AGR-Passage (31) durch das AGR-Ventil (43) geschlossen wird, wird das in der Auslasspassage (31) fließende Abgas nicht zu der Ansaugpassage (25) zurückgeführt. Der AGR-Kühler (44) ist in der AGR-Passage (41) angeordnet, um das von der Auslasspassage (31) zu der Ansaugpassage (25) zurückgeführte Abgas zu kühlen. Das Abgas gibt durch den Durchgang durch den AGR-Kühler (44) Wärme ab, sodass die Temperatur des Abgases sinkt.
Der Kraftstoffversorgungsteil (16) speist Kraftstoff an den Injektor (12). Der Kraftstoffversorgungsteil (16) beinhaltet eine Kraftstoffpumpe (46) und ein Common-Rail (47). Die Kraftstoffpumpe (46) beaufschlagt aus einem Kraftstofftank (nicht dargestellt) gesaugten Kraftstoff mit Druck und speist den Kraftstoff dann in das Common-Rail (47) aus. Das Common-Rail (47) speichert den in der Kraftstoffpumpe (46) mit Druck beaufschlagten Kraftstoff mit seinem kumulierten Druck. Das Common-Rail (47) ist an die Injektoren (12) angeschlossen, die jeweils für die Brennkammern (23) des Motorhauptkörpers (11) vorgesehen sind. Dementsprechend wird der in dem Common-rail (47) gespeicherte Kraftstoff in die Injektoren (12) gespeist.
Der Lader (17) beinhaltet eine Turbine (51) und einen Kompressor (52). Die Turbine (51) ist in der Auslasspassage (31) angeordnet, um durch einen Abgasstrom gedreht zu werden. Der Kompressor (52) ist in der Ansaugpassage (25) angeordnet, um die in der Ansaugpassage (25) fließende Ansaugluft mit Druck zu beaufschlagen. Die Turbine (51) und der Kompressor (52) sind über eine Welle (53) verbunden. Wenn die Turbine (51) durch den Abgasstrom gedreht wird, wird diese Rotation folglich über die Welle (53) zum Kompressor (52) übertragen, sodass auch der Kompressor (53) rotiert. Demzufolge wird die in der Ansaugpassage (25) fließende Ansaugluft durch die Rotation des Kompressors (52) mit Druck beaufschlagt. Wie oben beschrieben, beaufschlagt der Lader (17) die Ansaugluft durch die Energie des Abgases mit Druck, d. h. er lädt sie auf. Der Lader (17) beinhaltet einen Zwischenkühler (54) in der Ansaugpassage (25). Die Ansaugluft, deren Temperatur infolge der Aufladung der Ansaugluft durch den Lader (17) angestiegen ist, gibt in dem Zwischenkühler (54) Wärme ab, sodass die Temperatur der Ansaugluft abfällt.
Das Steuerungsteil (18) beinhaltet einen Mikrocomputer, der einen Prozessor (CPU = central processing unit), einen Festwertspeicher (ROM = read only memory) und einen Schreib-Lese-Speicher (RAM = random access memory) hat. Das Steuerungsteil (18) ist mit dem Injektor (12), dem AGR-Ventil (43) und der Kraftstoffpumpe (46) verbunden. Der Injektor (12) führt gemäß einem von dem Steuerungsteil (18) ausgegebenen Treibersignal Kraftstoffinjektion durch die Injektionsdüse (24) aus und stoppt diese. Die Kraftstoffpumpe (46) verändert ihre Kraftstoff-Ausspeiserate gemäß dem Treibersignal von dem Steuerungsteil (18), um den Druck des Kraftstoffs zu steuern, der in das Common-Rail (47) und den Injektor (12) gespeist wird. Das AGR-Ventil (43) wird durch das von dem Steuerungsteil (18) an den Aktuator (431) ausgegebene Treibersignal betrieben. Das AGR-Ventil steuert einen Öffnungsgrad der AGR-Passage (41), um die Durchflussmenge des von der Auslasspassage (31) zu der Ansaugpassage (25) zurückgeführten Abgases zu regulieren.
In 2 ist eine elektrische Konfiguration des das Steuerungsteil (18) beinhaltenden Dieselmotors (10) dargestellt. Das Steuerungsteil (18) ist mit einem Drehgeschwindigkeitssensor (61), einem Gaspedalöffnungssensor (62) und einem Wassertemperatursensor (63) verbunden. Der Drehgeschwindigkeitssensor (61) erfasst eine Drehgeschwindigkeit eines Teils des Motorhauptkörpers (11), d. h. eine Drehgeschwindigkeit einer Kurbelwelle (nicht dargestellt), und gibt die erfasste Drehgeschwindigkeit als ein elektrisches Signal an das Steuerungsteil (18) aus. Der Gaspedalöffnungssensor (62) erfasst den Öffnungsgrad eines Gaspedals (nicht dargestellt) und gibt den erfassten Öffnungsgrad als ein elektrisches Signal an das Steuerungsteil aus. Der Wassertemperatursensor (63) erfasst die Temperatur eines Kühlmittels des Motorhauptkörpers (11) und gibt die erfasste Kühlmitteltemperatur als ein elektrisches Signal an das Steuerungsteil (18) aus.
Das Steuerungsteil (18) ist an ein Teil zur Ermittlung der Schwefelmenge (64), einen Luftstromsensor (65), einen Ladedrucksensor (66), einen Ansaugluft-Temperatursensor (67) und an einen AGR-Temperatursensor (68) angeschlossen. Das Teil zur Ermittlung der Schwefelmenge (64) ermittelt die in Kraftstoff und Schmiermittel enthaltene Schwefelmenge. Eine geringe Menge von Schwefel ist zuweilen in Kraftstoff und Schmiermittel enthalten. Die in Kraftstoff und Schmiermittel enthaltene Schwefelmenge ist ein in Abhängigkeit der Art von Kraftstoff und Schmiermittel bekannter Wert. Demnach ermittelt das Teil zur Ermittlung der Schwefelmenge (68) die Schwefelmenge gemäß den für den Dieselmotor (10) genutzten Arten von Kraftstoff und Schmiermittel. Der Luftstromsensor (65) ist in der Ansaugpassage (25) angeordnet, um eine Durchflussmenge der in der Ansaugpassage (25) fließenden Ansaugluft zu ermitteln. Der Luftstromsensor (65) ist näher auf der Seite der Ansaugöffnung (27) angeordnet als das AGR-Mittel (15) und der Lader (17). Aus diesem Grund erkennt der Luftstromsensor (65) eine Durchflussmenge von Frischluft aus der Ansaugluft. Der Luftstromsensor (65) gibt eine erfasste Durchflussmenge von Frischluft als elektronisches Signal an das Steuerungsteil (18) aus. Der Ladedrucksensor (66) ist in der Ansaugpassage (25) angeordnet, um den Druck der Ansaugluft zu erfassen, die durch den Lader (17) aufgeladen wurde, d. h. den Druck der Ansaugluft, die in die Brennkammer (23) gesaugt wird. Der Ladedrucksensor (66) gibt den erfassten Druck der Ansaugluft als elektrisches Signal an das Steuerungsteil (18) aus. Der Ansaugluft-Temperatursensor (67) ist in der Ansaugpassage (25) angeordnet, um eine Temperatur der in der Ansaugpassage (25) fließenden Ansaugluft zu erfassen.
Der Ansaugluft-Temperatursensor (67) gibt die erfasste Temperatur der Ansaugluft als elektrisches Signal an das Steuerungsteil (18) aus. Der AGR-Temperatursensor (68) erfasst eine Temperatur des von der Auslasspassage (31) zur Ansaugpassage (25) durch die AGR-Passage (41) zurückgeführten Abgases. Der AGR-Temperatursensor (68) gibt die erfasste Temperatur des Abgases an das Steuerungsteil (18) als elektrisches Signal aus.
Das Steuerungsteil (18) beinhaltet ein Teil zur Berechnung der Injektionsmenge (71), ein Teil (Mittel) zur Ermittlung der Düsentemperatur (72), ein Teil zur SO₃-Mengen-Einstellung (73) und ein Teil (Mittel) zur Berechnung der eingesaugten SO₃-Menge (74). Das Teil zur Berechnung der Injektionsmenge (71), das Teil zur Ermittlung der Düsentemperatur (72), das Teil zur SO₃-Mengen-Einstellung (73) und das Teil zur Berechnung der eingesaugten SO₃-Menge werden als Software durch ein Computerprogramm realisiert, das durch das Steuerungsteil (18) ausgeführt wird. Das Teil zur Berechnung der Injektionsmenge (71), das Teil zur Ermittlung der Düsentemperatur (72), das Teil zur SO₃-Mengen-Einstellung und das Teil zur Berechnung der eingesaugten SO₃-Menge können auch als Hardware realisiert sein.
Das Teil zur Berechnung der Injektionsmenge (71) berechnet eine Menge an aus dem Injektor (12) injiziertem Kraftstoff basierend auf der Drehgeschwindigkeit eines Teils des Motorhauptkörpers (11), die durch den Drehgeschwindigkeitssensor (61) erfasst wird, und dem Öffnungsgrad des Gaspedals, welcher durch den Gaspedalöffnungssensor (62) erfasst wird. Das Teil zur Ermittlung der Düsentemperatur (72) ermittelt eine Temperatur der Injektionsdüse (24) des Injektors (12). Die Temperatur der Injektionsdüse (24) korreliert mit der Drehgeschwindigkeit des Teils des Motorhauptkörpers (11), der Kraftstoffinjektionsmenge und der Kühlmitteltemperatur. Daher schätzt das Teil zur Ermittlung der Düsentemperatur (72) die Temperatur der Injektionsdüse (24) basierend auf der Motordrehgeschwindigkeit, die durch den Drehgeschwindigkeitssensor (61) erfasst wird, der Kraftstoffinjektionsmenge, die durch das Teil zur Berechnung der Injektionsmenge (71) berechnet wird, und der Kühlmitteltemperatur, die durch den Wassertemperatursensor (63) erfasst wird. Die Temperatur der Injektionsdüse (24) ist beispielsweise in dem Festwertspeicher (ROM) des Steuerungsteils (18) als ein Kennfeld abgelegt, das mit der Drehgeschwindigkeit des Teils des Motorhauptkörpers (11), der Injektionsmenge und der Kühlmitteltemperatur korreliert ist. Demnach ermittelt das Teil zur Ermittlung der Düsentemperatur (72) die Temperatur der Injektionsdüse (24) unter Bezugnahme auf das Kennfeld, basierend auf der ermittelten Drehgeschwindigkeit des Teils des Motorhauptkörpers (11), Injektionsmenge und Kühlmitteltemperatur. Alternativ kann das Teil zur Ermittlung der Düsentemperatur (72) die Temperatur der Injektionsdüse (24) direkt durch einen für die Injektionsdüse (24) vorgesehenen Temperatursensor ermitteln.
Das Teil zur SO₃-Mengen-Einstellung (73) sowie das AGR-Ventil (43) bilden ein Mittel zur SO₃-Mengen-Einstellung.
Das Teil zur SO₃-Mengen-Einstellung (73) steuert zusammen mit dem AGR-Ventil (43) die SO₃-Menge, die in der Ansaugluft enthalten ist, welche in die Brennkammer (23) gesaugt wird. Insbesondere reduziert das Teil zur SO₃-Mengen-Einstellung (73), basierend auf einer Temperatur der Injektionsdüse (24) und einem Säuretaupunkt von SO₃, in der Ansaugluft enthaltenes SO₃ auf eine solche Menge, dass eine Kondensation von SO₃ vermieden wird. Das Teil zur Berechnung der eingesaugten SO₃-Menge (74) berechnet die Maximalmenge von SO₃, die für die in die Brennkammer (23) eingesaugte Ansaugluft zulässig ist. Die Maximalmenge an SO₃, die in der in die Brennkammer (23) eingesaugten Ansaugluft zulässig ist, wird aus einer Beziehung zwischen der Temperatur der Injektionsdüse (24) und dem Säuretaupunkt berechnet, die in 3 dargestellt ist. Der Säuretaupunkt von SO₃ ist weithin bekannt, zum Beispiel als Beziehung zwischen einer SO₃-Konzentration im Abgas und der Temperatur. Diese Beziehung zwischen der Temperatur der Injektionsdüse (24) und dem Säuretaupunkt ist zum Beispiel in dem Festwertspeicher (ROM) des Steuerungsteils (18) als Kennfeld abgelegt. Dementsprechend berechnet das Teil zur Berechnung der eingesaugten SO₃-Menge (74) die maximale Menge an SO₃, die in der in die Brennkammer (23) eingesaugten Ansaugluft zulässig ist, aus einer Temperatur der Injektionsdüse (24), die von dem Teil zur Ermittlung der Düsentemperatur ermittelt wird.
Das Teil zur SO₃-Mengen-Einstellung (73) berechnet eine maximal zulässige AGR-Menge aus der Maximalmenge von SO₃, die von dem Teil zur Berechnung der eingesaugten SO₃-Menge (74) berechnet wird, der Menge von Schwefel, die von dem Teil zur Ermittlung der Schwefelmenge (64) ermittelt wird, der Durchflussmenge von Frischluft, die durch den Luftstromsensor (65) erfasst wird, dem Ladedruck, der von dem Ladedrucksensor (66) erfasst wird, der Temperatur der Ansaugluft, die von dem Ansaugluft-Temperatursensor (67) erfasst wird, und der Temperatur des Abgases, die von dem AGR-Temperatursensor (68) erfasst wird. Jede der Größen von Schwefelmenge, Durchflussmenge von Frischluft, Ladedruck und Ansauglufttemperatur beeinflussen die SO₃-Menge, die infolge der Verbrennung von Treibstoff in der Brennkammer (23) erzeugt wird. Deshalb berechnet das Teil zur SO₃-Mengen-Einstellung die maximal zulässige AGR-Menge mit der Maximalmenge von SO₃, die von dem Teil zur Berechnung der eingesaugten SO₃-Menge berechnet wird, und der Temperatur des rückgeführten Abgases zusätzlich zu der Schwefelmenge, der Durchflussmenge von Frischluft, dem Ladedruck und der Ansauglufttemperatur als den rechnerischen Größen. Wenn die Durchflussmenge von Abgas, das von der Auslasspassage (31) zu der Ansaugpassage (25) durch den AGR-Teil (15) rückgeführt wird, größer wird als die maximal zulässige AGR-Menge, erreicht das in dem Abgas enthaltene SO₃ den Säuretaupunkt mit Bezug auf die Temperatur der Injektionsdüse (24), sodass sich das SO₃ als schwefelige Säure an die Injektionsdüse (24) anlagern kann. Entsprechend ändert das Teil zur SO₃-Mengen-Einstellung (73) den Öffnungsgrad des AGR-Ventils (43) basierend auf der berechneten, maximal zulässigen AGR-Menge, um die Durchflussmenge des aus der Auslasspassage (31) zu der Ansaugpassage (25) rückgeführten Abgases auf die maximal zulässige AGR-Menge einzustellen.
Vorausgesetzt, dass eine AGR-Menge, die in einem normalen Betriebszustand mit der SO₃-Menge aus der Berechnung festgelegt ist, eine normale AGR-Menge ist, ist in einem solchen Fall die maximal zulässige AGR-Menge geringer als die normale AGR-Menge, d. h. (normale AGR-Menge) > (maximal zulässige AGR-Menge). Folglich wird der Anteil von Abgas in der in die Brennkammer (23) fließenden Ansaugluft reduziert, sodass die in der Ansaugluft enthaltene SO₃-Menge abnimmt.
Als nächstes wird im Folgenden mit Bezug auf 4 ein Ablauf einer AGR-Steuerung durch den Dieselmotor (10) mit der vorbeschriebenen Konfiguration erklärt. Wenn der Betrieb des Dieselmotors (10) gestartet wird, ermittelt das Steuerungsteil (18) die Drehgeschwindigkeit eines Teils des Motorhauptkörpers (11) (S101). Das Steuerungsteil (18) ermittelt die Drehgeschwindigkeit eines Teils des Motorhauptkörpers (11) von dem Drehgeschwindigkeitssensor (61). Weiterhin ermittelt das Steuerungsteil (18) die Kraftstoffinjektionsmenge (S102) und es ermittelt die Kühlmitteltemperatur (S103). Das Steuerungsteil (18) ermittelt die Kraftstoffinjektionsmenge, die von dem Teil zur Berechnung der Injektionsmenge (71) berechnet wird basierend auf dem durch den Gaspedalöffnungssensor (62) erfassten Öffnungsgrad des Gaspedals und der durch den Drehgeschwindigkeitssensor (61) erfassten Drehgeschwindigkeit des Teils der Motorhauptkörpers (11). Zusätzlich ermittelt das Steuerungsteil (18) die Kühlmitteltemperatur von dem Wassertemperatursensor (63).
Wenn das Steuerungsteil (18) die Drehgeschwindigkeit des Teils des Motorhauptkörpers (11), die Kraftstoffinjektionsmenge und die Kühlmitteltemperatur ermittelt, berechnet das Steuerungsteil (18) aus diesen die Temperatur der Injektionsdüse (24) (S104). Die Temperatur der Injektionsdüse (24) ist in dem Festwertspeicher (ROM) als Kennfeld abgelegt, das mit der Drehgeschwindigkeit des Teils des Motorhauptkörpers (11), der Kraftstoffinjektionsmenge und der Kühlmitteltemperatur korreliert. Folglich berechnet das Steuerungsteil (18) die Temperatur der Injektionsdüse (24) unter Nutzung des Kennfelds basierend auf der ermittelten Drehgeschwindigkeit des Teils des Motorhauptkörpers (11), der Kraftstoffinjektionsmenge und der Kühlmitteltemperatur.
Das Teil zur Berechnung der eingesaugten SO₃-Menge (74) berechnet die maximale Menge von SO₃, die zu dem Säuretaupunkt korrespondiert (S105), basierend auf der in (S104) berechneten Temperatur der Injektionsdüse (24). Vorgegeben, dass die berechnete Temperatur der Injektionsdüse (24) der Säuretaupunkt ist, wird die maximal zulässige Menge von SO₃ für die Ansaugluft bei dieser Temperatur der Injektionsdüse (24) aus der Korrelation in 3 berechnet. Die Korrelation in 3 ist in dem Festwertspeicher (ROM) des Steuerungsteils (18) als Kennfeld abgelegt. Dementsprechend berechnet das Teil zur Berechnung der eingesaugten SO₃-Menge basierend auf der bei (S104) berechneten Temperatur der Injektionsdüse (24) die maximale Menge von SO₃ aus dem Kennfeld. Wie oben angeführt, berechnet das Teil zur Berechnung der eingesaugten SO₃-Menge die Maximalmenge von SO₃.
Darauf folgend ermittelt das Steuerungsteil (18) die Schwefelmenge von dem Teil zur Ermittlung der Schwefelmenge (64). Zudem ermittelt das Steuerungsteil (18) die Durchflussmenge von Frischluft von dem Luftstromsensor (65) (S107), es ermittelt den Ladedruck von dem Ladedrucksensor (66) (S108), es ermittelt die Ansauglufttemperatur von dem Ansaugluft-Temperatursensor (67) (S109) und es ermittelt die Temperatur des rückgeführten Abgases von dem AGR-Temperatursensor (68) (S110). Das Teil zur SO₃-Mengen-Einstellung (73) berechnet die maximal zulässige AGR-Menge aus der in (S105) berechneten Maximalmenge von SO₃, der Durchflussmenge von Frischluft, dem Ladedruck, der Ansauglufttemperatur und der Abgastemperatur, die in (S106) bis (S110) ermittelt wurden (S111). Die maximal zulässige AGR-Menge korreliert mit der maximalen Menge von SO₃, der Schwefelmenge, der Durchflussmenge von Frischluft, Ladedruck, der Ansauglufttemperatur und der Abgastemperatur. Deshalb berechnet das Teil zur SO₃-Mengen-Einstellung (73) die maximal zulässige AGR-Menge basierend auf diesen Werten aus dem in dem Festwertspeicher (ROM) des Steuerungsteils (18) abgelegten Kennfeld.
Das Teil zur SO₃-Mengen-Einstellung (73) legt die bei (S111) berechnete maximal zulässige AGR-Menge als Soll-AGR-Menge fest (S112). Dann ändert das Teil zur SO3-Mengen-Einstellung den Öffnungsgrad des AGR-Ventils (43) mit der festgelegten maximal zulässigen AGR-Menge als Soll-AGR-Menge (S113). Demzufolge wird die Durchflussmenge von aus der Auslasspassage (31) zu der Ansaugpassage (25) rückgeführtem Abgas gemäß dem Öffnungsgrad des AGR-Ventils (43) reguliert. In diesem Fall ist die maximal zulässige AGR-Menge geringer als die normale AGR-Menge. Dementsprechend nimmt die Durchflussmenge des von der Auslasspassage (31) zu der Ansaugpassage (25) rückgeführten Abgases ab und die Menge an SO₃, die zusammen mit dem Abgas in die Brennkammer gesaugt wird, wird verringert. Das hat zur Folge, dass SO₃, das in die Brennkammer (23) eingesaugt wird, nicht die SO₃-Konzentration am Säuretaupunkt bei der erfassten Temperatur der Injektionsdüse (24) überschreitet, sodass die Kondensation von SO₃ auf der Injektionsdüse (24) als schwefelige Säure vermindert wird.
In dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel stellt das Teil zur SO₃-Mengen-Einstellung die SO₃-Menge ein, die zusammen mit der Ansaugluft in die Brennkammer (23) gesaugt wird. Folglich vermindert das Teil zur SO₃-Mengen-Einstellung basierend auf der Temperatur der Injektionsdüse (24) und dem Säuretaupunkt von SO₃ die Anlagerung von kondensiertem SO₃ auf der Injektionsdüse (24), d. h. die Anlagerung von schwefeliger Säure. Also wird durch die Reduktion der in der Ansaugluft enthaltenen SO₃-Menge die Anlagerung von kondensiertem SO₃, d. h. schwefeliger Säure, auf der Injektionsdüse egal welcher Temperatur der Injektionsdüse (24) reduziert. Somit wird die Kondensation von im Abgas enthaltenem SO₃ verringert und eine durch das kondensierte SO₃, d. h. schwefelige Säure, verursachte Korrosion der Injektionsdüse (24) wird vermindert.
In dem Ausführungsbeispiel wird die maximal zulässige Menge von SO₃ für die Ansaugluft, die in die Brennkammer (23) gesaugt wird, durch das Teil zur Berechnung der eingesaugten SO₃-Menge (74) berechnet. Das bedeutet, das Teil zur Berechnung der eingesaugten SO₃-Menge (74) berechnet die größte Menge, die für in der Ansaugluft enthaltenes SO₃ zulässig ist. Dann stellt das Teil zur SO₃-Mengen-Einstellung die Durchflussmenge von Abgas, das durch das AGR-Teil (15) in die Brennkammer (23) rückgeführt wird, basierend auf der berechneten maximalen SO₃-Menge ein. Wenn die maximal zulässige SO₃-Menge geringer wird, macht das Teil zur SO₃-Mengen-Einstellung beispielsweise die Durchflussmenge von Abgas geringer, das durch das AGR-Teil (15) in die Brennkammer (23) rückgeführt wird. Wenn die maximal für die Ansaugluft zulässige SO₃-Menge klein wird, wird die Durchflussmenge von SO₃ beinhaltendem rückgeführtem Abgas durch das AGR Teil (15) begrenzt. Somit wird die durch kondensiertes SO₃ verursachte Korrosion der Injektionsdüse (24) reduziert.
In dem Ausführungsbeispiel berechnet das Teil zur Berechnung der eingesaugten SO₃-Menge die maximale SO₃-Menge basierend auf der Temperatur der Injektionsdüse (24). Demnach wird durch die Ermittlung der Temperatur der Injektionsdüse (24) die maximale SO₃-Menge berechnet, die mit dem Säuretaupunkt korreliert ist. Also wird die durch das kondensierte SO₃ verursachte Korrosion der Injektionsdüse (24) durch die Nutzung einer einfachen Methode reduziert. Weiterhin stellt das Teil zur SO₃-Mengen-Einstellung (73) in dem Ausführungsbeispiel auf der Basis der maximalen SO₃-Menge, der Schwefelmenge, die in der Brennkammer (23) verbrennt, der Frischluftmenge, dem Ladedruck, der Temperatur des rückgeführten Abgases und der Temperatur der Ansaugluft die Durchflussmenge des durch das AGR-Teil in die Brennkammer (23) zurückgeführten Abgases ein. Der in Kraftstoff und Schmiermittel enthaltene Schwefel verbrennt in der Brennkammer (23). Die Menge dieses Schwefels wird durch die Arten von Kraftstoff und Schmiermittel festgestellt. Aus diesem Grund ermittelt das Teil zur SO₃-Mengen-Einstellung die enthaltene Schwefelmenge in Abhängigkeit von den Arten von Kraftstoff und Schmiermittel. Die in die Brennkammer (23) gesaugte Ansaugluft beinhaltet durch das AGR-Mittel (15) rückgeführtes Abgas und neu angesaugte Frischluft. Die Menge dieser Frischluft wird durch die Durchflussmenge des Abgases ermittelt, das durch das AGR-Mittel (15) rückgeführt wird. Auf der Grundlage von diesen berechnet das Mittel zur SO₃-Mengen-Einstellung (73) die Durchflussmenge des durch das AGR-Mittel (15) in die Brennkammer (23) rückfließenden Abgases. Daher wird die Durchflussmenge des rückfließenden Abgases nach dem Betriebszustand des Motorhauptkörpers (11) reguliert und die durch SO₃ hervorgerufene Korrosion der Injektionsdüse (24) wird dabei verringert.
Es werden Abwandlungen der obigen Ausführungsform beschrieben. Die obige Ausführungsform wurde am Beispiel eines Direkteinspritzungs-Dieselmotors (10) beschrieben. Jedoch kann die Erfindung auch auf einen Benzinmotor mit einem AGR-Mittel genauso angewandt werden, wie auf den Dieselmotor. Als Technik zur Kraftstoffversorgung kann die Erfindung nicht nur bei einem Direkteinspritzungsmotor (direct-injection engine), sondern auch bei einem Porteinspritzungsmotor (port-injection engine) angewendet werden. Die Erfindung kann bei Verbrennungsmotoren mit beliebiger, beispielsweise linearer oder drehender Kolbenbewegung angewendet werden. Statt eines Common-Rail-Systems kann auch ein Pumpe-Düse-System oder eine andere Kraftstoffeinspeisung vorgesehen sein.
Alternativ oder zusätzlich zu den erwähnten Kennfeldern können auch Wertetabellen, Funktionen oder Kurven zur Ermittlung, insbesondere Berechnung verwendet werden. Die einzelnen Ablaufschritte des Steuerungsablaufs können ggf. vertauscht oder mehrfach ausgeführt werden. Die Werte eines Zyklus können zwischengespeichert und für einen oder mehrere folgende Zyklen verwendet werden, z. B. als Vorgabewerte, Vergleichwerte o. dgl.. Zu Beginn des Ablaufs oder bei bestimmten Systemzuständen können anstatt oder zusätzlich zu den ermittelten Werten Standardwerte verwendet werden. Die oben beschriebene Erfindung ist nicht auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt und kann auf verschiedene Ausführungsbeispiele angewendet werden, ohne von dem Erfindungszweck abzuweichen.
Ansaugluft (engl. intake air) ist dasjenige Gas, das in die Brennkammer eingesaugt ist. Es kann aus einem rückgeführten Abgasanteil und einem neu angesaugten Frischluftanteil bestehen.
Es kann ein System zur Einstellung, insbesondere Begrenzung, des SO₃-Gehalts in dem bei der Verbrennung in der Brennkammer entstehenden und mit kalten Motorteilen in Kontakt tretenden Abgas vorgesehen sein. Der SO₃-Gehalt setzt sich aus dem im rückgeführten Abgas bereits enthaltenen SO₃-Anteil und dem bei der Verbrennung aus Kraftstoff und Schmiermittel neu entstehendem SO₃-Anteil zusammen. Die Gesamtkonzentration an SO₃ in der Brennkammer wird so niedrig gehalten, dass eine Kondensation an kalten Motorteilen, insbesondere am Injektor vermieden oder zumindest wesentlich vermindert wird. Die Beeinflussung der Gesamtkonzentration von SO₃ kann über die Menge des rückgeführten Abgases und des darin enthaltenen SO₃-Anteils erfolgen. Die maximale SO₃-Konzentration, bei der noch keine Kondensation auftritt, kann durch eine bekannte Relation zwischen dem Säuretaupunkt von SO₃ und der Temperatur eines kalten Motorteils bzw. des dort entsprechend abgekühlten Abgases abgeleitet werden. Die Einstellung der SO₃-Menge kann durch Steuerung oder durch Regelung erfolgen. Die Menge an durch das AGR-Mittel rückgeführtem Abgas sowie dessen SO₃-Gehalt können durch geeignete Messmittel erfasst und in die Berechnung einbezogen werden. Der Schwefelgehalt von Kraftstoff und/oder Schmiermittel kann durch ein geeignetes Messmittel erfasst werden.
Die Menge an rückgeführtem Abgas kann auch in Abhängigkeit von der Menge des zur Verbrennung gelangenden Kraftstoffs eingestellt werden.
Zusätzliche Vorteile und Abwandlungen werden dem Fachmann leicht in den Sinn kommen. Die Erfindung ist daher in ihrem weiteren Sinne nicht beschränkt auf die spezifischen Details, die repräsentative Vorrichtung und die erläuternden Beispiele, die gezeigt oder beschrieben worden sind.

10: Dieselmotor
11: Motorhauptkörper
12: Injektor
13: Ansaugsystem
14: Abgassystem
15: Abgasrückführung (AGR) (AGR-Mittel)
16: Kraftstoffversorgung
17: Lader
18: Steuerungsteil
21: Zylinder
22: Kolben
23: Brennkammer
24: Injektionsdüse
25: Ansaugpassage
26: Ansaugpassage-Bildungselement
27: Ansaugöffnung
28: Ansaugventil
31: Auslasspassage
32: Auslasspassage-Bildungselement
33: Auslassöffnung
34: Auslassventil
35: Katalysator
41: AGR-Passage
42: AGR-Passage-Bildungselement
43: AGR-Ventil
44: AGR-Kühler
46: Kraftstoffpumpe
47: Common-Rail
51: Turbine
52: Kompressor
53: Welle
54: Zwischenkühler
61: Drehgeschwindigkeitssensor
62: Gaspedalöffnungssensor
63: Wassertemperatursensor
64: Teil zur Ermittlung der Schwefelmenge
65: Luftstromsensor
66: Ladedrucksensor
67: Ansaugluft-Temperatursensor
68: AGR-Temperatursensor
71: Teil zur Berechnung der Injektionsmenge
72: Teil/Mittel zur Ermittlung der Düsentemperatur
73: Teil zur SO₃-Mengen-Einstellung
74: Teil/Mittel zur Berechnung der eingesaugten SO₃-Menge
431: Aktuator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 2006-132524 A [0002]
- DE 102005047723 A1 [0002]

Claims

Verbrennungsmotor umfassend: einen Motorhauptkörper (11), der eine Brennkammer (23) beinhaltet; eine Injektionsdüse (24) durch die Kraftstoff in Ansaugluft, die in die Brennkammer (23) gesaugt ist, injizierbar ist; ein Abgasrückführungsmittel (AGR-Mittel) (15) zur Rückführung von zumindest einem Teil des Abgases, das von der Brennkammer (23) ausgespeist wird, in die Brennkammer (23); und ein Mittel zur Einstellung einer Menge an Schwefeltrioxid (SO₃) (73, 43) für die Verringerung von Schwefeltrioxid, das in der Ansaugluft enthalten ist, die in die Brennkammer (23) gesaugt ist, auf eine Menge, bei der ein Kondensieren von Schwefeltrioxid vermeidbar ist, basierend auf einer Temperatur der Injektionsdüse (24) und einem Säuretaupunkt von Schwefeltrioxid.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Mittel zur Berechnung einer eingesaugten SO₃-Menge (74) für die Berechnung einer maximalen Menge von Schwefeltrioxid, die in der in die Brennkammer (23) gesaugten Ansaugluft zulässig ist, wobei das Mittel zur SO₃-Mengen-Einstellung (73, 43) eine Durchflussmenge des Abgases, das durch das AGR-Mittel (15) in die Brennkammer (23) rückgeführt wird, basierend auf einer maximalen Menge von Schwefeltrioxid, die durch das Mittel zur Berechnung einer eingesaugten SO₃-Menge (74) berechnet wird, einstellt.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, ferner beinhaltend ein Mittel zur Ermittlung der Düsentemperatur (72) für die Ermittlung der Temperatur der Injektionsdüse (24), wobei das Mittel zur Berechnung der eingesaugten SO₃-Menge (74) die maximale Menge von Schwefeltrioxid basierend auf der Temperatur der Injektionsdüse (24) berechnet, die von dem Mittel zur Ermittlung der Düsentemperatur (72) ermittelt wurde.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, weiterhin umfassend einen Lader (17), der dazu ausgebildet ist, die in die Brennkammer (23) gesaugte Ansaugluft unter Verwendung des von der Brennkammer (23) ausgespeisten Abgases aufzuladen, wobei das Mittel zur SO₃-Mengen-Einstellung (73, 43) die Durchflussmenge des in die Brennkammer (23) rückgeführten Abgases reguliert basierend auf: der maximalen Menge von Schwefeltrioxid, die von dem Mittel zur Berechnung der eingesaugten SO₃-Menge (74) berechnet wird; einer in der Brennkammer (23) verbrannten Schwefelmenge; einer in die Brennkammer (23) gesaugten Menge von Frischluft, die gleich ist einer Menge von Ansaugluft abzüglich des rückgeführten Abgases; einem von dem Lader (17) generierten Ladedruck der Ansaugluft; einer Temperatur des durch das AGR-Mittel (15) in die Brennkammer (23) rückgeführten Abgases; und einer Temperatur der in die Brennkammer (23) gesaugten Ansaugluft.