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Technisches Feld
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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein System für ein virtuelles
Frostsensorsystem und genauer gesagt auf ein Verfahren und eine
Vorrichtung für
einen virtuellen Frostsensor.
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Hintergrund
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Turbogeladene
oder supergeladene Motorsysteme beinhalten typischerweise einen
Kompressor und einen Luftkühler
stromaufwärts
von einer oder mehreren Verbrennungskammern eines Motors. Oftmals
beinhaltet die Verbrennungsluft eine Mischung aus Umgebungsluft
und rezirkuliertem Abgas um unerwünschte Emissionen, die während der
Verbrennung auftreten, zu reduzieren. Normalerweise ist ein Luftkühler der
Umgebungsluft ausgesetzt und nutzt diese um die Verbrennungsluft,
die vom Kompressor erhitzt wurde, zu kühlen. Rezirkulierte Abgase
beinhalten oftmals beträchtliche
Mengen Wasserdampf und in relativ kalten Umgebungen kann der Luftkühler die
Temperatur der Verbrennungsluft unter den Gefrierpunkt von Wasser
erniedrigen, was in Frost resultiert, der sich auf der Oberfläche der
inneren Wand des Luftkühlers
ausbreitet. Frost kann den Druckabfall über dem Luftkühler erhöhen und
kann die Motorleistung nachteilig und/oder unerwünscht beeinflussen.
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Das
U.S. Patent Nr. 3,596,263 („das '263 Patent"), das für Ciemochowski
erteilt ist, offenbart eine Vorrichtung zur Detektion der Gefrier- oder Eisbildungsbedingung.
Die Vorrichtung des '263
Patentes weist einen ersten Umwandler, der die Oberflächentemperatur
eines Lufteinlasses eines Gasturbinenmotors misst, einen zweiten
Umwandler, der die Temperatur der Umgebungsluft misst und einen
dritten Umwandler, der die Feuchtigkeit misst, auf. Die von den
ersten, zweiten und dritten Umwandlern erzeugten Signale werden
an einen logischen Schaltkreis ausgegeben, der ein Steuersignal
ausgibt, das den Betrieb eines Ventils bedingt, welches die Rezirkulation
des Abgases steuert. Der logische Schaltkreis bestimmt, ob die Oberflächentemperatur
des Lufteinlasses unterhalb der Gefriertemperatur von Wasser und
unterhalb des Kondensations- bzw. Taupunktes der Umgebungsluft liegt.
Ist dies der Fall, so wird das Ventil geöffnet, um erhitzte Abgase zum
Lufteinlass des Gasturbinenmotors rezirkulieren zu lassen, um die
Oberflächentemperatur
zu erhöhen
und dadurch die Ausbildung von Frost auf der Oberfläche zu reduzieren.
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Obwohl
die Vorrichtung des '263
Patentes bestimmen kann, wann der Frost wahrscheinlich auf der Oberfläche des
Lufteinlasses auftritt, beinhaltet die Vorrichtung einen Umwandler,
der sich auf der Oberfläche
des Lufteinlasses befindet und dessen Funktionalität vermindert
und/oder eine komplizierte mechanische Anordnung bedingt. Zusätzlich dazu kann,
durch die Rezirkulation von Abgasen mit hohen Temperaturen zur Heizung
der Oberfläche
des Lufteinlasses, die Vorrichtung des '263 Patents, eine relativ kalte Oberfläche, Abgasen
aussetzen, die eine beträchtliche
Menge Wasserdampf beinhalten und dabei die Frostbildung potentiell
erhöhen.
Darüber
hinaus können
die Abgase eine relativ niedrige Temperatur haben und die Oberfläche des
Lufteinlasses unzureichend erwärmen,
wenn die rezirkulierten Abgase eine Nachbehandlung aufweisen um
die Temperatur des Abgases zu erniedrigen, beispielsweise um Partikel
zu reduzieren und/oder Kompressorkomponenten zu schützen.
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Die
vorliegende Offenbarung soll eines oder mehrere der zuvor genannten
Unzulänglichkeiten überwinden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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In
einem Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren
zum Betrieb eines virtuellen Frostsensors in Bezug auf eine Motorkomponente.
Das Verfahren beinhaltet die Bestimmung einer ersten Temperatur,
die eine Flüssigkeit
stromaufwärts
der Komponente anzeigt und der Bestimmung einer zweiten Temperatur,
die eine Flüssigkeit
stromabwärts
der Komponente anzeigt. Das Verfahren beinhaltet außerdem die
Messung bzw. Abfühlung
mindestens eines Motorparameters und die Bestimmung eines ersten
Parameters als eine Funktion des (mindestens einen) Motorparameters.
Das Verfahren beinhaltet darüber
hinaus die Bestimmung einer dritten Temperatur, die eine Temperatur
anzeigt, welche mit der Motorkomponente als eine Funktion der ersten Temperatur,
der zweiten Temperatur und des ersten Parameters assoziiert ist.
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In
einem anderen Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf
einen virtuellen Frostsensor eines Motorsystems, das einen Luftkühler aufweist.
Der virtuelle Frostsensor beinhaltet erste und zweite Sensoren,
die derart konfiguriert sind, erste und zweite Signale zu erzeugen,
die jeweils erste und zweite Temperaturen anzeigen. Der virtuelle Frostsensor
beinhaltet auch einen dritten Sensor, der derart konfiguriert ist
ein drittes Signal zu erzeugen, das mindestens einen Parameter eines
Motorsystems anzeigt. Der virtuelle Frostsensor beinhaltet darüber hinaus
eine Steuerung, die derart konfiguriert ist, die ersten, zweiten
und dritten Signale zu empfangen und eine dritte Temperatur zu bestimmen,
welche die Temperatur einer inneren Wand des Luftkühlers als
eine Funktion der ersten, zweiten und dritten Signale anzeigt.
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In
einem weiteren, anderen Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung
auf ein Verfahren zur Steuerung der Abgas-Rezirkulation in Bezug
auf einen Motor. Das Verfahren beinhaltet die Messung bzw. Abfühlung einer
ersten Temperatur, die Umgebungsluft stromabwärts eines Luftfilters anzeigt
und die Messung bzw. Abfühlung
einer zweiten Temperatur, die Verbrennungsgase stromabwärts eines
Luftkühlers
anzeigt. Das Verfahren beinhaltet auch die Messung mindestens eines
Parameters, der einen Betrieb des Motors anzeigt und die Bestimmung
einer dritten Temperatur, die eine Temperatur einer inneren Wand
des Luftkühlers
als eine Funktion der ersten Temperatur, zweiten Temperatur und
des (mindestens einen) Parameters anzeigt. Das Verfahren beinhaltet
darüber
hinaus das Vergleichen der dritten Temperatur mit einer vorbestimmten
Temperatur und die selektive Begrenzung einer Abgasmenge, die stromabwärts des
Motors zum Luftkühler
rezirkuliert wurde, wenn die dritte Temperatur die vorbestimmte
Temperatur unterschreitet.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung eines exemplarischen Motorsystems,
das einen virtuellen Frostsensor in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Offenbarung beinhaltet; und
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2 ist
eine schematische Darstellung eines exemplarischen Steueralgorithmus,
der derart konfiguriert ist, von der Steuerung aus 1 ausgeführt zu werden.
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Detaillierte Beschreibung
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1 zeigt
ein exemplarisches Motorsystem 10. Das Motorsystem 10 kann
einen Motor 12 beinhalten, der eine Verbrennungskammer 14 und
einen Einlassverteiler 16 aufweist. Der Motor 12 kann
derart konfiguriert sein, potentielle chemische Energie, z. B. Treibstoff,
in mechanische Energie, z. B. Drehmoment, durch einen Verbrennungsprozess,
z. B. eine zwei- oder viertaktige Zylinderkolben-Verbrennungsanordnung,
umzuwandeln. Abgas kann von der Verbrennungskammer 14 in
die Umgebung 20 ausgeleitet werden, um dort abgegeben zu
werden. Ein Teil des Abgases kann selektiv zu einem Mischer 24 über ein
Ventil 18 geleitet werden. Das Ventil 18 kann
ein solenoid bzw. elektromagentbetätigtes variabel betriebenes
Ausgangsventil beinhalten, das derart konfiguriert ist, einen Teil
des Abgases, das innerhalb der Verbrennungskammer 14 erzeugt
wurde, zum Mischer 24 abzuteilen. Das Motorsystem 10 kann
auch einen Luftfilter 26 beinhalten, der derart konfiguriert
ist, die von der Umgebung 22 aufgenommene Luft zu filtern,
und die gefilterte Luft an den Mischer 24 weiterzuleiten.
Die Umgebungen 20 und 22 können dieselbe, oder eine andere
Umgebung sein und beispielsweise Umgebungsluft in jeder Umgebungsbedingung
aufweisen. Das rezirkulierte Abgas, das vom Ventil 18 aufgeteilt
wurde und die gefilterte Luft, die vom Filter 26 ausgeleitet
wurde, kann innerhalb des Mischers 24 gemischt werden,
um Verbrennungsluft zu bilden, die zur Verbrennungskammer 14 geleitet
wird. Die Verbrennungsluft kann durch einen Kompressor 28 komprimiert,
durch einen Luftkühler 30 zur
Erniedrigung der Temperatur geleitet, zum Einlassverteiler 16 geleitet
und anschließend
in die Verbrennungskammer 14 eingelassen werden.
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Es
ist beabsichtigt, dass jede Komponente des zuvor beschriebenen Motorsystems 10 jede
konventionelle, im Stand der Technik bekannte Komponente darstellt
und/oder beinhaltet, wie beispielsweise einen inneren Verbrennungsmotor,
z. B. einen Benzin- oder Dieselmotor, einen Luftfilter der einen Faserstoff-Partikelfilter
enthält,
eine Gasmischereinheit, z. B. eine Röhreneinheit, einen Wärmetauscher, z.
B. einen mit Luft oder Flüssigkeit
gekühlten
Wärmetauscher
und/oder ein turbo- oder supergeladenes Kompressorsystem. Folglich
sind solche Komponenten nicht detaillierter beschrieben. Es ist
ebenfalls beabsichtigt, dass das Motorsystem 10 jede Menge zusätzlicher,
aus dem Stand der Technik bekannte Komponenten, wie beispielsweise
eine oder mehrere Gebläse
(nicht gezeigt), einen Abgaskühler
(nicht gezeigt), einen Abgas- Partikelfilter
(nicht gezeigt), einen Dämpfer
oder Auspufftopf (nicht gezeigt) und/oder einen katalytischen Konverter
(nicht gezeigt) beinhalten kann.
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Das
Motorsystem 10 kann darüber
hinaus eine Steuerung 32 aufweisen, die derart konfiguriert ist,
den Frost innerhalb des Luftkühlers 30 virtuell
zu erfassen und darüber
hinaus derart konfiguriert ist, das Ventil 18 zu steuern,
um eine Abgasmenge, welche zum Mischer 24 abgeleitet wurde,
selektiv zu beeinflussen. Die Steuerung 32 kann einen oder
mehrere Mikroprozessoren, einen Speicher, eine Datenspeichereinheit,
einen Kommunikations-Austauschpunkt oder communication hub und/oder
andere Komponenten gemäß dem Stand
der Technik aufweisen. Es ist beabsichtigt, dass die Steuerung 32 innerhalb
eines allgemeinen Steuersystems integriert ist, das dazu in der
Lage ist, zusätzliche
Funktionen des Motorsystems 10 zu steuern, z. B. die selektive
Steuerung des Motors 12 und/oder zusätzliche Systeme, die mit dem
Motorsystem 10 operativ verbunden sind, z. B. die selektive
Steuerung eines Getriebesystems. Die Steuerung 32 kann
derart konfiguriert sein, Eingangssignale von einer Vielzahl von
Sensoren 34, 36, 38, 40 zu empfangen,
einen oder mehrere Algorithmen auszuführen, um entsprechende Ausgangssignale
zu bestimmen und die Ausgangssignale an das Ventil 18 auszugeben.
Es ist beabsichtigt, dass die Steuerung 32 Signale über eine
oder mehrere Kommunikationsleitungen (nicht bezeichnet) gemäß dem Stand
der Technik empfängt
und ausgibt.
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Die
Sensoren 34, 36, 38, 40 können irgendeinen
konventionellen Sensor aufweisen, der derart konfiguriert ist, ein
Signal zu erzeugen, das einen physikalischen Parameter anzeigt.
Genauer gesagt kann der Sensor 34 einen Temperatursensor aufweisen,
der derart konfiguriert ist, ein Signal zu erzeugen, das eine Temperatur
der gefilterten Luft stromabwärts
des Luftfilters 26 anzeigt. Der Sensor 36 kann
einen Temperatur sensor aufweisen, der derart konfiguriert ist, ein
Signal zu erzeugen, das eine Temperatur der Verbrennungsluft anzeigt,
die zum Einlassverteiler 16 geleitet wird. Der Sensor 38 kann einen
oder mehrere Sensoren aufweisen, von denen jeder derart konfiguriert
ist, ein oder mehrere Signale zu erzeugen, die verschiedene Motorparameter,
wie beispielsweise Motordrehzahl, Treibstoffverbrauch, Kühltemperatur
und/oder andere Parameter gemäß dem Stand
der Technik anzeigen. Der Sensor 40 kann einen oder mehrere
Sensoren aufweisen, von denen jeder derart konfiguriert ist, ein
oder mehrere Signale zu erzeugen, die verschiedene Parameter des
Motorsystems 10, wie beispielsweise eine Massenflussrate,
z. B. von den Abgasen, welche zum Mischer 24 geleitet werden,
oder von der Verbrennungsluft, welche zum Luftkühler 30 geleitet wird, eine
Temperatur, z. B. die Kompressor-Auslasstemperatur oder die Umgebungslufttemperatur,
einen Druck, z. B. den Umgebungsluftdruck und/oder jeglichen anderen
Parameter des Motorsystems 10, wie benötigt, anzeigt. Es ist beabsichtigt,
dass die Sensoren 34, 36 an jedem beliebigen Ort,
entsprechend stromaufwärts
oder stromabwärts
des Luftkühlers 30 angebracht
sein können
und nur exemplarisch an bestimmten Orten gezeigt sind.
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2 zeigt
einen exemplarischen Steueralgorithmus 100. Der Steueralgorithmus 100 kann
von der Steuerung 32 ausgeführt werden, um Frost innerhalb
des Luftkühlers 30 virtuell
zu erfassen und einen Ausgang 120 als Funktion des virtuell
erfassten Frostes zu bestimmen. Der Ausgang 120 kann die
Steuerung und/oder den Betrieb des Ventils 18 beeinflussen
und entsprechend die Abgasmenge, die zum Verteilereinlass 16 rezirkuliert
wird, beeinflussen. Der Steueralgorithmus 100 kann den
Empfang einer Vielzahl von Eingängen 102, 104, 106 von
den Sensoren 34, 36, 38, 40 einschließen, welche
eine Vielzahl von funktionellen Beziehungen, z. B. Algorithmen,
Gleichungen, untergeordnete Schleifen oder subroutines, hinterlegte
Karten oder look-up maps, Tabellen und/oder Vergleiche 108, 110, 112, 114, 116, 118 ausführen und
einen Aus gang, z. B. Ausgang 120 ausgeben, um den Betrieb
des Ventils 18 zu beeinflussen.
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Die
Eingänge 102 und 104 können ein
Signal einschließen,
das derart konfiguriert ist, eine Temperatur gefilterterer Luft
stromabwärts
des Luftfilters 26 und stromaufwärts des Mischers 24,
beziehungsweise eine Temperatur der Verbrennungsluft stromabwärts des
Luftkühlers 30,
anzuzeigen. Zusätzlich dazu
kann der Eingang 106 eines oder mehrere Signale beinhalten,
die einen oder mehrere Motorparameter und/oder Motorsystemparameter,
z. B. Signale von den Sensoren 38 und/oder 40 anzeigen.
Die Eingänge 102, 104, 106 können jegliches
Signal darstellen, wie beispielsweise einen Puls, einen Spannungspegel,
ein digitales Signal, ein magnetisches Feld, einen digitalen Eingang,
eine Ton- oder Lichtwelle und/oder eine andere Signalform gemäß dem Stand
der Technik.
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Die
funktionelle Beziehung 108 kann derart konfiguriert sein,
eine Temperatur der Umgebungsluft, welche von der Umgebung 22 durch
den Luftfilter 26 geleitet wurde, zu bestimmen. Die funktionelle
Beziehung 108 kann die Temperatur der gefilterten Luft, beispielsweise
des Eingangs 102, mit vorbestimmten Umgebungstemperaturen,
funktionell in Beziehung setzen. Zum Beispiel kann die funktionelle
Beziehung 108 den Eingang 102 mit einem vorbestimmten Faktor
multiplizieren, der einen Effekt anzeigt, welchen der Luftfilter 26 auf
die Temperatur der durch ihn geleiteten Umgebungsluft haben kann.
Es ist beabsichtigt, dass die funktionelle Beziehung 108 jede mathematische
Beziehung, z. B. Addition, Subtraktion, Division und Potenzieren
beinhalten kann, um die Temperatur der gefilterten Luft mit der
Temperatur der Umgebungsluft funktionell in Beziehung zu setzen.
Es ist ebenfalls beabsichtigt, dass die Temperatur der Umgebungsluft
alternativ dazu mit einem Sensor bestimmt werden kann, welcher geeignet
in Bezug auf die Umgebung 22 positioniert ist und wel cher derart
konfiguriert ist, ein Signal zu erzeugen, das die Temperatur der
Umgebungsluft anzeigt.
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Die
funktionelle Beziehung 110 kann derart konfiguriert sein,
eine Massenflussrate von Verbrennungsluft zu bestimmen, die zum
oder durch den Luftkühler 30 geleitet
wird. Die funktionelle Beziehung 110 kann die Temperatur
der Verbrennungsluft, die zum Verteiler 16, z. B. zum Eingang 104,
geleitet wird funktionell mit einem oder mehreren Motor- 12 oder
Motorsystem- 10 Parametern, z. B. Eingang 106,
in Beziehung setzen. Beispielsweise kann die funktionelle Beziehung 110 die
Temperatur der Verbrennungsluft, die Motordrehzahl, den Treibstoffverbrauch,
das Ventiltiming und/oder den Druck der Umgebungsluft durch eine
oder mehrere Beziehungen zueinander in Beziehung setzen, um die
Massenflussrate des Luftkühlers
zu bestimmen. Es ist beabsichtigt, dass die Massenflussrate des
Luftkühlers
alternativ dazu durch einen Sensor bestimmt werden kann, der in
Bezug auf den Luftkühler 30 positioniert und
derart konfiguriert ist, ein Signal zu erzeugen, welches dessen
Massenflussrate anzeigt.
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Die
funktionelle Beziehung 112 kann derart konfiguriert sein,
eine Bemessungs-Massenflussrate des Luftkühlers 30 zu bestimmen.
Die funktionelle Beziehung 112 kann einen oder mehrere
Motor- 12 und/oder Motorsystem- 10 Parameter,
z. B. den Eingang 106, mit vorbestimmten Massenflussraten
funktionell in Beziehung setzen. Zum Beispiel kann die funktionelle
Beziehung 112 die Motordrehzahl, die Motorbelastung und
eine oder mehrere vorbestimnite Bemessungs-Massenflussraten innerhalb
einer oder mehrerer Beziehungen funktionell in Beziehung setzen,
um die Bemessungs-Massenflussrate des Luftkühlers zu bestimmen. Es ist
beabsichtigt, dass die Bemessungs-Massenflussrate des Luftkühlers, die Massenflussrate
der Verbrennungsluft, welche zum oder durch den Luftkühler 30,
für eine
gegebene Motordrehzahl und -belastung geleitet wird, anzeigt. Es ist
ebenfalls beabsichtigt, dass die Bemessungs-Massenflussrate des Luftkühlers als
eine Funktion der empirisch bestimmten Flussraten für gegebene
Motordrehzahlen und -belastungen bestimmt werden kann.
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Die
funktionelle Beziehung 114 kann derart konfiguriert sein,
einen Parameter zu bestimmen, der einen Temperaturfaktor für eine innere
Wand des Luftkühlers 30 anzeigt.
Genauer gesagt kann der Parameter einen Faktor beinhalten, der den
Effekt anzeigt, welchen die Verbrennungsluft und die Umgebungsluft,
auf eine Temperatur der inneren Wandoberfläche des Luftkühlers 30,
z. B. einer Wandoberfläche,
die Verbrennungsluft ausgesetzt ist, haben kann. Der Parameter kann
ein Wandverhältnis
anzeigen und kann als eine Funktion eines oder mehrerer Parameter
bestimmt werden, welche mit dem Luftkühler 30 assoziiert
werden, beispielsweise eine innere bzw. Raum-Geschwindigkeit, die
Fahrzeuggeschwindigkeit, Flüssigkeits-Flussdynamik,
eine Wärmetauschereffizienz
und/oder andere Parameter gemäß dem Stand
der Technik, von denen bekannt ist, dass sie die Temperatur in einer
Wärmetauschereinheit
beeinflussen. Beispielsweise kann die funktionelle Beziehung 114 funktionell
die Massenflussrate des Luftkühlers
und die Bemessungs-Massenflussrate des
Luftkühlers
mit einem oder mehreren vorbestimmten Parametern mittels einer oder
mehreren Beziehungskarten oder relational maps, in Beziehung gesetzt
werden, um das Wandverhältnis
zu ermitteln. Es ist beabsichtigt, dass die funktionelle Beziehung 114,
eine dreidimensionale Karte beinhalten kann, die beispielsweise
aus k1(Mac/Mrtd)-k2 besteht, worin
k1 und k2 Konstanten,
Mac die Massenflussrate des Luftkühlers und
Mrtd die Bemessungs-Massenflussrate des
Luftkühlers
repräsentieren.
Es ist beabsichtigt, dass die funktionelle Beziehung 114 jede mathematische
Beziehung, z. B. lineare oder exponentielle, beinhalten kann und
dass die Konstanten k1 und/oder k2 jede geeignete Konstante, z. B. ein empirisch
bestimmter Parameter, sein kann. Es ist ebenfalls beabsich tigt,
dass das Wandverhältnis
als ein Bruch dargestellt werden kann, beispielsweise kann das Wandverhältnis ein
dimensionsloser Parameter sein, der innerhalb eines Bereiches, wie
beispielsweise größer oder
gleich 0 und kleiner oder gleich 1, definiert ist. Es ist darüber hinaus
beabsichtigt, dass ein gebildetes Wandverhältnis als eine Funktion ändernder
Parameter, welche mit dem Luftkühler 30 assoziiert
sind, variieren kann.
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Die
funktionelle Beziehung 116 kann derart konfiguriert sein,
eine Temperatur zu bestimmen, welche eine Oberflächen-Wandtemperatur des Luftkühlers 30 anzeigt.
Genauer gesagt kann die Wandtemperatur als eine Funktion der Temperatur
der Umgebungsluft, der Temperatur der Verbrennungsluft und des Wandverhältnisses,
bestimmt werden. Zum Beispiel kann die funktionelle Beziehung 116 die Temperatur
der Umgebungsluft, z. B. die niedrigste Temperatur, welche die Wand
des Luftkühlers
beinhalten kann, mit dem Wandverhältnis, und der Differenz zwischen
der Verbrennungstemperatur, z. B. der höchsten Temperatur, welche die
Wand des Luftkühlers
aufweisen kann und der Temperatur der Umgebungsluft, funktionell
in Verbindung setzen. Es ist beabsichtigt, dass die funktionelle
Beziehung 116 eine mathematische Beziehung einschließen kann,
beispielsweise Twall = Tatm +
Wratio (Tman – Tatm), wobei Twall die
Wandtemperatur, Tatm die Temperatur der
Umgebungsluft, Wratio das Wandverhältnis und
Tman die Temperatur der Verbrennungsluft
repräsentiert.
Es wurde festgestellt, dass die innere Oberfläche der Wand des Luftkühlers 30 einen
Temperaturgradienten vom Einlass des Luftkühlers 30 zum Auslass
des Luftkühlers 30 aufweisen
kann. Daher ist es beabsichtigt, dass die Wandtemperatur, welche
durch die funktionelle Beziehung 116 bestimmt wurde, den niedrigsten
Temperaturpunkt entlang solch eines Temperaturgradienten anzeigen
kann. Es ist ebenfalls beabsichtigt, dass die Temperatur der Verbrennungsluft,
wie sie vom Einlass 104 bestimmt wurde, die Temperatur
der Verbrennungsluft am Auslass des Luftkühlers 30 anzeigen
kann. Daher kann die Temperatur der Verbrennungsluft an jedem Ort
relativ zum Auslass des Luftkühlers 30 bestimmt
werden.
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Die
funktionellen Beziehungen 108, 110, 112, 114, 116 können jeweils
eine oder mehrere Beziehungskarten oder relational maps aufweisen,
die beispielsweise in der Form einer zwei- oder dreidimensionalen
hinterlegten Tabelle und/oder einer oder mehreren Gleichungen vorliegen
können.
Genauer gesagt können
die funktionellen Beziehungen 108, 110, 112, 116 jede
eine Gleichung beinhalten, welche funktionell jeweilige Eingangssignale 102, 104, 106 mit
vorbestimmten Parametern, Variablen, Werten und/oder Faktoren um
spezifische Parameter des Motorsystems 10, zum Beispiel
die Temperatur der Umgebungsluft, die Massenflussrate des Luftkühlers 30 und
die Bemessungs-Massenflussrate des Motorsystems 10 zu bestimmen.
Zusätzlich
dazu kann die funktionelle Beziehung 114 eine Beziehungskarte
beinhalten, z. B. eine oder mehrere zwei- oder dreidimensionale
Karten, welche die Massenflussraten des Luftkühlers und die Bemessungs-Massenflussraten
mit vorbestimmten Parametern, Variablen, Werten und/oder Faktoren
in Beziehung setzt, um ein spezifisches Wandverhältnis für den Luftkühler 30 zu bestimmen.
Es ist beabsichtigt, dass das Wandverhältnis, als eine Funktion sich ändernder Motor- 12 und/oder
Motorsystem 10 Bedingungen, wie beispielsweise die Änderung
der Umgebungstemperatur, die Änderung
der Motorparameter und/oder anderer Variablen, welche mit dem Betrieb des
Motorsystems 10 assoziiert sind, variabel sein kann. Es
ist ebenfalls beabsichtigt, dass Interpolation und/oder eine Gleichung
dazu eingesetzt werden kann, die Massenflussrate des Luftkühlers und
die Bemessungs-Massenflussrate in der hinterlegten Tabelle, die
mit der funktionellen Beziehung 114 assoziiert ist, in
Beziehung zu setzen. Es ist darüber
hinaus beabsichtigt, dass jede der funktionellen Beziehungen 108, 110, 112, 114, 116 mit
Daten, welche von einem Testaufbau, von vorbestimmten Beziehungen, ausgewählten oder
von einem oder mehreren Operatoren verlangten und/oder mit Daten,
welche auf jede andere geeignete Art bestimmt wurden, besetzt sind.
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Die
funktionelle Beziehung 118 kann derart konfiguriert sein,
die Wandtemperatur mit einem vorbestimmten Wert zu vergleichen und
kann den Ausgang 120 als eine Funktion dessen ausgeben.
Die funktionelle Beziehung 118 kann eine oder mehrere Gleichungen
beinhalten, die derart konfiguriert sind, die Wandtemperatur und
den vorbestimmten Wert in Beziehung zu setzen um zu bestimmen, ob
die Wandtemperatur größer als
der vorbestimmte Wert ist und den Ausgang 120 als eine
Funktion dessen ausgeben. Wenn die Wandtemperatur beispielsweise
kleiner oder gleich dem vorbestimmten Wert ist, kann der Ausgang 120,
durch die Steuerung 32, die Abgas-Rezirkulation begrenzen,
z. B. stoppen oder drosseln, indem sie beispielsweise das Ventil 18 bedingt,
zu schließen
oder geschlossen zu bleiben. Ebenso kann, wenn die Wandtemperatur
größer als der
vorbestimmte Wert ist, der Ausgang 120 nicht durch die
Steuerung 32 die Abgas-Rezirkulation begrenzen. Es ist
beabsichtigt, dass der Ausgang 120 durch ein Flag-Kriterium
oder ein Kriterium, welches entweder gesetzt oder nicht gesetzt
ist, konfiguriert ist und daher derart konfiguriert sein kann, die
Abgas-Rezirkulation nur dann zu beeinflussen, wenn die Wandtemperatur
kleiner oder gleich dem vorbestimmten Wert ist. Es ist ebenfalls
beabsichtigt, dass der vorbestimmte Wert jeder Wert sein kann, unterhalb
dem die Abgas-Rezirkulation gewollt begrenzt ist, wie es beispielsweise
ein Wert sein kann, der eine Gefriertemperatur von Wasser anzeigt,
welcher einen Fehlerbereich bzw. Fehlerbalken beinhalten, oder nicht
beinhalten kann, z. B. einen prozentualen oder festen Wertzuwachs
um mathematische Schwierigkeiten beim Runden und/oder anderen Ungenauigkeiten
aus der Berechnung, gemäß dem Stand
der Technik Rechnung zu tragen. Daher können die Steuerung 32,
die Sensoren 34, 36, 38, 40 und
die Steuerlogik 100, Frost innerhalb des Luftkühlers 30 virtuell
erfassen und die Steuerung des Motorsystems 10 beeinflussen,
um die Rezirkulation von Abgasen zu begrenzen, wenn sich wahrscheinlich Frost
innerhalb des Luftkühlers 30 befindet.
Es ist darüber
hinaus beabsichtigt, dass der Ausgang 120, die zusätzlichen
Algorithmen, welche von der Steuerung 32 ausgeführt werden,
beeinflussen kann, zum Beispiel kann der Ausgang 120 ein
Eingang in einem Algorithmus sein, der derart konfiguriert ist,
ein Ausgangssignal zu bestimmen, das derart konfiguriert ist, eine
Betätigung
des Ventils 18 und dadurch eine bestimmte Menge rezirkulierten
Abgases zu bedingen.
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Industrielle
Anwendungen
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Das
offenbarte System für
einen virtuellen Frostsensor kann dazu eingesetzt werden, die Bildung
von Frost im Zusammenhang mit einer Motorkomponente, virtuell zu
erfassen. Das offenbarte System für einen virtuellen Frostsensor
kann beispielsweise die Bildung von Frost in einem Luftkühler virtuell
erfassen, d. h. beispielsweise vorhersagen und kann es einer Steuerung
erlauben, eine rezirkulierte Abgasmenge, als eine Folge dessen,
zu begrenzen. Der Betrieb des Motorsystems 10 und im besonderen
der des Steueralgorithmus 100 wird nachfolgend erläutert.
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Das
Motorsystem 10 kann damit assoziiert und derart konfiguriert
sein, Leistung für
jedes System gemäß dem Stand
der Technik, wie beispielsweise einem mobilen Fahrzeug, einem Wasserfahrzeug und/oder
einem Generator, bereit zu stellen. Folglich kann das Motorsystem 10 in
sich ändernden
und signifikant unterschiedlichen Umgebungen, einschließlich beispielsweise
in kaltem Klima, betrieben werden. In einem kalten Klima kann die
Temperatur der atmosphärischen
Umgebungsluft gleich oder signifikant unterhalb des Gefrierpunktes
von Wasser sein. Es wurde festgestellt, dass die Umgebungsluft in
kaltem Klima typischerweise kleine Mengen Wasserdampf, aufgrund
des Kondensationspunktes beinhaltet, die Abgase jedoch, die als
Nebenprodukt des Verbrennungs prozesses erzeugt werden, beträchtliche
Mengen Wasserdampf beinhalten können.
Es wurde ebenfalls festgestellt, dass Wasserdampf in Kontakt mit
einer Oberfläche,
deren Temperatur unterhalb des Gefrierpunktes liegt, wahrscheinlich
gefriert und Frost an der Oberfläche
bildet.
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In
Bezug auf 1, kann der Luftkühler 30 derart
konfiguriert sein, eine Temperatur der Verbrennungsluft stromabwärts des
Kompressors 28 und stromaufwärts des Einlassverteilers 16 zu
reduzieren. Der Luftkühler 30 kann
Umgebungsluft, welche mit einem kalten Klima assoziiert ist, ausgesetzt
sein und kann beispielsweise bewegte Umgebungsluft einsetzen, um
die Verbrennungsluft über
eine geeignete Wärmetauschereinheit,
z. B. einen Luftkühler mit,
durch ein Gebläse
bewegte Luft, zu kühlen.
Daher kann die, der Verbrennungsluft ausgesetzte Wandoberfläche des
Luftkühlers 30,
eine Temperatur unterhalb eines vorbestimmten Wertes, z. B. unterhalb
der Gefriertemperatur von Wasser aufweisen und Frost kann sich bilden.
Die Existenz von Frost kann den Betrieb des Luftkühlers 30 und
des Motorsystems 10 nachteilig oder ungewollt beeinflussen, beispielsweise
durch eine Erhöhung
des Druckabfalls über
dem Luftkühler 30,
durch eine Reduktion der Menge an Verbrennungsluft, die zum Einlassverteiler 16 geleitet
wird, durch eine Belastung des Kompressors 28 und/oder
durch eine Erhöhung
eines Energiebetrags, welcher eingesetzt wird, die Verbrennungsluft
zum Verteiler 16 und anschließend zur Verbrennungskammer 14 zu
liefern.
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Die
Steuerung 32 kann eine Vielzahl von Eingangssignalen von
den Sensoren 34, 36, 38, 40 erhalten,
einen oder mehrere Algorithmen, z. B. den Steueralgorithmus 100 und/oder
zusätzliche
Algorithmen ausführen
und ein Steuersignal an das Ventil 18 ausgeben. Es ist
beabsichtigt, dass die zusätzlichen Algorithmen
derart konfiguriert sein können,
Ausgangssignale zum Betrieb des Steuerventils 18 zu bestimmen,
z. B. den Grad und/oder das Timing des Öffnens und/oder Schließen des
Ventils 18, als eine Funktion einer oder mehrerer Parameter
des Motors 12, des Motorsystems 10 und/oder vorbestimmter oder
erwünschter
Beziehungen, zu bewirken. Daher kann der Steueralgorithmus 100,
beispielsweise als eine Eingangs- oder Unterroutine, innerhalb eines oder
mehrerer der zusätzlichen
Algorithmen integriert werden, welche unabhängig von den zusätzlichen
Algorithmen ausgeführt
werden und/oder derart konfiguriert sind, die Rezirkulation der
Abgase durch Manipulationen, z. B. durch Übersteuerung eines Steuersignals
zum Betrieb des Ventils 18, zu begrenzen. Es ist ebenfalls
beabsichtigt, dass der Steueralgorithmus 100 die Rezirkulation
von Abgasen, durch eine Verhinderung des Öffnens von Ventil 18 verhindern
kann, beispielsweise durch eine Verhinderung der Ausgabe eines Ausgangssignals
der Steuerung 32 zum Ventil 18, welche das Ventil 18 von einer
geschlossenen Position in eine geöffnete Position bewegen könnte und
sie kann die Rezirkulation des Abgases durch eine Bewegung des Ventils 18 in eine
geschlossene Position unterbrechen, z. B. durch eine Beeinflussung
der Steuerung 32 ein Ausgangssignal zum Ventil 18 auszugeben,
das Ventil 18 von einer geöffneten Position in eine geschlossene
Position zu bewegen. Es ist beabsichtigt, dass die zusätzlichen
Algorithmen, welche derart konfiguriert sind, die Bewegung des Ventils 18 zu
bedingen, ein Ausgangssignal, als eine Funktion jedes gewünschten Parameters,
z. B. eines Parameters des Motors 12, des Motorsystems 10 und/oder
einer vorbestimmten Beziehung, zu bestimmen.
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In
Bezug auf 2 kann der Steueralgorithmus 100 die
Eingangssignale 102, 104, 106 empfangen,
welche die Temperatur der gefilterten Luft, die Temperatur der Verbrennungsluft
und einen oder mehrere Motor- 12,
bzw. und/oder Motorsystem- 10 Parameter, anzeigen. Der
Steueralgorithmus 100 kann, als eine Funktion der empfangenen
Eingangssignale, eine Umgebungstemperatur 108, eine Massenflussrate
des Luftkühlers 110 und
eine Bemessungs-Massenflussrate des Luftkühlers 112 bestimmen.
Der Steueralgorithmus 100 kann auch ein Wandverhältnis 114 als eine
Funktion der Massenflussrate des Luftkühlers und der Bemessungs-Massenflussrate des
Luftkühlers
bestimmen. Der Steueralgorithmus 100 kann darüber hinaus
eine Wandtemperatur 116, als eine Funktion der Umgebungstemperatur,
der Temperatur der Verbrennungsluft und des Wandverhältnisses
bestimmen, die Wandtemperatur mit einem vorbestimmten Wert 118 vergleichen und
einen Ausgang bzw. Ausgangsgröße 120 als eine
Funktion dessen, ausgeben.
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Zum
Beispiel kann der Steueralgorithmus 100 bestimmen, dass
die Wandtemperatur im Wesentlichen gleich 30°F ist und kann die Wandtemperatur
mit einem vorbestimmten Wert, der im Wesentlichen gleich 32°F ist, vergleichen.
Der Steueralgorithmus 100 kann daher bestimmen, ob sich
wahrscheinlich Frost innerhalb eines Luftkühlers 30 ausbildet,
z. B. dass Frost virtuell im Luftkühler 30 erfasst wird,
weil 30°F
weniger ist als 32°F.
Daher kann das Steuerventil 18 (siehe 1)
begrenzt sein, wenn es nicht bereits dazu angesteuert wurde, die
Abgase zum Mischer 24 zu leiten, oder sie können unterbrochen
werden, wenn sie bereits dazu angesteuert wurden, zum Mischer 24 geleitet
zu werden, um eine Menge Wasserdampf, welche durch den Luftkühler 30 geleitet
wurde, zu reduzieren und die Bildung von Frost darin zu reduzieren.
Es ist beabsichtigt, dass die Steuerung 32 und der Steueralgorithmus 100 in Bezug
auf jedes gewünschte
Set von Einheiten, z. B. °F
oder °C,
ausgeführt
werden kann. Es ist ebenfalls beabsichtigt, dass der Steueralgorithmus 100 kontinuierlich,
periodisch, mit oder ohne eine einheitliche Frequenz und/oder singulär ausgeführt werden
kann. Es ist darüber
hinaus beabsichtigt, dass der Steueralgorithmus 100 einen
Entscheidungsschritt (nicht gezeigt) beinhaltet, welcher derart
konfiguriert ist, zu bestimmen, ob der Steueralgorithmus 100 ausgeführt werden
sollte, beispielsweise zu bestimmen, ob die Umgebungstemperatur
unterhalb einer Gefriertemperatur von Wasser liegt. Zum Beispiel
kann solch ein Entscheidungsschritt entscheiden, dass der Steueralgorithmus 100 nicht
ausgeführt
werden muss, weil die Tem peratur der Umgebungsluft signifikant oberhalb
der Gefriertemperatur von Wasser liegt, beispielsweise weil das
Motorsystem 10 nicht in einem signifikant kalten Klima
betrieben wird.
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Weil
der Steueralgorithmus 100 Frost in Bezug auf eine Oberfläche einer
Maschinenkomponente virtuell erfasst, kann die Integrität der Komponente erhalten
bleiben und/oder es kann eine komplexe mechanische Anordnung zur
Bestimmung einer Oberflächentemperatur
unnötig
werden. Zusätzlich dazu
kann durch Steuerung der Rezirkulation von Abgasen als eine Funktion
des virtuell erfassten Frostes der Steueralgorithmus 100 die
Frostmenge, welche sich auf einer Motorkomponente bildet, reduzieren
und dadurch nachteilige Auswirkungen in Bezug auf die Motorleistung
reduzieren.
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Es
wird für
den Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen
und Variationen an dem offenbarten System für einen virtuellen Frostsensor
vorgenommen werden können.
Andere Ausführungsbeispiele
werden für
den Fachmann aus der Betrachtung der Spezifikation und Anwendung des
offenbarten Systems ersichtlich sein. Die Spezifikationen und Beispiele
sollen nur als exemplarisch angesehen werden, deren Intention durch
die nachfolgenden Ansprüche
und deren Äquivalenten
aufgezeigt (24402) werden.