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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der
koreanischen Patentanmeldung mit der Nr. 10-2013-0095238 , welche am 12. August 2013 eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt durch diese Bezugnahme für alle Zwecke hierin mitaufgenommen ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung und ein Kühlsteuerverfahren für Abgasrückführungs(EGR)-Gas und Motoröl, bei denen ein EGR-Kühler zum Kühlen von EGR-Gas sowie ein Öl-Kühler zum Kühlen von Motoröl in einem (einzigen/gemeinsamen) Modul integriert sind, mit dem EGR-Gas gekühlt werden kann und Motoröl erwärmt und gekühlt werden kann.
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Beschreibung verwandter Technik
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Ein Abgasrückführungs(EGR)-Kühler ist eine Vorrichtung, welche die Menge von NOx reduziert durch Herabsetzen der Temperatur von heißem EGR-Gas, und ein Öl-Kühler ist eine Vorrichtung, welche Öl kühlt, sodass die Temperatur von Öl bei/auf einem geeigneten Niveau verbleiben kann. Der EGR-Kühler und der Öl-Kühler sind sehr wichtige Wärmetauscher eines Motors, insbesondere Verbrennungsmotors.
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Kühlmittel (Anti-Frost-Lösung/Gefrierschutzlösung) erfüllt eine sehr wichtige Funktion bei der Steuerung der Temperatur von Fluiden oder Gasen durch Erwärmen und Kühlen. Insbesondere dient das Kühlmittel bei dem Öl-Kühler dazu, die Temperatur von Öl bei/auf einem bestimmten Niveau zu halten, welches angemessen ist für den Betreib des Motors. Das Motoröl ist ein sehr wichtiges Schmierelement bzw. Schmiermittel für kinematische Reibsysteme in dem Motor, welche eine Schmierung benötigen, umfassend eine Ölpumpe, einen Zylinderblock, einen Kolben, eine Kurbelwelle und die meisten Teile von dem Motor. Wenn die Temperatur von dem Öl niedrig ist, ist die Reibung unter bzw. zwischen diesen Komponenten verschlechtert aufgrund der geringen kinematischen Viskosität des Öls. Folglich, in einem Kühlzustand, während das Fahrzeug gefahren wird, kann ein schneller Anstieg der Temperatur von dem Öl eine Reibkraft reduzieren, wodurch zu einer Verbesserung der Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs beigetragen wird.
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Darüber hinaus ist der EGR-Kühler eine sehr wichtige Vorrichtung zum Reduzieren der Menge von Abgas (NOx). Das Kühlmittel hat die erste Funktion des Herabsetzens der Temperatur von dem EGR-Gas mittels Absorbierens bzw. Aufnehmens der Hochtemperaturwärme von dem EGR-Gas. Wenn das Kühlmittel während des Kühlens in den Öl-Kühler eingeführt wird, kann es die zweite Funktion des Anhebens der Temperatur von dem Öl mittels Übertragens der Wärme auf das Öl erfüllen.
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Jedoch ist die Wärmequelle, welche zum Anheben der Temperatur von dem Motoröl benötigt wird, die Energie des Verbrennungsgases (einschließlich EGR-Gas). Wärme, welche von dem Verbrennungsgas übertragen wird, kann als der wichtigste Faktor angesehen werden, um die Temperatur von dem Kühlmittel und dem Öl anzuheben. Daher kann es eine Vielzahl von Verfahren geben, welche die Temperatur von einem Fluid unter Verwendung der Wärme von dem Motor schneller anheben können. Es ist möglich, zu helfen, die Verbrennungseffizienz und Kraftstoffeffizienz auf optimale Niveaus zu heben, durch Steuern der Temperaturen von dem EGR-Gas, dem Kühlmittel und dem Öl.
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Bezugnehmend auf 1, formen in der verwandten Technik ein EGR-Kühler 1 und ein Öl-Kühler 2 separate Kühlsysteme. EGR-Gas wird durch den EGR-Kühler 1 gekühlt oder umgeht den EGR-Kühler 1 bevor es ausgestoßen wird, in Abhängigkeit von der Steuerbedingung bzw. dem Steuerzustand. Kühlmittel strömt konstant zu dem EGR-Kühler 1 und formt nach dem Durchtritt durch den Kühler einen Kühlkreislauf, welcher zu dem Öl-Kühler 2 führt.
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Öl wird in eine Ölpumpe 4 eingeführt und von dieser ausgestoßen, bevor es in den Öl-Kühler 2 eintritt, wo das Öl gekühlt wird. Anschließend tritt das gekühlte Öl durch einen Ölfilter 5 und formt einen Schmierkreislauf, der zu einer Vorrichtung führt, die eine Schmierung benötigt.
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Obgleich der EGR-Kühler 1 und der Öl-Kühler 2 über das Kühlmittel indirekt Wärme austauschen, wird eine lange Zeit benötigt, um die Öltemperatur während des Kühlens anzuheben, und der Ausströmdruck bzw. Förderdruck der Ölpumpe 4 ist erhöht. Folglich sind der Druck des Öls, der Flächendruck der Reibsysteme und die Reibkraft von einem Antriebssystem erhöht, was problematisch ist. Das Öl mit einer niedrigen Temperatur formt/hat eine hohe kinematische Viskosität und einen hohen Öldruck, was den Reibwiderstand bzw. die Reibungsbeständigkeit der Motorkomponenten herabsetzt und Lärm verursacht, wodurch die Beständigkeit des Motors reduziert wird.
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Die in diesem Hintergrund-der-Erfindung-Abschnitt offenbarte Information dient lediglich dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und sollte nicht verstanden werden als eine Würdigung oder irgendeine Form von Vorschlag, dass diese Information den Stand der Technik bildet, der einem Fachmann bereits bekannt ist.
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KURZZUSAMMENFASSUNG/KURZBESCHREIBUNG
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Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung sind darauf gerichtet, eine Kühlvorrichtung und ein Kühlsteuerverfahren für EGR-Gas und Motoröl bereitzustellen, bei denen ein EGR-Kühler und ein Motoröl-Kühler in (genau) eine kompakte Struktur integriert bzw. zusammengeschlossen sind, und die Temperatur von einem Motoröl wird schnell angehoben, wobei/wodurch Reibung beim Betrieb eines Motors reduziert werden kann und eine Kraftstoffeffizienz verbessert werden kann.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Kühlvorrichtung für EGR-Gas und Motoröl aufweisen Kühlmittelleitungen, durch welche Kühlmittel zirkuliert; einen EGR-Wärmeaustauschabschnitt, der zwischen den Kühlmittelleitungen bereitgestellt ist, wobei das EGR-Gas durch den EGR-Wärmeaustauschabschnitt zirkuliert, um Wärme mit dem Kühlmittel auszutauschen; einen Bypassabschnitt, der von dem EGR-Wärmeaustauschabschnitt getrennt bzw. beabstandet angeordnet ist, wobei das EGR-Gas durch den Bypassabschnitt zirkuliert oder den Bypassabschnitt umgeht, um nicht Wärme mit/in dem EGR-Wärmeaustauschabschnitt auszutauschen; einen Öl-Wärmeaustauschabschnitt, der an den Kühlmittelleitungen vorgesehen ist und von dem EGR-Wärmeaustauschabschnitt getrennt bzw. beabstandet angeordnet ist, wobei Motoröl durch den Öl-Wärmeaustauschabschnitt zirkuliert, um Wärme mit dem Kühlmittel auszutauschen; und ein Steuerventil, welches an einer Eingangsseite des EGR-Wärmeaustauschabschnitts vorgesehen ist, um die Zirkulation von dem EGR-Gas in den Öl-Wärmeaustauschabschnitt hinein zu steuern.
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Die Kühlmittelleitungen können derart konfiguriert sein, dass sie zunächst durch den EGR-Wärmeaustauschabschnitt verlaufen, um einen Wärmeaustausch zwischen dem EGR-Gas und dem Kühlmittel zu ermöglichen, und dann durch den Öl-Wärmeaustauschabschnitt verlaufen, um einen Wärmeaustausch zwischen dem Motoröl und dem Kühlmittel zu ermöglichen.
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Der EGR-Wärmeaustauschabschnitt kann aufweisen die/diejenigen Kühlmittelleitungen, welche einen Durchgang durchziehen/durchqueren, durch den das EGR-Gas zirkuliert, und eine Mehrzahl von Kühlfinnen, welche die Kühlmittelleitungen miteinander verbinden.
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Das Steuerventil kann an der Eingangsseite des EGR-Wärmeaustauschabschnitts bereitgestellt sein und derart gesteuert werden/steuerbar sein, dass es offen oder geschlossen ist, sodass das EGR-Gas gemäß dem Betrieb des Steuerventils durch den EGR-Wärmeaustauschabschnitt oder den Bypassabschnitt zirkuliert.
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Die Kühlvorrichtung kann ferner aufweisen ein Bypassventil, welches an einer Eingangsseite des Bypassabschnitts vorgesehen ist, wobei das Bypassventil gesteuert wird/steuerbar ist, sodass es offen oder geschlossen ist, sodass das EGR-Gas gemäß dem Betrieb des Bypassventils durch den Bypassabschnitt zirkuliert.
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Das Steuerventil und das Bypassventil können wechselweise/alternierend operieren/wirken/betätigt werden, um nicht gleichzeitig geöffnet oder geschlossen zu sein.
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Der Öl-Wärmeaustauschabschnitt kann aufweisen einen Öldurchgang, durch den das Motoröl zirkuliert; einen Kühlmitteldurchgang, welcher mit den Kühlmittelleitungen verbunden ist oder Bestandteil dieser ist und durch den das Kühlmittel zirkuliert; und einen EGR-Gas-Durchgang, durch den das EGR-Gas zirkuliert, wobei der Öldurchgang, der Kühlmitteldurchgang und der EGR-Gas-Durchgang übereinander/aufeinander gestapelt sind, sodass Wärme dazwischen ausgetauscht wird.
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Der Öl-Wärmeaustauschabschnitt kann eine Mehrzahl von Öldurchgängen, eine Mehrzahl von Kühlmitteldurchgängen sowie eine Mehrzahl von EGR-Gas-Durchgängen aufweisen, welche sequentiell aufeinander gestapelt sind.
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Ein Verbindungsdurchgang kann an einer Eingangsseite des Bypassabschnitts vorgesehen sein und mit dem/den EGR-Gas-Durchgang/Durchgängen verbunden sein, sodass das EGR-Gas, welches durch/in den Bypassabschnitt zirkuliert/strömt, durch den/die EGR-Gas-Durchgang/Durchgänge des Öl-Wärmeaustauschabschnitts zirkuliert.
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Die Kühlvorrichtung kann ferner aufweisen ein Gasventil, welches an einer Ausgangsseite des Bypassabschnitts vorgesehen ist, wobei das Gasventil gesteuert wird/steuerbar ist, sodass es offen oder geschlossen ist, sodass das EGR-Gas durch den Verbindungsdurchgang strömt und durch den/die EGR-Gas-Durchgang/Durchgänge des Öl-Wärmeaustauschabschnitts zirkuliert, wenn das Gastventil geschlossen ist.
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Die Kühlvorrichtung kann ferner ein Gehäuse aufweisen, wobei das Gehäuse einen Einlass-Kanal-Abschnitt, durch den das EGR-Gas eingeführt wird, sowie einen Auslass-Kanal-Abschnitt aufweist, durch den das EGR-Gas abgegeben wird, und wobei die Kühlmittelleitungen in dem Gehäuse vorgesehen sind und der EGR-Wärmeaustauschabschnitt, der Bypassabschnitt und der Öl-Wärmeaustauschabschnitt zwischen dem Einlass-Kanal-Abschnitt und dem Auslass-Kanal-Abschnitt verbunden/vorgesehen sind, sodass das EGR-Gas zirkuliert.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zum Steuern der Kühlvorrichtung für das EGR-Gas und das Motoröl aufweisen einen Bypass-Modus des Schließens des Steuerventils sowie des Öffnens des Bypassventils und des Gasventils, wenn ermittelt wird, dass eine Temperatur von dem EGR-Gas niedrig ist, sodass das EGR-Gas durch den Bypassabschnitt hindurch strömt; einen EGR-Kühlmodus des Öffnens des Steuerventils sowie des Schließens des Bypassventils und des Gasventils, wenn ermittelt wird, dass die Temperatur von dem EGR-Gas hoch ist, sodass das EGR-Gas durch den EGR-Wärmeaustauschabschnitt hindurch strömt; und einen Öl-Erwärmungsmodus des Schließens des Steuerventils und des Gasventils sowie des Öffnens des Bypassventils, wenn ermittelt wird, dass ein Anstieg der Temperatur von dem Motoröl notwendig ist, sodass das EGR-Gas durch einen Verbindungsdurchgang hindurch, welcher den Bypassabschnitt mit dem Öl-Wärmeaustauschabschnitt verbindet, durch den Öl-Wärmeaustauschabschnitt strömt.
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Z.B. wird ermittelt, dass die Temperatur von dem EGR-Gas niedrig ist, und wird der Bypass-Modus durchgeführt, wenn die Temperatur von dem Kühlmittel niedriger ist als ein erster Referenzwert, wobei ermittelt wird, dass die Temperatur von dem EGR-Gas hoch ist, und der EGR-Kühlmodus durchgeführt wird, wenn die Temperatur von dem Kühlmittel höher ist als der erste Referenzwert.
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Der Öl-Erwärmungsmodus wird z.B. durchgeführt, wenn die Temperatur von dem Kühlmittel höher ist als der erste Referenzwert und die Temperatur von dem Motoröl niedriger ist als ein zweiter Referenzwert.
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Das Verfahren kann ferner aufweisen das Überprüfen einer Temperatur von dem Motoröl, wobei ermittelt wird, dass die Temperatur von dem Motoröl erhöht werden soll/muss, und der Öl-Erwärmungsmodus durchgeführt wird, wenn die Temperatur von dem Motoröl niedriger ist als ein zweiter Referenzwert.
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Gemäß der Kühlvorrichtung und dem Kühlsteuerverfahren für EGR-Gas und Motoröl, welche wie oben beschrieben konfiguriert sind, sind der EGR-Kühler und der Motoröl-Kühler in einer kompakten Struktur integriert, und die Temperatur von dem Motoröl wird schnell angehoben (falls erforderlich). Folglich ist es möglich, Reibung im Betrieb des Motors zu reduzieren und die Kraftstoffeffizienz zu verbessern.
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Darüber hinaus ist es möglich, Abnutzung bzw. Verschleiß zu reduzieren und Dauerfestigkeit bzw. Ermüdungsgrenzen zu erhöhen mittels Reduzierens der Antriebskraft von der Ölpumpe und Realisierens eines angemessenen Schmiervermögens. Da die Temperatur von dem Öl schnell auf den optimalen Schmierzustand angehoben wird, ist es möglich, Lärm und Vibration zu reduzieren, welche durch den Betrieb des Motors verursacht werden.
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Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben andere Merkmale und Vorteile, welche ersichtlich sind aus oder im Detail dargestellt sind in der angehängten Zeichnung, welche hierin mitaufgenommen ist, und der folgenden detaillierten Beschreibung, welche zusammen dazu dienen, bestimmte Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu erläutern.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 ist eine Konfigurationsansicht, welche einen EGR-Kühler und einen Motoröl-Kühler der verwandten Technik zeigt.
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2 ist eine Konfigurationsansicht, welche eine Kühlvorrichtung für EGR-Gas und Motoröl gemäß einer beispielgebenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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3 und 4 sind Ansichten, welche den bzw. einen Betriebszustand der in 2 gezeigten Kühlvorrichtung für EGR-Gas und Motoröl zeigen.
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5 ist eine Ansicht, welche den Wärmeaustauschabschnitt der in 2 gezeigten Kühlvorrichtung für EGR-Gas und Motoröl zeigt.
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6 ist ein Flussdiagramm, welches ein Kühlsteuerverfahren für EGR-Gas und Motoröl gemäß einer beispielgebenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Es sollte verständlich sein, dass die angehängte Zeichnung nicht notwendigerweise maßstabsgetreu ist, sondern eine etwas vereinfachte Wiedergabe von verschiedenen Merkmalen darstellen kann, welche illustrativ sind für die Grundprinzipien der Erfindung. Die spezifischen Designmerkmale der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin offenbart sind, umfassend z. B. spezifische Dimensionen, Orientierungen, Anordnungen und Formen, werden z. T. durch die im Besonderen beabsichtigte Anwendung und Verwendungsumgebung bestimmt.
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In den verschiedenen Figuren der Zeichnung beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Im Folgenden wird im Detail Bezug genommen auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, von der Beispiele in der angehängten Zeichnung illustriert und unten beschrieben sind. Während die Erfindung in Verbindung mit beispielgebenden Ausführungsformen beschrieben wird, ist es verständlich, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu dient, die Erfindung auf die beispielgebenden Ausführungsformen zu beschränken. Vielmehr soll die Erfindung nicht nur die beispielgebenden Ausführungsformen abdecken, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, welche in dem Geist und Umfang der Erfindung, wie er durch die angehängten Ansprüche definiert wird, enthalten sein können.
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Im Folgenden wird im Detail Bezug genommen auf eine Kühlvorrichtung und ein Kühlsteuerverfahren für EGR-Gas und Motoröl gemäß der vorliegenden Erfindung, von denen in der angehängten Zeichnung beispielgebenden Ausführungsformen illustriert sind. Wo immer möglich, werden die gleichen Bezugszeichen in der Zeichnung und der Beschreibung verwendet, um auf gleiche oder ähnliche Teile Bezug zu nehmen.
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2 ist eine Konfigurationsansicht, welche eine Kühlvorrichtung für EGR-Gas und Motoröl gemäß einer beispielgebenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 5 ist eine Ansicht, welche den Wärmeaustauschabschnitt der Kühlvorrichtung für EGR-Gas und Motoröl aus 2 zeigt. Der Betriebszustand der vorliegenden Erfindung ist in den 2 bis 4 gezeigt.
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Die Kühlvorrichtung für EGR-Gas und Motoröl gemäß der vorliegenden beispielgebenden Ausführungsform weist auf Kühlmittelleitungen 100, einen EGR-Wärmeaustauschabschnitt 200, einen Bypassabschnitt 300, einen Öl-Wärmeaustauschabschnitt 400 und ein Steuerventil 500. Kühlmittel zirkuliert durch die Kühlmittelleitungen 100. Der EGR-Wärmeaustauschabschnitt 200 ist an den Kühlmittelleitungen 100 vorgesehen, und EGR-Gas zirkuliert/strömt durch den EGR-Wärmeaustauschabschnitt 200, um Wärme mit dem Kühlmittel auszutauschen. Der Bypassabschnitt 300 ist getrennt bzw. beabstandet von dem EGR-Wärmeaustauschabschnitt 200 angeordnet. Das EGR-Gas zirkuliert/strömt durch den Bypassabschnitt 300 oder umgeht den Bypassabschnitt 300, um nicht Wärme mit dem EGR-Gas bzw. EGR-Wärmeaustauschabschnitt auszutauschen. Der Öl-Wärmeaustauschabschnitt 400 ist an den Kühlmittelleitungen 100 vorgesehen, um getrennt bzw. beabstandet von dem EGR-Wärmeaustauschabschnitt 200 angeordnet zu sein, und Motoröl zirkuliert durch den Öl-Wärmeaustauschabschnitt 400, um Wärme mit dem Kühlmittel auszutauschen. Das Steuerventil 500 ist an einer Eingangsseite des EGR-Wärmeaustauschabschnitts 400 vorgesehen, um die Zirkulation/Strömung von dem EGR-Gas zu steuern.
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Gemäß dieser Ausführungsform sind ein EGR-Kühler und ein Öl-Kühler in einem (gemeinsamen) Modul integriert, in welchem der EGR-Wärmeaustauschabschnitt 200, welcher einen Wärmeaustausch zwischen dem EGR-Gas und dem Kühlmittel ermöglicht, sowie der Öl-Wärmeaustauschabschnitt 400, welcher einen Wärmeaustausch zwischen dem Motoröl und dem Kühlmittel ermöglicht, an den Kühlmittelleitungen 100 bereitgestellt sind. Auch vorgesehen ist der Bypassabschnitt 300, durch den das EGR-Gas zirkuliert, ohne Wärme mit dem Kühlmittel auszutauschen. Wenn ein Wärmeaustausch zusätzlich zu dem Erwärmen und Kühlen des Motoröls nicht erforderlich ist, kann das EGR-Gas den Bypassabschnitt 300 umgehen. Folglich kann der Zustand des EGR-Gases und des Motoröls je nach Bedarf angemessen gesteuert werden.
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung im Einzelnen beschreiben. Die Kühlmittelleitungen 100 können vorgesehen sein, so dass sie zunächst durch den EGR-Wärmeaustauschabschnitt 200 hindurchtreten/verlaufen, um einen Wärmeaustausch zwischen dem EGR-Gas und dem Kühlmittel zu ermöglichen, und dann durch den Öl-Wärmeaustauschabschnitt 400 verlaufen, um einen Wärmeaustausch zwischen dem Motoröl und dem Kühlmittel zu ermöglichen.
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Im Allgemeinen, wenn heißes EGR-Gas reduziert wird, können einige Probleme auftreten, d. h., die Lebensdauer von Komponenten kann reduziert sein infolge einer Beschädigung durch Wärme, oder die Menge von NOx kann erhöht sein. Darüber hinaus, wenn das Motoröl eine niedrige Temperatur hat, kann es Probleme geben, dass eine hohe kinematische Viskosität die Reibkraft erhöht, so dass der Betrieb eines Motors verschlechtert ist.
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Daher ist es bevorzugt, dass die Kühlmittelleitungen 100 durch den EGR-Wärmeaustauschabschnitt 200 und dann durch den Öl-Wärmeaustauschabschnitt 400 hindurchtreten. Aufgrund dieser Konfiguration absorbiert das Kühlmittel, welches durch die Kühlmittelleitungen 100 zirkuliert/strömt, zunächst Hochtemperaturwärme von dem EGR-Gas durch einen Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und dem EGR-Gas in dem EGR-Wärmeaustauschabschnitt 200. Anschließend wird das Kühlmittel, welches eine hohe Temperatur hat, in den Öl-Wärmeaustauschabschnitt eingeführt, um Hochtemperaturwärme des Kühlmittels auf das Motoröl zu übertragen, wodurch die Temperatur von dem Motoröl angehoben wird.
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Da die Kühlmittelleitung wie oben konfiguriert ist, ist es möglich, eine Beschädigung der Komponenten sowie die Menge von NOx, welche produziert wird, zu reduzieren, indem die Temperatur von dem EGR-Gas abgesenkt wird, während die Kraftstoffeffizienz eines Fahrzeugs verbessert wird, indem die Reibkraft beim Betrieb des Motors reduziert wird aufgrund des schnellen Anstiegs der Temperatur des Motoröls.
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Darüber hinaus weist der EGR-Wärmeaustauschabschnitt 200 eine Mehrzahl von Kühlmittelleitungen 100 auf, welche einen Durchgang durchsetzen/durchqueren, durch den das EGR-Gas zirkuliert, sowie eine Mehrzahl von Kühlfinnen 120, welche die Kühlmittelleitungen 100 miteinander verbinden.
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Da der EGR-Wärmeaustauschabschnitt 200 die Mehrzahl von Kühlmittelleitungen 100 sowie die Kühlfinnen 120 aufweist, welche die Kühlmittelleitungen verbinden, kann der Wärmeaustausch zwischen dem EGR-Gas, welches durch den EGR-Wärmeaustauschabschnitt zirkuliert, und dem Kühlmittel besser angeregt/aktiviert werden. Aufgrund dieser Struktur kann ein Wärmeaustausch zwischen dem EGR-Gas und dem Kühlmittel angeregt werden, so dass das Kühlmittel eine ausreichende Menge von Hochtemperaturwärme des EGR-Gases absorbiert bzw. aufnimmt, wodurch vermieden wird, dass die Komponenten durch das heiße EGR-Gas beschädigt werden, und die Menge von NOx, welches erzeugt wird, reduziert wird.
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Darüber hinaus kann das Steuerventil 500 selektiv die Richtung steuern, in welcher das EGR-Gas zirkuliert/strömt, in Abhängigkeit von der Notwendigkeit des Kühlens des EGR-Gases, wenn das EGR-Gas durch den EGR-Wärmeaustauschabschnitt 200 oder den Bypassabschnitt 300 zirkuliert. Das Steuerventil 500 ist an der Eingangsseite von dem EGR-Wärmeaustauschabschnitt 200 bereitgestellt, so dass es selektiv geöffnet oder geschlossen werden/sein kann, so dass das EGR-Gas selektiv durch den EGR-Wärmeaustauschabschnitt 200 oder den Bypassabschnitt 300 zirkulieren/strömen kann. Außerdem ist an der Eingangsseite des Bypassabschnitts 300 ein Bypassventil 600 vorgesehen, so dass es selektiv geöffnet oder geschlossen sein/werden kann, so dass das EGR-Gas durch den Bypassabschnitt 300 zirkuliert.
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Hier müssen/können das Steuerventil 500 und das Bypassventil 600 alternierend operieren/arbeiten, so dass sie nicht die gleiche Tätigkeit vornehmen, während sie geöffnet oder geschlossen sind. Wenn beide von dem Steuerventil 500 und dem Bypassventil 600 den Öffnungsbetrieb durchführen, zirkuliert das EGR-Gas nicht. Dies kann eine Überlastung verursachen, wodurch ein Fehler in dem Betrieb verursacht wird. Wenn beide von dem Steuerventil 500 und dem Bypassventil 600 den Schließbetrieb vornehmen, kann das EGR-Gas nicht effizient gekühlt werden.
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Folglich sind das Steuerventil 500 und das das Bypassventil 600 konfiguriert, um nicht die gleiche Tätigkeit durchzuführen, wenn sie geöffnet oder geschlossen sind, wodurch ein Fehler in dem Betrieb vermieden wird. Dies ermöglicht zudem, dass das EGR-Gas selektiv durch den EGR-Wärmeaustauschabschnitt 200 oder den Bypassabschnitt 300 zirkuliert, wenn ein Kühlen des EGR-Gases benötigt wird.
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Im Folgenden wird der Betriebszustand des Steuerventils 500 und des Bypassventils 600 kurz beschrieben. Wenn es erforderlich ist, das EGR-Gas zu kühlen, wird das Steuerventil 500 geöffnet und das Bypassventil 600 geschlossen, so dass das EGR-Gas durch den EGR-Wärmeaustauschabschnitt 200 zirkuliert. Dann kann die Temperatur von dem EGR-Gas herabgesetzt werden durch einen Wärmeaustausch zwischen dem EGR-Gas und dem Kühlmittel. Wenn es nicht erforderlich ist, die Temperatur von dem EGR-Gas auf ein geeignetes Niveau herabzusetzen, kann das Steuerventil 500 geschlossen werden und das Bypassventil 600 kann geöffnet werden, so dass das EGR-Gas nicht durch den EGR-Wärmeaustauschabschnitt 200 zirkuliert, sondern durch den Bypassabschnitt 300 ausgestoßen wird, ohne Wärme mit dem Kühlmittel auszutauschen.
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Der Betriebszustand des Steuerventils 500 und des Bypassventils 600 wird im Detail zusammen mit einem Gasventil 700 beschrieben, welches später beschrieben werden wird.
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Darüber hinaus kann der Öl-Wärmeaustauschabschnitt 400 konfiguriert sein, so dass ein Öldurchgang 420, durch den das Motoröl zirkuliert, ein Kühlmitteldurchgang 440, durch den das Kühlmittel zirkuliert, und ein EGR-Gas-Durchgang 460, durch den das EGR-Gas zirkuliert, aufeinander gestapelt sind, so dass Wärme unter/zwischen diesen ausgetauscht wird.
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In dem Öl-Wärmeaustauschabschnitt 400 ist es bevorzugt, dass eine Mehrzahl von Öldurchgängen 420, eine Mehrzahl von Kühlmitteldurchgängen 440 und eine Mehrzahl von EGR-Durchgängen 460 sequentiell aufeinander gestapelt sind, so dass Wärme effizient ausgetauscht wird zwischen dem Motoröl, das durch die Öldurchgänge 420 zirkuliert, dem Kühlmittel, welches durch die Kühlmitteldurchgänge 440 zirkuliert, und dem EGR-Gas, welches durch die EGR-Gas-Durchgänge 460 zirkuliert.
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Gemäß der vorliegenden beispielgebenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Öl-Wärmeaustauschabschnitt 400 versehen mit den Öldurchgängen 420, durch welche das Motoröl zirkuliert, und dem Kühlmitteldurchgang 440, durch den das Kühlmittel zirkuliert. Hier ist der Kühlmitteldurchgang 440 mit den Kühlmittelleitungen 100 verbunden (bzw. ist Teil davon). Wie oben beschrieben, sind die Kühlmittelleitungen 100 konfiguriert, so dass das Kühlmittel durch den EGR-Wärmeaustauschabschnitt 200 strömt, bevor es durch den Kühlmitteldurchgang 400 des Öl-Wärmeaustauschabschnitts 400 strömt.
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Von daher verlaufen die Kühlmittelleitungen 100 zunächst durch den EGR-Wärmeaustauschabschnitt 200, so dass das Kühlmittel in seiner Temperatur erhöht wird mittels Absorbierens von Hochtemperaturwärme durch Wärmeaustausch mit dem EGR-Gas. Dann tritt das erwärmte Kühlmittel in die Kühlmitteldurchgänge 440 des Öl-Wärmeaustauschabschnitts 400 ein, um die Temperatur von dem Motoröl zu erhöhen oder das Motoröl bei einer bestimmten Temperatur zu halten.
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Darüber hinaus ist der Öl-Wärmeaustauschabschnitt 400 auch mit den EGR-Gas-Durchgängen 460 versehen, durch welche das EGR-Gas zirkuliert/strömt. Hier kann der Öl-Wärmeaustauschabschnitt 400 mit einem Verbindungsdurchgang 480 an der Seite des Eingangs 320 des Bypassabschnitts 300 versehen sein, so dass das EGR-Gas durch die EGR-Gas-Durchgänge 460 zirkuliert. Auf diese Weise kann das EGR-Gas, welches durch/in den Bypassabschnitt 300 zirkuliert/strömt, durch die EGR-Gas-Durchgänge 460 des Öl-Wärmeaustauschabschnitts 400 zirkulieren.
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Da das EGR-Gas auf diese Art und Weise über den Verbindungsdurchgang 480 zu den EGR-Gas-Durchgängen 460 des Öl-Wärmeaustauschabschnitts 400 strömt, kann verursacht werden, dass die Temperatur des Motoröls schnell ansteigt infolge des heißen EGR-Gases, welches durch die EGR-Gas-Durchgänge 460 zirkuliert/strömt. Dies kann die Schmierfunktion des Motoröls schnell realisieren, wodurch Reibung während des Betriebs des Motors reduziert wird und die Kraftstoffeffizienz verbessert wird.
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Hier ist das Gasventil 700 bereitgestellt, so dass das EGR-Gas des Öl-Wärmeaustauschabschnitts 400 durch den Verbindungsdurchgang 480 hindurch zu den EGR-Gas-Durchgängen 460 zirkuliert. Das Gasventil 700 ist an der Seite des Ausgangs 340 des Bypassabschnitts 300 bereitgestellt, so dass es geöffnet bzw. geschlossen ist, so dass das EGR-Gas durch den Verbindungsdurchgang 480 zirkuliert.
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Im Speziellen, gemäß der vorliegenden beispielgebenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ist der Verbindungsdurchgang 480 an der Seite des Eingangs 320 des Bypassabschnitts 300 geformt. Wenn der Bypassabschnitt 300 durch das Gasventil 700 geschlossen ist, wird das EGR-Gas nicht durch den Bypassabschnitt 300 hindurch abgegeben/ausgestoßen. Aufgrund von dieser Konfiguration kann das EGR-Gas zu dem EGR-Gas-Verbindungsdurchgang 480 strömen.
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Noch spezieller, wird der Betriebszustand der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der oben beschriebenen Ventile, umfassend das Steuerventil 500, das Bypassventil 600 und das Gasventil 700, mit Bezug auf die 2 bis 4 beschrieben.
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2 zeigt, dass das EGR-Gas durch den Bypassabschnitt 300 strömt. Dies kann verwendet werden in dem Fall des Zuführens des Kühlmittels, welches keine Wärme mit dem EGR-Gas austauscht, an den Öl-Wärmeaustauschabschnitt 400, wenn ein Kühlen nicht erforderlich ist, da die Temperatur von dem EGR-Gas bei einem geeigneten Niveau ist, oder ein Kühlen erforderlich ist, da die Temperatur von dem Motoröl schnell angestiegen ist.
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Unter diesem Umstand ist das Steuerventil 500 geschlossen, so dass das EGR-Gas nicht zu dem EGR-Wärmeaustauschabschnitt 200 zirkuliert, und das Bypassventil 600 und das Gasventil 700 sind geöffnet, so dass das EGR-Gas zu dem Bypassabschnitt 300 zirkuliert, wodurch ermöglicht wird, dass das EGR-Gas ohne einen Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel abgegeben/ausgestoßen wird. Somit kann das EGR-Gas mit einer geeigneten Temperatur ohne einen Wärmaustausch abgegeben/ausgestoßen werden. Da das Kühlmittel in den Kühlmittelleitungen 100 keine Wärme mit dem EGR-Gas austauscht, kann es unter Erhalt der niedrigen Temperatur durch den Öl-Wärmeaustauschabschnitt 400 zirkulieren, wodurch die Temperatur des Motoröls herabgesetzt wird.
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3 zeigt, dass das EGR-Gas durch den EGR-Wärmeaustauschabschnitt 200 strömt. Dies kann verwendet werden für einen Wärmeaustausch zwischen dem EGR-Gas und dem Kühlmittel, wenn ein Kühlen des EGR-Gases für eine Reduktion der Erzeugung NOx benötigt wird oder die Temperatur von dem Motoröl erhöht oder beibehalten werden soll.
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Unter diesem Umstand ist das Steuerventil 500 geöffnet, so dass das EGR-Gas durch den EGR-Wärmeaustauschabschnitt 200 zirkuliert, wodurch ein Wärmeaustausch zwischen dem EGR-Gas und dem Kühlmittel ermöglicht wird. Das Bypassventil 600 und das Gasventil 700 sind geschlossen, so dass das EGR-Gas durch den EGR-Wärmeaustauschabschnitt 200 zirkuliert, aber nicht durch irgendeinen anderen Durchgang hindurch zirkuliert. Das heißt, die Temperatur von dem EGR-Gas wird herabgesetzt, da/wenn das EGR-Gas durch den EGR-Wärmeaustauschabschnitt 200 hindurch strömt, und die Temperatur von dem Kühlmittel wird angehoben, wodurch zu einem Anstieg in der Temperatur des Motoröls beigetragen wird.
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Darüber hinaus zeigt 4, dass das EGR-Gas durch den Öl-Wärmeaustauschabschnitt 400 hindurch strömt. Dies kann verwendet werden, wenn ein schneller Anstieg in der Temperatur des Motoröls benötigt wird.
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Unter diesem Umstand ist das Steuerventil 500 geschlossen, so dass das EGR-Gas nicht durch den EGR-Wärmeaustauschabschnitt 200 zirkuliert, und das Bypassventil 600 ist geöffnet, so dass das EGR-Gas durch den Bypassabschnitt 300 zirkuliert. Hier, da das Gasventil 700, welches an der Seite des Ausgangs 340 bereitgestellt ist, geschlossen ist, zirkuliert das EGR-Gas zu den EGR-Gas-Durchgängen 460 des Wärmeaustauschabschnitts 400, durch den Verbindungsdurchgang 480 hindurch, d. h., den einzigen Durchgang, der an der Seite des Eingangs 320 des Bypassabschnitts 300 geformt ist. Somit kann die Temperatur des Motoröls in dem Öl-Wärmeaustauschabschnitt 400 schnell angehoben werden aufgrund eines Wärmeaustauschs zwischen dem Motoröl und dem heißen EGR-Gas.
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Wie oben beschrieben, wird die Richtung, in der das EGR-Gas zirkuliert/strömt, selektiv gesteuert durch Öffnen oder Schließen des jeweiligen Ventils, in Abhängigkeit davon, ob ein Kühlen oder Erwärmen des EGR-Gases oder des Motoröls benötigt wird. Somit ist es möglich, die Menge an NOx, welche erzeugt wird, zu reduzieren und das Schmiervermögen des Motoröls schnell zu realisieren.
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Darüber hinaus ist ferner ein Gehäuse 800 vorgesehen, das einen Einlass-Kanal-Abschnitt 820, durch den das EGR-Gas eingeführt wird, sowie einen Auslass-Kanal-Abschnitt 840 hat, durch den das EGR-Gas abgegeben wird. Die Kühlmittelleitungen 100 sind innerhalb des Gehäuses 800 bereitgestellt. Der EGR-Wärmeaustauschabschnitt 200, der Bypassabschnitt 300 und der Öl-Wärmeaustauschabschnitt 400 sind zwischen dem Einlass-Kanal-Abschnitt 820 und dem Auslass-Kanal-Abschnitt 840 verbunden/bereitgestellt, so dass das EGR-Gas durch diese Komponenten hindurch zirkuliert.
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Von daher sind die Kühlmittelleitungen 100 innerhalb des Gehäuses 800 vorgesehen, in dem der Einlass-Kanal-Abschnitt 820, durch den das EGR-Gas eingeführt wird, und der Auslass-Kanal-Abschnitt 840, durch den das EGR-Gas ausgegeben wird, sowie der EGR-Wärmeaustauschabschnitt 200, der Bypassabschnitt 300 und der Öl-Wärmeaustauschabschnitt 400 bereitgestellt sind, um eine (einzige) Vorrichtung auszumachen. Dies kann somit die Installation erleichtern sowie den Komfort der Arbeiter verbessern.
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Darüber hinaus kann das EGR-Gas durch den Einlass-Kanal-Abschnitt 820 und den Auslass-Kanal-Abschnitt 840 effizient eingeführt bzw. ausgegeben werden, und die Kompaktheit und Montierbarkeit des Layouts können verbessert werden.
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Ferner bereitgestellt ist ein Steuerverfahren der oben beschriebenen Kühlvorrichtung für EGR-Gas und Motoröl. Das Kühlsteuerverfahren weist auf einen Bypass-Modus S200 des Schließens des Steuerventils und des Öffnens des Bypassventils sowie des Gasventils, wenn ermittelt wird, dass die Temperatur von dem EGR-Gas niedrig ist, so dass das EGR-Gas durch den Bypassabschnitt strömt, einen EGR-Kühlmodus S300 des Öffnens des Steuerventils sowie des Schließens des Bypassventils und des Gasventils, wenn ermittelt wird, dass die Temperatur des EGR-Gases hoch ist, sodass das EGR-Gas durch den EGR-Wärmeaustauschabschnitt strömt, und einen Öl-Erwärmungsmodus S500 des Schließens des Steuerventils und des Gasventils sowie des Öffnens des Bypassventils, wenn ein Anstieg in der Temperatur des Motoröls als notwendig ermittelt wird, so dass das EGR-Gas durch den Öl-Wärmeaustauschabschnitt strömt (über einen Verbindungsdurchgang).
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Hier wird bei S100 die Temperatur des Kühlmittels innerhalb der Kühlmittelleitung überprüft. Wenn die Temperatur des Kühlmittels niedriger ist als ein Referenzwert, wird ermittelt/bestimmt, dass die Temperatur von dem EGR-Gas niedrig ist, und der Bypass-Modus wird durchgeführt. Wenn die Temperatur von dem Kühlmittel höher ist als der Referenzwert, wird ermittelt/bestimmt, dass die Temperatur des EGR-Gases hoch ist, und der EGR-Kühlmodus kann durchgeführt werden.
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Im Speziellen, wenn die Temperatur des Kühlmittels niedrig ist, kann ermittelt/bestimmt werden, dass das Fahrzeug im Leerlauf ist oder bei einer niedrigen Geschwindigkeit oder Drehzahl fährt. In diesem Fall, da eine große Menge an NOx nicht erzeugt wird, kann die Notwendigkeit des Kühlens des EGR-Gases niedrig sein. Darüber hinaus, wenn die Temperatur des Kühlmittels hoch ist, kann ermittelt/bestimmt werden, dass das Fahrzeug bei einer hohen Geschwindigkeit oder Drehzahl fährt. In diesem Fall, da die Temperatur des Abgases hoch ist und eine große Menge an NOx erzeugt wird, ist es bevorzugt, dass das EGR-Gas durch den EGR-Wärmeaustauschabschnitt strömt, um die Temperatur von dem EGR-Gas herabzusetzen. Darüber hinaus kann das Motoröl erwärmt werden unter Verwendung des warmen/heißen Kühlmittels, während das EGR-Gas gekühlt wird.
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Bei S400 wird die Temperatur des Motoröls überprüft. Wenn die Temperatur von dem Motoröl niedriger ist als ein Referenzwert, wird ermittelt/bestimmt, dass ein Anstieg der Temperatur von dem Motoröl benötigt wird, und der Öl-Erwärmungsmodus S500 kann durchgeführt werden.
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Wenn der Bypass-Modus oder EGR-Kühlmodus durchgeführt wird, wird die Temperatur des Kühlmittels innerhalb der Kühlmittelleitung überprüft und mit einem Referenzwert verglichen oder die Temperatur von dem EGR-Gas wird überprüft, so dass der Bypass-Modus oder EGR-Kühlmodus selektiv ausgeführt werden kann, in Abhängigkeit von der Temperatur des EGR-Gases. Außerdem, wenn ein Anstieg der Temperatur des Motoröls benötigt wird, kann die Temperatur von dem Motoröl durch den Öl-Erwärmungsmodus schnell angehoben werden.
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Hier können Referenzwerte der Temperaturen des Kühlmittels, des EGR-Gases und des Motoröls angewandt werden, indem sie angemessen verändert werden, in Abhängigkeit von der Spezifikation und dem Design des Fahrzeugs.
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Darüber hinaus, gemäß einer beispielgebenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ist es möglich, das Steuerventil, das Bypassventil und das Gasventil angemessen zu steuern, um geöffnet oder geschlossen zu sein, indem die Logik verschieden verändert wird, wenn das EGR-Gas gekühlt und das Öl erwärmt wird.
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Gemäß der Kühlvorrichtung und dem Kühlsteuerverfahren für EGR-Gas und Motoröl, welche wie oben konfiguriert sind, sind der EGR-Kühler und der Motoröl-Kühler in einer kompakten Struktur integriert, und die Temperatur von dem Motoröl wird schnell angehoben. Somit ist es möglich, Reibung im Betrieb des Motors zu reduzieren und die Kraftstoffeffizienz zu verbessern.
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Darüber hinaus ist es möglich, Abnutzung zu reduzieren und eine Ermüdungsgrenze zu erhöhen, indem die Antriebskraft der Ölpumpe reduziert wird und ein angemessenes Schmiervermögen realisiert wird. Da die Temperatur des Öls schnell auf den optimalen Schmierzustand angehoben wird, ist es möglich, Lärm und Vibration zu reduzieren, welche durch den Betrieb des Motors verursacht werden.
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Zur leichteren Beschreibung und genauen Definition in den angehängten Ansprüchen werden die Ausdrücke „oben“, „unten“, „innen“ und „außen“ verwendet, um Merkmale der beispielgebenden Ausführungsformen mit Bezug auf deren Positionen, wie sie in den Figuren gezeigt sind, zu beschreiben.
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Die vorhergehende Beschreibung von spezifischen beispielgebenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurde präsentiert zum Zwecke der Illustration und Beschreibung. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf die offenbarten präzisen Formen einschränken, und selbstverständlich sind viele Modifikationen und Variationen im Lichte obigen Lehre möglich. Die beispielgebenden Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erläutern, um hierdurch Fachleuten zu ermöglichen, verschiedene beispielgebende Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowie verschiedene Alternativen und Modifikationen davon herzustellen und anzuwenden. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die hieran angehängten Ansprüche und ihre Äquivalente definiert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- KR 10-2013-0095238 [0001]
