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Verschiedene Ausführungsformen beziehen sich auf die Diagnose und die Steuerung eines Abgas-Wärmetauschers für eine Brennkraftmaschine.
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Ein Abgas-Wärmetauscher (EGHX) wird verwendet, um Wärme vom Abgas einer Brennkraftmaschine zurückzugewinnen, um das Kraftmaschinenkühlmittel zu erwärmen. Einige Systeme verwenden eine passive Steuerstrategie mit einem Thermostaten, der ein Ventil oder einen Aktuator bewegt, um die Abgasrückführung zu steuern.
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In einem Hybridfahrzeug kann der Abgas-Wärmetauscher auch ein früheres Kraftmaschinenabschalten schaffen. Eine Abgasumleitungsleitung kann vorgesehen sein, damit das Abgas um den Wärmetauscher strömt und das Kühlmittel umgeht. Die Abgasströmung wird durch ein EGHX-Ventil so gelenkt, dass sie durch entweder den EGHX oder die Umleitung strömt. Das EGHX-Ventil weist typischerweise keinen Positionssensor auf. Systeme des Standes der Technik haben eine passive Steuerung über das EGHX-Ventil verwendet, so dass ein Thermostat direkt einen Aktuator für das EGHX-Ventil bewegt, was zu einem Kühlmittelsieden oder einer Zeitverzögerung im System führen kann.
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In einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Steuern einer Kraftmaschine mit einem Abgas-Wärmetauscher geschaffen. Eine Luftmassenströmung, eine Kraftmaschinen-Kühlmitteltemperatur (ECT), eine Abgastemperatur (EGT), eine Wärmetauscher-Kühlmitteltemperatur (HECT) und eine Kraftmaschinendrehzahl werden gemessen. Ein Ventil wird betätigt, um selektiv eine Abgasströmung durch den Abgas-Wärmetauscher auf der Basis der Luftmassenströmung, der ECT, der EGT, der HECT und der Kraftmaschinendrehzahl vorzusehen.
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In einer anderen Ausführungsform wird ein Fahrzeug mit einer Kraftmaschine und einem Abgas-Wärmerückgewinnungssystem für die Kraftmaschine geschaffen. Das Abgas-Wärmerückgewinnungssystem weist einen Abgas-Wärmetauscher und ein Ventil, das dazu konfiguriert ist, die Abgasströmung zu steuern, auf. Das Fahrzeug weist eine Steuereinheit auf, die dazu konfiguriert ist, (i) die Luftmassenströmung, die Kraftmaschinen-Kühlmitteltemperatur (ECT), die Abgastemperatur (EGT), die Wärmetauscher-Kühlmitteltemperatur (HECT) und die Kraftmaschinendrehzahl zu messen und (ii) das Ventil zu betätigen, um selektiv eine Abgasströmung durch den Abgas-Wärmetauscher auf der Basis der Luftmassenströmung der ECT, der EGT, der HECT und der Kraftmaschinendrehzahl vorzusehen.
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In einer nochmals weiteren Ausführungsform wird ein computerlesbares Medium mit gespeicherten Daten, die Befehle darstellen, die von einer Steuereinheit ausführbar sind, um ein Fahrzeug zu steuern, mit Befehlen zum Messen der Luftmassenströmung, der Kraftmaschinen-Kühlmitteltemperatur (ECT), der Abgastemperatur (EGT), der Wärmetauscher-Kühlmitteltemperatur (HECT) und der Kraftmaschinendrehzahl und Befehlen zum Betätigen eines Ventils, um selektiv eine Abgasströmung durch einen Abgas-Wärmetauscher auf der Basis der Abgasrückführungs-Durchflussrate (AGR-Durchflussrate) vorzusehen, geschaffen. Die AGR-Durchflussratenkompensation basiert auf der Luftmassenströmung, der ECT, der EGT, der HECT und der Kraftmaschinendrehzahl.
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Verschiedene Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung weisen ihnen eigentümliche Vorteile auf. Durch Steuern des EGHX kann die Kraftmaschinen-Kühlmitteltemperatur für einen verbesserten Kraftmaschinenbetrieb mit geringerer Reibung besser gesteuert werden. Wenn sich der EGHX in einem Hybridfahrzeug befindet, kann der verbesserte Kraftmaschinenbetrieb zur Fähigkeit führen, die Kraftmaschine früher herunterzufahren, was zu einer verbesserten Kraftstoffsparsamkeit führt. Mit verbesserter Erwärmung der Kraftmaschine während Neustarts in einem Hybridfahrzeug können außerdem Emissionen, die durch einen Kraftmaschinenkaltneustart verursacht werden, verringert werden. Der EGHX kann auch Wärme zum Kühlmittel für die Heiz-, Lüftungs- und Klimaanlage (HVAC) eines Hybridfahrzeugs unter Verwendung von Restwärme von der Kraftmaschine liefern, wenn die Kraftmaschine nicht läuft.
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1 ist ein Diagramm eines Hybridfahrzeugs, das die offenbarten Ausführungsformen implementieren kann;
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2 ist ein Flussdiagramm für einen Kühlmittelkreis und einen Luftströmungskreis für eine Kraftmaschine, die eine Ausführungsform implementieren können;
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3 ist eine perspektivische Ansicht eines Abgas-Wärmetauschersystems, wie in 1 und 2 gezeigt;
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4 ist ein Ablaufplan zum Steuern eines Abgas-Wärmetauschersystems gemäß einer Ausführungsform;
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5 ist ein Ablaufplan zum Vorhersagen der Abgasrückführungsströmung auf der Basis von AGR- und EGHX-Ventilpositionen gemäß einer Ausführungsform;
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6 ist ein Ablaufplan zum Diagnostizieren eines Abgas-Wärmerückgewinnungssystems gemäß einer Ausführungsform;
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7 ist ein Ablaufplan zum Diagnostizieren eines Abgas-Wärmerückgewinnungssystems gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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8a und 8b sind Diagramme, die Kraftmaschinen-Kühlmitteltemperaturprofile auf der Basis der EGHX-Ventilposition darstellen; und
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9a und 9b sind Diagramme, die ein Kraftmaschinen-Kühlmitteltemperaturprofil für die Strömung durch einen Abgas-Wärmetauscher unter Verwendung der in 7 gezeigten Diagnose darstellen.
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Wie erforderlich, werden hier ausführliche Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung offenbart; selbstverständlich sind jedoch die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft und können in verschiedenen und alternativen Formen verkörpert sein. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstäblich; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um die Details von speziellen Komponenten zu zeigen. Daher sollen hier offenbarte spezifische Struktur- und Funktionsdetails nicht als Begrenzung interpretiert werden, sondern lediglich als repräsentative Basis zum Lehren eines Fachmanns auf dem Gebiet, den beanspruchten Gegenstand verschiedenartig einzusetzen.
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In 1 ist eine Ausführungsform eines Hybrid-Elektrofahrzeugs (HEV) 10 schematisch gezeigt. In dieser Antriebsstrangkonfiguration befinden sich zwei Leistungsquellen 12, 14 die mit dem Triebstrang verbunden sind: 12) eine Kombination von Kraftmaschinen- und Generatoruntersystemen unter Verwendung eines Planetenradsatzes, um sie miteinander zu verbinden, und 14) das elektrische Antriebssystem (Motor-, Generator- und Batterieuntersysteme). Das Batterieuntersystem ist ein Energiespeichersystem für den Generator und den Motor. Die Leistungsquellen 12, 14 und die Räder 24 sind durch ein Getriebe 22 wie z. B. einen Planetenradsatz oder andere, wie sie auf dem Fachgebiet bekannt sind, gekoppelt. 1 stellt eine mögliche HEV-Konfiguration dar. Es gibt jedoch viele Alternativen zum Konfigurieren von HEVs, die nicht vom Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abweichen.
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Eine Batterie 26 liefert elektrische Energie oder absorbiert elektrische Energie in Abhängigkeit von der Betriebsart des Fahrzeugs 10. Die Batterie 26 kann auch mit einer Fahrzeugsystemsteuereinheit (VSC) 28 über Sensoren elektronisch gekoppelt sein, um den Ladungszustand der Batterie, die Batteriefunktionsfähigkeit usw. zu überwachen. In einer Ausführungsform ist die Batterie 26 eine Hochspannungsbatterie, um eine große Leistungsentnahme von oder Leistungsspeicherung in der Batterie 26 zu erleichtern. In einigen Ausführungsformen ist das Fahrzeug 10 ein Einsteck-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV) und die Batterie 26 weist eine Buchse auf, die ermöglicht, dass die Batterie 26 mit einer externen Leistungsquelle wie z. B. dem elektrischen Netz zur Wiederaufladung verbindet.
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Fahrereingaben in das Fahrzeug 10 umfassen einen Gangschaltwählhebel, ein Notbremspedal, einen Notbremsschalter oder Notbremshebel und andere. Die Kraftmaschine 16 umfasst ein Kühlmittelsystem 30, das einen Abgas-Wärmetauscher 32 aufweist, der dazu konfiguriert ist, Wärme zwischen dem Abgas 34 von der Kraftmaschine 16 und dem Kühlmittelsystem 30 auszutauschen, um das Kühlmittel zu erwärmen.
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1 stellt einen Typ von HEV-Architektur dar. Dies ist jedoch nur ein Beispiel und soll nicht begrenzend sein. Die vorliegende Offenbarung kann auf irgendein geeignetes HEV, einschließlich, jedoch nicht begrenzt auf PHEVs, angewendet werden. Ferner kann die vorliegende Offenbarung auf irgendein herkömmliches Fahrzeug angewendet werden, um ein Kühlmittel im Kühlmittelsystem zu erwärmen.
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2 stellt ein Diagramm eines kombinierten Kraftmaschinen-Luftströmungs- und Kraftmaschinen-Kühlmittelflussdiagramms gemäß einer Ausführungsform dar. Der Kühlmittelströmungspfad ist als durchgezogene Linie gezeigt. Der Luftströmungspfad ist als gestrichelte Linie gezeigt.
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Mit Bezug zuerst auf den Luftströmungspfad empfängt die Kraftmaschine 16 Luft von der Atmosphäre von einem Einlass 36. Die ankommende Luft strömt durch einen Luftmassensensor 38 und dann durch ein Drosselventil, das die Durchflussrate der Luft zur Kraftmaschine 16 steuert. Die Luft strömt dann durch die Kraftmaschine 16, wo sie mit Kraftstoff verbrennt, wenn die Kraftmaschine 16 läuft. Nach der Verbrennung verlässt das Abgas 34, das durch den Verbrennungsprozess erhitzt wurde, die Kraftmaschine 16. Alternativ kann die Luft durch eine nicht mit Kraftstoff versorgte motorisierte Kraftmaschine 16 strömen, wo die Luft durch irgendeine Restwärme, die durch die Wärmekapazität des Kraftmaschinenblocks und der Kraftmaschinenkomponenten zurückgehalten wird, erwärmt werden kann.
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Luft oder Abgas strömt von der Kraftmaschine 16 durch den Auslass 34 und wird durch einen Abgas-Temperatursensor (EGT-Sensor) 42 gemessen. Das Abgas kann dann einem von zwei Strömungspfaden folgen. Ein Teil des Abgases kann durch eine Abgasrückführungsschleife (AGR-Schleife) 44 strömen, die das Abgas zum Einlasskrümmer der Kraftmaschine 16 zurückführt, wo es sich vor dem Eintritt in die Kraftmaschine 16 mit frischer ankommender Luft mischt. Die Strömung des Abgases durch die AGR-Schleife 44 wird durch ein AGR-Ventil 46 gesteuert.
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Alternativ kann das Abgas durch ein Abgas-Wärmetauschersystem (EGHX) 32, durch ein Emissionsbehandlungssystem wie z. B. einen Katalysator strömen und dann an die Atmosphäre austreten. Das EGHX-System 32 ist dazu konfiguriert, selektiv Wärme zwischen dem Abgas von der Kraftmaschine 16 und dem Kühlmittel auszutauschen, wie nachstehend erörtert. Das EGHX-System 32 weist ein Einlassventil 48 auf, das ein Zweiwegeventil sein kann. Das Einlassventil 48 lenkt die Gasströmung durch entweder eine Wärmetauschereinheit 50 oder durch eine Umleitungsleitung 52 des EGHX-Systems 32. Wenn das heiße Abgas durch die Wärmetauschereinheit 50 strömt, tauscht es Wärme mit dem Kühlmittel im Kühlmittelsystem aus, wie nachstehend mit Bezug auf den Kühlmittelströmungspfad erörtert. Das Gas verlässt dann das EGHX-System 32 durch Strömen von der Wärmetauschereinheit 50 und/oder der Umleitung 52 zu einer Auslassleitung 54, die in ein Nachbehandlungssystem oder dergleichen mündet.
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Mit Bezug auf den Kühlmittelströmungspfad für das Kühlmittelsystem 30 tritt Kühlmittel in einen Thermostaten 55 ein und strömt durch diesen und dann durch eine Wasserpumpe 56. Das Kühlmittel verlässt die Wasserpumpe 56 und strömt durch Kühlmitteldurchgänge in der Kraftmaschine 16. Das Kühlmittel kann zum Kühlen der Kraftmaschine 16 wirken, wenn die Kühlmitteltemperatur niedriger ist als die Temperatur der Kraftmaschine 16. Alternativ kann das Kühlmittel zum Erwärmen der Kraftmaschine 16 wirken, wenn die Kühlmitteltemperatur höher ist als die Temperatur der Kraftmaschine 16, wie es z. B. während eines Kraftmaschinenneustarts in einem Hybridfahrzeug auftreten kann. Keine Kühlmittelströmung wird geliefert, wenn die Pumpe 56 nicht arbeitet.
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Ein Teil des Kühlmittels im System 30 kann durch das AGR-Ventil 46 strömen, um das AGR-Ventil 46 zu kühlen. Der Rest des Kühlmittels strömt aus der Kraftmaschine 16, wo die Temperatur durch einen Kraftmaschinen-Kühlmitteltemperatursensor (ECT) 58 gemessen wird. Das Kühlmittel strömt dann zu einem Dreiwegeteiler 60. Der Teiler 60 schafft eine passive Steuerung über die Kühlmittelströmung. In anderen Ausführungsformen kann der Teiler 60 durch ein Ventil ersetzt sein, so dass die ganze Kühlmittelströmung selektiv durch ein Kühlersystem 64 gelenkt werden kann.
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Der Teiler 60 ist dazu konfiguriert, das Kühlmittel zu mindestens zwei von drei Pfaden zu lenken. Einiges Kühlmittel strömt durch eine Abzweigungsleitung 62, wo es zum Einlass in den Thermostaten 55 zurückkehrt.
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Das Kühlmittel strömt zu einem Wärmetauscher 66. Der Wärmetauscher 66 wirkt als Heizvorrichtung für das HVAC-System für das Fahrzeug und verwendet warmes Kühlmittel, um Luft für die Fahrgastkabine oder den Fahrgastraum des Fahrzeugs zu heizen. Die erhitzte Luft vom Wärmetauscher 66 wird beispielsweise im HVAC-System verwendet, wenn ein Benutzer eine Heizeinstellung an der HVAC anfordert, für Fensterenteisen usw. Das Kühlmittel verlässt den Wärmetauscher 66 und strömt zum EGHX-System 32.
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Wenn der Thermostat 55 offen ist, strömt das Kühlmittel durch ein Kühlersystem 64, das die Temperatur des Kühlmittels senkt, indem das Kühlmittel durch einen Wärmetauscher in Kontakt mit der Umgebung strömt. Das gekühlte Kühlmittel strömt dann vom Kühlersystem 64 zum Thermostaten 55 zurück. Der Strömungspfad durch den Kühler kann verwendet werden, um die Kühlmitteltemperatur zu senken und wiederum die Kraftmaschinentemperatur zu senken. Die Strömung der Abzweigung 62 kann auf der Basis dessen variieren, ob das Kühlmittel auch durch das Kühlersystem 64 strömt.
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Das Kühlmittel tritt in die EGHX-Einheit 50 des EGHX-Systems 32 ein. Innerhalb der EGHX-Einheit 50 sind das Kühlmittel und das Abgas dazu konfiguriert, Wärme auszutauschen. Wenn Abgas durch die EGHX-Einheit 50 strömt, kann Wärme zwischen den zwei Medien ausgetauscht werden, so dass die Kühlmitteltemperatur durch die Abgastemperatur erhöht wird. Nachdem das Kühlmittel die EGHX-Einheit 50 verlässt, wird die Kühlmitteltemperatur durch einen Wärmetauscher-Kühlmitteltemperatursensor (HECT) 68 gemessen, der entweder in das EGHX-System 32 integriert ist oder in einer Kühlmittelleitung stromabwärts des EGHX-Systems 32 angeordnet ist. Das Kühlmittel strömt dann zum Einlass des Thermostaten 55 zurück.
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Die verschiedenen Wärmetauscher im Fahrzeug können ein beliebiger Typ von Wärmetauscher sein, wie auf dem Fachgebiet bekannt ist, einschließlich Gleichstrom, Gegenstrom, Querstrom und dergleichen.
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Das Kühlmittelsystem 30 kann ein Reservoir (nicht dargestellt) aufweisen, in dem sich das Kühlmittel ansammelt, wenn es nicht durch eine Kühlleitung oder ein Kühlsystem, das mit den Kühlleitungen verbunden ist, strömt, und außerdem kann das Kühlmittelsystem 30 ein Entgasungssystem mit einem Reservoir 70 aufweisen, um irgendeine Luft aus dem System 30 zu entfernen.
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Das Kühlmittel strömt jederzeit durch die Abzweigung 62. Die Abzweigung 62 ermöglicht, dass mehr Kühlmittel durch die Kraftmaschine 16 zirkuliert als durch den Pfad des Heizkörpers 66 allein aufgenommen werden kann (d. h. wenn der Pfad des Kühlers 64 durch den Thermostaten 55 geschlossen ist). Das Kühlmittel strömt durch die Schleife des Kühlers 64, wenn die Kühlmitteltemperatur hoch ist und das Senken der Kühlmitteltemperatur erwünscht ist. Ein Teil des Kühlmittels kann auch teilweise durch die Schleife des AGR-Ventils 46 gelenkt werden, wenn die Kühlung des AGR-Ventils 46 erforderlich ist.
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Das Kühlmittel strömt aus verschiedenen Gründen durch die Schleife des EGHX-Systems 32. Kabinenwärme kann beispielsweise für die HVAC erforderlich sein und das Kühlmittel weist eine ausreichende Temperatur auf, um die Kabinenluft im Wärmetauscher 66 zu erwärmen. Die Kühlmitteltemperatur kann niedrig sein und heißes Abgas steht von der Kraftmaschine 16 zur Verfügung, um das Kühlmittel in der EGHX-Einheit 32 zu erwärmen. Das Kühlmittel, das durch das EGHX-System 32 strömt, kann mit einer schnelleren Rate als unter Verwendung der Kraftmaschine 16 allein während eines Kraftmaschinenneustarts, beispielsweise in einem Hybridfahrzeug, nachdem die Kraftmaschine für eine Zeitdauer ausgeschaltet war, erwärmt werden.
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3 stellt eine perspektivische Ansicht des EGHX-Systems 32 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung dar. Abgase von der Kraftmaschine 16 treten in das System 32 am Einlass 72 ein und strömen dann durch das Ventil 48. Das Ventil 48 kann ein Zweiwegeventil sein und wird unter Verwendung eines Aktuators 74 gesteuert. Der Aktuator 74 kann ein Solenoid in Kommunikation mit der Steuereinheit 28 sein. Das Ventil 48 lenkt das Abgas durch entweder eine Abgas-Umleitungsleitung oder ein Abgas-Umleitungsrohr 52 oder durch einen Wärmetauscher 50. Die Abgasströmung von der Umleitung und/oder vom Wärmetauscher 50 wird durch eine Verbindungstelle 78 wieder zu einer einzigen Strömung vereinigt und das Abgas verlässt dann das System 32 zur Auslassleitung 54.
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Das Kühlmittel tritt in das EGHX-System 32 am Einlass 80 vom Teiler 60 ein (siehe 2). Das Kühlmittel strömt durch den Wärmetauscher 50, wo Energie und Wärme selektiv zwischen dem Abgas von der Kraftmaschine 16 und dem Kühlmittel übertragen werden können, wodurch das Kühlmittel unter Verwendung des heißen Abgases von der Kraftmaschine 16 erwärmt wird. Das Kühlmittel kann durch irgendein Abgas, das durch den Wärmetauscher 50 strömt, oder durch Restwärme in den Wärmetauscherrippen erwärmt werden, wie durch das Ventil 48 gelenkt. Wenn das Abgas durch die Umleitung 52 strömt, wie durch das Ventil 48 gelenkt, ist die Kühlmitteltemperatur im Allgemeinen durch die Abgastemperatur unbeeinflusst, da kein Abgas im Wärmetauscher 50 strömt, um das Kühlmittel zu erwärmen.
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Das Kühlmittel verlässt den Wärmetauscher bei 82 und die Temperatur des Kühlmittels wird dann unter Verwendung des HECT 68 stromabwärts des Systems 32 gemessen. Der Wärmetauscher 50 ist als Gleichstrom-Wärmetauscher gezeigt, obwohl eine beliebige Konfiguration eines Wärmetauschers verwendet werden kann.
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4 ist ein Diagramm eines Ablaufplans 100 zum Steuern des EGHX-Systems 32 in Fahrzeugen wie z. B. in dem HEV 10. Der Algorithmus 100 beginnt bei 102 und geht zu 104 weiter, wo er feststellt, ob ein manueller Eingriff, um die Konfiguration des Wärmetauschers 50 im EGHX-System 32 ein- oder auszuschalten, vorliegt. Wenn bei 104 kein manueller Eingriff vorliegt, geht der Algorithmus zu 106 weiter. Bei 106 stellt die Steuereinheit 28 fest, ob Eintrittsbedingungen erfüllt sind. Eintrittsbedingungen können umfassen: dass die HECT geringer ist als ein Schwellenwert, die ECT geringer ist als ein Schwellenwert, die Abgastemperatur über einem Schwellenwert liegt, die Einlassluftmasse für die Kraftmaschine 16 unter einem Schwellenwert liegt und die Drehzahl der Kraftmaschine 16 über einem Schwellenwert liegt. Diese Eintrittsbedingungen sollten als nicht begrenzend betrachtet werden und der Algorithmus kann einige oder alle der beschriebenen Eintrittsbedingungen umfassen. In einer Ausführungsform ist die HECT geringer als 230 F, die ECT ist geringer als 180 F, die Abgastemperatur liegt über 250 F, der Luftmasseneinlass liegt unter einem Schwellenwert, um eine zu hohe Wärmeübertragungsrate zu verhindern, und die Drehzahl der Kraftmaschine 16 ist mindestens 500 min–1. Andere Werte für verschiedene Eintrittsbedingungen werden natürlich auch in Erwägung gezogen.
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Wenn die Eintrittsbedingungen bei 106 nicht erfüllt sind, prüft das System bei 108 auf eine Hysterese für eine oder mehrere der Eintrittsbedingungsvariablen wie z. B. ECT, die verursachen würde, dass die Konfiguration des Wärmetauschers 50 ein- und ausschaltet. Wenn bei 108 eine Hysterese vorliegt, kann das System bei 110 zurückgesetzt werden. Wenn bei 108 keine Hysterese vorliegt, geht der Algorithmus 100 zum Start bei 102 weiter.
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Wenn die Eintrittsbedingungen bei 106 erfüllt sind oder wenn der manuelle Eingriff bei 104 eingeschaltet ist, geht der Algorithmus 100 zu einem Ventilaktuator-Zeitgeber bei 112, der ein Flag setzt. Das Flag wird aufgrund einer Verzögerung zwischen dem Befehl zum Öffnen des Ventils 48 und dem Zeitpunkt, zu dem sich das Ventil physikalisch öffnet, gesetzt. Diese Verzögerung kann beispielsweise fünf Sekunden oder eine andere Zeitlänge sein. Der Algorithmus 100 prüft dann bei 114 die Zeit, seitdem das Flag gesetzt wurde. Wenn die Zeit, seitdem das Flag gesetzt wurde, bei 114 einen festgelegten Wert wie z. B. die Zeitverzögerung zum Öffnen des Ventils 48 erreicht, geht das System zu 116 weiter und tritt in einen Wärmezurückgewinnungsmodus für das EGHX-System 32 ein, der auch als Betriebssignal für andere Systeme wirken kann. Das Signal für den Wärmerückgewinnungsmodus bei 116 geht beispielsweise in einen AGR-Strömungsvorhersagealgorithmus bei 124 ein, wie in 5 zu sehen, wo die EGHX-Ventilposition bestimmt wird.
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5 stellt einen Algorithmus 120 dar, um die Abgasrückführungs-Durchflussrate auf der Basis der Positionen des AGR-Ventils 46 und des EGHX-Ventils 48 vorherzusagen. Da der Gegendruck des Abgases aufgrund des Hinzufügens des EGHX-Systems 32 variabel ist, ist eine Korrelation erforderlich, um die AGR-Strömung zu bestimmen und zu kompensieren, um das System der Kraftmaschine 16 zu steuern. Der Algorithmus 120 beginnt bei 122 und geht zu 124 weiter, wo er bestimmt, in welcher Position sich das EGHX-Ventil 48 befindet. Wenn sich das EGHX-Ventil 48 in einer Umleitkonfiguration befindet, geht der Algorithmus 120 zu 126 weiter, wo der Auslassdruck unter Verwendung einer Kalibrierungs- oder Nachschlagetabelle bestimmt wird, die den stromaufseitigen Auslassdruck als Funktion der Luftmasse am Einlass 36 auf der Basis dessen, dass sich das EGHX-Ventil 48 in einer Umleitkonfiguration befindet, bereitstellt. Der stromaufseitige oder Auslasskrümmerdruck wird nicht gemessen und wird somit von den Luftmassendaten und den Tabellen abgeleitet. Der Auslassdruck wird dann als Eingabe in 128 verwendet.
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Wenn sich das EGHX-Ventil 48 in einer Wärmerückgewinnungskonfiguration unter Verwendung des EGHX 50 befindet, geht der Algorithmus zu 130 weiter, wo der Auslassdruck aus einer Kalibrierungs- oder Nachschlagetabelle bestimmt wird, die den stromaufseitigen Auslassdruck als zweite Funktion der Luftmasse am Einlass 36 auf der Basis dessen, dass sich das EGHX-Ventil 48 in einer Wärmerückgewinnungskonfiguration befindet, bereitstellt. Der stromaufseitige oder Auslasskrümmerdruck wird nicht gemessen und wird somit von den Luftmassendaten und den Tabellen abgeleitet. Der Auslassdruck wird dann als Eingabe in 128 verwendet.
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Bei 128 wird ein Druckverhältnis als Verhältnis des Einlasskrümmerdrucks zum Auslassdruck von 126 oder 128 berechnet. Der Einlasskrümmerdruck kann gemessen werden oder kann abgeleitet werden. Das bei 128 berechnete Druckverhältnis wird als Eingabe in 130 verwendet, wo die AGR-Durchflussrate unter Verwendung einer Nachschlage- oder Kalibrierungstabelle auf der Basis der Position des AGR-Ventils 46 und des Druckverhältnisses von 128 bestimmt wird, um einen Wert für die AGR-Strömung bereitzustellen.
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Eine Diagnose für ein EGHX-System 32 ist in 6 bei 140 dargestellt. Die Diagnose 140 beginnt bei 142 und stellt dann bei 144 fest, ob sich das Fahrzeug in einem Betriebsmodus befindet. Dass sich das Fahrzeug in einem Betriebsmodus befindet, kann beispielsweise umfassen, dass sich ein Ganghebel in einer Fahrposition befindet und die Bremse nicht eingerückt ist. Wenn sich das Fahrzeug bei 144 in einem Betriebsmodus befindet, stellt die Diagnose 140 dann bei 146 fest, ob verschiedene Eintrittsbedingungen erfüllt sind. Eintrittsbedingungen können niedrige Rauschfaktoren umfassen, wie z. B., dass sich ein Heizkörper in einer Aus-Konfiguration befindet, dass die Kraftmaschine über eine festgelegte Zeit in einer stationären Konfiguration arbeitet und dass der Position des Ventils 48 über eine weitere festgelegte Zeitdauer nicht befohlen wurde, sich zu ändern. Wenn die Eintrittsbedingungen erfüllt sind, inkrementiert die Diagnose bei 148 eine Testzeit für einen Testzeitgeber.
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Die Diagnose bestimmt die Änderung der Temperatur ∆T bei 150 als: ΔTi = max{ HECT – ECT / 0, und verwendet die Änderung der Temperatur, um eine laufende Summe der Änderung der Temperatur bei 152 zu berechnen als: ΔSumi+1 = ΔSumi + ΔTi.
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Die Diagnose 140 prüft bei 154 durch Prüfen des Testzeitgebers, ob die laufende Summe für eine festgelegte Zeitdauer berechnet wurde. Wenn der Test und die laufende Summe nicht für die festgelegte Zeit, beispielsweise sechzig Sekunden, gelaufen sind, läuft die Diagnose 140 in einer Schleife zurück zum Start 142 und kann weiterhin die laufende Summe berechnen, bis die festgelegte Zeit erreicht wurde oder die Eintrittsbedingungen nicht mehr erfüllt sind. Wenn der Testzeitgeber bei oder jenseits der festgelegten Zeit liegt, geht die Diagnose 140 zu 156 weiter und vergleicht ∆Sum mit einem Schwellenwert.
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Wenn ∆Sum größer ist als der Schwellenwert, wird bei 158 ein Diagnose-Flag für das Ventil 48 auf die Wärmetauscher-Konfiguration gesetzt und das Diagnose-Flag für das Ventil 48 wird dann gegenüber der befohlenen Ventilposition bei 160 geprüft. Wenn das Diagnose-Flag für das Ventil 48 korrekt ist, so dass das Flag für eine Wärmetauscher-Konfiguration dient und die befohlene Position des Ventils 48 auch für die Wärmetauscher-Konfiguration dient, besteht die Diagnose 140 bei 162. Wenn das Diagnose-Flag für das Ventil 48 falsch ist, so dass das Flag für eine Wärmetauscher-Konfiguration gesetzt ist und die befohlene Position des Ventils 48 für eine Umleitkonfiguration dient, setzt die Diagnose bei 164 einen Fehlercode.
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Mit Rückbezug auf den Block 156 wird, wenn ∆Sum geringer ist als der Schwellenwert, ein Diagnose-Flag für das Ventil 48 bei 166 auf eine Umleitkonfiguration gesetzt und das Diagnose-Flag für das Ventil 48 wird dann gegenüber der befohlenen Ventilposition bei 168 geprüft. Wenn das Ventil-Diagnose-Flag korrekt ist, so dass das Flag für eine Umleitkonfiguration dient und die befohlene Ventilposition auch für eine Umleitkonfiguration dient, besteht die Diagnose 140 bei 170. Wenn das Diagnose-Flag für das Ventil 48 falsch ist, so dass das Flag für eine Umleitkonfiguration dient und die befohlene Position des Ventils 48 für eine Wärmetauscher-Konfiguration dient, setzt die Diagnose 140 bei 172 einen Fehlercode.
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Die Diagnose 140 kann bei jedem Fahrzeugschlüsselzyklus mit einem Durchlauf für jede Ventilposition oder -konfiguration betrieben werden. Es wird natürlich auch in Betracht gezogen, dass die Diagnose in jedem Fahrzeugschlüsselzyklus häufiger durchgeführt wird. In anderen Ausführungsformen kann die Diagnose während eines Fahrzeugschlüsselzyklus nicht ablaufen, wenn die Kraftmaschine 16 während des Schlüsselzyklus niemals hochgefahren oder betrieben wird.
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Eine weitere Diagnose für ein EGHX-System 32 ist in 7 bei 180 dargestellt. Die Diagnose 180 beginnt bei 182 und geht zu 183 weiter, wo sie feststellt, ob ein manueller Eingriff, um die Konfiguration des Wärmetauschers 50 im EGHX-System 32 ein- oder auszuschalten, vorliegt. Wenn bei 183 kein manueller Eingriff vorliegt, geht der Algorithmus zum Feststellen, ob sich das Fahrzeug in einem Betriebs- oder Fahrmodus befindet, bei 184 weiter. Dass sich das Fahrzeug in einem Fahrmodus befindet, kann beispielsweise umfassen, dass sich ein Ganghebel in einer Fahrposition befindet und die Bremse nicht eingerückt ist. Wenn sich das Fahrzeug bei 184 in einem Betriebsmodus befindet, stellt die Diagnose 180 dann bei 186 fest, ob verschiedene Eintrittsbedingungen erfüllt sind. Eintrittsbedingungen können niedrige Rauschfaktoren umfassen, wie z. B. dass sich ein Heizkörper in einer Aus-Konfiguration befindet, dass die ECT 58 geringer ist als eine Kalibrierungstemperatur wie z. B. 180 F, dass die Kraftmaschine 16 über eine festgelegte Zeit in einer stationären Konfiguration arbeitet und dass die Position des Ventils 48 für eine festgelegte Zeitdauer unverändert ist. Wenn die Eintrittsbedingungen nicht erfüllt sind, kann die Diagnose 180 bei 188 einen Zähler inkrementieren, um auf fehlende Testeintritte zu überwachen. Wenn die Eintrittsbedingungen bei 186 erfüllt sind, inkrementiert die Diagnose 180 einen Zeitgeber bei 190, wenn das EGHX-Ventil 48 in einen Wärmerückgewinnungsmodus befohlen wird, und setzt den Zeitgeber zurück, wenn das EGHX-Ventil 48 in einen Umleitmodus befohlen wird. Die Steuereinheit 40 führt eine Datenerfassung bei 191 aus, wo sie die ECT 58 und/oder die HECT 68 zu einem anfänglichen Zeitpunkt t0 misst.
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Nachdem der Zeitgeber einen Schwellenzeitwert bei 192 erreicht oder passiert hat, geht die Diagnose 180 zum Berechnen einer Änderung der HECT (∆HECT = (T1 – T0)HECT), einer Änderung der ECT (∆ECT = (T1 – T0)ECT) oder sowohl der Änderung der HECT als auch der Änderung der ECT bei 193 unter Verwendung der bei 191 erfassten Daten und der Daten, die erfasst wurden, nachdem der Zeitgeber seine Schwellenzeit überquert hat, weiter. Die ∆ECT und ∆HECT werden bei 194 mit einem Schwellenwert verglichen. Wenn die ∆ECT und ∆HECT geringer sind als der Schwellenwert, befindet sich das Ventil 48 bei 196 in einer Umleitkonfiguration und dies kann gegenüber der befohlenen Position des Ventils 48 geprüft werden, um festzustellen, ob die Diagnose 180 zu einem Bestehen oder Fehlercode für das EGHX-System 32 führt. Wenn die ∆ECT und ∆HECT größer sind als der Schwellenwert, befindet sich das Ventil 48 bei 198 in einer Wärmerückgewinnungskonfiguration und dies kann gegenüber der befohlenen Position des Ventils 48 geprüft werden, um festzustellen, ob die Diagnose 180 zu einem Bestehen oder einem Fehlercode für das EGHX-System 32 führt.
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Die Diagnose 180 kann bei jedem Fahrzeugschlüsselzyklus mit einem Durchlauf für jede Konfiguration des Ventils 48 durchgeführt werden. Es wird natürlich auch in Betracht gezogen, dass die Diagnose in jedem Fahrzeugschlüsselzyklus häufiger durchgeführt wird. In anderen Ausführungsformen kann die Diagnose während eines Fahrzeugschlüsselzyklus nicht durchgeführt werden, wenn die Kraftmaschine während des Schlüsselzyklus niemals hochgefahren und/oder betrieben wird.
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Die Diagnose 180 kann eine minimale Durchflussrate aufweisen, die für den Wärmerückgewinnungsmodus im EGHX-System 32 erforderlich ist. Die Schwellenwerte in Schritt 194 können auf der Basis der Kraftmaschinendrehzahl, der Kraftmaschinenlast und/oder der Umgebungstemperatur variieren.
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8 stellt zwei Kraftmaschinen-Kühlmittelaufwärmprofile dar, wie durch den HECT-Sensor 68 gemessen, wobei das EGHX-Ventil 48 in eine Wärmerückgewinnungsposition geschaltet ist (8a) und wobei das EGHX-Ventil 48 in einer Umleitkonfiguration belassen ist (8b). In 8a ist die Kraftmaschine 16 anfänglich ausgeschaltet und beginnt dann bei 204 zu arbeiten. In einer Ausführungsform wird die Hochfahranforderung der Kraftmaschine 16 durch einen Bedarf, die Kühlmitteltemperatur zu erhöhen, verursacht. Nachdem die Kraftmaschine 16 bei 204 zu arbeiten beginnt, wird das Ventil 48 bei 206 in eine Wärmerückgewinnungskonfiguration geöffnet. Die HECT 200 steigt schnell an, wenn Wärme zwischen dem Abgas der Kraftmaschine 16 und dem Kühlmittel im EGHX 50 ausgetauscht wird. Die Kraftmaschine 16 wird bei 208 abgeschaltet, wenn die Kühlmitteltemperatur eine Schwellentemperatur 209 erreicht. Das Ventil 48 wird in eine Umleitkonfiguration zurückgesetzt und die HECT 200 fällt ab. Obwohl das Ventil 48 als die Position mit der Änderung des Zustandes der Kraftmaschine 16 ändernd gezeigt ist, ist es nicht notwendigerweise an die Kraftmaschine 16 gebunden und kann unabhängig betätigt werden, um beispielsweise Restwärme im EGHX 50 zu nutzen.
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In 8b ist die Kraftmaschine 16 anfänglich ausgeschaltet und beginnt dann bei 210 zu arbeiten. Das Ventil 48 bleibt in einem Umleitmodus für 8b. Die ECT 202 steigt langsam an, wenn sich die Kraftmaschine 16 aufheizt. Die Kühlmitteltemperatur nimmt ab, wenn die Kraftmaschine 16 bei 212 abgeschaltet wird. Die Aufwärmzeit, bis das Kühlmittel eine Schwellentemperatur 211 erreicht, wie in 8b gezeigt, mit dem EGHX-System 32 in einer Umleitkonfiguration ist viel länger als die Aufwärmzeit in 8a mit dem EGHX-System 32 in einem Wärmerückgewinnungsmodus. Die Kraftmaschine 16 arbeitet daher für eine längere Zeitdauer in dem in 8b gezeigten Beispiel, bevor die Schwellentemperatur erreicht wird und eine Herunterfahranforderung durchgeführt werden kann, was wiederum die Kraftstoffsparsamkeit für das Fahrzeug verringert.
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9 stellt ein Beispiel der in 7 gezeigten Diagnose 180 dar, wobei die HECT-Temperatur als Funktion der Zeit aufgetragen ist. 9a stellt das EGHX-Ventil 48 in einer Wärmerückgewinnung dar und 9b stellt das EGHX-Ventil 48 in einem Umleitmodus dar. Die Diagnose 180 kann durchgeführt werden, um Änderungen von Steigungen der Kühlmitteltemperaturen zu vergleichen, wenn das EGHX-Ventil 48, das in den Wärmerückgewinnungsmodus geht, einen schnelleren Anstieg der HECT und/oder ECT bewirkt.
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Mit Bezug zuerst auf 9a ist die befohlene oder erwartete HECT durch die Linie 220 gezeigt und die gemessene HECT ist durch die Linie 222 gezeigt. Die Kraftmaschine 16 ist anfänglich ausgeschaltet und beginnt dann bei 224 beispielsweise aufgrund einer Anforderung für eine erhöhte Kühlmitteltemperatur zu arbeiten. Nachdem die Kraftmaschine 16 bei 224 zu arbeiten beginnt, wird das Ventil 48 bei 226 in eine Wärmerückgewinnungsposition geöffnet. Es wird erwartet, dass die HECT schnell ansteigt, wie durch die Linie 220 gezeigt, da erwartet wird, dass Wärme zwischen dem Abgas der Kraftmaschine 16 und dem Kühlmittel im EGHX-System 32 ausgetauscht wird. Die tatsächliche HECT 222 steigt nicht schnell an und folgt nicht der erwarteten HECT 220. Die Diagnose 180 stellt fest, dass im EGHX-System 32 ein Fehler besteht, da sich das Ventil 48 verhält, als ob es sich in einem Umleitmodus und nicht in einem Wärmerückgewinnungsmodus, wie befohlen, befindet.
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Mit Bezug auf 9b ist die befohlene oder erwartete HECT durch die Linie 230 gezeigt und die tatsächliche gemessene HECT ist durch die Linie 232 gezeigt. Die Kraftmaschine 16 ist anfänglich ausgeschaltet und beginnt dann bei 234 zu arbeiten. Das Ventil 48 wird in die Umleitkonfiguration befohlen und es wird erwartet, dass die Temperatur des Kühlmittels langsam ansteigt, wie durch die Linie 230 dargestellt. Die gemessene HECT 230 steigt schnell an und steigt weiter über die Zielkühlmitteltemperatur bei 234 hinaus an. Die Diagnose 180 stellt fest, dass ein Fehler im EGHX-System 32 besteht, da sich das Ventil 48 verhält, als ob es sich in einem Wärmerückgewinnungsmodus und nicht in einem Umleitmodus, wie befohlen, befindet.
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Verschiedene Ausführungsformen weisen zugehörige Vorteile auf, einschließlich einer verbesserten Steuerung über das EGHX-System 32, wobei die Kraftmaschinen-Kühlmitteltemperatur für einen verbesserten Kraftmaschinenbetrieb mit geringerer Reibung besser gesteuert wird. Wenn sich das EGHX-System 32 in einem Hybridfahrzeug befindet, kann der verbesserte Kraftmaschinenbetrieb zur Fähigkeit führen, die Kraftmaschine früher herunterzufahren, was zu einer erhöhten Kraftstoffsparsamkeit führt. Außerdem können mit der verbesserten Erwärmung der Kraftmaschine während Neustarts in einem Hybridfahrzeug Emissionen, die durch einen Kraftmaschinenkaltneustart verursacht werden, verringert werden. Die Verwendung des EGHX-Systems 32 kann auch Wärme für die Heiz-, Lüftungs- und Klimaanlage (HVAC) eines Hybridfahrzeugs unter Verwendung von Restwärme im Kraftmaschinenblock und -system bereitstellen, wenn die Kraftmaschine nicht läuft.
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Obwohl beispielhafte Ausführungsformen vorstehend beschrieben sind, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Vielmehr sind die in der Patentbeschreibung verwendeten Worte Worte zur Beschreibung als zur Begrenzung und selbstverständlich können verschiedene Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Gedanken und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Außerdem können die Merkmale von verschiedenen Implementierungsausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu bilden, die nicht explizit erläutert oder beschrieben sind. Wenn eine oder mehrere Ausführungsformen als Vorteile bereitstellend oder gegenüber anderen Ausführungsformen und/oder gegenüber dem Stand der Technik in Bezug auf eine oder mehrere gewünschte Eigenschaften bevorzugt beschrieben wurden, erkennt ein Fachmann auf dem Gebiet, dass Kompromisse zwischen verschiedenen Merkmalen gemacht werden können, um gewünschte Systemattribute zu erreichen, die von der spezifischen Anwendung oder Implementierung abhängen können. Diese Attribute umfassen, sind jedoch nicht begrenzt auf: Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Lebensdauerkosten, Vermarkungsfähigkeit, Aussehen, Unterbringung, Größe, Wartungsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, leichte Montage usw. An sich liegen beliebige Ausführungsformen, die als weniger erwünscht relativ zu anderen Ausführungsformen in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften beschrieben sind, nicht außerhalb des Schutzbereichs des beanspruchten Gegenstandes.
