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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein System mit innerer Verbrennung.
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Turbogeladene und aufgeladene Motoren können so konfiguriert sein, dass sie Umgebungsluft, die in den Motor eintritt, verdichten, um die Leistung zu erhöhen. Da die Kompression der Luft eine Erhöhung der Lufttemperatur verursachen kann, kann ein Ladeluftkühler verwendet werden, um die erwärmte Luft zu kühlen, um dadurch ihre Dichte zu erhöhen und die potenzielle Leistung des Motors weiter zu erhöhen. Wenn die Feuchtigkeit der Umgebungsluft hoch ist, kann sich jedoch Kondenswasser (z. B. Wassertröpfchen) auf Innenflächen des Ladeluftkühlers bilden, die kühler als der Taupunkt der verdichteten Luft sind. Bei Übergangszuständen, wie beispielsweise starker Beschleunigung des Fahrzeugs, können diese Wassertröpfchen aus dem Ladeluftkühler und in die Brennräume des Motors geblasen werden, was zum Beispiel zu einem erhöhten Potenzial für Motoraussetzer, Verlust von Drehmoment und Motordrehzahl sowie unvollständige Verbrennung führt.
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Ein Ansatz zur Verringerung der Menge von Kondenswasser, das in die Brennräume eintritt, wird in der
US-Offenlegungsschrift 2011/0094219 A1 offenbart. In der erwähnten Bezugsquelle wird einen Kondenswasserabscheider für einen Ladeluftkühler offenbart, welche die Rate verringert, bei welcher das Kondenswasser in die Brennräume des Motors eintritt. Der Kondenswasserabscheider umfasst einen Behälter zum Sammeln des Kondensats und ein Rohr zum Abgeben des Kondenswassers zurück an den Auslasskanal.
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Die Erfinder hiervon haben verschiedene Probleme bei dem zuvor erwähnten System erkannt. Konkret ist der Kondenswasserabscheider stromabwärts des Ladeluftkühlers positioniert und kann daher nur Kondenswasser stromabwärts von einem Auslass des Ladeluftkühlers sammeln. Diese Konfiguration kann Kondenswasser, das innerhalb des Ladeluftkühlers aufgefangen wird, nicht in angemessener Weise handhaben. Außerdem benötigen Kondenswasserabscheider zusätzliche Komponenten, welche die Kosten erhöhen und den Packungsraum des Ladeluftkühlers vergrößern können.
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Entsprechend umfasst ein beispielhafter Ansatz zur Bewältigung der zuvor erwähnten Probleme ein Motorkühlsystem, das einen Ladeluftkühler mit einem Einlass, einer Mehrzahl von Wärmetauschkanälen, die mit dem Einlass fluidisch gekoppelt sind, und einem Auslass, der mit den Wärmetauschkanälen fluidisch gekoppelt ist, und eine Leitung umfasst, die mit dem Auslass und einem Ansaugkrümmer eines Motors gekoppelt ist, wobei die Leitung so geteilt ist, dass sie einen ersten und einen zweiten Strömungsweg zum Ansaugkrümmer umfasst, wobei ein Ventil im ersten Strömungsweg positioniert ist.
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Durch Bereitstellen einer Leitung mit zwei Strömungswegen kann die Geschwindigkeit der Ansauglauft bei ihrem Austritt aus dem Ladeluftkühler reguliert werden. In einem Beispiel kann das Ventil so konfiguriert sein, dass es bei Bedingungen niedrigerer Ansauggeschwindigkeit, wie beispielsweise niedriger Last, geschlossen wird. Das geschlossene Ventil kann so konfiguriert sein, dass es den Einlass des ersten Strömungswegs sperrt, was daher zur Folge hat, dass die Ansaugluft nur durch den zweiten Strömungsweg strömt. Dadurch erhöht sich die Geschwindigkeit der Ansaugluft, und angesammeltes Kondensat im Ladeluftkühler kann in der Ansaugluft mitgerissen und zum Ansaugkrümmer bewegt werden. Dies kann die Ansammlung von großen Kondensatmengen verringern. Da Motoren kleine Kondensatmengen innerhalb der Ansaugluft tolerieren können, ohne auszusetzen, stellt der zuvor beschriebene Ansatz einen Mechanismus zum Durchlassen von kleinen Kondensatmengen zum Motor bereit und verringert die Wahrscheinlichkeit von Motoraussetzern infolge großer Kondensatmengen, die den Motor erreichen.
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Da das geschlossene Ventil einen Teil des Strömungswegs der Leitung sperrt, erhöht es außerdem den Druckabfall am Auslass des Ladeluftkühlers. Um einen großen Druckabfall zu verhindern, der bei Bedingungen hoher Geschwindigkeit auftreten kann (und der zu unwirksamem Motorluftstrom führen kann), kann das Ventil bei Bedingungen hoher Ansaugluftgeschwindigkeit öffnen. Bei Bedingungen hoher Ansaugluftgeschwindigkeit bewegt sich die Ansaugluft bereits mit erhöhter Geschwindigkeit, und die Geschwindigkeit der Ansaugluft braucht nicht weiter erhöht zu werden, um das Kondensat innerhalb der Ansaugluft mitzureißen. Daher kann angesammeltes Kondensat zum Motor bewegt werden, sowohl wenn das Ventil offen als auch geschlossen ist.
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Die zuvor erwähnten Vorteile und andere Vorteile sowie Merkmale der vorliegenden Beschreibung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung allein oder in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen leicht zu erkennen.
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Es versteht sich von selbst, dass die vorstehende Kurzdarstellung vorgesehen ist, um eine Auswahl von Konzepten, die in der ausführlichen Beschreibung eingehender beschrieben werden, in vereinfachter Form vorzustellen. Sie beabsichtigt nicht, wesentliche oder Hauptmerkmale des beanspruchten Gegenstands aufzuzeigen, dessen Schutzumfang ausschließlich durch die auf die ausführliche Beschreibung folgenden Ansprüche definiert wird. Außerdem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche zuvor oder in einem anderen Teil dieser Offenbarung erwähnten Nachteile beheben.
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1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Systems, welches einen Motor, ein Motorkühlsystem und einen Ladeluftkühler umfasst.
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2A und 2B sind schematische Darstellungen des Ladeluftkühlers von 1, der eine Leitung mit zwei Strömungswegen umfasst.
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3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Strömenlassen von Ansaugluft über eine Leitung mit zwei Strömungswegen veranschaulicht.
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Um die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass eine große Menge von angesammeltem Kondensat vom Ladeluftkühler zu einem Motor strömt und möglicherweise Aussetzer und andere Probleme verursacht, kann die Leitung, die den Ladeluftkühler mit dem Ansaugkrümmer koppelt, eine Trenneinrichtung umfassen, um zwei Strömungswege bereitzustellen. Einer der Strömungswege kann über ein Ventil, das in der Nähe des Auslasses des Ladeluftkühlers positioniert ist, selektiv geschlossen werden. Wenn das Ventil offen ist, kann Ansaugluft über beide Luftströmungswege durch die Gesamtheit der Leitung strömen. Wenn das Ventil geschlossen ist, wird Ansaugluft davon abgehalten, durch einen der Strömungswege zu strömen, und strömt daher durch einen einzigen Strömungsweg. Durch Beschränken der Strömung der Ansaugluft auf einen einzigen Luftströmungsweg erhöht sich die Geschwindigkeit der Ansaugluft. Die erhöhte Geschwindigkeit der Ansaugluft kann kleine Mengen des angesammelten Kondensats mitreißen und sie in den Motor bewegen, wo sie verbrannt werden. Auf diese Weise kann die Bildung von großen Kondensatmengen, die problematisch sein können, vermieden werden. 1 stellt ein Beispiel dar, das einen Ladeluftkühler umfasst, der in 2A und 2B genauer dargestellt ist. 3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern von Kondensat im Ladeluftkühler veranschaulicht.
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Zunächst ist 1 eine schematische Darstellung, die einen beispielhaften Motor 10 veranschaulicht, der in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs enthalten sein kann. Der Motor 10 ist mit vier Zylindern 30 dargestellt. Es können jedoch auch andere Anzahlen von Zylinder gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Der Motor 10 kann zumindest teilweise durch ein Steuersystem, das eine Steuerung 12 umfasst, und durch eine Eingabe von einem Fahrzeugbetreiber 132 über eine Eingabevorrichtung 130 gesteuert werden. In diesem Beispiel umfasst die Eingabevorrichtung 130 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Jeder Brennraum (z. B. Zylinder) 30 des Motors 10 kann Brennraumwände mit einem Kolben (nicht dargestellt) darin positioniert umfassen. Die Kolben können mit einer Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, sodass Auf- und Abbewegung des Kolbens in Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. Die Antriebswelle 40 kann über ein Zwischengetriebesystem (nicht dargestellt) mit mindestens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs gekoppelt sein. Ferner kann der Startermotor über ein Schwungrad mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, um einen Startvorgang des Motors 10 zu ermöglichen.
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Die Brennräume 30 können Ansaugluft über einen Ansaugkanal 42 von einem Ansaugkrümmer 44 empfangen und Verbrennungsgase über einen Abgaskrümmer 46 an einen Abgaskanal 48 ausstoßen. Der Ansaugkrümmer 44 und der Abgaskrümmer 46 können über jeweilige Einlassventile und Auslassventile (nicht dargestellt) selektiv mit dem Brennraum 30 kommunizieren. In einigen Ausführungsformen kann der Brennraum 30 zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile umfassen.
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Kraftstoffeinspritzdüsen 50 sind so dargestellt, dass sie direkt mit dem Brennraum 30 gekoppelt sind, um Kraftstoff im Verhältnis zu dem von der Steuerung 12 empfangenen Pulsweitensignal FPW direkt darin einzuspritzen. Auf diese Weise stellt die Kraftstoffeinspritzdüse 50 das bereit, was als Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Brennraum 30 bekannt ist; es versteht sich jedoch von selbst, dass auch Einlasskanaleinspritzung möglich ist. Der Kraftstoff kann der Kraftstoffeinspritzdüse 50 durch ein Kraftstoffsystem (nicht dargestellt) zugeführt werden, das einen Kraftstoffbehälter, eine Kraftstoffpumpe und ein Kraftstoffverteilerrohr umfasst.
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Der Ansaugkanal 42 kann eine Drosselklappe 21 mit einer Drosselklappenplatte 22 zum Regeln des Luftstroms zum Ansaugkrümmer umfassen. In diesem konkreten Beispiel kann die Position der Drosselklappenplatte 22 durch die Steuerung 12 gewechselt werden, um elektronische Drosselklappensteuerung ETC (für engl. electronic throttle control) zu ermöglichen. Auf diese Weise kann die Drosselklappe 21 so betrieben werden, dass sie die Ansaugluft variiert, die dem Brennraum 30 unter anderen Motorzylindern zugeführt wird. In einigen Ausführungsformen können zusätzliche Drosselklappen im Ansaugkanal 42 vorhanden sein. Wie zum Beispiel in 1 dargestellt, ist eine zusätzliche Drosselklappe 23 mit einer Drosselklappenplatte 24 stromaufwärts des Kompressors 60 angeordnet.
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Ferner kann in den offenbarten Ausführungsformen ein System zur Abgasrückführung EGR (für engl. exhaust gas recirculation) einen gewünschten Teil von Abgas vom Abgaskanal 48 über den EGR-Kanal 140 zum Ansaugkanal 42 leiten. Die dem Ansaugkanal 42 zugeführte EGR-Menge kann durch die Steuerung 12 über ein EGR-Ventil 142 variiert werden. Unter einigen Bedingungen kann das EGR-System verwendet werden, um die Temperatur des Luft- und Kraftstoffgemisches innerhalb des Brennraums zu regeln. 1 stellt ein Hochdruck-EGR-System dar, wobei EGR von stromaufwärts einer Turbine eines Turboladers stromabwärts eines Kompressors eines Turboladers geleitet werden. In anderen Ausführungsformen kann der Motor zusätzlich oder alternativ ein Niederdruck-EGR-System umfassen, wobei EGR von stromabwärts einer Turbine eines Turboladers stromaufwärts eines Kompressors des Turboladers geleitet wird. Wenn betriebsfähig, kann das EGR-System die Bildung von Kondensat aus der verdichteten Luft verursachen, insbesondere wenn die verdichtete Luft durch den Ladeluftkühler gekühlt wird, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben.
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Der Motor 10 kann ferner eine Verdichtungsvorrichtung, wie beispielsweise einen Turbolader oder einen Verdrängerlader, umfassen, die mindestens einen Kompressor 60 umfasst, der entlang des Ansaugkanals 42 angeordnet ist. Für einen Turbolader kann der Kompressor 60 wenigstens teilweise durch eine Turbine 62 zum Beispiel über eine Welle oder eine andere Kupplungsanordnung angetrieben werden. Die Turbine 62 kann entlang des Abgaskanals 48 angeordnet sein. Es können verschiedene Anordnungen zum Antreiben des Kompressors bereitgestellt werden. Für einen Verdrängerlader kann der Kompressor 60 wenigstens teilweise durch den Motor und/oder eine Elektromaschine angetrieben werden und braucht keine Turbine zu umfassen. Demnach kann der Grad der Verdichtung, die für einen oder mehrere Zylinder des Motors über einen Turbolader oder einen Verdrängerlader bereitgestellt wird, durch die Steuerung 12 variiert werden.
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Ferner kann der Abgaskanal 48 ein Bypassventil 26 zum Umleiten von Abgas von der Turbine 62 weg umfassen. Außerdem kann der Ansaugkanal 42 ein Kompressor-Rückführventil CVR (für engl. compressor recirculation valve) 27 umfassen, das so konfiguriert ist, dass es Ansaugluft um den Kompressor 60 umleitet. Das Bypassventil 26 und/oder das CVR 27 können durch die Steuerung 12 so gesteuert werden, dass sie geöffnet werden, wenn zum Beispiel ein niedrigerer Ladedruck gewünscht wird.
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Der Ansaugkanal 42 kann ferner einen Ladeluftkühler CAC (für engl. charge air cooler) 80 (z. B. einen Zwischenkühler) umfassen, um die Temperatur der turbogeladenen oder aufgeladenen Ansauggase zu senken. In einigen Ausführungsformen kann der Ladeluftkühler 80 ein Luft-Luft-Wärmetauscher sein. In anderen Ausführungsformen kann der Ladeluftkühler 80 ein Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher sein. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben, kann eine Leitung, die mit dem Ladeluftkühler 80 gekoppelt ist, ein Ventil umfassen, um die Strömungsgeschwindigkeit von Ansaugluft, die durch die Leitung strömt, selektiv zu regulieren, um Kondenswasserbildung innerhalb des Ladeluftkühlers zu steuern.
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Die Steuerung 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer dargestellt, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Ein-/Ausgabeanschlüsse 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierwerte, das in diesem konkreten Beispiel als ein Festwertspeicherchip 106 dargestellt ist, einen Direktzugriffsspeicher 108, einen Erhaltungsspeicher 110 und einen Datenbus umfasst. Neben den zuvor erörterten Signalen kann die Steuerung 12 von mit dem Motor 10 gekoppelten Sensoren verschiedene Signale zum Ausführen verschiedener Funktionen für den Betrieb des Motors 10 empfangen, die Messung von induziertem Luftmassenstrom MAF (für engl. mass air flow) von einem Luftmassensensor 120; eine Motor-Kühlmitteltemperatur (ECT für engl. engine coolant temperature) von einem Temperatursensor 112, der an einer Stelle innerhalb des Motors 10 schematisch dargestellt ist; ein Zündungsimpulsgebersignal PIP (für engl. profile ignition pick-up) von einem Hall-Effekt-Sensor 118 (oder einem anderen Typ), der mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt ist; die Drosselklappenposition TP (für engl. throttle position) von einem Drosselklappenpositionssensor, wie erörtert, und ein Absolutkrümmerdrucksignal, MAP (für engl. manifold pressure), vom Sensor 122, wie erörtert, umfassen. Ein Motordrehzahlsignal, RPM, kann durch die Steuerung 12 aus dem Signal PIP erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP vom Krümmerdrucksensor kann verwendet werden, um eine Anzeige von Unterdruck oder Druck im Ansaugkrümmer 44 bereitzustellen. Es ist zu erwähnen, dass verschiedene Kombinationen der zuvor erwähnten Sensoren verwendet werden können, wie beispielsweise ein MAF-Sensor ohne einen MAP-Sensor oder umgekehrt. Bei stöchiometrischem Betrieb kann der MAP-Sensor eine Anzeige eines Motordrehmoments anzeigen. Ferner kann dieser Sensor zusammen mit der erkannten Motordrehzahl eine Schätzung von in den Zylinder eingeführter Ladung (einschließlich Luft) bereitstellen. In einem Beispiel kann der Sensor 118, welcher auch als ein Motordrehzahlsensor verwendet wird, jede Umdrehung der Kurbelwelle 40 eine vorbestimmte Anzahl von gleich beabstandeten Impulsen erzeugen.
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Andere Sensoren, die Signale an die Steuerung 12 senden können, umfassen einen Temperatursensor 124 am Auslass des Ladeluftkühlers 80 und einen Ladedrucksensor 126. Andere, nicht dargestellte Sensoren können ebenfalls vorhanden sein, wie beispielsweise ein Sensor zum Bestimmen der Ansaugluftgeschwindigkeit am Einlass des Ladeluftkühlers, und andere Sensoren. In einigen Beispielen kann der Speichermedium-Festwertspeicher 106 mit computerlesbaren Daten programmiert sein, die durch einen Prozessor 102 ausführbare Anweisungen zum Durchführen der hierin im Folgenden beschriebenen Verfahren sowie anderer, vorweggenommener, aber nicht spezifisch aufgeführter Varianten darstellen.
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Nunmehr unter Bezugnahme auf 2A und 2B ist eine Ausführungsform eines Ladeluftkühlsystems dargestellt. 2A und 2B stellen eine perspektivische Vorderansicht eines Ladeluftkühlersystems 200 dar, das einen Ladeluftkühler 80 umfasst. Das Ladeluftkühlersystem kann verwendet werden, um Wassertröpfchen, welche sich infolge von hoher Umgebungsluftfeuchtigkeit ansammeln können, aus dem Ladeluftkühler auszustoßen. Dies kann zum Beispiel auf Oberflächen von Wärmetauschkanälen innerhalb des Ladeluftkühlers vorkommen, wenn die Oberflächen bei einer Temperatur unter dem Taupunkt der in den Kühler eintretenden Umgebungsluft sind. Wenn sich Kondenswasser auf diesen kühleren Oberflächen bildet, kann es sich zum Beispiel an einem Tiefpunkt des Ladeluftkühlers konzentrieren.
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Wie dargestellt, ist die Richtung des Motorluftstroms, der in den Ladeluftkühler 80 eintritt, im Allgemeinen durch einen Pfeil 202 angezeigt, und der Motorluftstrom, der aus dem Ladeluftkühler 80 austritt, ist im Allgemeinen durch einen Pfeil 204 angezeigt. Es versteht sich jedoch von selbst, dass die Motorluft in anderen Luftströmungsrichtungen in den Ladeluftkühler 80 ein- bzw. daraus austreten kann, und dass der durch die Pfeile 202 und 204 angezeigte Motorluftstrom lediglich als ein nichteinschränkendes Beispiel vorgesehen ist. Gleichermaßen sind andere Geometrien des Ladeluftkühlers als die in 2A und 2B dargestellten möglich, ohne vom Schutzumfang dieser Offenbarung abzuweichen.
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Wie bereits erwähnt, kann Motorluft über einen ersten Motorluftkanal 206 stromaufwärts vom Ladeluftkühler 80 eintreten. Die Motorluft kann dann über Wärmetausch mit Umgebungsluft, im Allgemeinen bei 208 angezeigt, gekühlt werden und dann über einen zweiten Motorluftkanal 210 stromabwärts vom Ladeluftkühler 80 austreten. Anders ausgedrückt, tritt die Motorluft an einer heißen Seite 212 des Ladeluftkühlers ein und tritt an einer kalten Seite 214 des Ladeluftkühlers aus (die Richtungsabhängigkeit des Ladeluftstroms ist im Allgemeinen durch Pfeile 209 angezeigt), wobei „heiß“ und „kalt“ eine relative Temperatur der Motorluft anzeigen, wenn sie durch den Ladeluftkühler durchtritt. Auf diese Weise kühlt die Umgebungsluft 208 verdichtete Motorluft über Wärmeaustausch ab, während die Motorluft durch den Ladeluftkühler durchtritt. Wie zuvor beschrieben, kann die in den Ladeluftkühler eintretende verdichtete Motorluft jedoch kondensieren. In dieser Hinsicht kann der erste Motorluftkanal 206 Kondensat innerhalb des Ladeluftkühlers abscheiden.
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Wie dargestellt, kann der Ladeluftkühler 80 eine Mehrzahl von Wärmetauschkanälen 225 und eine Mehrzahl von Umgebungsluftkanälen 226 umfassen. Die Wärmetauschkanäle 225 können eine Leitung für Ladeluft bereitstellen, die durch Umgebungsluftquerstrom, der durch die Mehrzahl von Umgebungsluftkanälen 226 durchtritt, gekühlt werden soll. Auf diese Weise wird die verdichtete Motorluft stromaufwärts von den Brennräumen gekühlt.
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Das Ladeluftkühlersystem 200 umfasst außerdem eine Leitung 230, die mit dem zweiten Motorluftkanal 210 gekoppelt ist. Die Leitung 230 führt zum Ansaugkrümmer 44 des Motors. Demnach ist die Leitung 230 sowohl mit dem Ladeluftkühler 80 als auch mit dem Ansaugkrümmer 44 gekoppelt. Da die Leitung 230 so konfiguriert ist, dass sie Ansaugluft zum Motor liefert, kann sie als Ansaugkanal bezeichnet werden. Die Leitung 230 umfasst eine Trenneinrichtung 231, welche die Leitung in zwei Luftströmungswege, einen ersten Strömungsweg 232 und einen zweiten Strömungsweg 234, teilt. Die Trenneinrichtung 231 kann die gesamte Länge der Leitung 230 entlang verlaufen und als eine gemeinsame innere Trennwand fungieren, die sich die ersten und zweiten Strömungswege teilen. Auf diese Weise kann die Leitung 230 die gesamte Länge vom Ladeluftkühler bis zum Ansaugkrümmer und in einigen Ausführungsformen ohne jegliche Zwischenöffnungen vollständig geteilt sein. Beide Luftströmungswege sind fluidisch mit dem Ladeluftkühler 80 und dem Ansaugkrümmer 44 gekoppelt, derart dass Ladeluft vom Ladeluftkühler 80 sowohl durch den ersten Strömungsweg 232 als auch den zweiten Strömungsweg 234 strömen kann, um den Ansaugkrümmer 44 zu erreichen. Wie in 2A und 2B dargestellt, ist der erste Strömungsweg 232 vertikal über dem zweiten Strömungsweg 234. Eine vertikale Achse 240 ist in 2A dargestellt, um die Beziehung zwischen dem ersten Strömungsweg 232 und dem zweiten Strömungsweg 234 zu veranschaulichen. Wie hierin verwendet, ist vertikal in Bezug auf den Boden und die Räder des Fahrzeugs, in welchem das Ladeluftkühlsystem 200 installiert ist. Wie außerdem in 2A und 2B dargestellt, weist der erste Strömungsweg 232 einen größeren Querschnittsdurchmesser als der zweite Strömungsweg 234 auf. In anderen Ausführungsformen kann jedoch der zweite Strömungsweg 234 einen größeren Durchmesser aufweisen, oder die Strömungswege können gleiche Durchmesser haben.
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Der erste Strömungsweg 232 kann durch ein Ventil 236, das über den ersten Strömungsweg 232 positioniert ist, selektiv geöffnet werden. Wie hierin veranschaulicht, ist das Ventil 236 am Einlass des ersten Strömungswegs 232 positioniert, wo die Leitung 230 mit dem Ladeluftkühler 80 gekoppelt ist. Das Ventil 236 kann jedoch auch an anderen geeigneten Stellen positioniert sein. In einem Beispiel kann das Ventil 236 im zweiten Strömungsweg 234 statt im ersten Strömungsweg 232 positioniert sein. In einem anderen Beispiel kann das Ventil 236 an einer anderen Stelle innerhalb des ersten Strömungswegs 232 positioniert sein, wie beispielsweise in der Mitte der Leitung 230, am Auslass der Leitung 230, am Einlass des Ansaugkrümmers 44 usw.
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Das Ventil 236 kann ein federbelastetes Klappenventil sein, das so konfiguriert ist, dass es unter Bedingungen niedriger bis mittlerer Last geschlossen und unter Bedingungen hoher Last geöffnet wird. Zum Beispiel kann die Federspannung, die auf das Ventil 236 wirkt, hoch genug sein, um das Ventil 236 in einer geschlossenen Position zu halten, wenn die Ladeluftgeschwindigkeit verhältnismäßig niedrig ist (d. h. unter Bedingungen niedriger Last). Wenn die Ladeluftgeschwindigkeit verhältnismäßig hoch ist (d. h. unter Bedingungen hoher Last), kann die höhere Geschwindigkeit der Ladeluft, die auf die Feder einwirkt, das Ventil 236 zum Öffnen zwingen. 2A stellt das Ventil 236 in der offenen Position dar, wobei die Ladeluft sowohl über den ersten Strömungsweg 232 als auch den zweiten Strömungsweg 234 zum Ansaugkrümmer 44 strömt.
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Wenn geschlossen, kann das Ventil 236 so wirken, dass es den ersten Strömungsweg 232 davon abhält, Ladeluft zu empfangen, so dass die gesamte Ladeluft durch den zweiten Strömungsweg 234 geleitet wird, wie in 2B dargestellt. Dadurch erhöht sich die Geschwindigkeit der Ladeluft, die durch den zweiten Strömungsweg 234 strömt. Die erhöhte Luftgeschwindigkeit reißt Kondensat mit sich, das sich auf der Bodenfläche des Ladeluftkühlers 80 angesammelt hat. Zum Beispiel kann sich das angesammelte Kondensat 216 an einem Tiefpunkt des Ladeluftkühlers 80, wie beispielsweise entlang der Bodenfläche des Ladeluftkühlers, konzentrieren. Das angesammelte Kondensat 216 kann sich auch entlang von Oberflächen der Wärmetauschkanäle 225 und/oder an Sammelpunkten in der Leitung 230 (wie beispielsweise an Krümmungen) konzentrieren. Dieses Kondensat kann unter Bedingungen hoher Geschwindigkeit, wie beispielsweise hoher Last, aus dem Ladeluftkühler geschwemmt werden. Bei Bedingungen niedriger Last ist die Geschwindigkeit der Ladeluft jedoch möglicherweise nicht hoch genug, um das angesammelte Kondensat zu bewegen. Durch selektives Absperren eines Teils des Strömungswegs vom Ladeluftkühler 80 zum Ansaugkrümmer 44 mit dem geschlossenen Ventil 236 (z. B. durch selektives Absperren des ersten Strömungswegs 232) kann die erhöhte Geschwindigkeit der Ladeluft, die durch den zweiten Strömungsweg 234 strömt, das Kondensat selbst bei Bedingungen niedrigerer Last bewegen. Bei Bedingungen hoher Last, wenn die Ladeluftgeschwindigkeit höher ist, kann ein geschlossenes Ventil 236 einen großen Druckabfall aufweisen, der eine wirksame Strömung erschwert. Demnach ist das Ventil 236 so konfiguriert, dass es unter Bedingungen hoher Last öffnet.
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In 2A und 2B ist außerdem ein Kondenswassersammelrohr 238 dargestellt. Das Kondenswassersammelrohr 238 kann mit dem zweiten Strömungsweg 234 gekoppelt sein und einen Einlass umfassen, der in der Nähe eines Tiefpunkts des Ladeluftkühlers 80 positioniert ist. Das Kondenswassersammelrohr 238 kann ferner den Strömungsweg von Ladeluft verengen, das aus dem Ladeluftkühler 80 austritt. Auf diese Weise kann das Kondenswassersammelrohr 238 als ein Strohhalm fungieren, um Ladeluft mit mitgerissenem Kondensat trichterförmig in den zweiten Strömungsweg 234 und in den Ansaugkrümmer 44 zu füllen.
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Es versteht sich von selbst, dass die vorstehende Beschreibung nicht einschränkend ist und die Komponenten des Ladeluftkühlersystems 200 andere geeignete geometrische Konfigurationen als die in 2A und 2B dargestellten aufweisen können. Außerdem versteht es sich von selbst, dass Merkmale des Ladeluftkühlersystems 200 andere Konfigurationen als die dargestellten verkörpern können, ohne vom Schutzumfang dieser Offenbarung abzuweichen. Zum Beispiel kann das Kondenswassersammelrohr 238 weggelassen werden, oder es kann mit dem ersten Strömungsweg 232 statt mit dem zweiten Strömungsweg 234 gekoppelt werden. Ferner sind, obwohl das Ventil 236 als ein federbelastetes Klappenventil dargestellt ist, das zum Öffnen und Schließen basierend auf der Geschwindigkeit der Ladeluft konfiguriert ist, andere Ventilkonfigurationen möglich. In einem Beispiel kann das Ventil 236 durch die Steuerung 12 so gesteuert werden, dass es basierend auf Betriebsbedingungen des Motors selektiv öffnet oder schließt. Das Ventil 236 kann ein Schaltventil mit voll geöffneter und voll geschlossener Position sein, oder es kann ein stufenlos verstellbares Ventil mit einer Mehrzahl von Beschränkungspunkten sein.
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In einem anderen Beispiel sind mehr als zwei Strömungswege möglich. Die Leitung kann drei oder mehr Strömungswege enthalten, und einer oder mehrere der Strömungswege können über ein Ventil gesteuert werden, wie zuvor beschrieben. Alternativ kann nur ein Strömungsweg vorgesehen sein, und das Ventil kann als ein Ventil mit verstellbarer Position konfiguriert sein, das den Beschränkungsgrad des Öffnens des Strömungswegs regeln kann, um die Geschwindigkeit der Luft zu ändern, die durch die Leitung strömt.
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Wie in 2A und 2B dargestellt, verläuft die Trenneinrichtung 231 die gesamte Länge der Leitung 230 vom Auslass des Ladeluftkühlers 80 bis zum Einlass des Ansaugkrümmers 44 entlang. Entsprechend teilen sich der erste Strömungsweg 232 und der zweite Strömungsweg 234 eine gemeinsame innere Trennwand. Ferner sind in einigen Ausführungsformen keine Komponenten (neben dem Ventil 236), zusätzlichen Strömungswege oder Öffnungen innerhalb der Leitung 230 positioniert, so dass sich die ersten und zweiten Wege 232, 234 vom Ladeluftkühler 80 ohne Unterbrechung bis zum Ansaugkrümmer 44 erstrecken. In anderen Ausführungsformen können jedoch zusätzliche Komponenten zwischen dem Luftladekühler und dem Ansaugkrümmer positioniert sein, wie beispielsweise Drosselklappen, verschiedene Sensoren, ein weiterer Turbolader, zusätzliche Ladeluftkühler usw. Wenn zusätzliche Komponenten vorhanden sind, kann die Leitung zwischen dem Ladeluftkühler und der stromabwärts gelegenen Komponente mehrere Strömungswege umfassen, während die Leitung von der stromabwärts gelegenen Komponente bis zum Ansaugkrümmer nur einen Strömungsweg umfassen kann, oder die Leitung von der stromabwärts gelegenen Komponente bis zum Ansaugkrümmer kann ebenfalls mehrere Strömungswege umfassen.
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Demnach ermöglichen die zuvor beschriebenen Systeme ein Motorsystem bereit, das umfasst: einen Ladeluftkühler; einen Ansaugkrümmer; eine Leitung, die den Ladeluftkühler mit dem Ansaugkrümmer koppelt, wobei die Leitung in einen ersten Strömungsweg und einen zweiten Strömungsweg geteilt ist; ein Ventil, um Ansaugluft selektiv davon abzuhalten, durch den ersten Strömungsweg zu strömen; und ein Kondenswassersammelrohr, das mit dem zweiten Strömungsweg gekoppelt ist.
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Der Ladeluftkühler kann einen Einlass, der zur Aufnahme von Ansaugluft konfiguriert ist, eine Mehrzahl von Wärmetauschkanälen zum Kühlen der Ansaugluft und einen Auslass zum Ausstoßen der Ansaugluft umfassen, wobei der Auslass fluidisch mit der Leitung gekoppelt ist. Das Kondenswassersammelrohr kann einen Einlass, der innerhalb des Ladeluftkühlers positioniert ist, und einen Auslass umfassen, der mit dem zweiten Strömungsweg gekoppelt ist. Der Einlass des Kondenswassersammelrohrs kann in der Nähe eines Tiefpunkts des Ladeluftkühlers positioniert sein. Das Ventil kann ein federbelastetes Klappenventil sein, das so konfiguriert ist, dass es bei Bedingungen hoher Ansaugluftgeschwindigkeit öffnet und bei Bedingungen niedriger Ansaugluftgeschwindigkeit schließt. Das System kann ferner eine Steuerung umfassen, die Anweisungen zum Öffnen des Ventils bei Motorbetrieb unter hoher Last und Schließen des Ventils bei Motorbetrieb unter niedriger bis mittlerer Last umfasst.
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Unter Hinwendung zu 3 ist ein Verfahren 300 zum Steuern von Kondensat in einem Ladeluftkühler dargestellt. Das Verfahren 300 kann durch eine Steuerung, wie beispielsweise die Steuerung 12, ausgeführt werden, um ein Ventil zu steuern, das in einer Leitung positioniert ist, welche den Ladeluftkühler mit einem Ansaugkrümmer des Motors koppelt. Wie zuvor erläutert, kann die Leitung zwei Strömungswege zum Leiten von Ansaugluft zum Ansaugkrümmer umfassen, und das Ventil kann so eingestellt werden, dass es die Strömung durch die beiden Strömungswege reguliert. Das Verfahren 300 umfasst bei 302 ein Strömenlassen von Ansaugluft durch einen Ladeluftkühler. Die Ansaugluft kann in einen Ansaugkanal gesaugt und über einen Turbolader vor dem Durchtreten durch den Ladeluftkühler auf ihrem Weg zum Motor verdichtet werden. Im Ladeluftkühler wird die Ansaugluft gekühlt, wodurch die Luft weiter verdichtet wird. Wenn die Ansaugluft im Ladeluftkühler gekühlt wird, kann sie Kondensat auf den Oberflächen des Ladeluftkühlers abscheiden, wenn die Ansaugluft zum Beispiel verhältnismäßig kühl und feucht ist. Das abgeschiedene Kondensat kann sich an einem oder mehreren Punkten des Ladeluftkühlers ansammeln, wie beispielsweise an einem vertikal tiefsten Punkt innerhalb des Ladeluftkühlers. Demnach sammelt sich Kondensat innerhalb des Ladeluftkühlers an, wie bei 304 angezeigt.
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Bei 306 wird bestimmt, ob der Motor bei hoher Last arbeitet. Die Motorlast kann über Rückmeldung von einem MAP-Sensor, wie beispielsweise dem Sensor 122, bestimmt werden, wie zuvor unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Wenn bestimmt wird, dass der Motor unter Bedingungen hoher Last arbeitet, geht das Verfahren 300 zu 308 über, um ein Ventil zu öffnen, das über einen ersten Strömungsweg der Leitung positioniert ist. Wie zuvor in Bezug auf 2A und 2B erläutert, kann das Ventil innerhalb eines Strömungswegs der Doppelwegleitung positioniert sein, die den Ladeluftkühler mit dem Ansaugkrümmer koppelt. Wenn das Ventil geöffnet wird, kann Ansaugluft durch den ersten Strömungsweg der Doppelwegleitung strömen. Wenn der zweite Strömungsweg der Doppelwegleitung weder ein Ventil oder noch eine andere Beschränkung umfasst, wird Ansaugluft, wenn das Ventil offen ist, über die ersten und zweiten Strömungswege zum Ansaugkrümmer geleitet, wie bei 310 angezeigt. Wie ferner bei 310 angezeigt, wird auch mitgerissenes Kondensat über die ersten und zweiten Strömungswege zum Ansaugkrümmer geleitet. Das Kondensat, das sich auf den Oberflächen des Ladeluftkühlers angesammelt hat, kann infolge der Geschwindigkeit der Ladeluft bei ihrem Durchströmen über das Kondensat zum Ansaugkrümmer bewegt werden. Das Verfahren 300 kehrt dann zurück.
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Wenn bei 306 keine Bedingungen hoher Last erkannt werden, geht das Verfahren 300 zu 312 über, um das Ventil zu schließen, das über den ersten Strömungsweg positioniert ist. Durch Schließen des Ventils wird Ansaugluft davon abgehalten, den ersten Strömungsweg zu erreichen, und strömt stattdessen nur durch den zweiten Strömungsweg. Wie bei 314 angezeigt, wird die Ansaugluft über den zweiten Strömungsweg und nicht den ersten Strömungsweg zum Ansaugkrümmer geleitet. Ferner wird mitgerissenes Kondensat ebenfalls über den zweiten Strömungsweg zum Ansaugkrümmer geleitet, da die erhöhte Geschwindigkeit der Ansaugluft, wenn die sich durch den zweiten Strömungsweg bewegt, auch das Kondensat in die Ansaugluft mitreißt. Das Verfahren 300 kehrt dann zurück.
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Wie zuvor beschrieben, steuert das Verfahren 300 aktiv die Position des Ventils in der Doppelwegleitung, um entweder die Geschwindigkeit der Ansaugluft durch die Leitung zu erhöhen (wenn die Geschwindigkeit verhältnismäßig niedrig ist, wie beispielsweise bei Bedingungen niedriger Last) oder den Druckabfall der Ansaugluft zu verringern, wenn sie vom Ladeluftkühler zur Leitung strömt (wenn die Geschwindigkeit der Ansaugluft verhältnismäßig hoch ist, wie beispielsweise bei Bedingungen hoher Last). Das Verfahren 300 kann jedoch alternativ unter Verwendung eines passiven Ventils ausgeführt werden, das so konfiguriert ist, dass es unter Bedingungen niedriger Geschwindigkeit geschlossen wird und das durch die Ansaugluft unter Bedingungen hoher Geschwindigkeit aufgestoßen wird.
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Außerdem kann in einigen Ausführungsformen ein Kondenswassersammelrohr mit dem zweiten Strömungsweg gekoppelt sein. Demnach kann das Verfahren 300 optional ein Leiten von Ansaugluft durch das Kondenswassersammelrohr vor dem Erreichen des zweiten Strömungswegs umfassen. Die Ansaugluft kann durch das Kondenswassersammelrohr geleitet werden, wenn das Ventil offen ist und wenn das Ventil geschlossen ist.
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Demnach umfasst in einer Ausführungsform ein Verfahren für einen Motor bei einer ersten Bedingung ein Strömenlassen von Ansaugluft von einem Ladeluftkühler über einen ersten Strömungsweg und einen zweiten Strömungsweg zu einem Ansaugkrümmer; und bei einer zweiten Bedingung ein Strömenlassen der Ansaugluft vom Ladeluftkühler über den zweiten Strömungsweg und nicht den ersten Strömungsweg zum Ansaugkrümmer.
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Ein Einlass des zweiten Strömungswegs kann vertikal unter einem Einlass des ersten Strömungswegs an einem Boden des Ladeluftkühlers sein, und ein Querschnittsdurchmesser des ersten Strömungswegs kann größer als ein Querschnittsdurchmesser des zweiten Strömungswegs sein. Die erste Bedingung kann eine hohe Motorlast umfassen, und die zweite Bedingung kann eine niedrige bis mittlere Motorlast umfassen, wobei die ersten und zweiten Strömungswege innerhalb einer einzigen Leitung enthalten sind. Das Strömenlassen der Ansaugluft vom Ladeluftkühler über den zweiten Strömungsweg zum Ansaugkrümmer kann ferner ein Strömenlassen der Ansaugluft durch ein Kondenswassersammelrohr umfassen, das mit dem zweiten Strömungsweg gekoppelt ist.
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Das Verfahren kann ferner ein Öffnen eines Ventils, das über den ersten Strömungsweg positioniert ist, bei der ersten Bedingung und Schließen des Ventils bei der zweiten Bedingung umfassen, um Ansaugluft davon abzuhalten, durch den ersten Strömungsweg zu strömen. Die ersten und zweiten Strömungswege können sich eine gemeinsame Trennwand teilen, die sich vom Ladeluftkühler vollständig bis zum Ansaugkrümmer erstreckt, und das Verfahren kann ferner ein Mitreißen von angesammeltem Kondensat innerhalb der Ansaugluft und Leiten des Kondensats zum Ansaugkrümmer umfassen.
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Es versteht sich von selbst, dass die hierin beschriebenen Konfigurationen und Verfahren beispielhafter Natur sind, und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne auszulegen sind, da zahlreiche Varianten in möglich sind. Zum Beispiel kann die zuvor beschriebene Technologie auf V-6, I-4, I-6, V-12, Vierzylinder-Boxer- und andere Motortypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Teilkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie anderer Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin beschrieben werden.
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Die folgenden Ansprüche legen insbesondere bestimmte Kombinationen und Teilkombinationen dar, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder die Entsprechung davon beziehen. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Aufnahme eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen, aber zwei oder mehr solcher Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Teilkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Einreichung neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet, einerlei ob sie einen weiteren, engeren, gleichen oder anderen Schutzumfang aufweisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2011/0094219 A1 [0003]
