DE102014225269A1

DE102014225269A1 - Anordnung und verfahren für ein wechselventil zur entfernung von kondensat aus einem intercooler

Info

Publication number: DE102014225269A1
Application number: DE102014225269.5A
Authority: DE
Inventors: James M. Basile; Joseph Skrobowski; Scott Willis
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-12-12
Filing date: 2014-12-09
Publication date: 2015-06-18
Anticipated expiration: 2034-12-10
Also published as: MX355237B; DE102014225269B4; US20150167539A1; US9422855B2; CN104712416B; MX2014014744A; CN104712416A

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum Entfernen von Kondensat aus einem Intercooler eines Verbrennungsmotors mit Turbolader bereitgestellt. Durch die Verwendung von Ventilen zur Ableitung von Kondensat kann eine direkte fluidische Verbindung zwischen der Druckluft des Intercoolers und der äußeren Umgebungsluft entstehen, so dass aufgrund der Ventilausführung oder eines Versagens von Vorrichtungen zur Betätigung des Ventils sowohl Kondensat als auch Druckluft entweichen können. Zur Bereitstellung eines einfachen und zuverlässigen Verfahrens zur Entfernung von Kondensat ohne Entfernung von Druckluft wird ein Hohlventil eingesetzt, um Kondensat aus dem Intercooler an die äußere Umgebung abzuführen.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft die Ausführung und das Verfahren zum Betrieb eines Wechselventils zur Entfernung von Kondensat aus dem Intercooler eines Verbrennungsmotors mit Turbolader.
Verbrennungsmotoren mit Turboladern und Aufladern können so konfiguriert sein, dass Außenluft komprimiert wird, um die Leistung zu steigern. Die Kompression der Außenluft kann zu einer Erhöhung der Lufttemperatur führen, wodurch eine Verringerung der Motorleistung verursacht wird, weil Luft mit hoher Temperatur angesaugt wird. Um die Temperatur der Außenluft zu senken, kann ein Intercooler (oder Ladeluftkühler, LLK) zwischen dem Kompressor und dem Ansaugkrümmer angeordnet werden. Durch die Verringerung der Temperatur der Außenluft erhöht sich ihre Dichte, sodass der Motor eine höhere Leistung erbringen kann. Wenn jedoch die heiße Luft den Intercooler durchläuft und sich unter den Taupunkt von Wasser abkühlt, kann sich Kondensat (in Form von mit anderen Partikeln oder Fluiden vermischtem flüssigem Wasser) bilden und sich im Intercooler und seinen Kanälen ansammeln. Die Kondensatniveaus können auch aufgrund von erhöhter Luftfeuchtigkeit oder regnerischen Witterungsbedingungen, wobei die Außenluft mehr Wasser enthält, ansteigen. Wenn sich das Motordrehmoment bei einer Beschleunigung oder unter anderen ähnlichen Umständen erhöht, kann durch den daraus resultierenden erhöhten Massenstrom der Luft das Kondensat aus dem Intercooler in den Motor gesaugt werden, was die Wahrscheinlichkeit einer Fehlzündung oder einer instabilen Verbrennung im Motor erhöht.
Ein Verfahren zur Behebung des Problems der Bildung von Kondensat in einem Intercooler besteht darin, Kondensat aus dem Intercooler durch ein Entnahmeventil abzulassen. Um Kondensat aus dem Intercooler zu spülen, gibt es viele Ventiltypen und Ventilsysteme. Ein wesentliches Problem im Zusammenhang mit der Verwendung von Entnahmeventilen besteht jedoch darin, dass bei Ventilöffnungsereignissen eine direkte fluidische Verbindung zwischen dem Inneren des Intercoolers und der Umgebung hergestellt wird, sodass sowohl Kondensat als auch Druckluft entweichen können.
Durch den Verlust an Druckluft kann der Ladedruck zum Motor sinken und die Menge der angesaugten Luft falsch berechnet werden, wodurch die Motorleistung reduziert wird.
Bei einem Ansatz zur Vermeidung einer direkten Verbindung zwischen der Ladeluft und der äußeren Umgebung, beschrieben von Appleton in US 7251937 , werden zwei Ventile und ein Wasserspeicher dazu verwendet, Kondensat aus dem LLK abzulassen. Ein Rückschlagventil führt von dem LLK zu einem Wasserspeicher, und ein pilotgesteuertes Ventil führt von dem Wasserspeicher in die Umgebung. Die beiden Ventile öffnen und schließen sich in Abhängigkeit von dem Druck innerhalb des LLK, wobei mit Hilfe von Federn und einer Pilotleitung sichergestellt wird, dass die beiden Ventile nicht gleichzeitig geöffnet oder geschlossen werden, sodass der LLK stets von der Umgebung isoliert ist. Das Kondensat-Ablasssystem arbeitet abhängig vom LLK-Druck in verschiedenen Zuständen, wobei das Kondensat aus dem LLK über das Rückschlagventil in den Speicher und aus dem Speicher über das pilotgesteuerte Ventil in die Umgebung abfließt. Darüber hinaus kann es vorkommen, dass zu Zeiten eines konstanten Innendrucks im LLK die Zustände nicht wechseln, sodass das Rückschlagventil geschlossen bleibt und sich Kondensat im LLK ansammelt.
Die Erfinder haben jedoch potentielle Probleme mit dem Ansatz von US 7251937 festgestellt. Falls die Ventilfedern versagen oder die Öffnungs- und Schließzustände zum falschen Zeitpunkt erfolgen, würde eine direkte fluidische Verbindung zwischen dem LLK und der Umgebung entstehen, mit den bereits erwähnten Ergebnissen. Außerdem steigert der Einsatz mehrerer Ventile unnötigerweise die Komplexität des Ablasssystems.
In einem Beispiel kann zur Behebung der oben genannten Probleme ein Verfahren zur Entfernung von Kondensat dienen, umfassend: Sammlung von Kondensat aus einem Intercooler zu einem Sammelbereich; Bewegung des Kondensats durch eine Öffnung in einen Hohlraum eines Hohlventils, das sich in einer ersten Stellung befindet; und Umstellung des Ventils in eine zweite Stellung, in der das Kondensat zu einer Außenseite des Intercoolers abgelassen wird. Auf diese Weise kann aufgeladene Luft nicht laufend aus dem Intercooler in die äußere Atmosphäre entweichen, und es ist immer noch möglich, Kondensat aus dem Intercooler wirksam abzulassen.
Zum Beispiel können zu der Ventilanordnung, die dazu dient, Kondensat aus dem Inneren des Intercoolers nach außen zu befördern, ein Kondensat-Sammelbereich (z.B. ein Behälter) und ein Hohlventil gehören. Der Sammelbereich ermöglicht es dem Kondensat, durch eine Öffnung in das Hohlventil zu fließen, wobei sich das Hohlventil in einer ersten oder geschlossenen Stellung befindet. Auf einen Ladeluftdruck innerhalb des Intercoolers hin kann sich das Ventil in eine zweite oder zum Außenbereich des Intercoolers offene Stellung bewegen, sodass das Kondensat durch dieselbe Öffnung nach außen abfließen kann. Das Hohlventil kann dann wieder die geschlossene Stellung einnehmen. Während das Hohlventil hin- und zurückwechselt, wird laufend Kondensat aus dem Intercooler entfernt, ohne dass eine direkte Verbindung zwischen der Druckluft und der Außenluft entsteht. Die Wechselbewegung des Ventils hängt von den Druckschwankungen innerhalb des Intercoolers ab.
Für den Fall, dass sich der Luftdruck im Intercooler nicht wesentlich ändert, kann das Ventil mit einem elektrischen Stellmotor versehen sein, sodass es auch dann funktioniert, wenn die mechanische Betätigung durch den Druck zeitweise entfällt. Es kann auch ein Steuerschema eingesetzt werden, wobei ein Timer die Dauer eines Konstantdruck-Ereignisses bestimmt und nach Ablauf einer festgelegten Zeit ohne wesentliche Änderung des Drucks eine Steuerung den Stellmotor dazu veranlasst, das Ventil für eine bestimmte Zeit oder eine bestimmte Anzahl von Zyklen zu schalten.
Zusätzlich zu dem elektronischen Stellmotor kann die Ventilanordnung mit einem Heizelement ausgerüstet sein, das bei kaltem Wetter zum Einsatz kommt. Die Heizung kann auf einer Oberfläche der Ventilanordnung in der Nähe des flüssigen Kondensats im Sammelbehälter und im Hohlventil angeordnet sein. Bei kaltem Wetter hielte die Heizung das Kondensat auf einer Temperatur über dem Gefrierpunkt, sodass das Kondensat laufend aus dem Intercooler entfernt werden kann.
Es versteht sich, dass die obige Kurzfassung dazu dient, in vereinfachter Form verschiedene Konzepte vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Sie dient nicht dazu, zentrale oder wesentliche Eigenschaften des beanspruchten Gegenstands darzulegen, dessen Umfang einzig durch die Ansprüche festgelegt wird, die auf die ausführliche Beschreibung folgen. Des Weiteren ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die dazu dienen, weiter oben oder in einem anderen Teil der vorliegenden Offenbarung angemerkte Nachteile zu beseitigen.
1 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels für ein Motorsystem mit einem Intercooler.
2 ist eine Detailansicht des Intercoolers mit der angefügten Ventilanordnung.
3 ist eine Seitenansicht der Ventilanordnung.
4 ist eine angewinkelte Darstellung der Pendelbewegung der Ventilanordnung.
5 zeigt ein Diagramm, das beispielhaft die Entfernung von Kondensat aus dem Intercooler durch eine mechanische Pendelbewegung des Ventils sowie das Reaktionsverhalten des Systems veranschaulicht.
6 zeigt in einem Flussdiagramm die Betätigung des Wechselventils durch einen elektronischen Stellmotor.
Die folgende Beschreibung stellt Verfahren und Systeme zur Entfernung von Kondensat aus dem Intercooler eines Verbrennungsmotors bereit. Das Verfahren wird bei einem Motorsystem wie dem in 1 dargestellten Motorsystem umgesetzt. Der Kompressor des Turboladers kann heiße Druckluft an einen Intercooler liefern, der wiederum die Luft abkühlt und dabei Kondensat erzeugen kann. Am Boden des Intercoolers kann eine Ventilanordnung eingebaut sein, wie in 2 dargestellt. Die Ventilanordnung dient dazu, Kondensat aus dem Intercooler so zu entfernen, sodass zu keiner Zeit eine direkte fluidische Verbindung zwischen der Druckluft im Intercooler und der äußeren Umgebungsluft entsteht. Solch ein Betrieb verringert das Entweichen von frischem Luftstrom. In einem Beispiel kann das Ventil nur offen oder geschlossen sein, jedoch nicht in einer Zwischenstellung, um dauernde Leckage zu vermeiden. 3 veranschaulicht mehrere mechanische Bauteile der Ventilanordnung, die es dem Hohlventil ermöglichen, Kondensat zu sammeln und zu befördern. Die Bewegung des Hohlventils ist rein linear, sodass das Ventil je nach dem im Intercooler herrschenden Luftdruck zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung hin- und herpendelt. Die Pendelbewegung des Ventils aufgrund des aufgeladenen oder nicht aufgeladenen Luftdrucks zeigt 4. Wenn der Luftdruck im Intercooler schwankt, öffnet und schließt sich das Ventil und entfernt eine Kondensatmenge aus dem Intercooler, wie in 5 graphisch dargestellt. Bei anhaltenden Drossel- oder Leerlaufperioden, während denen sich der Druck im Intercooler nicht wesentlich ändert, kann das Ventil durch einen elektronischen Stellmotor gemäß einem in 6 gezeigten Steuerschema betätigt werden. Damit füllt sich das Hohlventil im geschlossenen Zustand durch eines oder mehrere Löcher mit Kondensat und lässt dann im geöffneten Zustand wieder durch dieselben Löcher nur das Kondensat ab, mit dem das Hohlventil gefüllt (oder teilweise gefüllt) ist.
Im Hinblick auf die Terminologie der folgenden Beschreibung sind die Begriffe Intercooler und Ladeluftkühler (LLK) austauschbar. Die Ventilanordnung bezieht sich auf alle Komponenten der Ventilanordnung, das Hohlventil selbst mit eingeschlossen. Das Hohlventil kann auch als das Wechselventil bezeichnet werden, weil es zwischen der offenen und der geschlossenen Stellung hin- und herwechselt, oder aber auch einfach als das Ventil. Wenn der Motor eine geringe bis starke Betätigung der Drosselklappe erfährt, kann der Druckszustand der Luft im Intercooler als aufgeladen bezeichnet werden. Wenn umgekehrt der Motor im Leerlauf läuft, kann der Druckzustand der Luft im Intercooler als nicht aufgeladen bezeichnet werden. Die komprimierte Luft, die durch den Intercooler strömt, kann auch als Ladeluft oder aufgeladene Luft bezeichnet werden.
1 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für ein Motorsystem 100 zeigt, das einen Motor 10 enthält, der zum Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs gehören kann. Der Motor 10 ist mit vier Zylindern 30 dargestellt. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung können jedoch auch andere Zylinderzahlen Verwendung finden. Der Motor 10 kann zumindest teilweise durch ein Steuerungssystem das eine Steuerung 12 enthält, sowie durch die Eingaben eines Fahrzeugbetreibers 132 über eine Eingabevorrichtung 130 gesteuert werden. Im vorliegenden Beispiel gehören zur Eingabevorrichtung 130 ein Gaspedal und ein Gaspedal-Stellungssensor 134 zur proportionalen Erzeugung eines Pedalstellungssignals PP. Das Pedalstellungssignal kann somit ein Durchtreten (z.B. eine plötzliche Steigerung der Pedalstellung), ein Loslassen (z.B. eine plötzliche Verringerung der Pedalstellung oder eine Freigabe des Gaspedals) sowie weitere Fahrzustände anzeigen.
Jede Brennkammer (z.B. jeder Zylinder) 30 des Motors 10 kann Brennkammerwände mit einem darin befindlichen Kolben (nicht dargestellt) aufweisen. Die Kolben können mit einer Kurbelwelle 40 so verbunden sein, dass die alternierende Bewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgewandelt wird. Die Kurbelwelle 40 kann mit mindestens einem Antriebsrad 156 eines Fahrzeugs über ein dazwischen angeordnetes Getriebesystem 150 verbunden sein. Weiterhin kann ein Anlassermotor mit der Kurbelwelle 40 über ein Schwungrad verbunden sein, um das Anlassen des Motors 10 zu ermöglichen.
Die Brennkammern 30 können über den Ansaugkrümmer 44 und den Ansaugkanal 42 Ansaugluft empfangen und können Verbrennungsgase über den Auspuffkrümmer 46 zu dem Auspuffkanal 48 ablassen. Der Ansaugkrümmer 44 und der Auspuffkrümmer 46 können selektiv über jeweilige Einlassventile und Auslassventile (nicht dargestellt) mit der Brennkammer 30 in Verbindung stehen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Brennkammer 30 zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile aufweisen.
Die Kraftstoffeinspritzdüsen 50 sind direkt mit der Brennkammer 30 verbunden dargestellt, um darin direkt proportional zur Impulsbreite des FPW-Signals aus der Steuerung 12 Kraftstoff einzuspritzen. Auf diese Weise bieten die Einspritzdüsen 50 eine sogenannte Direkteinspritzung von Kraftstoff in die Brennkammer 30; es versteht sich jedoch, dass auch Einlasskanaleinspritzung möglich ist. Der Kraftstoff kann über ein Kraftstoffsystem (nicht dargestellt) zur Kraftstoffeinspritzdüse 50 transportiert werden, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und eine Kraftstoff-Verteilerleitung enthält.
Der Ansaugkanal 42 kann eine Drossel 21 mit einer Drosselklappe 22 aufweisen, die den Zustrom von Luft zum Ansaugkrümmer regelt. Bei diesem speziellen Beispiel kann die Stellung der Drosselklappe 22 (TP) durch die Steuerung 12 zur Ermöglichung einer elektronischen Drosselklappensteuerung (ETC) verändert werden. Damit kann durch Betätigung der Drossel 21 die der Brennkammer 30 unter anderen Motorzylindern zugeführte Einlassluft geändert werden. Bei einigen Ausführungsformen können zusätzliche Drosseln im Ansaugkanal 42 angeordnet sein, wie zum Beispiel stromaufwärts des Kompressors 60 (nicht dargestellt).
Bei den offenbarten Ausführungsformen kann außerdem ein Abgas-Rückführungssystem (EGR) einen gewünschten Anteil der Auspuffgase aus dem Auspuffkanal 48 über den EGR-Kanal 140 in den Ansaugkanal 42 leiten. Die in den Ansaugkanal 42 eingeleitete EGR-Menge kann durch die Steuerung 12 mit Hilfe des EGR-Ventils 142 geändert werden. Unter bestimmten Bedingungen kann das EGR-System zur Regulierung der Temperatur des Kraftstoff-Luft-Gemischs in der Brennkammer verwendet werden. 1 zeigt ein Hochdruck-EGR-System, bei dem EGR von stromaufwärts einer Turbine eines Turboladers zu stromabwärts eines Kompressors eines Turboladers geleitet wird. Bei anderen Ausführungsformen kann der Motor zusätzlich oder alternativ ein Niederdruck-EGR-System aufweisen, bei dem EGR von stromabwärts einer Turbine eines Turboladers zu stromaufwärts eines Kompressors des Turboladers geleitet wird. Im Betrieb kann das EGR-System zur Bildung von Kondensat aus der Druckluft führen, besonders, wenn die Druckluft durch den Ladeluftkühler gekühlt wird, wie weiter unten ausführlicher beschrieben wird.
Der Motor 10 kann des Weiteren eine Kompressionsvorrichtung aufweisen, wie zum Beispiel ein Turbolader oder Auflader, der mindestens einen Kompressor 60 aufweist, der längs des Ansaugkrümmers 44 angeordnet ist. Bei einem Turbolader kann der Kompressor 60 zumindest teilweise durch eine Turbine 62 angetrieben werden, zum Beispiel über eine Welle oder eine andere Kupplungseinrichtung. Die Turbine 62 kann entlang des Auspuffkanals 48 angeordnet sein. Zum Antrieb des Kompressors können verschiedene Anordnungen vorgesehen werden. Bei einem Auflader kann der Kompressor 60 zumindest teilweise durch den Motor und/oder eine elektrische Maschine angetrieben werden und nicht mit einer Turbine ausgerüstet sein. Das Ausmaß des Drucks, mit dem ein oder mehrere Zylinder des Motors durch einen Turbolader oder Auflader versorgt werden, kann durch die Steuerung 12 verändert werden.
Des Weiteren kann der Auspuffkanal 48 einen Ladedruckbegrenzer 26 aufweisen, der Auspuffgase von der Turbine 62 wegleitet. Auch kann der Ansaugkanal 42 ein Kompressor-Umleitungsventil (CBV) 27 aufweisen, das dazu konfiguriert ist, Ansaugluft um den Kompressor 60 herum zu leiten. Der Ladedruckbegrenzer 26 und/oder das CBV 27 können durch die Steuerung 12 so gesteuert werden, dass sie sich öffnen, wenn zum Beispiel ein geringerer Ladedruck gewünscht wird. Als Reaktion auf Kompressorpumpen oder ein potentielles Kompressorpumpereignis kann die Steuerung 12 zum Beispiel das CBV 27 öffnen, um den Druck am Ausgang des Kompressors 60 zu senken. Dies kann ein Kompressorpumpen reduzieren oder beenden.
Der Ansaugkanal 42 kann des Weiteren einen Ladeluftkühler (LLK) 80 (z.B. einen Intercooler) aufweisen, um die Temperatur der turbo- oder mechanisch aufgeladenen Ansauggase zu senken. Bei manchen Ausführungsformen kann der Ladeluftkühler 80 ein Luft/Luft-Wärmetauscher sein. Bei anderen Ausführungsformen kann der Ladeluftkühler 80 ein Luft/Flüssigkeits-Wärmetauscher sein. Bei noch anderen Ausführungsformen kann es sich bei dem LLK 80 um einen LLK mit variablem Volumen handeln. Heiße Ladeluft vom Kompressor 60 tritt in den Einlass des LKK 80 ein, kühlt sich auf dem Weg durch den LLK ab, verlässt den LLK und tritt über die Drossel 21 in den Ansaugkrümmer 44 des Motors ein. Umgebungsluftstrom von außerhalb des Fahrzeugs kann in den Motor 10 durch den Fahrzeugbug eintreten und über den LKK strömen, um damit die Abkühlung der Ladeluft zu unterstützen. Im LLK kann sich Kondensat bilden und ansammeln, wenn die Umgebungslufttemperatur sinkt oder feuchte oder regnerische Witterungsbedingungen vorherrschen, wobei die Ladeluft unter den Taupunkt von Wasser abgekühlt wird. Falls die Ladeluft rückgeführte Abgase enthält, kann das Kondensat sauer werden und das Gehäuse des LLK korrodieren. Die Korrosion kann zu Lecks zwischen der Ladeluft, der Atmosphäre und möglicherweise dem Kühlmittel eines Wasser/Luft-Kühlers führen. Um die Ansammlung von Kondensat und das Korrosionsrisiko zu verringern, kann Kondensat am Boden des LLK aufgefangen und dann bei ausgewählten Motor-Betriebsbedingungen, wie z.B. ein Wechsel von Leerlauf- und Drosselereignissen, über ein hohles Entnahmeventil im LLK (in 2–4 dargestellt) ausgespült werden. Wie hier mit Bezug auf 2–6 ausführlich beschrieben, kann somit dadurch Kondensat aus dem LLK abgelassen werden, dass das hohle Entnahmeventil als Reaktion auf eine Druckänderung im LLK geöffnet wird.
Die Steuerung 12 ist in 1 als Mikrocomputer dargestellt, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingabe/Ausgabe-Ports 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierwerte, das in diesem bestimmten Beispiel als Festwertspeicher 106 dargestellt ist, einen Direktzugriffsspeicher 108, einen Erhaltungsspeicher 110 und einen Datenbus aufweisen. Die Steuerung 12 kann verschiedene Signale von mit dem Motor 10 gekoppelten Sensoren empfangen, um verschiedene Funktionen zum Betrieb des Motors 10 durchzuführen, wobei dazu außer den bereits besprochenen noch andere Signale gehören, wie Messungen der Luftmasse (MAF) von dem Luftmassensensor 120; der Temperatur des Motor-Kühlmittels (ECT) von dem Temperaturfühler 112, der schematisch an einem bestimmten Ort innerhalb des Motors 10 dargestellt ist; ein Zündungsprofilaufnehmersignal (PIP) von dem mit der Kurbelwelle 40 verbunden Hall-Effekt-Sensor (oder einem anderen Typ) 118; der Drosselstellung (TP) von einem Drosselstellungs-Sensor, wie besprochen; und ein Einlasskrümmer-Absolutdrucksignal, MAP, von dem Sensor 122, wie besprochen. Ein Motordrehzahl-Signal, RPM, kann durch die Steuerung 12 aus dem PIP-Signal erzeugt werden. Das Krümmerdruck-Signal MAP von einem Krümmerdruck-Sensor kann zur Bereitstellung einer Anzeige von Vakuum oder Druck im Ansaugkrümmer 44 verwendet werden. Dabei ist zu beachten, dass die oben genannten Sensoren in verschiedenen Kombinationen verwendet werden können, zum Beispiel ein MAF-Sensor ohne MAP-Sensor oder umgekehrt. Bei stöchiometrischem Betrieb kann der MAP-Sensor das Motordrehmoment anzeigen. Zusammen mit der festgestellten Motordrehzahl kann dieser Sensor außerdem einen Schätzwert für die dem Zylinder zugeführte Füllung (einschließlich Luft) liefern. In einem Beispielfall kann der Sensor 118, der auch zur Messung der Motordrehzahl verwendet wird, bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle 40 eine festgelegte Anzahl von Impulsen in gleichmäßigen Abständen abgeben.
Zu den Sensoren, die Signale an die Steuerung 12 senden können, gehören des Weiteren ein Temperatur- und/oder Drucksensor 124 am Ausgang des Ladeluftkühlers 80 sowie ein Ladedrucksensor 126. Weitere, nicht abgebildete Sensoren können ebenfalls vorhanden sein, wie z.B. ein Sensor zur Bestimmung der Geschwindigkeit der Ansaugluft am Einlass des Ladeluftkühlers sowie auch andere Sensoren. In einigen Beispielen kann das Speichermedium Festwertspeicher 106 mit computerlesbaren Daten programmiert sein, die Befehle darstellen, die der Mikroprozessor 102 ausführen kann, um die im Folgenden beschrieben Verfahren sowie andere Varianten umzusetzen, die erwartet, aber nicht im Einzelnen aufgeführt werden. Ein Beispiel einer Routine wird hierin in 6 beschrieben.
Die Erfinder haben erkannt, dass im Rahmen einer einfachen, zuverlässigen Ausführung ein Hohlventil zur Beförderung des Kondensats verwendet werden kann, um Kondensat laufend zu entfernen ohne dass Ladeluftdruck an die Umgebung verloren geht. Bei der weiter unten beschriebenen Ausführungsform stellt ein einzelnes Hohlventil eine Komponente einer Ventilanordnung dar, die an einer Seite des Intercoolers angebracht ist. Das Ventil kann bei jeder Hin- und Herbewegung eine Kondensatmenge aus dem Intercooler entfernen, während die aufgeladene Luft von der Außenluft getrennt wird. Wie in 2 dargestellt, ist bei einer Ausführungsform die Ventilanordnung an einer Seite des Intercoolers befestigt.
2 ist eine detaillierte Seitenansicht des Intercoolers 200, wobei die Ventilanordnung 250 an einer Unterseite des Auslasstanks 220 des Intercoolers befestigt ist. Wie gezeigt, ist der Intercooler senkrecht angeordnet, sodass das Kondensat 260 unter Schwerkrafteinfluss in die Ventilanordnung zur Entnahme fließt. Bei diesem Beispiel einer Intercooler-Ausführung strömt die heiße, komprimierte Luft 201 aus dem Kompressor des Turboladers durch einen Einlasskanal in den Einlasstank 210. Der Luftstrom wird dann aufgeteilt, sodass er durch mehrere Kühlkanäle 215 (Wärmetausch-Kanäle) fließt. Während die heiße Luft durch die Kanäle 215 strömt, wird Außenluft 203 durch mehrere Außenluft-Kanäle 216 gedrückt, die neben und zwischen den Kühlkanälen 215 angeordnet sind. Wenn die heiße Ladeluft 201 und die Außenluft 203 durch die jeweiligen Kanäle der zentralen Kühleinheit 230 des Intercoolers strömen, findet ein Wärmeaustausch statt, wodurch die Temperatur der heißen Ladeluft verringert wird, sodass kühlere Ladeluft 202 den Kühlteil 230 verlässt. Zuletzt strömt die kühlere Druckluft 202 durch einen Auslasskanal, der mit einem nachgeordneten Motorteil wie dem Ansaugkrümmer verbunden sein kann, aus dem Intercooler 200.
Wie bereits beschrieben, kann während des Wärmeaustauschs im zentralen Teil 230 Flüssigkeit aus der Druckluft 201 in den Kühlkanälen 215 herauskondensieren und sich in einer Kondensatschicht 260 am Boden des Auslasstanks 220 sammeln. Die Bodenfläche des Auslasstanks 220 kann abgewinkelt sein, sodass das Kondensat leichter in die Ventilanordnung 250 fließt. Durch die von den Luftdruckschwankungen im Intercooler 200 verursachte Hin- und Herbewegung fließt das Kondensat 260 in eine Entnahmeleitung 270 ab, die das Kondensat in die Umgebung oder in ein anderes System wie den Fahrzeugauspuff bewegt. Es wird angemerkt, dass die in 2 dargestellte Intercooler-Ausführung je nach Motorsystem verschieden ausfallen kann. Bei einem anderen Intercooler zum Beispiel können die Tanks anders ausgerichtet sein, sodass die Ventilanordnung 250 an einer anderen Stelle angeordnet sein würde, an der das Kondensat 260 am leichtesten fließt. Außerdem versteht sich, dass die besonderen Eigenschaften des Intercoolers 200 in anderen als den in 2 dargestellten Konfigurationen ausgestaltet sein können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
3 zeigt eine Ausführungsform der Ventilanordnung 300, dieselbe Ventilanordnung 250, die 2 zeigt. Die in 3 dargestellte Ventilanordnung weist eine obere Platte 310, die mit Hilfe von Löchern 370 an einer Öffnung in einer Bodenfläche eines Intercoolers befestigt sein kann. Als Alternative kann die Ventilanordnung 300 angeschweißt oder auf andere Weise befestigt sein. Die Platte 310 ist mit dem oberen Rand eines Kondensat-Sammelbereichs 320 verbunden, der hier als Behälter oder Schale dargestellt ist. Der Behälter 320 fasst eine Kondensatmenge 360, wobei die Größe des Behälters vom Motorsystem und von dem berechneten Volumen der Ladeluft abhängt, die durch den Intercooler strömt. Der untere Rand des Kondensat-Sammelbereichs 320 ist an einem Auslass 340 befestigt, der so konfiguriert sein kann, dass er an einer Außenleitung befestigt werden kann, um Kondensat 360 von der Ventilanordnung 300 wegzubefördern. Die Bodenfläche des Behälters 320 enthält ein zentriertes Loch, das so dimensioniert ist, dass ein Hohlventil 330 so eingepasst werden kann, dass es eine wasserdichte Dichtung aufrechterhält, so das Kondensat im Behälter zurückbehalten wird.
Das zylindrische Hohlventil 330 weist eine obere Kappe 331 und eine untere Kappe 332 auf, die das Ventil nach oben und unten begrenzen. Die obere und untere Kappe erstrecken sich über eine Außenfläche des Zylinders, der den zentralen Körper des Ventils 330 bildet, radial nach außen. Eine erste Spiralfeder 333 oder eine ähnliche Haltevorrichtung ist zwischen der oberen Kappe 331 und der inneren Bodenfläche des Behälters 320 angeordnet. Durch die Federkraft wird das Ventil 330 in eine vertikalere oder geschlossene Stellung gedrückt, sodass der Großteil des Ventils in den Behälter 320 auf der Innenseite des Intercoolers hinein ragt. Eine zweite Feder 334 ist zwischen der unteren Kappe 332 und der äußeren Bodenfläche des Behälters 320 angeordnet. Durch die Kraft der zweiten Feder wird das Ventil 330 in eine weniger vertikale oder offene Stellung gedrückt, sodass der Großteil des Ventils in das Auslassteil 340 auf der Außenseite des Intercoolers hineinragt. Die Federkonstanten und/oder die Vorspannungskräfte an den Federn können unterschiedlich sein, wobei die Vorspannung/Konstante der Feder 333 über der der Feder 334 liegt, sodass das Ventil in die geschlossene Stellung vorgespannt ist, wenn kein Druckunterschied zwischen Einlass und Auslass besteht. Wenn jedoch die Ansaugluft ausreichend über den Umgebungsdruck hinaus aufgeladen ist, werden die Federkräfte überwunden, und das Ventil bewegt sich wie hier beschrieben. Das Hohlventil 330 weist auch eine Öffnung 335 auf, durch die Kondensat 360 in eine Kammer 336 fließen kann, die sich ebenfalls im Hohlventil befindet. Anzumerken ist, dass die Vorspannung an der ersten Feder 333 soweit stärker sein kann, dass das Ventil auch dann in der vertikaleren geschlossenen Stellung gehalten wird, wenn es mit Flüssigkeit gefüllt ist, wodurch das zusätzliche Gewicht der Flüssigkeit überwunden wird.
In der Darstellung in 3 ist das Ventil in der geschlossenen Stellung. In dieser Stellung fließt Kondensat 360 in den Ventilhohlraum 336, wo es verbleibt, bis das Ventil 330 in die offene Stellung wechselt, sodass die Öffnung 335 dem Bereich gegenüber liegt, der durch das Auslassteil 340 begrenzt wird, und das Kondensat 360 in die durch den Pfeil 361 angedeutete generelle Richtung fließt. Die jeweiligen Kräfte der Federn 333 und 334 sind so konfiguriert, dass das Hohlventil 333 zur geschlossenen Stellung vorgespannt ist. Wenn zum Beispiel der Luftdruck auf der oberen 331 und der unteren 332 Seite des Ventils derselbe wäre, würde das Ventil in der geschlossenen Stellung verbleiben, wie in 3 gezeigt.
Für Anwendungen bei kaltem Wetter kann die Ventilanordnung 300 auch ein Heizelement (nicht dargestellt) aufweisen. Das Heizelement kann auf einer Oberfläche der Ventilanordnung angeordnet sein, zum Beispiel an der Peripherie der Außenfläche des Sammelbehälters 320. Da es eng an dem Behälter 320 befestigt ist, wäre das Heizelement nahe an dem Kondensat 360, und die Wärme könnte effizienter übertragen werden. Bei anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen kann die Nähe zwischen dem Heizelement und dem Behälter 320 so gestaltet sein, dass die Entfernung zwischen dem Heizelement und dem Behälter 320 geringer ist als die Entfernung zwischen dem Behälter und dem Ventil 330. Bei der vorliegenden Ausführungsform bietet zudem die Außenfläche des Sammelbehälters 320 die größte Oberfläche, die mit dem Kondensat 360 in Kontakt steht, was wiederum die Wärmeübertragung zwischen dem Heizelement und dem Kondensat unterstützt. Bei kaltem Wetter, wenn zum Beispiel die Temperatur der Außenluft unter dem Gefrierpunkt von Wasser liegt, würde das Heizelement eingeschaltet, damit das Kondensat nicht einfriert. Der Gefrierpunkt des Kondensats kann wahrscheinlich nahe am Gefrierpunkt von normalem flüssigem Wasser liegen. Ohne das Heizelement kann das Kondensat in der Ventilanordnung gefrieren und den ordnungsgemäßen Betrieb des Wechselventils verhindern. Das Heizelement kann für den laufenden Betrieb des Wechselventils bei Witterungsbedingungen unter dem Gefrierpunkt notwendig sein.
Dabei sollte berücksichtigt werden, dass die obige Beschreibung nicht einschränkend ist und dass die Komponenten der Ventilanordnung 300 in ihrer geometrischen Konfiguration auch von der Darstellung in 3 abweichen können. So können zum Beispiel die Federn 333 und 334 durch andere, ähnliche Haltevorrichtungen ersetzt werden, oder die Form des Ventils 330 ist möglicherweise nicht zylindrisch. Andere Ausführungsformen lassen sich konfigurieren, wobei das zentrale Konzept erhalten bleibt, dass Kondensat aus dem Intercooler über ein einziges Ventil entfernt wird, ohne dass eine direkte Verbindung zwischen der Ladeluft und der Außenluft entsteht.
4 veranschaulicht den allgemeinen Hin- und Herbewegungsbetrieb 400 des Hohlventils 430. Die Ventilanordnung in 4 ist dieselbe wie die Ventilanordnung 300 in 3. Die Ventilstellung 455 zeigt die erste oder geschlossene Ventilstellung. In dieser Stellung befindet sich der Intercooler in einem Zustand nicht aufgeladenen Luftdrucks, der gekennzeichnet ist vom Leerlaufbetrieb des Motors, bei dem der Druck des Intercoolers unter dem während einer Drosselbetätigung herrschenden Druck liegen kann. Diese Stellung ist dieselbe wie die in 3 dargestellte Ventilstellung. In der geschlossenen Stellung sammelt sich Kondensat in dem Hohlventil 430 durch die Öffnung 435 unter Schwerkrafteinfluss. Nach einer bestimmten Zeit kann der Motorzustand vom Leerlauf in den Drosselbetrieb wechseln, wodurch der Druck innerhalb des Intercoolers ansteigt, worauf das Hohlventil 430 von der ersten Stellung 455 in eine zweite Stellung 465 wechseln kann.
In der zweiten oder offenen Ventilstellung 465 befindet sich der Intercooler in einem aufgeladenen Luftdruckzustand, gekennzeichnet durch eine geringe bis starke Betätigung der Motordrossel, wobei der Druck im Intercooler höher liegen kann als der Druck während des Leerlaufs. In dieser Stellung gibt das Hohlventil 430 das Kondensat an einen Auslass 440 frei, der an einer externen Leitung befestigt sein kann, zum Beispiel einem Rohr oder einem anderen Kanal. Das Kondensat fließt aus der Ventilanordnung in eine durch den Pfeil 461 angedeutete allgemeine Richtung. Dieses Hin- und Herpendeln zwischen der geschlossenen Stellung 455 und der offenen Stellung 465 wiederholt sich entsprechend den Schwankungen des Luftdrucks im Intercooler.
Der Wechsel vom Leerlauf- zum Drosselbetrieb (und umgekehrt) wird von einer Druckschwelle bestimmt, die gemäß dem jeweiligen Motorsystem und den Anforderungen der Kondensatentfernung festgelegt ist. Wenn das Ventil von geschlossen zu offen wechselt, reicht die Kraft des Luftdrucks im Intercooler aus, um die gegenläufigen (reaktiven) Federkräfte des Ventils zu überwinden. Umgekehrt ist, wenn das Ventil von offen auf geschlossen wechselt, die Kraft des Luftdrucks im Intercooler geringer als die Federkräfte,. Die Ventilfedern können kalibriert sein, um die Druckschwelle, bei der sich das Ventil bewegt, genau festzulegen. Wie bereits mit Bezug auf 3 beschrieben, sind die Federn so kalibriert, dass das Hohlventil 430 zur geschlossenen Stellung 455 vorgespannt ist. Weiterhin können die vier Löcher 470 dazu verwendet werden, die Ventilgruppe an die Bodenfläche des Intercoolers anzuschrauben.
Anzumerken ist, dass das zuvor mit Bezug auf 4 beschriebene Verfahren zur Betätigung des Ventils nicht als einschränkend betrachtet werden sollte. Die speziellen Schritte der Entfernung von Kondensat aus dem Intercooler können sich ändern, aber das allgemeine Konzept zur Beförderung von Kondensat ohne Gestattung einer kontinuierlichen Verbindung zwischen der Ladeluft und der äußeren Umgebungsluft bleibt erhalten. So können zum Beispiel die Federkräfte der Ventilanordnung das Ventil in Richtung der offenen Stellung vorspannen, um den Bedingungen eines bestimmten Systems aus Intercooler und Motor besser gerecht zu werden.
5 zeigt grafisch den allgemeinen Betrieb des Wechselventils in einem Zeitraum, in dem der Motor in Betrieb ist. Im Einzelnen zeigt die Grafik 500 Änderungen des Intercooler- oder Ladeluftdrucks in Diagramm 501, Änderungen der Stellung des Wechselventils in Diagramm 502 und Änderungen des Kondensatpegels im Intercooler in Diagramm 503. Die Zeit ist auf der x-Achse der Grafik 500 wiedergegeben. Je nach den Drosselanforderungen des Fahrzeugnutzers steigt und fällt der Luftdruck im Intercooler wie in Diagramm 501 gezeigt. Außerdem zeigt 5 einen Ladedruck-Schwellenwert T1. Der Ladedruck-Schwellenwert T1 ist ein festgelegter Druck, bei dem sich das Ventil zwischen der offenen und der geschlossenen Stellung hin- und herbewegt. Jeder Druck über der T1-Schwelle ist durch einen aufgeladenen Luftdruckzustand im Intercooler gekennzeichnet, und jeder Druck unter der T1-Schwelle ist durch einen nicht aufgeladenen Luftdruckzustand gekennzeichnet. Wenn also der Ladeluftdruck von unterhalb auf oberhalb der T1-Schwelle ansteigt, wechselt das Ventil von der geschlossenen in die offene Stellung. Wenn umgekehrt der Ladedruck von oberhalb auf unterhalb der T1-Schwelle sinkt, wechselt das Ventil von der offenen in die geschlossene Stellung. Die Bewegung des Ventils ist in Diagramm 502 dargestellt. Mit der Ventilbewegung ändert sich auch Kondensatpegel im Ladeluftkühler, wie in Diagramm 503 gezeigt.
Gemäß 5 ist der Ablauf wie folgt: Zuerst, vor der Zeit t1, ist das Ventil in der offenen Stellung, in der es durch eine Kraft gehalten wird, die der aufgeladene Luftdruckzustand im Intercooler ausübt. Während dieser Zeit kann der Kondensatpegel ansteigen, weil Ladeluft abgekühlt wird und Flüssigkeit abgibt. Zum Zeitpunkt t1 sinkt der Druck im Intercooler unter die Schwelle T1 in einen nicht aufgeladenen Zustand, worauf sich das Wechselventil aufgrund des geringeren Drucks im Intercooler schließt. Ein Teil des angesammelten Kondensats fließt dann in den Hohlraum des Hohlventils, wodurch sich die Kondensatmenge im Ladeluftkühler verringert. Bei dieser Ausführungsform wird der Kondensatpegel in dem in 3 dargestellten Sammelbehälter 320 gemessen, der in einem Beispiel schalenförmig sein kann, wobei der Boden der Schale parallel zu einer Bodenfläche des Ladeluftkühlers verläuft, wie in 2 dargestellt. Der Kondensatpegel sinkt um einen Betrag D1, was während eines kurzen Zeitraums geschieht. Zum Zeitpunkt t2 erreicht der Intercooler wieder einen aufgeladenen Druckzustand, das Wechselventil öffnet sich und gibt die D1-Menge an Kondensat in eine äußere Leitung oder eine andere Komponente ab.
Der hier beschriebene Prozess des Wechsels von einem aufgeladenen zu einem nicht aufgeladenen Druckzustand wiederholt sich zu den Zeitpunkten t3 und t5. Gleichermaßen wiederholt sich der beschriebene Prozess des Wechsels von einem nicht aufgeladenen zu einem aufgeladenen Druckzustand zu den Zeitpunkten t4 und t6. Die darauf folgende Ableitung von Kondensat zu den Zeitpunkten t4 und t6 entspricht den Volumen D2 und D3. Anzumerken ist, dass die entfernten Volumen D1, D2 und D3 fast gleich sein können, weil der interne Hohlraum des Wechselventils ein bestimmtes Volumen hat.
Der laufende Betrieb des Wechselventils 330 in 3 hängt davon ab, dass der Luftdruck im Intercooler zwischen einem aufgeladenen und einem nicht aufgeladenen Zustand schwankt, wobei die Grenze durch den in 5 aufgezeigten Schwellenwert T1, wie bereits beschrieben, bestimmt wird. Bei einem Betriebszustand des Motors, bei dem die Schwelle T1 über einen bestimmten Zeitraum nicht erreicht wird, kann das Wechselventils in einer Stellung verbleiben, in der es kein Kondensat entfernen kann. Während einer solchen Situation kann ein an der Ventilanordnung befestigter elektronischer Stellmotor das Ventil automatisch betätigen, wenn der Druck im Intercooler fast konstant ist.
6 zeigt ein Flußdiagramm zur Betätigung des Wechselventils durch einen elektronischen Stellmotor gemäß einer Ausführungsform. Der elektronische Stellmotor kann eine elektromagnetische Spule oder eine ähnliche Vorrichtung sein, die zur Bewegung des Wechselventils zwischen der geöffneten und der geschlossenen Stellung konfiguriert ist. Der Stellmotor kann mit der Steuerung 12 verbunden sein, sodass programmierte Befehle, wie bereits beschrieben, ausgeführt werden. Das Steuerungsverfahren 600 beginnt bei 601 mit der Auswahl der Parameter zur Betätigung des Ventils. Zu diesem vorbereitenden Schritt kann es gehören, eine Zeitdauer, einen Schwellenwert für den Druckunterschied sowie die Geschwindigkeit und Anzahl der zu durchlaufenden Zyklen festzulegen, wie weiter unten erklärt. Bei 602 wird als Nächstes die Höhe des Luftdrucks im Intercooler gemessen und als erster Wert P1 aufgezeichnet. Der Druck kann durch einen Sensor gemessen werden, der innerhalb oder außerhalb des Intercoolers angeordnet ist, wie die Sensoren 124 und 126. Der Sensor kann auch mit der Steuerung 12 verbunden sein, um Druckdaten für die Durchführung des Steuerungsverfahrens 600 zu liefern.
Sobald der erste Druck P1 aufgezeichnet ist, wird bei 603 ein Timer in Gang gesetzt. Der Timer bleibt für eine festgelegte Dauer aktiv, bevor Schritt 604 ausgeführt wird. Die zuvor erwähnte Laufzeit des Timers kann vom Motorsystem und von Faktoren bestimmt werden, zu denen die Geschwindigkeit der Druckschwankungen im Intercooler, die Größe des Intercoolers, die durchschnittliche Geschwindigkeit der Kondensatbildung und die Dauer des Drossel-/Leerlaufbetriebs zählen. Nach Ablauf der eingestellten Laufzeit des Timers wird wieder die Höhe des Luftdrucks im Intercooler gemessen und als P2 aufgezeichnet. Wenn danach bei 605 der absolute Unterschied zwischen den zwei aufgezeichneten Druckwerten P1 und P2 über einer Schwelle liegt (die sich von der Schwelle T1 unterscheidet), funktioniert das Ventil wahrscheinlich normal, und der Prozess wiederholt sich. Falls umgekehrt der absolute Druckunterschied unter einer Schwelle liegt, kann es sein, dass das Ventil nicht normal wechselt. In diesem Fall weist die Steuerung 12 bei 606 den elektronischen Stellmotor an, den Ventilzyklus eine bestimmte Anzahl von Malen zu wiederholen. Die Anzahl kann von Bedingungen abhängen, die denen ähnlich sind, die für die Zeitdauer beschrieben wurden. Die elektronische zyklische Betätigung des Ventils ermöglicht es, angesammeltes Kondensat bei gleichbleibenden Luftdruckbedingungen im Intercooler zu entfernen, wenn das Ventil nicht mechanisch betätigt werden kann.
Bei dem in 6 dargestellten Steuerungsverfahren kann die Zeitdauer zwischen den Druckmessungen P1 und P2 einen sorgfältig ausgewählten Faktor darstellen. In einem Extremfall kann die Zeitdauer lang sein, sodass das Ventil normal arbeitet, aber aufgrund der langen Zeitdauer der Druckunterschied so gering ist, dass das Ventil elektronisch betätigt wird. In einem anderen Extremfall kann die Zeitdauer kurz sein, sodass der Druck zwar schwankt, der Unterschied zwischen den Druckwerten jedoch unter der Schwelle bleibt, weswegen der elektronische Stellmotor aktiviert wird. Um das in 6 dargestellte Verfahren umzusetzen, sollten die Ventilbetätigungsparameter bei 601 dynamisch so ausgewählt werden, dass sie der spezifischen Motorkonfiguration und den spezifischen Motorbedingungen entsprechen.
Anzumerken ist, dass das Steuerschema für den elektronischen Stellmotor auf verschiedene Art umgesetzt werden kann. Das in 6 gezeigte Beispiel ist eine Art, in der das Ventil elektrisch betätigt werden kann, wobei die Bewegung durch einen Unterschied zwischen den Drücken P1 und P2 bestimmt wird. Andere Verfahren zur Auslösung der Ventilbetätigung können darin bestehen, dass der Kondensatpegel im Sammelbehälter 320 oder im Intercooler selbst überwacht oder die Rate der Ventilwechselbewegungen aufgezeichnet wird, sodass das Ventil betätigt wird, um eine bestimmte Rate aufrechtzuerhalten. Das Flussdiagramm in 6 soll ein allgemeines Verständnis einer Möglichkeit vermitteln, wie die Entfernung von Kondensat bei fast konstanten Druckbedingungen im Intercooler, die vorübergehend die manuelle Betätigung des Ventils behindern, aufrechterhalten werden kann.
Aus den obigen Beschreibungen und den dazugehörigen Figuren ergibt sich ein Motorverfahre, umfassend: Betrieb eines Intercoolers zur Senkung der Temperatur der Ansaugluft, wobei der Intercooler eine innere Seite und eine äußere Seite aufweist; Öffnung eines an einer Bodenfläche des Intercoolers angeordneten Hohlventils, um als Reaktion auf einen aufgeladenen Druckzustand im Intercooler Kondensat aus dem Intercooler zur Außenseite hin zu entfernen, Schließen des Hohlventils zum Sammeln von Kondensat als Reaktion auf einen nicht aufgeladenen Intercooler-Druckzustand; und Ansteuerung eines elektronischen Stellmotors zur Öffnung und Schließung des Hohlventils, wenn unter den Betriebsbedingungen eine Zeitlang kein Wechsel zwischen einem aufgeladenen und einem nicht aufgeladenen Druckzustand im Intercooler stattfindet.
Durch den Einsatz der Ventilanordnung aus 3 nach dem Verfahren aus 4 kann Kondensat aus dem Intercooler entfernt werden, ohne das jemals eine direkte fluidische Verbindung zwischen der aufgeladenen Luft im Intercooler und der äußeren Umgebung (oder der Außenluft) entsteht. Zudem wird durch den Einsatz von nur einem Wechselventil die Komplexität des Systems und Verfahrens zur Entfernung von Kondensat verringert, wodurch sich die Zuverlässigkeit der beschriebenen Wechselventilanordnung steigern kann. Zusammen mit einem Heizelement und einem elektronischen Stellmotor für den Fall eines fast konstanten Ladeluftdrucks kann das Wechselventil laufend Kondensat aus dem Intercooler entfernen, ohne dass große Mengen an Druckluft freigesetzt werden. Insgesamt verbessern dieses Verfahren und System zur Entfernung von Kondensat den Betrieb des Intercoolers und des Motors durch Ausspülen von Kondensat, während der Ladeluftdruck aufrechterhalten wird.
Zu beachten ist, dass die hier als Beispiel aufgeführten Steuerungs- und Schätzungsroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystem-Konfigurationen verwendet werden können. Die hier offengelegten Steuerungsverfahren und -routinen können als ausführbare Befehle in einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert werden. Die speziellen hier beschriebenen Routinen können für eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien stehen, z. B. ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, multi-tasking, multi-threading und ähnliche. Somit können die hier dargestellten Maßnahmen, Schritte und/oder Funktionen in der beschriebenen Abfolge oder parallel durchgeführt und in manchen Fällen ausgelassen werden. Gleichermaßen ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier als Beispiel beschriebenen Ausführungsformen zu erreichen, sondern dient vielmehr der Veranschaulichung und Beschreibung. Eine oder mehrere der hier veranschaulichten Maßnahmen, Schritte und/oder Funktionen können je nach der verwendeten speziellen Strategie wiederholt ausgeführt werden. Weiterhin können die hier beschriebenen Maßnahmen, Schritte und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in den nicht flüchtigen Speicher eines computerlesbaren Speichermediums im Motorsteuerungssystem einzuprogrammieren ist.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen Beispiele darstellen, und dass diese speziellen Ausführungsformen nicht als einschränkend zu betrachten sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. So kann zum Beispiel die obige Technologie bei Motoren der Bauweise V-6, I-4, I-6, V-12, Boxer 4 und anderen Motortypen eingesetzt werden. Zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gehören alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie die hier offenbarten anderen Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
Die folgenden Ansprüche weisen insbesondere auf bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen hin, die als neuartig und nicht offensichtlich betrachtet werden. Bei diesen Ansprüchen kann auf "ein" Element oder "ein erstes" Element oder dergleichen Bezug genommen werden. Diese Ansprüche sind so zu interpretieren, dass eines oder mehrere dieser Elemente mit einbezogen werden, wobei zwei oder mehr derartige Elemente weder erforderlich sind, noch ausgeschlossen werden. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch die Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder in einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Ansprüche, ob sie nun breiter, enger, gleich oder verschieden hinsichtlich des Schutzumfangs der ursprünglichen Ansprüche sind, gelten auch als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung mit eingeschlossen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7251937 [0005, 0006]

Claims

Motorverfahren, umfassend: Sammlung von Kondensat aus einem Intercooler zu einem Sammelbereich; Beförderung des Kondensats durch eine Öffnung in einen Hohlraum eines Hohlventils in einer ersten Stellung; und Wechsel des Ventils in eine zweite Stellung zur Abgabe des Kondensats zu einer Außenseite des Intercoolers.
Motorverfahren nach Anspruch 1, wobei die Außenseite in offener Verbindung mit Umgebungsdruck steht, wobei keine direkte fluidische Verbindung zwischen Druckluft im Intercooler und Außenluft auf der Außenseite des Intercoolers besteht und wobei die Ventilwechselbewegung darin besteht, dass sich das Hohlventil linear durch einen Hohlraum in einer Unterseite des Intercoolers bewegt.
Motorverfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Stellung eine vertikalere Stellung ist.
Motorverfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Stellung eine weniger vertikale Stellung ist.
Motorverfahren nach Anspruch 1, wobei sich Kondensat durch die Öffnung in das Hohlventil bewegt, bevor es zur Außenseite des Intercoolers befördert wird, um dort freigesetzt zu werden, wobei das Kondensat in beiden Fällen zumindest teilweise durch die Schwerkraft getrieben wird.
Motorverfahren nach Anspruch 1, wobei die Bewegung des Hohlventils dadurch ausgelöst wird, dass eine Druckhöhe der Druckluft im Intercooler geringer oder größer ist als eine durch das Hohlventil aufrechterhaltene Reaktionskraft, wobei die Druckhöhe der Druckluft einem aufgeladenen oder nicht aufgeladenen Druckzustand des Intercoolers entspricht.
Motorverfahren nach Anspruch 6, wobei der nicht aufgeladene Druckzustand einen Leerlaufzustand des Motors umfasst, der zu einem Absinken des Luftdrucks im Intercooler führt.
Motorverfahren nach Anspruch 6, wobei der aufgeladene Druckzustand ein Ansteigen des Luftdrucks im Intercooler über den Umgebungsdruck hinaus umfasst.
Motorverfahren nach Anspruch 7, wobei sich das Hohlventil nach dem Erreichen des nicht aufgeladenen Zustands im Intercooler in die erste Stellung bewegt, wobei das Hohlventil in der ersten Stellung in den Intercooler ragt, sodass Kondensat durch die Öffnung in den Hohlraum des Hohlventils fließen kann.
Motorverfahren nach Anspruch 8, wobei sich das Hohlventil nach Erreichen des aufgeladenen Zustands im Intercooler in die zweite Stellung bewegt, wobei das Hohlventil in der zweiten Stellung in die Außenseite des Intercoolers ragt, sodass Kondensat durch die Öffnung aus dem Hohlraum des Hohlventils fließen kann.
In einem Intercooler eines Motors angeordnete Ventilanordnung, umfassend: ein bewegliches Hohlventil, bestehend aus einem Hauptkörper und zwei Kappen, wobei die zwei Kappen an der Ober- und Unterseite des Hauptkörpers angeordnet sind; einen Kondensat-Sammelbehälter, der das Ventil umgibt, wobei das Ventil nur teilweise durch einen Boden des Behälters ragt; eine erste Feder, die zwischen der oberen Kappe und einer ersten Seite einer unteren Fläche des Sammelbehälters angeordnet ist; und eine zweite Feder, die zwischen der unteren Kappe und einer zweiten, gegenüberliegenden Seite der unteren Fläche des Sammelbehälters angeordnet ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 11, wobei das Hohlventil in einer Mitte des Sammelbehälters angeordnet ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 11, wobei der Kondensat-Sammelbehälter an einer Bodenfläche des Intercoolers befestigt ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 11, wobei das Hohlventil ein druckbetätigtes mechanisches Ventil ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 11, wobei das Hohlventil ferner eine innere Kammer zur Sammlung von Kondensat umfasst, die an eine Öffnung gekoppelt ist, durch die Kondensat fließen kann.
Ventilanordnung nach Anspruch 11, ferner umfassend ein Heizelement, das nahe an dem Kondensat-Sammelbehälter angeordnet ist.
Motorsystem, umfassend: einen Turbolader; einen Ansaugkrümmer; einen Intercooler, der stromaufwärts des Ansaugkrümmers und stromabwärts eines Kompressors des Turboladers gekoppelt ist; eine an einer Bodenfläche des Intercoolers befestigte Ventilanordnung, die ein Hohlventil zur Steuerung der Abführung des Kondensats aus dem Intercooler umfasst; und eine Steuerungseinheit mit computerlesbaren Befehlen zur Betätigung des Hohlventils bei einem Motorzustand.
System nach Anspruch 17, wobei durch die Bewegung des Hohlventils Kondensat aus dem Intercooler zu einer Außenseite des Intercoolers abgeführt wird.
Motorsystem nach Anspruch 17, wobei der Motorzustand längeren Drosselbetrieb oberhalb einer Schwelle oder Leerlaufbetrieb umfasst, sodass sich das Hohlventil nicht zur Entfernung von Kondensat bewegt.