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Gebiet
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Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zur Kontrolle eines Fahrzeugmotor-Kondensatpegels in einem Ladeluftkühler.
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Hintergrund/Kurzdarstellung
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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 Verdichtung der Luft eine Erhöhung der Temperatur der Luft bewirken kann, kann ein Ladeluftkühler verwendet werden, um die erwärmte Luft abzukühlen, um dadurch ihre Dichte zu erhöhen und die potenzielle Leistung des Motors weiter zu erhöhen. Wenn die Feuchtigkeit der Umgebungsluft hoch ist und/oder der Motor mit Abgasrückführung (ERG für engl. exhaust gas recirculation) ausgestattet ist, kann sich jedoch Kondenswasser (z. B. Wassertröpfchen) auf jeder Innenfläche des Ladeluftkühlers bilden, die kühler als der Taupunkt der verdichteten Luft ist. Unter Bedingungen, wie beispielweise starker Fahrzeugbeschleunigung, können diese Wassertröpfchen aus dem Ladeluftkühler und in die Brennräume des Motors geblasen werden, was zum Beispiel zu Motoraussetzern, Verlust von Drehmoment und Motordrehzahl und unvollständig verbranntem Kraftstoff führen kann.
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Ein Ansatz zur Verringerung der Menge von Kondenswasser, das in die Brennräume eintritt, wird in der US-Patentanmeldeschrift 2008/0190079 offenbart. In der erwähnten Bezugsquelle ist ein Flüssigkeitsfänger zum Sammeln von Kondenswasser in Fluidverbindung mit einer Lufteinlassleitung stromabwärts des Luftkühlers angeordnet. Der Flüssigkeitsfänger kann mit einem Sammeltank mit einem Flüssigkeitsstandsensor gekoppelt sein, der das gesammelte Kondenswasser speichert. Der Sensor kann zu erkennen geben, wenn der Wasserstand hoch wird und der Sammeltank entleert werden muss. Solch ein System kann ein Ablassventil erfordern, das im geschlossenen oder offenen Zustand eventuell steckenbleiben und einen Verlust von Ladedruck und darauffolgenden Verlust von Leistung für den Motor verursachen kann. Solch ein System kann auch erfordern, dass der Sammeltank in die Umgebung außerhalb des Fahrzeugs entleert wird. Das Kondenswasser kann jedoch regulierte Emissionen enthalten, und das Entleeren des Tanks in die Umgebung des Fahrzeugs kann eine nicht verfügbare Option sein.
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In einem Beispiel können die zuvor beschriebenen Probleme durch ein Verfahren gelöst werden, das ein Anpassen eines Trocknungsluftstroms umfasst, der in Reaktion auf einen Kondensatpegel im Ladeluftkühler zu einer Membran in einem Ladeluftkühler geleitet wird. Auf diese Weise kann ein Ladeluftkühler-Kondensatpegel durch Anwenden eines Trocknungsluftstroms auf eine Membran, die zum selektiven Entfernen von Wasser ausgelegt ist, aufrechterhalten werden. Als ein Beispiel kann ein Trocknungsluftstrom zu einer Membran verstärkt werden, um einen Ladeluftkühler-Kondensatpegel zu senken, um eine Fehlzündung eines Motorzylinders zu verhindern.
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Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung genauer beschrieben werden. Sie soll keine entscheidenden oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstands aufzeigen, dessen Schutzbereich einzig durch die der ausführlichen Beschreibung folgenden Ansprüche definiert wird. Außerdem ist der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angeführte Nachteile lösen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 veranschaulicht einen Motor mit einem Ladeluftkühler, der Membranen zum Aufrechterhalten eines Kondensatpegels umfasst.
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2 zeigt eine detaillierte Darstellung des Ladeluftkühlers.
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3A bis 3D zeigen verschiedene Luftabgabevorrichtungen und/oder Winkel, die zum Trocknen der Membran verwendet werden, zusammen mit einer Darstellung der inneren und äußeren Abschnitte der Membran.
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4 stellt ein Flussdiagramm dar, das ein Verfahren zur Kontrolle von Kondensat im Ladeluftkühler veranschaulicht.
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5 stellt eine Grafik dar, welche Zeitpunkte zum Auslösen eines Trocknungsluftstroms zum Trocknen der Membran des Ladeluftkühlers veranschaulicht.
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Ausführliche Beschreibung
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Die folgenden Figuren stellen ein Verfahren und ein System zum Strömenlassen eines verdichteten Gasgemisches über eine Membran dar, die in einem Ladeluftkühler positioniert ist. Das verdichtete Gasgemisch kann Wasser (Dampf oder Flüssigkeit) auf einen inneren Abschnitt der Membran abscheiden, und das Wasser kann aus dem inneren Abschnitt der Membran zu einem äußeren Abschnitt der Membran diffundieren. Ein Trocknungsluftstrom kann zum äußeren Abschnitt der Membran geleitet werden, um Wasser aus der Membran in die Umgebungsluft zu saugen, die den Ladeluftkühler umgibt.
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Der Trocknungsluftstrom kann durch eine Luftströmungsvorrichtung bereitgestellt werden. Die Luftströmungsvorrichtung kann angepasst werden, um einen Kondensatpegel innerhalb des Ladeluftkühlers unter einem Schwellenspiegel zu halten. Als ein Beispiel kann der Kondensatpegel innerhalb des Ladeluftkühlers in Reaktion auf eine sinkende Motorverbrennungsstabilitätsgrenze (z. B. abnehmende Wahrscheinlichkeit eines Motoraussetzers) durch Erhöhen des Trocknungsluftdurchsatzes gesenkt werden. Im Folgenden werden Verfahren und Systeme zur Kontrolle eines Ladeluftkühler-Kondensatpegels beschrieben.
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1 stellt ein Beispiel eines Motorsystems, zum Beispiel eines Motorsystems allgemein bei 10, dar. Das Motorsystem 10 kann ein Dieselmotor oder ein Benzinmotor oder ein anderer Typ von Motor sein, der verschiedene Komponenten gemäß der vorliegenden Offenbarung verwenden kann. Insbesondere umfasst ein Motor mit innerer Verbrennung 10 eine Mehrzahl von Zylindern 11. Der Motor 10 wird durch eine elektronische Motorsteuerung 12 gesteuert. Der Motor 10 umfasst einen Brennraum und Zylinderwände mit einem darin positionierten Kolben, der mit einer Kurbelwelle 20 verbunden ist. Der Brennraum steht über Einlass- und Auslassventile mit einem Einlasskrümmer 22 bzw. einem Auslasskrümmer 24 in Verbindung.
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Eine Ladungsbewegungssteuervorrichtung (CMCD für engl. charge motion control device) 80 kann stromaufwärts des Einlasskrümmers 22 angeordnet sein. Die CMCD 80 kann den Luftstrom zu einem oder mehreren der Zylinder 11 für eine Vielzahl von gewünschten Ergebnissen verengen, die, ohne darauf beschränkt zu sein, ein Anpassen der Turbulenz und der Verbrennungsgeschwindigkeit umfassen. Im Beispiel von 1 kann jede CMCD 80 eine Ventilplatte mit einem ausgeschnittenen Abschnitt umfassen. Es sind auch andere Konstruktionen der Ventilplatte möglich. Es ist zu erwähnen, dass für die Zwecke dieser Offenbarung die CMCD in der „geschlossenen“ Stellung ist, wenn sie voll aktiviert ist, und die Ventilplatte vollständig in die jeweilige Leitung des Einlasskrümmers 190 geneigt sein kann, um dadurch zu maximaler Behinderung des Luftladungsstroms zu führen. Alternativ kann die CMCD in der „offenen“ Stellung sein, wenn sie deaktiviert ist, und die Ventilplatte kann voll gedreht sein, um im Wesentlichen parallel zum Luftstrom zu liegen (wie in 1 dargestellt), um dadurch Behinderung der Luftstromladung zu minimieren oder zu eliminieren. Die CMCDs können prinzipiell in ihrer „offenen“ Stellung gehalten und nur dann auf „geschlossen“ aktiviert werden, wenn Drallbedingungen gewünscht sind. Jede CMCD 80 kann über eine Drehwelle angepasst werden, um die Ventilplatte so zu drehen, dass die Ventilplatte parallel zur Strömungsrichtung ist, wenn in der „offenen“ Position.
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Der Einlasskrümmer 22 steht über eine Drosselklappenplatte 32 mit einem Drosselklappengehäuse 30 in Verbindung. In einer Ausführungsform kann eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe verwendet werden. In einigen Ausführungsformen wird die Drosselklappe elektronisch gesteuert, und sie kann periodisch oder kontinuierlich angepasst werden, um ein spezifiziertes Unterdruckniveau im Einlasskrümmer 22 aufrechtzuerhalten. Es versteht sich von selbst, dass, obwohl das Drosselklappengehäuse 30 so dargestellt ist, dass es stromabwärts einer Verdichtervorrichtung 90b ist, das Drosselklappengehäuse stromaufwärts oder stromabwärts des Verdichters angeordnet sein kann. Die Wahl kann zum Teil von dem oder den spezifischen EGR-System/en abhängen, das/die verwendet wird/werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Drosselklappengehäuse 30 im Luftansaugrohr stromaufwärts des Verdichters oder in der Abgasleitung angeordnet sein, um den Abgasdruck zu erhöhen. Dies kann wirkungsvoll sein, um den Antrieb der EGR zu unterstützen, ist aber möglicherweise beim Verringern der Gesamtsystemkosten und Erhöhen der Pumpleistung des Motors nicht effektiv.
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Der Brennraum ist außerdem so dargestellt, dass er Kraftstoff-Einspritzdüsen 34 damit gekoppelt aufweist, um Kraftstoff im Verhältnis zur Pulsweite eines Signals (fpw für engl. fuel pulse width) von der Steuerung 12 zuzuführen. Der Kraftstoff wird den Kraftstoff-Einspritzdüsen 34 durch ein herkömmliches Kraftstoffsystem (nicht dargestellt) zugeführt, das einen Kraftstoffbehälter, eine Kraftstoffpumpe und ein Kraftstoffverteilerrohr (nicht dargestellt) umfasst. Im Falle von Motoren mit Direkteinspritzung, wie in 1 dargestellt, wird ein Hochdruck-Kraftstoffsystem, wie beispielsweise ein System mit gemeinsamer Druckleitung, verwendet. Es gibt jedoch mehrere andere Kraftstoffsysteme, die ebenso verwendet werden könnten und, ohne darauf beschränkt zu sein, EUI, HEUI usw. umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann der Kraftstoff in die Einlasskanäle der Zylinder eingespritzt werden.
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In der dargestellten Ausführungsform ist die Steuerung 12 ein herkömmlicher Mikrocomputer und umfasst eine Mikroprozessoreinheit 40, Eingabe-/Ausgabeports 42, einen elektronischen Speicher 44, der in diesem konkreten Beispiel ein elektronisch programmierbarer Speicher sein kann, einen Direktzugriffsspeicher 46, einen Erhaltungsspeicher 48 und einen herkömmlichen Datenbus.
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Die Steuerung 12 kann so konfiguriert sein, dass sie verschiedene Signale von mit dem Motor 10 gekoppelten Sensoren empfängt, die, ohne darauf beschränkt zu sein, umfassen können: Messungen von induziertem Luftmassenstrom (MAF für engl. mass air flow) von einem Luftmassensensor 50; eine Motor-Kühlmitteltemperatur (ECT für engl. engine coolant temperature) von einem Temperatursensor 52; Krümmerdruck (MAP für engl. manifold pressure) von einem Krümmerdrucksensor 56, der mit dem Einlasskrümmer 22 gekoppelt ist; eine Messung der Drosselklappenposition (TP für engl. throttle position) von einem Drosselklappenpositionssensor (nicht dargestellt), der mit der Drosselklappenplatte 32 gekoppelt ist; und ein Zündungsimpulsgebersignal (PIP für engl. profile ignition pick-up) von einem Hall-Effekt-Sensor 60, der mit der Kurbelwelle 20 gekoppelt ist und die Motordrehzahl anzeigt. In einigen Beispielen kann die Steuerung 12 eines oder mehrere von einem Hochdruck-EGR-Ventil 72, einem Niederdruck-EGR-Ventil 155, einer Drosselklappe 21, einem Verdichterrückführventil 27 und/oder einem Wastegate 26 (Ladedruckregelventil) so anpassen, dass ein gewünschter EGR-Verdünnungsprozentsatz der Einlassluft erreicht wird.
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Der Motor 10 kann ein Abgasrückführungs(EGR)-System umfassen, um zu helfen, NOx- und andere Emissionen zu senken. Zum Beispiel kann der Motor 10 ein Hochdruck-EGR-System umfassen, in welchem Abgas durch einen Hochdruck-EGR-Kanal 70, der mit dem Auslasskrümmer 24 an einer Stelle stromaufwärts einer Abgasturbine 90a einer Verdichtungsvorrichtung 90 in Verbindung steht und mit dem Einlasskrümmer 22 an einer Stelle stromabwärts eines Einlassverdichters 90b der Verdichtungsvorrichtung 90 in Verbindung steht, dem Einlasskrümmer 22 zugeführt wird. Eine Hochdruck-EGR-Ventilbaugruppe 72 kann im Hochdruck-EGR-Kanal 70 angeordnet sein. Das Abgas kann dann aus dem Auslasskrümmer 24 zuerst durch den Hochruck-EGR-Kanal 70 und dann zum Einlasskrümmer 22 strömen. Die dem Einlasskanal 190 stromaufwärts des Drosselklappengehäuses 30 und stromabwärts des Ladeluftkühlers 120 zugeführte EGR-Menge kann durch die Steuerung 12 über ein EGR-Ventil, wie beispielsweise das Hochdruck-EGR-Ventil 72, variiert werden. Ein EGR-Kühler (nicht dargestellt] kann im Hochdruck-EGR-Rohr 70 enthalten sein, um rückgeführte Abgase vor dem Eintritt in den Einlasskrümmer abzukühlen. Die Kühlung kann unter Verwendung von Motorkühlmittel erfolgen, aber es kann auch ein Luft-Abgas-Wärmetauscher verwendet werden.
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1 stellt außerdem ein Niederdruck-EGR-System dar, wobei EGR von stromabwärts einer Turbine eines Turboladers durch den EGR-Kanal 157 stromaufwärts eines Kompressors eines Turboladers geleitet wird. Ein Niederdruck-EGR-Ventil 155 kann die dem Einlasskanal 190 zugeführte EGR-Menge regeln. In einigen Ausführungsformen kann der Motor sowohl ein Hochdruck-EGR- als auch ein Niederdruck-EGR-System umfassen, wie in 1 dargestellt. In anderen Ausführungsformen kann der Motor entweder ein Niederdruck-EGR-System oder ein Hochdruck-EGR-System umfassen. Bei Einsatz kann das EGR-System die Bildung von Kondensat verstärken, wenn es die Wasserdampfkonzentration in der Ladeluft erhöht, insbesondere wenn die Ladeluft durch den Ladeluftkühler gekühlt wird, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben.
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Außerdem ist ein Fahrpedal 94 zusammen mit dem Fuß 95 eines Fahrers dargestellt. Ein Pedalpositionssensor (pps) 96 misst die Winkelposition des durch den Fahrer betätigten Pedals. Außerdem kann der Motor 10 außerdem Sensoren für das Luft-/Kraftstoffverhältnis des Abgases (nicht dargestellt) umfassen. Zum Beispiel kann ein EGO-Sensor mit zwei Zuständen oder ein linearer UEGO-Sensor verwendet werden. Einer von diesen kann im Auslasskrümmer 24 oder stromabwärts der Verdichtungsvorrichtung 90 angeordnet sein.
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Die Verdichtungsvorrichtung 90 kann ein Turbolader oder eine beliebige andere derartige Vorrichtung sein. Die dargestellte Verdichtungsvorrichtung 90 kann eine Turbine 90a, die mit dem Abgaskrümmer 24 gekoppelt ist, und einen Verdichter 90b aufweisen, der mit dem Einlasskrümmer 22 über einen Zwischenkühler 120 gekoppelt ist, der ein Luft-Luft-Wärmetauscher sein kann, aber auch wassergekühlt sein könnte. Die Turbine 90a ist typischerweise über eine Antriebswelle 92 mit dem Verdichter 90b gekoppelt. Die Geschwindigkeit der Turbine 90a kann über das Wastegate 26 geregelt werden. Eine sequenzielle Turboladeranordnung, ein einziger VGT (variable-geometry turbocharger), ein Doppel-VGT oder eine beliebige andere Anordnung von Turboladern könnte verwendet werden und Kühler innerhalb des Verdichtungsvorrichtungssystems, wie beispielsweise zwischen 2 Verdichtungsstufen, umfassen.
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Ein Einlasskanal 190 kann eine Lufteinlassregelventil 21 umfassen. Außerdem kann der Einlasskanal 190 ein Verdichter-Bypass- oder Rückführventil (CRV für engl. compressor recirculation valve) 27 umfassen, das so konfiguriert ist, dass es Einlassluft um den Verdichter 90b umleitet. Das Wastegate 26 und/oder das CRV 27 können durch die Steuerung 12 so gesteuert werden, dass sie geöffnet werden, wenn zum Beispiel ein niedrigerer Ladedruck gewünscht wird. Zum Beispiel kann die Steuerung als Reaktion auf Verdichterpumpen oder ein potenzielles Verdichterpumpereignis das CRV 27 öffnen, um den Druck am Auslass des Verdichters 90b zu senken. Dies kann das Verdichterpumpen verringern oder stoppen. Zusätzlich oder alternativ können das CRV 27 und/oder das Wastegate 26 geöffnet werden, um einen Druck im Ladeluftkühler zu senken, und folglich Kondensatbildung im Ladeluftkühler zu reduzieren. Die Wirkung von Druck auf Kondensation wird im Folgenden ausführlicher erörtert.
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Außerdem kann der Einlasskanal 190 einen Ladeluftkühler 120 (z. B. einen Zwischenkühler) umfassen, der mit dem Verdichter 90b und dem Motor 10 in Fluidverbindung steht. Der Verdichter kann stromaufwärts des Ladeluftkühlers sein, um ein verdichtetes Gasgemisch für den Ladeluftkühler bereitzustellen. Der Ladeluftkühler kann verwendet werden, um die Temperatur des turbogeladenen oder aufgeladenen verdichteten Gasgemisches zu senken. Der Ladeluftkühler 120 kann ein Luft-Luft-Kühler oder ein Flüssigkeit-Luft-Kühler sein.
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Wie bereits erwähnt, kann sich Kondensat im Ladeluftkühler ansammeln und zum Motor mitgerissen werden, wo es Verbrennungsinstabilität verursachen kann. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, kann der Ladeluftkühler eine Membran 100 umfassen, um Wasserdampf und/oder Kondensat innerhalb des Ladeluftkühlers selektiv zur Außenseite des Ladeluftkühlers zu übertragen, ohne Ladeluft aus dem Ladeluftkühler entweichen zu lassen.
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Die Membran
100 kann verwendet werden, um Kondensatpegel im Ladeluftkühler über Kapillarporen unterschiedlichen Durchmessers zu steuern. Die Membran kann einen inneren Abschnitt und einen äußeren Abschnitt umfassen, wobei der innere Abschnitt kleinere Kapillarporen umfasst, die mit einem verdichteten Gasgemisch und dem äußeren Abschnitt interagieren, und der äußere Abschnitt größere Kapillarporen umfasst, die mit einem Trocknungsluftstrom und dem inneren Abschnitt interagieren. Die Membran
100 kann eine verhältnismäßig hohe Wasserdurchlässigkeit aufweisen, und von Verbindungen, wie beispielsweise Säuren und Teilchen, unbeeinflusst bleiben, wie durch
US-Pat. Nr. 8,511,072 offenbart. Die Membran
100 kann aus Edelstahl, Aluminium und/oder einem anderen korrosionsbeständigen Material gebildet sein.
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Die Membran 100 kann durch einen Trocknungsluftstrom getrocknet werden, der durch einen eingehenden Strom 122 und einen abgehenden Strom 124 dargestellt ist. Als Ergebnis kann der Trocknungsluftstrom den äußeren Abschnitt der Membran 10 durch eine Verdampfungswirkung trocknen. Der Trocknungsluftstrom kann dem Ladeluftkühler in einigen Beispielen über eine Luftbewegungsvorrichtung zugeführt werden. Eine Luftbewegungsvorrichtung kann eines oder mehrere von einem Gebläse, einer Luftpumpe und einer Luftleitung umfassen, die so positioniert ist, dass sie Stauluft zum äußeren Abschnitt der Membran leitet. In einigen Ausführungsformen kann die Luftleitung ein Strömungsregelventil umfassen. Zusätzlich oder alternativ können das Gebläse und die Luftleitung gleichzeitig zusammen vorhanden sein, wobei sie gleichzeitig oder der Reihe nach betrieben werden können.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Membran 100 in einer Niederdruck-EGR-Schleife, im Vorladeluftkühler-Leitungssystem, im Ladeluftkühler-Einlasstank und/oder an einer anderen geeigneten Stelle angeordnet sein. In einigen Beispielen kann die Membran im Ladeluftkühler angeordnet sein und eine oder mehrere Wärmetauscher-Kühlrippenrohre ersetzen, die innerhalb des Ladeluftkühlers enthalten sind.
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Demnach veranschaulicht das System von 1 einen Ladeluftkühler, der so ausgelegt ist, dass er ein verdichtetes Gasgemisch im Ladeluftkühler kühlt. Der Ladeluftkühler umfasst eine Membran, über welche das verdichtete Gasgemisch strömt und Wassersdampf auf eine Innenfläche der Membran abscheidet. Ein Trocknungsluftstrom strömt über eine Außenfläche der Membran und verdampft Wasser von der Membran, ohne sich mit dem verdichteten Gasgemisch zu vermischen.
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2 umfasst ein System 200, das einen Ladeluftkühler veranschaulicht, der ein oder mehrere Membranen, wie beispielweise die Membran 100, umfasst, um Kondensatbildung zu steuern. Der Ladeluftkühler 120 kann verwendet werden, um verdichtetes Gas zu kühlen, das stromabwärts eines Verdichters (z. B. des Verdichters 90b) strömt. Das Kondensat kann sich im Ladeluftkühler 120 bilden, wenn ein Taupunkt innerhalb des Kühlers 120 unter einem Taupunkt des verdichteten Gasgemisches ist. Die Membran 100 kann verwendet werden, um Wasser vom verdichteten Gasgemisch zu trennen, ohne das verdichtete Gas durch die Membran entweichen zu lassen.
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Das komprimierte Gasgemisch 210 (das z. B. eines oder mehrere von O2, CO2, N2, EGR usw. umfasst), das durch gestrichelte Linien dargestellt ist, während es durch den Ladeluftkühler strömt, kann durch einen Mischgasströmungskanal 212 durchtreten (bei dem es sich in einem Beispiel um den Einlasskanal 190 von 1 handeln kann). Der Mischgasströmungskanal führt in einen Ladeluftkühler-Einlasstank 214, wobei sich das verdichtete Gasgemisch über die Länge des Ladeluftkühler-Einlasstanks, die der Länge des Ladeluftkühlers 120 entsprechen kann, verteilen kann. Wie dargestellt, kann sich der Mischgasströmungskanal im Ladeluftkühler 120 in eine Mehrzahl von Kanälen teilen. Eine oder mehrere Membranen (z. B. Membran 100) können zum Sammeln von Fluid (z. B. Wasser) aus dem verdichteten Gasgemisch innerhalb des Ladeluftkühlers positioniert sein. In einem Beispiel kann eine Mehrzahl von Membranen entlang des Mischgasströmungskanals 212 hier und da eingefügt sein. In einem anderen Beispiel, das in 2 dargestellt ist, können eines oder mehrere der Kühlrohre 215 des Ladeluftkühlers die Membran 100 umfassen. In einem weiteren Beispiel kann die Membran im Ladeluftkühler-Einlasstank oder an einer anderen geeigneten Stelle angeordnet sein.
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Das verdichtete Gasgemisch strömt durch den Ladeluftkühler 120 und über die Membran(en) 100. Ein innerer Abschnitt der Membran 100 absorbiert Wasser aus dem verdichteten Gasgemisch, ohne das verdichtete Gasgemisch zu absorbieren, und ein äußerer Abschnitt der Membran 100 stößt das Wasser an die Umgebung aus, was durch einen Trocknungsluftstrom, der durch eine Luftbewegungsvorrichtung 220 bereitgestellt wird, beschleunigt werden kann. Wasser diffundiert aus dem inneren Abschnitt der Membran zum äußeren Abschnitt der Membran. Der Trocknungsluftstrom und das verdichtete Gasgemisch vermischen sich nicht, da die Membran 100 die Umgebungsluft außerhalb des Ladeluftkühlers und das verdichtete Gasgemisch innerhalb des Ladeluftkühlers getrennt hält. Die Luftbewegungsvorrichtung 220 leitet Trocknungsluft zum Ladeluftkühler. Die Trocknungsluft entfernt Wasser von der Außenfläche der Membran 100, ohne sich mit dem verdichteten Gasgemisch zu vermischen.
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Wasserdiffusion vom äußeren Abschnitt der Membran zur Trocknungsluft kann auf zwei Mechanismen basieren. Ein Mechanismus ist die Diffusion von Wasser von einem Bereich höherer Konzentration (z. B. der gesättigten Membran) zu einem Bereich niedrigerer Konzentration (z. B. dem Trocknungsluftstrom). Wenn die Membran zunehmend mit Wasser gesättigt wird, ist es wahrscheinlicher, dass das Wasser zur Trocknungsluft übertragen wird. Der zweite Mechanismus ist durch Druck. Ein Druck innerhalb des Ladeluftkühlers ist verhältnismäßig hoch, so dass er typischerweise höher als der Druck des Trocknungsluftstroms ist. Daher kann das Hochdruckwasser in der Membran kinetisch begünstigt werden, um zum Niederdruck-Trocknungsluftstrom zu diffundieren. Das verdichtete Hochdruck-Gasgemisch strömt aufgrund der Struktur der Membran, die im Folgenden genauer beschrieben wird, nicht durch die Membran zur Niederdruck-Trocknungsluft durch.
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Ein trockeneres verdichtetes Gasgemisch kann durch einen Auslasstank 216 in den Mischgasströmungskanal 212 austreten und in den Motoreinlass 22 (nicht dargestellt) strömen. Das trockenere verdichtete Gasgemisch umfasst weniger Wasser als das verdichtete Gasgemisch am Einlass des Ladeluftkühlers, insbesondere wenn der Trocknungsluftstrom zu den Ladeluftkühlermembranen geleitet wird. 2 ist eine Darstellung eines Ladeluftkühlers, der eine Membran umfasst, welche Kondensatpegel im Ladeluftkühler gemäß Motorbetriebsparametern steuern kann. 3A bis 3D veranschaulichen die Struktur der Membran zusammen mit der Trocknungsluftstromquelle, der Anordnung und der Wirkungsweise genauer.
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3A bis 3D veranschaulichen Luftbewegungsvorrichtungen oder Luftleitungspositionen, die einen Trocknungsluftstrom für den Ladeluftkühler bereitstellen. 3D veranschaulicht die Struktur der Membran genauer. Wie bereits erwähnt, kann es eine alternative Ausführungsform geben, wobei der Trocknungsluftstrom sowohl durch die Luftbewegungsvorrichtung als auch die Luftleitung bereitgestellt wird. Außerdem kann es eine Ausführungsform geben, wobei der Trocknungsluftstrom nur durch die Luftbewegungsvorrichtung oder die Luftleitung bereitgestellt wird.
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3A und 3B veranschaulichen jeweilige Systeme 300a und 300b. Die Systeme 300a und 300b stellen eine Luftbewegungsvorrichtung 305 (z. B. ein Gebläse oder eine Luftpumpe) dar, die so positioniert ist, dass sie Trocknungsluftstrom parallel bzw. abgewinkelt zu einer Membran leitet. Die Membran kann in einem Ladeluftkühler (z. B. dem Ladeluftkühler 120) oder an einer anderen geeigneten Stelle positioniert sein. 3C stellt ein System 330c dar, das eine Luftleitung 310 veranschaulicht, welche Trocknungsluft über eine Kurve 320 leitet. Der Trocknungsluftstrom durch die Luftleitung kann durch Umgebungsluft (z. B. Stauluft) bereitgestellt werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Luftleitung ein Regelventil umfassen, um den Trocknungsluftstrom zum Ladeluftkühler zu regeln. Wie bereits erwähnt, kann die Luftbewegungsvorrichtung 305 elektrisch betrieben sein. Außerdem kann die Luftbewegungsvorrichtung so ausgelegt sein, dass sie den Winkel, in welchem der Trocknungsluftstrom auf die Membran auftrifft, beispielsweise durch Anpassen des Winkels der Gebläseflügel einstellt. Die Membran 100 sammelt Wasser aus einem verdichteten Gasgemisch, wenn es durch einen Mischgasströmungskanal 212 strömt. Wenn der Trocknungsluftstrom über die Membran geblasen wird, diffundieren Wassermoleküle, die durch verhältnismäßig große Kreise 320 dargestellt sind, aus der Membran im Mischgasströmungskanal 212 zum Trocknungsluftstrom.
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3D stellt eine Detailansicht der Struktur der Membran 100 dar. Pfeile stellen den Strom von Wasser durch die Membran und in den Trocknungsluftstrom (nicht dargestellt) dar. Als Ergebnis kann in Bezug auf 3D das verdichtete Gasgemisch links der Membran sein, und der Trocknungsluftstrom kann rechts der Membran sein. 3D. Wenn das verdichtete Gasgemisch durch den Mischgasströmungskanal strömt, wird Wasser in die kleineren Kapillarporen 350 der Membran 100 absorbiert. Die kleineren Kapillarporen 350 der Membran verhindern, dass das verdichtete Gasgemisch durch die Membran strömt. Wasser, dass durch die Membran eingefangen wird, bewegt sich zu den größeren Kapillarporen 360 auf der Außenfläche der Membran. Die kleineren Kapillarporen 350 können einen Durchmesser von 3 nm bis 10 nm aufweisen, und die größeren Kapillarporen 360 können einen Durchmesser von 11 nm bis 100 nm aufweisen. Zusätzlich oder alternativ können die größeren Kapillarporen 360 einen Durchmesser von 3 nm bis 10 nm aufweisen, wobei die größeren Kapillarporen 360 im Durchmesser jedoch größer als die kleineren Kapillarporen 350 bleiben. Wenn der Trocknungsluftstrom über die Membran strömt, wird die Außenfläche der Membran getrocknet, wodurch sich Wasser von der Innenfläche zur Außenfläche bewegen kann. Diese Wirkung ermöglicht es der Innenfläche der Membran, weiter Wasser aus dem verdichteten Gasgemisch zu absorbieren. Der Trocknungsluftstrom braucht nicht unidirektional zur Bewegung von Wasser in der Membran zu sein, sondern kann stattdessen senkrecht, entgegengesetzt oder eine Kombination davon (z. B. abgewinkelt) zur Richtung der Wasserbewegung in der Membran sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Membran ein Material umfassen, das zum selektiven Absorbieren von Wasser und Verhindern des Durchströmens eines Gases durch das Material imstande ist. Das Wasser diffundiert durch das Material zur Außenfläche (z. B. zur trockenen Seite) und verdampft bei Interaktion mit einem Trocknungsluftstrom.
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Demnach stellt die Membran, die zuvor in Bezug auf 1 bis 3D beschrieben wurde, einen Mechanismus zum Steuern von Kondensatpegeln in einer Motorkomponente, wie beispielsweise einem Ladeluftkühler, bereit. In einigen Beispielen kann das Kondensat im Ladeluftkühler gemäß einer Verbrennungsstabilitätsgrenze eines Motors gesteuert werden, der mit dem Ladeluftkühler in Fluidverbindung steht. Die Verbrennungsstabilitätsgrenze kann den Pegel von Wasserdampf und/oder Kondensat innerhalb der in die Zylinder gesaugten Ladeluft darstellen, den der Motor tolerieren kann, ohne eine Verschlechterung der Verbrennung zu erfahren. Die Verbrennungsstabilitätsgrenze kann überschritten werden, wenn ein Kondensatpegel im Ladeluftkühler höher als ein Schwellenkondensatpegel ist und das Kondenswasser in den Motor mitgerissen wird, wo es das Verbrennungsgemisch in den Zylindern überverdünnt. 4 beschreibt ein Verfahren zum Steuern eines Pegels von Kondensat innerhalb eines Ladeluftkühlers basierend auf der Verbrennungsstabilitätsgrenze.
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4 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren 400 zur Kontrolle eines Kondensatpegels in einem Ladeluftkühler veranschaulicht. In bestimmten Fällen kann das Verfahren ein Anpassen eines Trocknungsluftstroms zu einer Ladeluftkühlermembran umfassen, um einen Kondensatpegel gemäß einer Verbrennungsstabilitätsgrenze aufrechtzuerhalten.
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Das Verfahren 400 wird hierin unter Bezugnahme auf die in 1 und 2 dargestellt Komponenten und Systeme, insbesondere Bezug nehmend auf den Ladeluftkühler 120, die Membran(en) 100, den Motor 10, die Luftbewegungsvorrichtung 220 und den Verdichter 90b beschrieben. Das Verfahren 400 kann durch eine Steuerung (z. B. die Steuerung 12) gemäß darauf gespeicherten computerlesbaren Medien ausgeführt werden. Es versteht sich, dass das Verfahren 400 auf andere Systeme einer anderen Konfiguration angewendet werden kann, ohne vom Schutzbereich dieser Offenbarung abzuweichen.
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Das Verfahren 400 kann bei 402 beginnen, wobei Motorbetriebsbedingungen geschätzt und/oder gemessen werden können. Die Motorbetriebsbedingungen können eine Motordrehzahl, einen Motorlast, eine Motortemperatur, eine EGR-Temperatur und einen EGR-Massenstrom, einen Verdünnungsbedarf, eine Lufteinlasstemperatur und -feuchtigkeit, eine Ladeluftkühlertemperatur und ein anbefohlenes Luft-/Kraftstoffverhältnis umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein. Der Verdünnungsbedarf kann auf den aktuellen Motorbetriebsparametern (z. B. Motordrehzahl und/oder Motorlast) basieren. Der Verdünnungsbedarf kann zusätzlich oder alternativ basierend auf einer Vielfalt von Faktoren bestimmt werden, welche NOx-Bildung, Motortemperatur und Luft-/Kraftstoffverhältnis umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein. Der Motor-Verdünnungsbedarf kann außerdem durch eine optimale Kraftstoffökonomie für den Motor bestimmt werden.
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Bei 404 kann ein Kondensatpegel im Ladeluftkühler basierend auf der Luftfeuchtigkeit, der Lufttemperatur, der EGR-Rate, der EGR-Temperatur, dem Luft-/Kraftstoffverhältnis und/oder einem Druck im Ladeluftkühler geschätzt werden. Kondensat kann sich im Ladeluftkühler bilden, wenn eine Temperatur des Ladeluftkühlers unter einer Taupunkttemperatur eines Gasgemisches ist, das durch den Ladeluftkühlers strömt. Physikalische Eigenschaften, die den Taupunkt des Gasgemisches beeinflussen, können Feuchtigkeit, EGR-Rate und Wasserdampfgehalt sowie Druck des Gasgemisches umfassen. Wenn die Gesamtwasserdampfkonzentration und/oder der Druck zunehmen, erhöht sich der Taupunkt des Gasgemisches, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Kondensatbildung im Ladeluftkühler zunimmt. Das Bestimmen der Luftfeuchtigkeit kann ein Bestimmen der Luftfeuchtigkeit basierend auf Signalen von einem Feuchtigkeitssensor umfassen, der stromaufwärts des Ladeluftkühlers in einem Lufteinlasskanal (z. B. dem Einlasskanal 190) angeordnet ist. Gleichermaßen kann das Bestimmen des EGR-Wasserdampfgehalts ein Bestimmen des EGR-Wasserdampfgehalts basierend auf Signalen umfassen, welche die EGR-Rate und das Luft-/Kraftstoffverhältnis des Motors bestimmen.
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Bei 406 umfasst das Verfahren 400 ein Bestimmen, ob die geschätzte Kondensatbildung im Ladeluftkühler größer als ein Schwellenkondensatpegel ist. Der Schwellenkondensatpegel kann auf einer Verbrennungsstabilitätsgrenze basieren. Wie bereits erwähnt, stellt die Verbrennungsstabilitätsgrenze dar, wie viel Verdünnung (z. B. Wasserdampf und/oder Kondensat) vom Motor aufgenommen werden kann, bevor Klopfen, Fehlzündung oder andere instabile Verbrennungsereignisse eintreten. Die Verbrennungsstabilitätsgrenze kann auf aktuellen Betriebsparametern basieren, welche Motordrehzahl und -last, EGR-Rate und Zündzeiteinstellung umfassen. Außerdem kann die Verbrennungsstabilitätsgrenze auf einem oder mehreren von einer verschlechterten Verbrennung und/oder einem Fehlzündungspotenzial für die aktuellen Betriebsbedingungen basieren. Der geschätzte Schwellenkondensatpegel kann mit der Verbrennungsstabilitätsgrenze korreliert werden, da die Kondensatmenge, die der Motor tolerieren kann, mit steigender Verbrennungsstabilitätsgrenze zunimmt. Wenn das geschätzte Kondensat über dem Schwellenkondensatpegel ist, dann geht das Verfahren 400 zu 408 über, um die aktuellen Motorbetriebsparameter aufrechtzuerhalten. Das Verfahren kann enden.
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In einigen Ausführungsformen kann der Schwellenkondensatpegel proportional zur Verbrennungsstabilitätsgrenze eingestellt werden, wobei der Schwellenkondensatpegel ansteigt, wenn die Verbrennungsstabilitätsgrenze ansteigt. Die Verbrennungsstabilitätsgrenze kann basierend darauf variieren, dass ein Motor-Verdünnungsbedarf erfüllt wird. Wenn der Motor-Verdünnungsbedarf zunehmend erfüllt wird, kann die Verbrennungsstabilitätsgrenze sinken.
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Zurück zu 406 geht dann, wenn bestimmt wird, dass die geschätzte Kondensatbildung im Ladeluftkühler größer als der Schwellenkondensatpegel ist, das Verfahren zu 410 über, um eine Luftbewegungsvorrichtung zu aktivieren oder anzupassen. Wie bereits erwähnt, kann die Luftbewegungsvorrichtung ein Gebläse und/oder eine Luftpumpe umfassen. Wenn die geschätzte Kondensatbildung im Ladeluftkühler die Schwelle überschreitet, kann das Gebläse oder die Luftpumpe aktiviert werden, um einen Trocknungsluftstrom zu der einen oder den mehreren Membranen des Ladeluftkühlers zu leiten. In einigen Beispielen kann, wenn das Gebläse oder die Luftpumpe bereits aktiviert ist, das Gebläse oder die Luftpumpe basierend auf der geschätzten Kondensatbildung angepasst werden. Die Anpassung der Luftbewegungsvorrichtung kann auf einem Modell oder einer Messung basieren. Das Modell kann ein Verstärken eines Trocknungsluftstroms von der Luftbewegungsvorrichtung auf eine maximale Menge für eine vorbestimmte Zeitdauer (z. B. Einstellen eines Gebläses auf 2000 U/min für 5 Minuten) umfassen. Die Messung kann ein Anpassen eines Trocknungsluftstroms von der Luftbewegungsvorrichtung und einer Betriebsdauer basierend auf dem geschätzten Kondensatpegel im Ladeluftkühler umfassen, wobei, wenn der geschätzte Kondensatpegel im Ladeluftkühler zunimmt, auch der Trocknungsluftstrom von der Luftbewegungsvorrichtung und die Betriebsdauer zunehmen. Bei Starten und/oder Anpassen der Luftbewegungsvorrichtung geht das Verfahren 400 zu 412 über, um zu bestimmen, ob ein zweiter geschätzter Kondensatpegel höher als der Schwellenkondensatpegel ist.
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Der zweite geschätzte Kondensatpegel kann ähnlich den zuvor erörterten Beispielen geschätzt werden. Zusätzlich oder alternativ kann der zweite geschätzte Kondensatpegel die Anpassung des Trocknungsluftstroms von der gestarteten/angepassten Luftbewegungsvorrichtung berücksichtigen. Eine Trocknungsmenge zwischen dem Trocknungsluftstrom und der bzw. den Membran(en) kann durch Masse durch Zeit (z. B. kg/h) gemessen werden. Die Trocknungsgeschwindigkeit kann auf dem Trocknungsluftstrom, der von der Luftbewegungsvorrichtung bereitgestellt wird, und dem Kondensatpegel im Ladeluftkühler basieren. Daher kann der zweite geschätzte Kondensatpegel einer Differenz zwischen einem geschätzten Kondensat, das sich im Ladeluftkühler bildet, und der Trocknungsgeschwindigkeit zwischen dem Trocknungsluftstrom und der bzw. den Membran(en) entsprechen. Wenn zum Beispiel ein geschätztes Kondensat, das sich in einem Ladeluftkühler bildet, 2 kg/h beträgt, und eine Trocknungsgeschwindigkeit zwischen einem Trocknungsluftstrom und einer Membran 1,8 kg/h beträgt, dann beträgt der zweite geschätzte Kondensatpegel 0,2 kg/h.
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Wenn der zweite geschätzte Kondensatpegel nicht höher als der Schwellenkondensatpegel ist, dann geht das Verfahren zu 414 über, um die Luftbewegungsvorrichtung gleich weiterzubetreiben oder zu deaktivieren/anzupassen. Das Weiterbetreiben der Luftbewegungsvorrichtung kann darauf basieren, dass die Trocknungsgeschwindigkeit zwischen dem Trocknungsluftstrom und der bzw. den Membran(en) eine gewünschte Trocknungsgeschwindigkeit ist, wobei die gewünschte Trocknungsgeschwindigkeit genügend Trocknung bereitstellen kann, um den Kondensatpegel im Ladeluftkühler unter den Schwellenkondensatpegel zu senken. Die Luftbewegungsvorrichtung kann basierend darauf deaktiviert werden, dass der Kondensatpegel im Ladeluftkühler niedriger als ein unterer Schwellenkondensatpegel (z. B. niedriger als der Schwellenkondensatpegel) ist, der in einigen Beispielen kein geschätztes Kondensat sein kann.
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Zurück zu 412 kann dann, wenn der zweite geschätzte Kondensatpegel höher als der Schwellenkondensatpegel ist, das Verfahren zu 416 übergehen, um Motorbetriebsparameter anzupassen, wobei das Anpassen ein Frühverstellen der Einlassnockenwelle, Erhöhen der Ladungsbewegung, Anpassen eines Zündfunkens und/oder Deaktivieren/Reduzieren von EGR umfassen kann. Die Steuerung kann bestimmen, dass eine maximale Trocknungsgeschwindigkeit zwischen dem Trocknungsluftstrom und der bzw. den Membran(en) nicht ausreicht, um den Kondensatpegel im Ladeluftkühler unter den Schwellenkondensatpegel zu senken. Mit anderen Worten ist die Geschwindigkeit des sich neu bildenden Kondensats zu hoch für die maximale Trocknungsgeschwindigkeit, um einen Kondensatpegel unter den Schwellenkondensatpegel zu senken. Als Ergebnis kann die Steuerung Motorbetriebsparameter, die eines oder mehreres von einem Frühverstellen der Einlassnockenwelle, Erhöhen der Ladungsbewegung, Anpassen eines Zündfunkens und Reduzieren oder Deaktivieren von EGR (z. B. Bewegen der EGR-Ventile in eine teilweise oder ganz geschlossene Stellung) umfassen. EGR und Wasserdampf können die Flammengeschwindigkeit und das Klopfen stark beeinflussen. Ein erhöhter Wassergehalt in einem Verbrennungsgemisch verlangsamt die Flammengeschwindigkeit und reduziert die Klopfneigung. Als ein Ergebnis kann die Steuerung unter Vorwegnahme dessen, dass Kondensat zum Motor geblasen wird, die Einlassnockenwelle nach früh verstellen, die Ladungsbewegung erhöhen und/oder den Zündfunken anpassen, um Motorklopfen und Motoraussetzer zu verhindern. Als ein Beispiel kann die Zündzeiteinstellung proportional zu einer Kondensatmenge nach früh verstellt werden, wobei die Zündzeitfrühverstellung mit zunehmender Kondensatmenge zunimmt. Außerdem kann die Steuerung EGR deaktivieren oder reduzieren, um Kondensatbildung im Ladeluftkühler zu reduzieren und/oder Verdünnung der Ladeluft zu verringern. Zusätzlich oder alternativ können das Frühverstellen der Einlassnockenwelle, Erhöhen der Ladungsbewegung, Anpassen des Zündfunkens und Deaktivieren oder Reduzieren von EGR gleichzeitig durchgeführt werden. Außerdem können die Motoranpassungen umfassen, dass ein Zündsystem Nachzündungen hinzufügt, um die Möglichkeit von Fehlzündung zu reduzieren. Das Verfahren kann enden.
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Das Verfahren, das zuvor in Bezug auf 4 beschrieben wurde, stellt ein Verfahren zum selektiven Leiten eines Trocknungsluftstroms zu einer oder mehreren Ladeluftkühlermembran(en) bereit. Das Leiten des Trocknungsluftstroms zu der bzw. den Ladeluftkühlermembran(en) umfasst ein Starten/Anpassen einer Luftbewegungsvorrichtung. Die Luftbewegungsvorrichtung kann basierend auf einem Kondensatpegel im Ladeluftkühler gestartet/angepasst werden. Wenn ein geschätzter Kondensatpegel beim Ladeluftkühler einen Schwellenkondensatpegel überschreitet, dann kann ein Trocknungsluftstrom, der von der Luftbewegungsvorrichtung geliefert wird, verstärkt werden.
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Das Verfahren ermöglicht außerdem ein Anpassen von Motorbetriebsparametern, wenn eine maximale Trocknungsgeschwindigkeit zwischen dem Trocknungsluftstrom und der bzw. den Membran(en) den Kondensatpegel im Ladeluftkühler nicht auf einen Pegel unter dem Schwellenkondensatpegel senkt. Das Anpassen kann ein Frühverstellen des Einlassnockens, Erhöhen von Ladungsbewegung, Anpassen des Zündfunkens, Reduzieren/Deaktivieren von EGR oder eine Kombination davon umfassen.
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Nunmehr unter Hinwendung zu 5 veranschaulicht Grafik 500 eine Vielfalt von Motorbedingungen und ihre Wirkungen aufeinander bei einer Änderung von Motorbetriebsbedingungen. Die x-Achse stellt die Zeit dar, und die y-Achse stellt die jeweilige Motorbedingung dar, die gemessen wird. Kurve 502 stellt ein Ladeluftkühlerkondensat dar, wobei Linie 504 und 506 einen Schwellenkondensatpegel bzw. einen unteren Schwellenkondensatpegel darstellen, Kurve 508 stellt einen Trocknungsluftstrom dar, Kurve 510 stellt einen EGR-Durchsatz dar, und Kurve 512 stellt zum Beispiel eine Ladungsbewegung dar.
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Die Grafik 500 wird hierin unter Bezugnahme auf die in 1 dargestellten Komponenten und Systeme, insbesondere die Membran 100, den Ladeluftkühler 120 und den Motor 10 beschrieben. Die Grafik 500 kann durch eine Steuerung (z. B. die Steuerung 12) gemäß darauf gespeicherten computerlesbaren Medien gemessen werden.
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Vor T1 nimmt das Ladeluftkühlerkondensat mit zunehmendem EGR-Durchsatz zu, wie durch Kurve 502 bzw. 510 dargestellt. Die Ladungsbewegungssteuervorrichtung ist in einer anbefohlenen Stellung für die Betriebsbedingungen, wie beispielsweise maximaler Öffnung für geringstes Pumpen, und der Trocknungsluftstrom bleibt deaktiviert, wie durch Kurve 512 bzw. 508 dargestellt. Bei T1 überschreitet der Kondensatpegel im Ladeluftkühler den Schwellenkondensatpegel. Demgemäß wird die Luftbewegungsvorrichtung gestartet (d. h. ein Gebläse wird eingeschaltet), und ein Trocknungsluftstrom wird zu der bzw. den Ladeluftkühlermembran(en) geleitet. Die Ladungsbewegungssteuervorrichtung bleibt offen, und der EGR-Durchsatz nimmt weiter zu.
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Nach T1 und vor T2 ist der Trocknungsluftstrom verhältnismäßig stark und imstande, den Ladeluftkühler-Kondensatpegel trotz des zunehmenden EGR-Durchsatzes auf eine Menge unter dem Schwellenkondensatpegel zu senken. Wenn der Trocknungsluftstrom abzunehmen beginnt, nähert sich der Kondensatpegel dem unteren Schwellenkondensatpegel, und der Trocknungsluftstrom wird schwächer (z. B. nimmt eine Gebläsegeschwindigkeit ab). Der untere Schwellenkondensatpegel kann eine Kondensatmenge darstellen, die ein Motor unter aktuellen Betriebsbedingungen aufzunehmen imstande ist, ohne Verbrennungsinstabilität zu verursachen, und entsprechend kann die Steuerung signalisieren, den Trocknungsluftstrom zu starten oder anzupassen, wenn der untere Schwellenkondensatpegel erreicht wird. Der EGR-Durchsatz schwankt weiter. Die Ladungsbewegungssteuervorrichtung bleibt infolge dessen, dass die Luftbewegungsvorrichtung den Ladeluftkühler-Kondensatpegel unabhängig von einer Motorbetriebsparameteranpassung auf einen Pegel unter dem Schwellenkondensatpegel senkt, offen.
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Bei T2 wird die Luftbewegungsvorrichtung deaktiviert. In einigen Beispielen kann die Luftbewegungsvorrichtung gleich weiterbetrieben oder angepasst werden, wie zuvor beschrieben. Der Ladeluftkühler-Kondensatpegel ist unter den unteren Schwellenkondensatpegel gesunken. Der EGR-Durchsatz beginnt zuzunehmen. Der EGR-Durchsatz kann aufgrund einer Erhöhung der Motorlast zuzunehmen beginnen. Die Ladungsbewegungssteuervorrichtung bleibt offen. Nach T2 und vor T3 steigt der Ladeluftkühler-Kondensatpegel möglicherweise aufgrund der Erhöhung des EGR-Durchsatzes an. Die Zündzeiteinstellung bleibt offen, und der Trocknungsluftstrom ist deaktiviert.
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Bei T3 überschreitet der Ladeluftkühler-Kondensatpegel den Schwellenkondensatpegel, und folglich liefert die Luftbewegungsvorrichtung einen Trocknungsluftstrom. Nach T3 und vor T4 wird in Reaktion darauf, dass eine Trocknungsgeschwindigkeit zwischen dem maximalen Trocknungsluftstrom und der bzw. den Membran(en) den Kondensatpegel nicht auf einen Pegel unter dem Schwellenkondensatpegel trocknet, die Ladungsbewegungssteuervorrichtung aktiviert (z. B. wird die Ladungsbewegungssteuervorrichtung 80 geschlossen). Außerdem wird der EGR-Durchsatz reduziert, um eine Geschwindigkeit von Kondensatbildung im Ladeluftkühler zu verringern und zu ermöglichen, dass die Membran(en) trocknen. Die Zeitdauer, welche die Ladungsbewegungssteuervorrichtung aktiviert ist, kann von der Zeitdauer abhängen, die der Ladeluftkühler-Kondensatpegel über dem Schwellenkondensatpegel bleibt, wobei die Ladungsbewegungssteuervorrichtung zur gleichen Zeit in eine offene Stellung zurückkehrt, zu welcher der Ladeluftkühler-Kondensatpegel auf einen Pegel unter dem Schwellenkondensatpegel sinkt.
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Bei T4 erreicht der Ladeluftkühler-Kondensatpegel den unteren Schwellenkondensatpegel, und folglich wird die Luftbewegungsvorrichtung deaktiviert. Die Ladungsbewegungssteuervorrichtung bleibt offen, und der EGR-Durchsatz ist konstant. Nach T4 steigt der Ladeluftkühler-Kondensatpegel aufgrund der Deaktivierung der Luftbewegungsvorrichtung an. Der EGR-Durchsatz ist konstant, und die Ladungsbewegungssteuervorrichtung ist offen.
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5 stellt eine Veranschaulichung für das zuvor in Bezug auf 4 beschriebene Verfahren bereit. Auf diese Weise kann eine Membran, die im Ladeluftkühler angeordnet ist, der mit einer Luftbewegungsvorrichtung gekoppelt ist, einen Kondensatpegel im Ladeluftkühler kontrollieren. Ein Trocknungsluftstrom, der von der Luftbewegungsvorrichtung bereitgestellt wird, kann basierend auf einer Verbrennungsstabilitätsgrenze des Motors angepasst werden. Dadurch kann der Kondensatpegel aufrechterhalten werden, um eine Verbrennungsverschlechterung des Motors und/oder einen Motoraussetzer zu verhindern. Ein oder mehrere Motorbetriebsparameter können aufrechterhalten werden, solange die Luftbewegungsvorrichtung imstande ist, den Ladeluftkühler-Kondensatpegel auf einem Pegel unter einem Schwellenkondensatpegel zu halten. Zusätzlich oder alternativ können die Motorbetriebsparameter in Reaktion darauf angepasst werden, dass die Luftbewegungsvorrichtung nicht imstande ist, den Ladeluftkühler-Kondensatpegel auf einem Pegel unter dem Schwellenkondensatpegel zu halten. Die Anpassungen können ein Frühverstellen der Einlassnockensteuerung, Erhöhen der Ladungsbewegung, Anpassen eines Zündfunkens und Reduzieren oder Deaktivieren eines EGR-Durchsatzes umfassen. In einigen Beispielen können die Anpassungen gleichzeitig (wie dargestellt) oder getrennt (nicht dargestellt) erfolgen.
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Die technische Wirkung des Einbauens einer Membran in einen Ladeluftkühlers ist, einen Motor mit einer besseren Kontrolle über Kondensatpegel innerhalb eines Einlasssystems zu versehen. Die Membran(en) im Ladeluftkühler kann/können verwendet werden, um einen Kondensatpegel im Ladeluftkühler so aufrechtzuerhalten, dass eine Verbrennungsstabilitätsgrenze eingehalten wird.
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In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren für einen Motor ein Anpassen eines Trocknungsluftstroms, der in Reaktion auf einen Kondensatpegel im Ladeluftkühler zu einer Membran in einem Ladeluftkühler geleitet wird. Zusätzlich oder alternativ basiert die Schwelle auf einer Verbrennungsstabilitätsgrenze des Motors. Das Verfahren kann außerdem zusätzlich oder alternativ ein Anpassen der Schwelle basierend auf der Verbrennungsstabilitätsgrenze umfassen, wobei das Anpassen ein Senken der Schwelle umfasst, wenn ein Motor-Verdünnungsbedarf erfüllt wird. Das Verfahren kann zusätzlich oder alternativ ein Verstärken des Trocknungsluftstroms in Reaktion auf einen Kondensatpegel über einem Schwellenkondensatpegel und Verringern des Trocknungsluftstroms in Reaktion auf einen Kondensatpegel unter dem Schwellenkondensatpegel umfassen.
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Das Verfahren kann außerdem zusätzlich oder alternativ ein Abkühlen eines verdichteten Gasgemisches im Ladeluftkühler umfassen, wobei das verdichtete Gasgemisch über die Membran strömt und Wasserdampf auf eine Innenfläche der Membran abscheidet, und wobei der Trocknungsluftstrom über eine Außenfläche der Membran strömt und Wasser aus der Membran verdampft, ohne sich mit dem verdichteten Gasgemisch zu vermischen. Zusätzlich oder alternativ umfasst das Anpassen ein Verstärken des Trocknungsluftstroms in Reaktion auf eine Senkung einer Verbrennungsstabilitätsgrenze.
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Eine Ausführungsform eines Systems umfasst einen Ladeluftkühler stromaufwärts eines Motors und eine Membran, die einen Ladeluftpfad von einer Außenseite des Ladeluftkühlers trennt, wobei eine Mehrzahl von kleineren Kapillarporen durch einen inneren Abschnitt der Membran in Fluidverbindung mit dem Ladeluftpfad ist, und eine Mehrzahl von größeren Kapillarporen durch einen äußeren Abschnitt der Membran in Fluidverbindung mit der Außenseite des Ladeluftkühlers ist. Das System kann zusätzlich oder alternativ einen Verdichter stromaufwärts des Ladeluftkühlers, um ein verdichtetes Gasgemisch für den Ladeluftpfad bereitzustellen, und eine Luftbewegungsvorrichtung umfassen, die dem äußeren Abschnitt der Membran einen Trocknungsluftstrom zuführt. Die Luftbewegungsvorrichtung kann eines oder mehrere von einem Gebläse, einer Luftpumpe und einer Luftleitung umfassen, die so positioniert ist, dass sie Stauluft zum äußeren Abschnitt der Membran leitet. Zusätzlich oder alternativ kann das System einen Einlasskanal umfassen, der den Verdichter, den Ladeluftkühler und den Motor fluidisch koppelt. Das System kann außerdem eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen zum Anpassen der Luftbewegungsvorrichtung in Reaktion auf eine gewünschte Trocknungsgeschwindigkeit der Membran umfassen.
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Das System kann außerdem zusätzlich oder alternativ umfassen, dass der innere Abschnitt der Membran Wasser aus einem verdichteten Gasgemisch absorbiert, ohne Gas aus dem verdichteten Gasgemisch zu absorbieren, das Wasser vom inneren Abschnitt zum äußeren Abschnitt der Membran diffundiert, und der Trocknungsluftstrom das Wasser vom äußeren Abschnitt der Membran verdampft, ohne sich mit dem verdichteten Gasgemisch zu vermischen. Die Mehrzahl von kleineren Kapillarporen kann einen Durchmesser von 3 nm bis 10 nm aufweisen, und die größeren Kapillarporen können einen Durchmesser von 11 nm bis 100 nm aufweisen. Der Ladeluftkühler kann eine Mehrzahl von Kühlrohren umfassen, die den Ladeluftpfad definieren, und wobei eines oder mehrere der Kühlrohre die Membran umfassen.
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Ein anderes Verfahren für einen Motor umfasst ein Strömenlassen eines verdichteten Gasgemisches über eine Membran, die in einem Ladeluftkühler positioniert ist, wobei das verdichtete Gasgemisch Wasser auf einen inneren Abschnitt der Membran abscheidet, und das Wasser vom inneren Abschnitt der Membran zu einem äußeren Abschnitt der Membran diffundiert, und Leiten eines Trocknungsluftstroms zum äußeren Abschnitt der Membran, um Wasser aus der Membran in die Umgebungsluft zu saugen, die den Ladeluftkühler umgibt. Das Verfahren kann außerdem umfassen, dass das Leiten des Trocknungsluftstroms ein Leiten des Trocknungsluftstroms über eines oder mehrere von einem Gebläse, einer Luftpumpe und einer Luftleitung umfasst.
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Das Verfahren kann zusätzlich oder alternativ ein Anpassen eines Trocknungsluftdurchsatzes umfassen, wobei das Anpassen in Reaktion darauf, dass ein geschätzter Kondensatpegel im Ladeluftkühler einen Schwellenkondensatpegel überschreitet, wobei der Schwellenkondensatpegel auf einem Fehlzündungspotenzial eines oder mehrerer Zylinder des Motors basiert, ein Erhöhen des Trocknungsluftdurchsatzes umfasst. Das Verfahren kann außerdem ein Anpassen eines oder mehrerer Motorbetriebsparameter in Reaktion darauf umfassen, dass der Kondensatpegel im Ladeluftkühler den Schwellenkondensatpegel selbst nach dem Erhöhen des Trocknungsluftdurchsatzes überschreitet. Das Verfahren kann außerdem umfassen, dass das Anpassen des einen oder der mehreren Motorbetriebsparameter ein Anpassen eines oder mehrerer von einem EGR-Durchsatz, einer Einlassnockenfrühverstellung und einem Ladungsbewegungsniveau und einer Zündzeiteinstellung umfasst.
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In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren für einen Motor ein Anpassen eines Trocknungsluftstroms, der in Reaktion auf einen Kondensatpegel in einem Ladeluftkühler zu einer Membran geleitet wird. Das Verfahren kann zusätzlich oder alternativ eine Schwelle umfassen, die auf einer Verbrennungsstabilitätsgrenze des Motors basiert, wobei das Anpassen der Schwelle auf der Verbrennungsstabilitätsgrenze basiert, wobei das Anpassen ein Senken der Schwelle umfasst, wenn ein Motor-Verdünnungsbedarf erfüllt wird. Das Anpassen kann ein Verstärken des Trocknungsluftstroms in Reaktion auf einen Kondensatpegel über einem Schwellenkondensatpegel und Verringern des Trocknungsluftstroms in Reaktion auf einen Kondensatpegel unter dem Schwellenkondensatpegel umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann das Verfahren umfassen, dass der Ladeluftkühler mit der Membran ausgekleidete Kühlkanäle umfasst, wobei der Ladeluftkühler ein verdichtetes Gasgemisch kühlt, das verdichtete Gasgemisch über die Membran strömt und Wasserdampf auf eine Innenfläche der Membran abscheidet, und wobei der Trocknungsluftstrom über eine Außenfläche der Membran strömt und Wasser aus der Membran verdampft, ohne sich mit dem verdichteten Gasgemisch zu vermischen. Das Anpassen kann ein Verstärken des Trocknungsluftstroms in Reaktion auf eine Senkung einer Verbrennungsstabilitätsgrenze umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann das Verfahren ein Schätzen des Kondensatpegels basierend auf einer Messung eines Luftfeuchtigkeitssensors und einer Schätzung einer Wasserdampfkonzentration umfassen, die vom EGR basierend auf einem Luft-/Kraftstoffverhältnis und einer EGR-Rate eines oder mehrerer von einer Einlassluft und einem EGR-Strom beigesteuert wird.
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In einer Ausführungsform umfasst ein System eines Motors einen Ladeluftkühler stromaufwärts des Motors, eine Membran, die einen Ladeluftpfad von einer Außenseite des Ladeluftkühlers trennt, wobei eine Mehrzahl von kleineren Kapillarporen durch einen inneren Abschnitt der Membran in Fluidverbindung mit dem Ladeluftpfad ist, und eine Mehrzahl von größeren Kapillarporen durch einen äußeren Abschnitt der Membran in Fluidverbindung mit der Außenseite des Ladeluftkühlers ist. Das System kann zusätzlich oder alternativ einen Verdichter stromaufwärts des Ladeluftkühlers, um ein verdichtetes Gasgemisch für den Ladeluftpfad bereitzustellen, und eine Luftbewegungsvorrichtung umfassen, die dem äußeren Abschnitt der Membran einen Trocknungsluftstrom zuführt, wobei ein Einlasskanal den Verdichter, den Ladeluftkühler und den Motor fluidisch koppelt.
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Zusätzlich oder alternativ kann das System umfassen, dass die Luftbewegungsvorrichtung eines oder mehrere von einem Gebläse, einer Luftpumpe und einer Luftleitung umfasst, die so positioniert ist, dass sie Stauluft zum äußeren Abschnitt der Membran leitet. Das System kann außerdem eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen zum Anpassen der Luftbewegungsvorrichtung in Reaktion auf eine gewünschte Trocknungsgeschwindigkeit der Membran umfassen. Das System kann zusätzlich oder alternativ umfassen, dass der innere Abschnitt der Membran Wasser aus einem verdichteten Gasgemisch absorbiert, ohne Gas aus dem verdichteten Gasgemisch zu absorbieren, das Wasser vom inneren Abschnitt zum äußeren Abschnitt der Membran diffundiert, und der Trocknungsluftstrom das Wasser vom äußeren Abschnitt der Membran verdampft, ohne sich mit dem verdichteten Gasgemisch zu vermischen. Das System kann außerdem umfassen, dass die Mehrzahl von kleineren Kapillarporen einen Durchmesser von 3 nm bis 10 nm aufweist, und die größeren Kapillarporen einen Durchmesser von 11 nm bis 100 nm aufweisen können. Zusätzlich oder alternativ kann das System umfassen, dass der Ladeluftkühler eine Mehrzahl von Kühlrohren umfasst, die den Ladeluftpfad definieren, und wobei eines oder mehrere der Kühlrohre die Membran umfassen.
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Ein anderes Verfahren für einen Motor umfasst ein Strömenlassen eines verdichteten Gasgemisches über eine Membran, die in einem Ladeluftkühler positioniert ist, wobei das verdichtete Gasgemisch Wasser auf einen inneren Abschnitt der Membran abscheidet, und das Wasser vom inneren Abschnitt der Membran zu einem äußeren Abschnitt der Membran diffundiert, und Leiten eines Trocknungsluftstroms zum äußeren Abschnitt der Membran, um Wasser aus der Membran in die Umgebungsluft zu saugen, die den Ladeluftkühler umgibt. Zusätzlich oder alternativ kann das Verfahren außerdem umfassen, dass das Leiten des Trocknungsluftstroms ein Leiten des Trocknungsluftstroms über eines oder mehrere von einem Gebläse, einer Luftpumpe und einer Luftleitung umfasst.
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Das Verfahren kann außerdem zusätzlich oder alternativ ein Anpassen eines Trocknungsluftdurchsatzes umfassen, wobei das Anpassen in Reaktion darauf, dass ein geschätzter Kondensatpegel im Ladeluftkühler einen Schwellenkondensatpegel überschreitet, wobei der Schwellenkondensatpegel auf einem Fehlzündungspotenzial eines oder mehrerer Zylinder des Motors basiert, ein Erhöhen des Trocknungsluftdurchsatzes umfasst. Zusätzlich oder alternativ kann das Verfahren ein Anpassen eines oder mehrerer Motorbetriebsparameter in Reaktion darauf umfassen, dass der Kondensatpegel im Ladeluftkühler den Schwellenkondensatpegel selbst nach dem Erhöhen des Trocknungsluftstroms überschreitet. Das Anpassen kann umfassen, dass das Anpassen des einen oder der mehreren Motorbetriebsparameter ein Anpassen eines oder mehrerer von einem EGR-Durchsatz, einer Nockensteuerung, einem Ladungsbewegungsniveau und einer Zündzeiteinstellung umfasst.
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Es ist zu erwähnen, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in nicht-flüchtigem Speicher gespeichert und durch das Steuersystem mit der Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Stellantrieben und anderer Motorhardware ausgeführt werden. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere von einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen, wie zum Beispiel ereignisgesteuert, interrupt-gesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen. Entsprechend können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Operationen und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel ausgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele zu erreichen, sondern lediglich zur Vereinfachung der Veranschaulichung und Beschreibung vorgesehen. Eine oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Operationen und/oder Funktionen können abhängig von der jeweils verwendeten Strategie wiederholt ausgeführt werden. Außerdem können die beschriebenen Aktionen, Operationen und/oder Funktionen Code grafisch darstellen, der in einen nicht-transitorischen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Motorsteuersystem programmiert werden soll, wobei die beschriebenen Aktionen durch Ausführen der Anweisungen in einem System ausgeführt werden, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung umfasst.
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Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne auszulegen sind, da zahlreiche Varianten möglich sind. Die oben genannte Technologie kann zum Beispiel 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 offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart werden.
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Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere gewisse Kombinationen und Unterkombinationen auf, die als neuartig und nicht offensichtlich betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie den Einschluss eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen, wobei sie zwei oder mehr solche Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet, unabhängig davon, 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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