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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren und ein System zur Reinigung eines Bypass-Steuerungsventils eines Turboladers.
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Hintergrund
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Unter Bezugnahme auf 1 ist es allgemein bekannt, einen Verbrennungsmotor 10 mit einem Turbolader 20 zu versehen, um seine Leistungsabgabe zu verbessern und Emissionen zu reduzieren. In der Regel ist der Turbolader 20 mit einer abgasgetriebenen Turbine 22 angeordnet, die einen auf der gleichen Welle angebrachten Verdichter 24 antreibt. Darüber hinaus enthalten solche Turbolader 20 oftmals ein als ein Wastegate-Ventil 26 bekanntes Bypassventil, das zum Regeln des Abgasstroms in einem Bypass-Kanal 28, der parallel zur Turbine 22 des Turboladers angeordnet ist, verwendet wird. Das Wastegate-Ventil 26 kann zum Regulieren der durch die Turbine 22 strömenden Abgasmenge und dadurch Ändern der zum Antrieb des Verdichters 24 zur Verfügung stehenden Kraft verwendet werden. Demgemäß kann die durch den Turbolader 20 bereitgestellte Leistungsverstärkung durch die Stellung des Wastegate-Ventils 26 gesteuert werden. In der Regel besteht ein Ziel des Aufladens durch den Turbolader 20 darin, den Motor 10 mit dem geringstmöglichen Ausmaß an Drosselung durch die Drosselklappe 12 zu betreiben, um dadurch Pumpverluste zu reduzieren.
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Unter Bezugnahme auf 2 kann die Stellung des Wastegate-Ventils 26 durch ein Steuerungsventil 30 gesteuert werden. Das Steuerungsventil 30 steht über erste bzw. zweite Einlässe 32, 34 in Strömungsverbindung mit ersten und zweiten Referenzdrücken. Zum Beispiel kann einer der ersten und zweiten Einlässe 32, 34 mit einer Vakuumquelle, zum Beispiel einer motorgetriebenen Pumpe oder einem Supersauger, in Strömungsverbindung stehen, und der andere der Einlässe 32, 34 kann zur Atmosphäre offen sein. Das Steuerungsventil 30 reguliert den ersten und den zweiten Referenzdruck dank eines hin- und hergehenden Schiebers 36, der dazu konfiguriert ist, den ersten oder zweiten Referenzdruck gezielt zu einem Auslass 38 des Steuerungsventils zu übertragen. Auf diese Weise stellt das Steuerungsventil 30 ein Ausgangsdrucksignal bereit, das zwischen dem ersten und zweiten Referenzdruck liegen kann und das durch Ändern des Tastverhältnisses des hin- und hergehenden Schiebers variiert werden kann. Der Schieber 36 kann durch ein Solenoid gezielt bewegt werden, so dass das Steuerungsventil 30 ein pulsbreitenmoduliertes solenoidgetriebenes Ventil umfassen kann.
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Das Ausgangsdrucksignal von dem Steuerungsventil steht wiederum mit einer Wastegate-Regeldose 40 in Strömungsverbindung. Die Wastegate-Regeldose 40 umfasst eine Membran 41, hinter der sich ein Kolben 42 befindet, der gegen eine Feder 43 wirkt. Eine am Kolben 42 befestigte Verbindungsstange 44 ist dazu konfiguriert, das Wastegate-Ventil 26 über ein Gestänge 45 zu bewegen. Das Gestänge 45 kann einen drehbaren Teil 46 umfassen, der sich um eine Achse 46' drehen kann, um das Wastegate-Ventil 26 von einem entsprechenden Ventilsitz weg oder darauf zu zu bewegen. Der regulierte Ausgangsdruck vom Steuerungsventil 30 wirkt auf die Membran 42, um den Kolben 42 gezielt gegen die Feder 46 zu bewegen und somit das Wastegate-Ventil 26 zu öffnen oder zu schließen.
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Die von der Atmosphäre in das System gesaugte Luft kann zum Beispiel mit Öl vom Motor, Schmutz oder anderen Verunreinigungen verunreinigt sein. Außerdem können, insbesondere wenn die Vakuumquelle eine motorgetriebene Pumpe ist, solche Verunreinigungen wie beispielsweise Öl, Wasser und andere Verbrennungsprodukte aus der Vakuumquelle in das Steuerungsventil 30 eingeführt werden. Somit kann das Steuerungsventil 30 unter bestimmten Bedingungen durch eine Ansammlung von Ablagerungen verunreinigt werden, was zu einem Funktionalitätsverlust des Steuerungsventils führt. Das Ansprechverhalten des Wastegate-Ventils kann somit beeinträchtigt werden.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Reinigung eines Turbolader-Bypass-Steuerungsventils bereitgestellt, wobei das Bypass-Steuerungsventil so ausgelegt ist, dass es die Stellung eines Bypassventils ändert und dadurch die Strömungsbypassmenge über eine Turbine und/oder einen Verdichter eines Turboladers für einen Motor ändert, wobei das Bypass-Steuerungsventil in Strömungsverbindung mit einer Vakuumquelle steht, die mit dem Motor verbunden ist, das Bypass-Steuerungsventil so konfiguriert ist, dass es den Druck der Vakuumquelle gezielt ausgibt, um einen Ausgangsdruck des Bypass-Steuerungsventils zu regulieren, wobei die Stellung des Bypassventils durch den Ausgangsdruck des Bypass-Steuerungsventils bestimmt wird, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen, ob das Bypass-Steuerungsventil möglicherweise einer Reinigung bedarf; Bestimmen, ob der Druck der Vakuumquelle unter einem Schwellenwert liegt; und Vergrößern eines Fluidstroms durch das Bypass-Steuerungsventil, um das Bypass-Steuerungsventil zu reinigen.
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Das Verfahren kann ferner ein Bestimmen umfassen, ob der Druck der Vakuumquelle während eines Reinigungszyklus voraussichtlich unter dem Schwellenwert liegt. Das Bestimmen, ob der Druck der Vakuumquelle während eines Reinigungszyklus voraussichtlich unter dem Schwellenwert liegt, kann ein Vorhersagen einer Vakuumanforderung für die Vakuumquelle umfassen.
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Wenn die Vakuumquelle über dem Schwellendruck liegt und/oder voraussichtlich darüber liegt, kann das Reinigen des Bypass-Steuerungsventils durch das Verfahren zum Beispiel für eine festgelegte Zeitspanne verzögert werden.
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Zusätzlich oder alternativ kann das Verfahren ferner ein Überwachen des Drucks der Vakuumquelle umfassen, ob der Druck der Vakuumquelle über dem Schwellenwert liegt oder voraussichtlich darüber liegt. Das Verfahren kann ferner ein Reinigen des Bypass-Steuerungsventils umfassen, wenn der Druck der Vakuumquelle nicht mehr über dem Schwellenwert liegt und/oder voraussichtlich nicht mehr darüber liegt.
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Das Verfahren kann ferner ein Bestimmen umfassen, ob die Motormomentanforderung unter einem Schwellenwert liegt. Wenn die Motormomentanforderung über einem Schwellenwert liegt, kann das Reinigen des Bypass-Steuerungsventils durch das Verfahren verzögert werden.
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Das Verfahren kann ferner Aufrechterhalten einer im Wesentlichen konstanten Motormomentabgabe umfassen. Dies kann zum Beispiel erreicht werden, indem die Drosselklappenstellung des Motors angepasst wird, um die Motormomentabgabe zu reduzieren oder zu erhöhen.
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Das Reinigen des Bypass-Steuerungsventils kann während eines Entschleunigungsereignisses des Motors und/oder eines Fahrzeugs, das den Motor umfasst, durchgeführt werden, wenn zum Beispiel die Drosselklappe des Motors geschlossen ist, und/oder die Drehmomentanforderung des Motors null oder negativ ist. In diesem Fall ist eine Anpassung der Drosselklappe zum Kompensieren von Änderungen des Ladedruckpegels möglicherweise nicht erforderlich.
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Das Bypass-Steuerungsventil kann einen beweglichen Schieber umfassen, der so konfiguriert ist, dass er den Druck der Vakuumquelle oder einen Referenzdruck gezielt überträgt, derart dass ein Tastverhältnis des Schiebers den Ausgangsdruck des Bypass-Steuerungsventils bestimmt.
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Das Verfahren kann ferner ein Anpassen des Tastverhältnisses des Schiebers umfassen, um den vom Turbolader bereitgestellten Aufladungsgrad zu erhöhen oder herabzusetzen. Das Tastverhältnis des Schiebers kann derart angepasst werde, dass das Tastverhältnis näher an einem Verhältnis von im Wesentlichen 50 % ist.
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Das Bypass-Steuerungsventil kann ein elektronisches Vakuumreglerventil (EVRV) umfassen, das eine elektromagnetische Spule umfasst, wobei die Stärke des von der Spule erzeugten elektromagnetischen Feldes den vom EVRV bereitgestellten Ausgangsdruck bestimmt.
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Das Verfahren kann ferner ein Anpassen des Tastverhältnisses eines pulsbreitenmodulierten (PWM für engl. pulse width modulated) Steuersignals umfassen, das an die elektromagnetischen Spule übermittelt wird, um den vom Turbolader bereitgestellten Aufladungsgrad zu erhöhen oder herabzusetzen.
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Das Verfahren kann ein Abwechseln des Tastverhältnisses zwischen niedrigen und hohen Werten umfassen, um das Bypass-Steuerungsventil zu reinigen. Das Verfahren kann ferner ein Anpassen des Tastverhältnisses des PWM-Signals auf ein Verhältnis von 80 % oder darüber, z. B. 85 %, für eine festgelegte Dauer umfassen. Das Verfahren kann ferner ein Anpassen des Tastverhältnisses des PWM-Signals auf ein Verhältnis von 20 % oder darunter, z. B. 15 %, für eine festgelegte Dauer umfassen.
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Das Bestimmen, ob das Steuerungsventil möglicherweise einer Reinigung bedarf, kann ein Überwachen der Leistung eines oder mehrerer von dem Bypass-Steuerungsventil, dem Bypassventil, dem Turbolader und dem Motor und Bestimmen, ob die Leistung unter einer vorbestimmten Leistungsschwelle liegt, umfassen.
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Alternativ oder zusätzlich kann das Bestimmen, ob das Steuerungsventil möglicherweise einer Reinigung bedarf, ein Bestimmen der Zeitspanne des Betriebs des Bypass-Steuerungsventils seit einer vorherigen Reinigung des Bypass-Steuerungsventils umfassen.
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Zusätzlich oder alternativ kann das Bestimmen, ob das Bypass-Steuerungsventil möglicherweise einer Reinigung bedarf, wiederum ein Erfassen umfassen, ob sich Verunreinigungen innerhalb des Bypass-Steuerungsventils angesammelt haben.
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Die Vakuumquelle kann einen Vakuumbehälter umfassen. Das Überwachen/Vorhersagen des Drucks der Vakuumquelle kann ein Überwachen/Vorhersagen des Drucks des Vakuumbehälters umfassen. Die Vakuumquelle kann ferner eine Pumpe, eine Saugvorrichtung, ein Venturi usw. umfassen.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein System zum Reinigen eines Turbolader-Bypass-Steuerungsventils bereitgestellt, wobei das Bypass-Steuerungsventil so ausgelegt ist, dass es die Stellung eines Bypassventils ändert und dadurch die Strömungsbypassmenge über eine Turbine und/oder einen Verdichter eines Turboladers für einen Motor ändert, wobei das Bypass-Steuerungsventil in Strömungsverbindung mit einer Vakuumquelle steht, die mit dem Motor verbunden ist, das Bypass-Steuerungsventil so konfiguriert ist, dass es den Druck der Vakuumquelle gezielt ausgibt, um einen Ausgangsdruck des Bypass-Steuerungsventils zu regulieren, wobei die Stellung des Bypassventils durch den Ausgangsdruck des Bypass-Steuerungsventils bestimmt wird, wobei das System eine oder mehrere Steuerungen umfasst, die konfiguriert sind zum: Bestimmen, ob das Bypass-Steuer√ventil möglicherweise einer Reinigung bedarf; Bestimmen, ob der Druck der Vakuumquelle unter einem Schwellenwert liegt; und Vergrößern eines Fluidstroms durch das Bypass-Steuerungsventil, um das Bypass-Steuerungsventil zu reinigen.
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Die eine oder die mehreren Steuerungen können ferner so konfiguriert sein, dass sie bestimmen, ob der Druck der Vakuumquelle während eines Reinigungszyklus voraussichtlich unter einem Schwellenwert liegt.
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Die eine oder die mehreren Steuerungen können ferner so konfiguriert sein, dass sie eine Vakuumanforderung für die Vakuumquelle vorhersagen.
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Die eine oder die mehreren Steuerungen können ferner so konfiguriert sein, dass sie das Reinigen des Bypass-Steuerungsventils verzögern, wenn der Druck der Vakuumquelle über dem Schwellenwert liegt und/oder voraussichtlich darüber liegt.
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Zusätzlich oder alternativ können die eine oder die mehreren Steuerungen ferner so konfiguriert sein, dass sie den Druck der Vakuumquelle überwachen, ob der Druck der Vakuumquelle über dem Schwellenwert liegt oder voraussichtlich darüber liegt; und das Bypass-Steuerungsventil reinigen, wenn der Druck der Vakuumquelle nicht mehr über dem Schwellenwert liegt und/oder voraussichtlich nicht mehr darüber liegt.
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Die Vakuumquelle kann einen Vakuumbehälter umfassen.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird Software bereitgestellt, die bei Ausführung durch eine Computereinrichtung die Computereinrichtung veranlasst, das Verfahren eines zuvor erwähnten Aspekts der vorliegenden Offenbarung durchzuführen.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Fahrzeug oder ein Motor mit dem System zum Reinigen des Bypass-Steuerungsventils des Turboladers gemäß einem zuvor erwähnten Aspekt der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Zum besseren Verständnis der vorliegenden Offenbarung, und um deutlicher zu zeigen, wie sie implementiert werden kann, wird nunmehr beispielhaft auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, wobei:
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1 eine schematische Ansicht einer früher vorgeschlagenen Motor- und Turboladeranordnung mit einem Wastegate darstellt;
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2 eine schematische Ansicht einer früher vorgeschlagenen Wastegate-Anordnung zum Steuern der Stellung eines Turbolader-Wastegates darstellt;
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3 eine schematische Ansicht einer Motor- und Turboladeranordnung mit einem Wastegate gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt;
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4a eine schematische Ansicht eines Vakuumregelventils in einer neutralen Stellung darstellt;
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4b eine schematische Ansicht eines Vakuumregelventils in einer für Vakuumdruck offenen Konfiguration darstellt;
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4c eine schematische Ansicht eines Vakuumregelventils in einer für Steuerungsluftdruck offenen Konfiguration darstellt;
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5 ein Verfahren zur Reinigung eines Steuerungsventils gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt; und
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6 ein System zum Reinigen eines Steuerungsventils gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt.
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Ausführliche Beschreibung
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Unter Bezugnahme auf 3, 5 und 6 betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren und/oder ein System zur Reinigung des Steuerungsventils 30, das zuvor unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben wurde. Wie bereits erwähnt, kann das Steuerungsventil 30 die Stellung des Wastegate-Ventils 26 über die Wastegate-Regeldose 40 steuern, und die Einzelheiten ihrer Funktionsweise werden hier der Kürze halber weggelassen.
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Unter Bezugnahme auf 3 kann der Motor 10, wie zuvor unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, mit einer Vakuumpumpe 14 verbunden sein, die mit der Ausgangswelle des Motors mechanisch gekoppelt sein und durch Motor mechanisch angetrieben werden kann. Alternativ kann die Vakuumpumpe 14 elektrisch angetrieben werden, oder ein Vakuum kann durch eine beliebige andere Vakuumquelle erzeugt werden, wie beispielsweise eine Venturi-Vorrichtung, die zu ihrem Betrieb keine Energie direkt vom Motor benötigt. Die Vakuumquelle, z. B. die Vakuumpumpe 14, kann eine Vakuumquelle für Systeme bereitstellen, die mit einem Fahrzeug, wie beispielsweise einem Motorfahrzeug, assoziiert sind, das durch den Motor 10 angetrieben wird. Solche Systeme, zum Beispiel ein Bremskraftverstärkungssystem, können Vakuumdruck für ihren Betrieb benötigen.
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Die Vakuumpumpe 14 kann auch verwendet werden, um einen ersten Referenzdruck für das Steuerungsventil 30 bereitzustellen. Es kann ein Vakuumbehälter 16 vorgesehen sein, um zu gewährleisten, dass ein stabiler Druck von der Vakuumquelle 14 verfügbar ist. Es versteht sich, dass, obwohl in dem in 3 dargestellten Beispiel die Vakuumpumpe 14 in Strömungsverbindung mit dem Vakuumbehälter 16 dargestellt ist, und der Vakuumbehälter 16 in Strömungsverbindung mit dem Steuerungsventil 30 dargestellt ist, auch alternative Anordnungen möglich sind. Zum Beispiel kann das Steuerungsventil sowohl mit dem Vakuumbehälter als auch mit der Vakuumpumpe in Strömungsverbindung stehen.
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Unter Bezugnahme auf 5 umfasst das Verfahren 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung: einen ersten Schritt 120, der bestimmt, ob das Steuerungsventil 30 möglicherweise einer Reinigung bedarf; einen zweiten Schritt 140, der bestimmt, ob der Druck der Vakuumquelle 14 unter einem Schwellendruck liegt; und einen dritten Schritt 160, der einen Fluidstrom durch das Steuerungsventil vergrößert, um das Steuerungsventil zu reinigen.
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Das Verfahren 100 kann einen optionalen Schritt umfassen, der bestimmt, ob das Motormoment unter einem Schwellenwert liegt. Dieser Schritt kann zwischen den ersten und zweiten Schritten 120, 140 ausgeführt werden.
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Das Verfahren kann ferner einen zusätzlichen optionalen Schritt umfassen, der eine Stellung einer Drosselklappe 12 des Motors 10 und somit die Motormomentabgabe zum Kompensieren der Anpassung des vom den Turbolader 20 bereitgestellten Aufladungsgrads anpasst. Dieser Schritt kann im Wesentlichen zur gleichen Zeit wie der dritte Schritt 160 erfolgen.
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Unter Bezugnahme auf 6 umfasst das System 200 gemäß der vorliegenden Offenbarung eine oder mehrere Steuerungen 200, die ein erstes Modul 220, das so konfiguriert ist, dass es bestimmt, ob das Steuerungsventil 30 möglicherweise einer Reinigung bedarf; ein zweites Modul 240, das so konfiguriert ist, dass es bestimmt, ob der Druck der Vakuumquelle unter einem Schwellendruck liegt; und ein drittes Modul 260 umfasst, das so konfiguriert ist, dass es einen Fluidstrom durch das Steuerungsventil vergrößert, um das Steuerungsventil zu reinigen.
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Das System 200 kann ein optionales Modul umfassen, das so konfiguriert ist, dass es bestimmt, ob das Motormoment unter einem Schwellenwert liegt.
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Das System 200 kann ferner ein zusätzliches optionales Modul umfassen, das so konfiguriert ist, dass es eine Stellung einer Drosselklappe 12 des Motors 10 und somit die Motormomentabgabe zum Kompensieren der Anpassung des vom Turbolader 20 bereitgestellten Aufladungsgrads anpasst.
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Die gesamte vorliegende Offenbarung hindurch wird der Druck in Bezug auf ein perfektes Vakuum betrachtet. Daher bedeutet das Beschrieben eines Drucks einer Vakuumquelle als „über“ einem Schwellendruck, dass der absolute Druck der Vakuumquelle größer als der absolute Schwellendruck ist und umgekehrt. Es versteht sich demgemäß, dass die Vakuumquelle bei „niedrigerem Druck“ als eine bessere Vakuumquelle bereitstellend betrachtet wird, und umgekehrt.
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Das Steuerungsventil 30 kann einen ersten Einlass 32 für den ersten Referenzdruck und einen zweiten Einlass 34 für den zweiten Referenzdruck umfassen. Der Schieber 36 oder ein beliebiges anderes Ventilelement kann sich innerhalb des Steuerungsventils bewegen, z. B. hin- und hergehen, so dass es die ersten und zweiten Einlässe 32, 34 abwechselnd blockieren kann. Auf diese Weise kann das Steuerungsventil 30 die ersten und zweiten Referenzdrücke derart regulieren, dass der Ausgangsdruck des Steuerungsventils gleich einem der ersten und zweiten Referenzdrücke sein oder dazwischen liegen kann. Wie bereits erwähnt, kann der erste Referenzdruck dem Druck einer Vakuumquelle entsprechen. Der zweite Referenzdruck kann atmosphärischer Druck sein.
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Bei der Hin- und Herbewegung des Schiebers kann ein Nettofluidstrom vom zweiten Einlass 34 zum ersten Einlass 32, oder umgekehrt, vorliegen. Es versteht sich, dass ein sehr niedriges oder ein sehr hohes Tastverhältnis solch einen Nettofluidstrom begrenzt, da der erste oder der zweite Einlass bei solch einem Tastverhältnis vornehmlich blockiert sein wird. Andererseits wird der Nettostrom bei Tastverhältnissen, die von diesen Extremwerten entfernt sind, vergrößert, da der erste und der zweite Einlass nicht so lange blockiert sind. Durch Variieren des Tastverhältnisses des Wechselventils kann der Fluidstrom durch das Steuerungsventil daher vergrößert werden. Der vergrößerte Fluidstrom durch das Steuerungsventil kann jegliche Verunreinigungen mitführen, die sich im Steuerungsventil angesammelt haben, und somit kann das Steuerungsventil gereinigt werden.
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Es versteht sich, dass das Tastverhältnis des Schiebers (sei es durch Verringern oder Erhöhen) derart angepasst werden kann, dass das Tastverhältnis näher an einem Verhältnis von im Wesentlichen 50% ist, wobei dann der Nettostrom durch das Steuerungsventil maximal sein kann. Das Tastverhältnis ist ein Verhältnis der Zeit, die sich der Schieber an einem Ende des Steuerungsventils aufhält, bezüglich der Zeitspanne für eine Schwingung des Schiebers. Demgemäß kann ein Tastverhältnis von 50% einem Blockieren des ersten und des zweiten Steuerungsventileinlasses durch den Schieber für gleiche Zeitspannen entsprechen.
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Wie bereits erwähnt, führen, wenn die ersten und zweiten Einlässe 32, 34 mit der Vakuumquelle 14 verbunden sind bzw. für atmosphärischen Druck offen gelassen werden, das Anpassen des Tastverhältnisses des Steuerungsventils 30 und das Vergrößern des Nettostroms durch das Steuerungsventil dazu, dass die Wastegate-Regeldose schnell entlüftet und dann durch das Steuerungsventil entleert wird. Dies kann jegliche angesammelten Verunreinigungen aus dem Wastegate-Steuersystem durch zur Vakuumquelle 14 spülen.
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Alternativ kann das Steuerungsventil 30 unter Bezugnahme auf 4a bis 4c stattdessen ein elektronisches Vakuumregelventil (EVRV) 50 umfassen. Das EVRV 50 kann eine Zufuhr von Vakuumdruck über einen Vakuumeinlass 52 empfangen. Luft bei einem Referenzdruck, zum Beispiel atmosphärische Luft, kann über einen Referenzlufteingang 54 zugeführt werden. Der Steuerungsdruck für das Wastegate kann über einen Steuerungsauslass 64 ausgeben werden. Ein Kolben 56, der durch ein elastisches Element, wie beispielsweise eine Membran 58, gehalten wird, kann innerhalb des EVRVs 50 vorgesehen sein. Die Membran 58 kann so konfiguriert sein, dass sie den Kolben 56 gegen einen Balg 62 nach unten vorspannt. Die auf den Kolben 56 wirkende Kraft kann die Kombination der von der Membran 58 ausgeübten Kraft und einer Kraft sein, die aus dem Druckunterschied zwischen dem Steuerungsauslassdruck am Auslass 64 und dem Referenzluftdruck vom Einlass 54, d. h. dem Druckunterschied über den Kolben 56, resultiert. Ein erstes Ende des Balgs 62 kann gezielt an den Vakuumeinlass 52 stoßen, um den Vakuumeinlass 52 gezielt zu blockieren. Ein zweites Ende des Balgs 62 kann funktionell mit einer elektromagnetischen Spule 60 verbunden sein. Die Spule kann ein pulsbreitenmoduliertes (PWM) Steuersignal empfangen, dessen Tastverhältnis die Stärke des von der Spule erzeugten Magnetfelds und infolgedessen die vom ersten Ende des Balgs gegen den Vakuumeinlass 52 ausgeübte Kraft ändert.
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In einer neutralen Stellung, wie in 4a veranschaulicht, kann eine Stoßfläche 56a des Kolbens gegen den Balg 62 anliegen und den Referenzluftstrom vom Einlass 54 zum Auslass 64 blockieren. Der Balg kann seinerseits gegen den Vakuumeinlass 52 positioniert sein und den Luftstrom durch das Ventil zur Vakuumquelle 14 blockieren. Der Druck des Steuerungsauslasses 64 kann daher im Wesentlichen konstant sein.
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Unter Bezugnahme auf 4b kann, wenn das auf die Spule 60 angewendete Tastverhältnis reduziert wird, die auf den Kolben wirkende Kraft die vom Balg 62 gegen den Vakuumeinlass 52 ausgeübte Kraft überschreiten. Infolgedessen kann der Balg zusammengedrückt werden, und er kann den Vakuumeinlass 52 nicht mehr blockieren. Der Druck innerhalb des Steuerungsventils kann durch die Vakuumquelle 14 verringert werden, bis der Druckunterschied über den Kolben 56 die Änderung der Kraft ausgleicht, die von der Spule 60 durch den Balg 62 bereitgestellt wird. Sobald die Kraft ausgeglichen ist, kann das Ventil in die in 4a dargestellte neutrale Konfiguration zurückkehren, und die Druckausgabe durch das Ventil aus dem Auslass 64 kann nun reduziert sein.
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Unter Bezugnahme auf 4c kann, wenn das auf die Spule 60 angewendete Tastverhältnis stattdessen erhöht wird, der Kraftausgleich am Kolben 56 genügen, um die Stoßfläche 56a des Kolbens vom Balg wegzubewegen (z. B. wenn der Druck am Auslass 64 zu niedrig wird), wodurch ein Spalt erzeugt wird, durch welchen Referenzluft vom Einlass 54 strömen kann. Der Druck innerhalb des EVRVs kann daher erhöht werden, bis der Druckunterschied über den Kolben 56 andere auf den Kolben wirkende Kräfte ausgleicht. Sobald die Kraft ausgeglichen ist, kann das Ventil in die in 4a dargestellte neutrale Konfiguration zurückkehren, wobei die Druckausgabe durch das Ventil aus dem Auslass 64 nun erhöht ist.
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Das EVRV 50 kann durch Fördern eines Stroms durch das EVRV z. B. durch Abwechseln des Tastverhältnisses zwischen niedrigen und hohen Werten, um zwischen den in 4b und 4c dargestellten Betriebsweisen abzuwechseln, gereinigt werden. Als Beispiel kann das Tastverhältnis anfänglich für eine Zeitspanne auf einem niedrigen Wert, zum Beispiel einem Wert von unter 20 %, wie beispielsweise 15 %, gehalten werden, bevor es für eine Zeitspanne auf einem hohen Wert, zum Beispiel einem Wert von über 80 %, wie beispielsweise 85 %, gehalten wird. Dieser Prozess kann eine festgelegte Anzahl von Malen wiederholt werden.
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Wenn der von dem Turbolader bereitgestellte Aufladungsgrad durch eine Änderung, die am Tastverhältnis des Steuerungsventils während eines Reinigungszyklus vorgenommen wird, erhöht wird, dann kann die Drosselklappenstellung des Motors so angepasst werden, dass die Motormomentabgabe verringert wird. Nach Beendigung der Reinigung kann das Tastverhältnis des Steuerungsventils so angepasst werden, dass der vom Turbolader bereitgestellte Aufladungsgrad herabgesetzt wird, und die Drosselklappenstellung des Motors kann so angepasst werden, dass die Motormomentabgabe erhöht wird. Während dieses Prozesses kann z. B. durch Steuern der Drosselklappenstellung eine im Wesentlichen konstante Motormomentabgabe aufrechterhalten werden, so dass der Fahrer keinen Unterschied bei der Leistung des Fahrzeugs wahrnimmt.
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Alternativ kann dann, wenn der vom Turbolader bereitgestellte Aufladungsgrad durch eine Änderung, die am Tastverhältnis des Steuerungsventils während eines Reinigungszyklus vorgenommen wird, herabgesetzt wird, die Drosselklappenstellung des Motors so angepasst werden, dass die Motormomentabgabe erhöht wird. Nach Beendigung der Reinigung kann das Tastverhältnis des Steuerungsventils so angepasst werden, dass der vom Turbolader bereitgestellte Aufladungsgrad erhöht wird, und die Drosselklappenstellung des Motors kann so angepasst werden, dass die Motormomentabgabe verringert wird. Wiederum kann während dieses Prozesses z. B. durch Steuern der Drosselklappenstellung eine im Wesentlichen konstante Motormomentabgabe aufrechterhalten werden, so dass der Fahrer keinen Unterschied bei der Leistung des Fahrzeugs wahrnimmt.
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Wenn das Steuerungsventil das EVRV 50 umfasst, und das Tastverhältnis des Steuerungsventils abwechselnd geändert wird. Die Drosselklappenstellung des Motors kann demgemäß so angepasst werden, dass die Motormomentabgabe aufrechterhalten wird.
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Der Aufladungsgrad des Turboladers (d. h. die Stellung des Wastegate-Ventils) kann z. B. nach der Bestimmung, dass das Steuerungsventil sauber ist, oder nach einer festgelegten Reinigungszeitdauer auf Niveaus vor der Anpassung zurückgesetzt werden.
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Die Drosselklappenstellung kann durch eine Drosselklappensteuerung, wie zum Beispiel ein Antriebsstrang-Steuermodul (PCM für engl. Powertrain Control Module), angepasst werden. Die Drosselklappensteuerung kann die Drosselklappenstellung so anpassen, dass eine konstante Drehmomentabgabe des Motors aufrechterhalten wird, während das Tastverhältnis des Schiebers (und somit die Turboladeraufladung) variiert wird. Die Drosselklappensteuerung kann auf eine gespeicherte Nachschlagetabelle zurückgreifen, um zu bestimmen, wie viel Anpassung der Drosselklappe erforderlich ist, um die Änderung der Turboladeraufladung zu kompensieren. Die Daten in der gespeicherten Nachschlagetabelle können aus den bekannten Kennwerten des Turboladers und des Motors erhalten werden. Als Alternative oder zusätzlich dazu kann ein Sensor die Motormomentabgabe erfassen, und die Steuerung kann die Drosselklappenstellung, zum Beispiel in einem geschlossenen Regelkreis, anpassen.
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Während der Reinigung des Steuerungsventils kann der Luftstrom durch das Steuerungsventil zur Vakuumquelle 14 maximal sein. Die Energie, die von der Vakuumquelle 14 benötigt wird, um den Pegel des gelieferten Vakuumdrucks aufrechtzuerhalten, kann daher gegenüber dem Normalbetrieb des Steuerungsventils 30 erhöht sein. Im Normalbetrieb des Wastegate-Ventils kann der Behälter 16 die Auswirkungen dieses Effekts auf andere Fahrzeugsysteme reduzieren. Während eines Reinigungszyklus, wenn das Tastverhältnis des Steuerungsventils nach Bedarf angepasst wird, um den Luftstrom durch das Steuerungsventil zu vergrößern, können jedoch erhebliche Anforderungen an die Vakuumquelle 14 gestellt werden, um den Vakuumdruck innerhalb des Behälters 16 und infolgedessen für das Steuerungsventil 30 aufrechtzuerhalten. Um zu verhindern, dass dies andere Systeme, welche die Vakuumquelle 14 benötigen, beeinträchtigt oder von solchen Systemen beeinträchtigt wird, kann das System 200 vor dem Einleiten eines Reinigungszyklus bestimmen, ob der Vakuumdruck unter einem Schwellendruck ist.
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Die Reinigung des Steuerungsventils kann an einem geeigneten Punkt im Antriebszyklus des Motors durchgeführt werden. Wenn zum Beispiel ein hohes Drehmoment vom Motor angefordert oder wahrscheinlich angefordert wird, und somit hohe Aufladungsgrade vom Turbolader erforderlich sind, kann es unangemessen sein, den Aufladungsgrad zur Reinigung des Steuerungsventils herabzusetzen. Wenn andererseits bestimmt wird, dass sich der Motor an einem Punkt mit niedrigem Drehmoment im Antriebszyklus befindet, dann kann es angemessen sein, das Steuerungsventil zum Beispiel durch Erhöhen des Aufladungsgrads und Drosseln des Motors zu reinigen. Es kann auch angemessen sein, das Steuerungsventil während eines Entschleunigungsereignisses zu reinigen. Während solch eines Ereignisses kann die Drosselklappe vollständig geschlossen sein, und/oder die Motormomentanforderung kann null oder negativ sein. Außerdem kann die Vakuumversorgung immer noch unter dem Schwellendruck sein. Wenn das Steuerungsventil unter diesen Bedingungen gereinigt wird, besteht möglicherweise keine Notwendigkeit zur Anpassung der Drosselklappe, wie oben beschrieben, um die Änderung der bereitgestellten Aufladung zu kompensieren.
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Die Steuerung kann bestimmen, ob der Zeitpunkt zur Reinigung des Steuerungsventils angemessen ist. Die Steuerung kann solch eine Entscheidung auf einer vorgeschlagenen Fahrzeugroute und der Kenntnis der wahrscheinlichen Motormomentanforderungen entlang der Route basieren. Wenn bestimmt wird, dass das Steuerungsventil möglicherweise einer Reinigung bedarf, kann die tatsächliche Reinigung so lange verzögert werden, bis die Steuerung bestimmt, dass ein geeigneter Punkt im Antriebszyklus zur Durchführung der Reinigung vorliegt.
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Die Berücksichtigung der Drehmomentanforderung des Motors kann es vorteilhaft sein, wenn der erste und/oder der zweite Referenzdruck des Steuerungsventils von der am Motor vorgesehenen Vakuumquelle 14 bereitgestellt werden. Wenn ein hohes mechanisches Drehmoment vom Motor angefordert wird, kann eine Venturi-Vorrichtung, wie beispielsweise ein Supersauger, über einen reduzierten Druckunterschied arbeiten, und eine mechanisch oder elektrische angetriebene Vakuumpumpe kann durch den Motor weniger wirksam angetrieben werden. Dies kann das Problem eines reduzierten Vakuumdrucks verstärken, der für andere Systeme verfügbar ist, wenn die Reinigung ausgeführt wird, während ein hohes Drehmoment vom Motor angefordert wird.
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Wenn der Druck der Vakuumquelle über einem Schwellenwert liegt, kann die Reinigung des Steuerungsventils unwirksam sein. Zu versuchen, das Steuerungsventil bei hohem Druck der Vakuumquelle zu reinigen, kann verhindern, dass er wieder unter den Schwellenwert abfällt; zusätzlich dazu kann es den Druck der Vakuumquelle weiter erhöhen. Dies kann die Leistung anderer Systeme beeinträchtigen, welche Vakuumdruck von der Vakuumquelle benötigen, wie beispielsweise das Bremskraftverstärkungssystem.
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Wenn der Druck der Vakuumquelle über dem Schwellenwert liegt, kann die Steuerung die Reinigung des Steuerungsventils verzögern, bis der Druck der Vakuumquelle wieder unter den Schwellendruck abgefallen ist. Außerdem kann es wünschenswert sein, zu berücksichtigen, ob der Druck der Vakuumquelle während eines geplanten Reinigungszyklus voraussichtlich über dem Schwellenwert liegt. Die Steuerung kann die wahrscheinliche Forderung an die Vakuumquelle seitens anderer Systeme im Fahrzeug berücksichtigen, um zu bestimmen, ob der Druck der Vakuumquelle während eines Reinigungszyklus über den Schwellenwert ansteigen kann. In diesem Fall kann die Steuerung den Reinigungszyklus in ähnlicher Wiese verzögern, bis die Vakuumquelle voraussichtlich durchgehend unter dem Schwellendruck bleibt.
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Falls die Steuerung den Reinigungszyklus verzögert, kann die Steuerung den Druck der Vakuumquelle und die Vakuumanforderungen anderer Systeme im Fahrzeug weiter überwachen, bis ein angemessener Punkt zum Reinigen des Steuerungsventils erreicht wird.
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Um zu bestimmen, ob das Steuerungsventil möglicherweise einer Reinigung bedarf, kann die Leistung eines oder mehrerer von dem Steuerungsventil, dem Bypassventil, dem Turbolader und dem Motor überwacht werden. Wenn zum Beispiel die Leistung unter einer vorbestimmten Leistungsschwelle liegt, kann bestimmt werden, dass das Steuerungsventil möglicherweise einer Reinigung bedarf.
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Als Alternative oder zusätzlich dazu kann das Steuerungsventil in periodischen Abständen gereinigt werden. Demgemäß kann die Zeitdauer, die das Steuerungsventil seit einer vorherigen Reinigung des Steuerungsventils im Betrieb war, berechnet und gespeichert werden.
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Als Alternative oder zusätzlich dazu kann das Bestimmen, ob das Steuerungsventil möglicherweise einer Reinigung bedarf, wiederum ein Bestimmen der Zeitdauer, die sich der Steuerungsventilausgangsdruck, die Bypassventilstellung oder das Tastverhältnis über einem oberen Schwellenwert und/oder unter einem unteren Schwellenwert befinden, umfassen. Wenn die Zeitdauer einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht, kann demgemäß bestimmt werden, dass das Steuerungsventil möglicherweise einer Reinigung bedarf. Wenn zum Beispiel das Steuerungsventil ein Ventil mit einem hin- und hergehenden Schieber umfasst, kann die Zeitdauer, die das Steuerungsventil mit einem Schiebertastverhältnis über 80 % und/oder unter 20 % betrieben wird, berechnet werden und, wenn diese Zeitdauer einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht, kann bestimmt werden, dass das Steuerungsventil möglicherweise einer Reinigung bedarf. Je länger das Steuerungsventil mit einem hohen oder niedrigen Tastverhältnis betrieben wird, desto wahrscheinlicher ist es, dass sich Verunreinigungen ansammeln, da weniger Strömung durch das Steuerungsventil besteht. Deshalb kann das Berechnen und Speichern der auf diesen Extremwerten verbrachten Zeit als ein nützliches Maß dafür dienen, ob das Steuerungsventil möglicherweise einer Reinigung bedarf.
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Aufbauend auf der zuvor erwähnten Art und Weise der Bestimmung, ob das Steuerungsventil möglicherweise einer Reinigung bedarf, kann eine von einer Variablen, wie zum Beispiel dem Steuerungsventilausgangsdruck, dem Schiebertastverhältnis und/oder der Bypassventilstellung, abhängige Funktion bezüglich Zeit integriert werden, und das Ergebnis der Integration kann mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen werden, um zu entscheiden, ob eine Reinigung erforderlich ist. Die Funktion kann eine Absolutdifferenz zwischen der Variablen und einem Wert der Variablen sein, die zu einer Mindestzunahme von Verunreinigungen im Steuerungsventil führt. Zum Beispiel kann, falls das Steuerungsventil ein Ventil mit hin- und hergehendem Schieber umfasst, die Absolutdifferenz zwischen dem Schiebertastverhältnis D (ausgedrückt als %) und einem Tastverhältnis von 50 % bezüglich Zeit integriert und mit einem Schwellenwert T verglichen werden. Wie oben erwähnt, kann ein Tastverhältnis von 50 % die maximale Strömung durch das Steuerungsventil und somit die sauberste Betriebsweise bereitstellen. Die Integration der Tastverhältniswerte von diesem Optimum weg kann ein Maß dafür bereitstellen, wie verunreinigt das Steuerungsventil geworden sein kann. Wenn das Ergebnis der Integration den Schwellenwert T übersteigt, kann das Steuerungsventil gereinigt werden. Mit anderen Worten kann das Steuerungsventil gereinigt werden, wenn der nachfolgende Ausdruck erfüllt ist: ∫|D – 50%|dt > T
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Diese Integration kann durch eine Steuerung, zum Beispiel einen Bordcomputer, durchgeführt werden, und das Ergebnis der Integration kann im Speicher gespeichert werden. Es versteht sich, dass die Integration seit einer vorherigen Reinigung des Steuerungsventils durchgeführt werden kann, zum Beispiel kann der sich aus der Integration ergebende Wert nach der Reinigung des Steuerungsventils auf null zurückgestellt werden. Das Tastverhältnis kann eine zweckmäßige Variable zur Integration sein, da eine Steuerung das gewünschte Tastverhältnis des Schiebers bestimmt haben wird, und es somit ohne weiteres verfügbar sein wird. Der Steuerungsventilausgangsdruck und/oder die Bypassventilstellung können jedoch stattdessen gemessen und auch ähnlich der oben beschriebenen Weise integriert werden, das heißt Integration der Absolutdifferenz zwischen der Variablen und einem Optimalwert (zum Beispiel einem Wert der Variablen, der zur Mindestzunahme von Verunreinigungen im Steuerungsventil führt).
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Es versteht sich, dass, wenn bestimmt wird, dass das Steuerungsventil möglicherweise einer Reinigung bedarf, das Steuerungsventil möglicherweise in Wirklichkeit keiner Reinigung bedarf. Das Steuerungsventil kann als Vorsichtsmaßnahme gereinigt werden, um zum Beispiel einen Leistungsabfall des Steuerungsventils, zu dem es ansonsten kommen könnte, zu vermeiden. Als Alternative oder als weitere Art und Weise der Bestimmung, dass das Steuerungsventil einer Reinigung bedarf, können ein oder mehrere Sensoren vorgesehen sein, um zu erfassen, ob sich Verunreinigungen im Steuerungsventil angesammelt haben, und das Steuerungsventil kann dann bei Erfassung einer Ansammlung von Verunreinigungen gereinigt werden.
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Für den Fachmann liegt auf der Hand, dass die Erfindung, obgleich sie in Bezug auf eine oder mehrere Ausführungsformen beispielhaft beschrieben wurde, nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist und dass alternative Ausführungsformen erstellt werden könnten, ohne den Schutzbereich der Erfindung, wie er in den anhängigen Ansprüchen definiert ist, zu verlassen.
