DE102016123647A1

DE102016123647A1 - Kraftmaschinenluftpfadkühlsystem

Info

Publication number: DE102016123647A1
Application number: DE102016123647.0A
Authority: DE
Inventors: Christopher Donald Wicks
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-12-08
Filing date: 2016-12-07
Publication date: 2017-06-08
Also published as: US20190120122A1; US10202888B2; RU2016144992A3; US10634040B2; RU2016144992A; CN106855015B; CN106855015A; US20170159547A1; RU2711900C2

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum selektiven erneuten Kühlen der Einlassluft stromabwärts eines Ladeluftkühlers bereitgestellt. In einem Beispiel kann ein System einen Zylinderkopf, der mehrere Zylinder definiert, wobei der Zylinderkopf mehrere Einlassöffnungen enthält, wobei jede fluidtechnisch an einen jeweiligen Zylinder gekoppelt ist, eine Kältemittelversorgung und einen Kältemittelkanal, der jede Einlassöffnung umgibt und fluidtechnisch an die Kältemittelversorgung gekoppelt ist, enthalten, wobei der Kältemittelkanal geformt ist, so dass er einem äußeren Profil jeder Einlassöffnung entspricht.

Description

Gebiet
Die vorliegende Beschreibung bezieht sich im Allgemeinen auf Verfahren und Systeme zum Kühlen der Einlassluft, die in einen Kraftmaschinenzylinder eintritt.
Hintergrund/Zusammenfassung
Turbolader- und Lader-Kraftmaschinen können konfiguriert sein, die in die Kraftmaschine eintretende Umgebungsluft zu komprimieren, um die Leistung zu erhöhen. Weil die Kompression der Luft eine Zunahme der Lufttemperatur verursachen kann, kann ein Ladeluftkühler stromaufwärts des Lufteinlasses der Kraftmaschine verwendet werden, um die erwärmte Luft zu kühlen, bevor sie in die Kraftmaschine eintritt, und dadurch die Luftdichte zu erhöhen und die Verbrennung des Kraftstoffs durch einen Kraftmaschinenzylinder zu verbessern, was zu mehr Leistung und einer verbesserten Kraftstoffwirtschaftlichkeit führt. Die gekühlte Luft, die einen Ladeluftkühler stromaufwärts einer Kraftmaschine verlässt, kann jedoch durch die Kraftmaschine erneut erwärmt werden, insbesondere während der Bedingungen einer hohen Kraftmaschinenlast und/oder einer hohen Kraftmaschinentemperatur, wobei folglich viele der Vorteile des Ladeluftkühlers zunichtegemacht werden.
Andere Versuche, die Kühlung der Einlassluft zu behandeln, enthalten eine Kühlleitung, die eine Lufteinlassleitung umgibt. Eine beispielhafte Herangehensweise ist durch Johnson in U.S. 7.658.183 gezeigt. Darin wird die latente Wärme von der Einlassluft über eine scharf abgekühlte Leitung der Einlassluftanordnung, sie sich stromaufwärts der Kraftmaschine befindet, entfernt.
Die Erfinder haben jedoch hier potentielle Probleme bei derartigen Systemen erkannt. Als ein Beispiel kann durch das Anordnen der scharf abgekühlten Leitung der Einlassluftanordnung relativ weit von der Kraftmaschine die Einlassluft immer noch vor dem Eintritt in die Zylinder erneut erwärmt werden.
In einem Beispiel können die oben beschriebenen Probleme durch ein System behandelt werden, das einen Zylinderkopf, der mehrere Zylinder definiert, wobei der Zylinderkopf mehrere Einlassöffnungen, von denen jede fluidtechnisch an einen jeweiligen Zylinder gekoppelt ist, enthält, eine Kältemittelversorgung und einen Kältemittelkanal, der jede Einlassöffnung umgibt und fluidtechnisch an die Kältemittelversorgung gekoppelt ist, umfasst, wobei der Kältemittelkanal geformt ist, so dass er einem äußeren Profil jeder Einlassöffnung entspricht. In dieser Weise kann die Einlassluft an den Einlassöffnungen vor dem Eintreten in die Zylinder für die Verbrennung erneut gekühlt werden, wobei folglich die verfügbare Kraftmaschinenleistung erhöht wird und die Emissionen verringert werden.
Es sollte selbstverständlich sein, dass die obige Zusammenfassung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl der Konzepte einzuführen, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben sind. Sie ist nicht beabsichtigt, Schlüssel- oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, dessen Schutzumfang eindeutig durch die Ansprüche definiert ist, die der ausführlichen Beschreibung folgen. Außerdem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf die Implementierungen eingeschränkt, die alle oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angegebenen Nachteile beseitigen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein beispielhaftes Fahrzeug, das eine Kraftmaschine aufweist.
2 zeigt ein beispielhaftes Kraftmaschinensystem, das die Kraftmaschine nach 1 enthält.
3–5 zeigen eine erste Ausführungsform eines Kältemittel-Kühlsystems zum Kühlen der Einlassluft vor dem Eintreten in die Kraftmaschine nach den 1–2.
6–10 zeigen eine zweite Ausführungsform eines Kältemittel-Kühlsystems zum Kühlen der Einlassluft vor dem Eintreten in die Kraftmaschine nach den 1–2.
11 und 12 zeigen eine dritte Ausführungsform eines Kältemittel-Kühlsystems zum Kühlen der Einlassluft vor dem Eintreten in die Kraftmaschine nach den 1–2.
13 ist ein Ablaufplan, der ein beispielhaftes Verfahren zum erneuten Kühlen der Einlassluft unter Verwendung eines der Kältemittel-Kühlsysteme nach den 3–12 veranschaulicht.
Ausführliche Beschreibung
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zum erneuten Kühlen der Einlassluft stromabwärts eines Ladeluftkühlers. Ladeluftkühler können komprimierte Einlassluft stromabwärts eines Verdichters kühlen und folglich die Kraftmaschinenleistung erhöhen und die Emissionen verringern. Der Grad, bis zu dem die Einlassluft über den Ladeluftkühler gekühlt werden kann, ist jedoch typischerweise begrenzt, da die Tendenz besteht, dass die Ladeluftkühler über die Umgebungsluft oder über das Kraftmaschinenkühlmittel gekühlt werden, wobei keines von diesen beträchtlich kühler als die komprimierte Einlassluft sein kann, insbesondere während der Bedingungen einer hohen Umgebungstemperatur oder einer hohen Last. Ferner kann die Einlassluft durch die Wärmeabweisung von der Kraftmaschine vor dem Eintreten in die Kraftmaschine erneut erwärmt werden. Folglich können Kältemittelkanäle um die Einlassöffnungen des Zylinderkopfs und/oder um die Einlass-Ansaugkanäle des Einlasskrümmers vorhanden sein, um die Einlassluft erneut zu kühlen. Diesen Kanälen kann ein Kältemittel zugeführt werden, was folglich einen hohen Grad der Kühlung ermöglicht. 1 ist ein Fahrzeug, das eine Kraftmaschine und eine Kältemittelversorgung, hier eine Klimaanlage, enthält. 2 ist ein Kraftmaschinensystem, das die Kraftmaschine nach 1 enthält und das in dem Fahrzeug nach 1 installiert sein kann. Die 3–12 veranschaulichen verschiedene Beispiele der Kältemittel-Kühlsysteme, die verwendet werden können, um die Einlassluft unmittelbar stromaufwärts der Zylinder erneut zu kühlen. 13 veranschaulicht ein Verfahren, das durch den Controller nach den 1 und 2 ausgeführt werden kann, um die Einlassluft erneut zu kühlen.
Die 1–12 zeigen beispielhafte Konfigurationen mit der relativen Positionierung der verschiedenen Komponenten. Wenn derartige Elemente sich direkt miteinander in Kontakt befindlich oder direkt gekoppelt gezeigt sind, dann können sie in wenigstens einem Beispiel als sich direkt in Kontakt befindlich bzw. direkt gekoppelt bezeichnet werden. Ähnlich können die Elemente, die einander benachbart oder aneinander angrenzend gezeigt sind, in wenigstens einem Beispiel einander benachbart bzw. aneinander angrenzend sein. Als ein Beispiel können die Komponenten, die in Flächenkontakt miteinander liegen, als in Flächenkontakt bezeichnet werden. Als ein weiteres Beispiel können Elemente, die mit nur einem Zwischenraum und keinen anderen Komponenten dazwischen voneinander getrennt positioniert sind, in wenigstens einem Beispiel als solche bezeichnet werden. Die 3–12 sind maßstabsgerecht gezeichnet, obwohl andere relative Abmessungen verwendet werden können.
In 1 enthält das Fahrzeug 1 die Räder 102. Den Rädern 102 wird über eine Kraftmaschine 10 und ein Getriebe 104 Drehmoment zugeführt. In einigen Beispielen kann ein Elektromotor oder ein Hydraulikmotor den Rädern 102 außerdem Drehmoment bereitstellen. Ein Frontend-Zubehörantrieb (FEAD) enthält einen Drehstromgenerator 111 und eine Klimaanlage (ein A/C-System) 108. Sowohl der Drehstromgenerator 111 als auch das A/C-System 108 können über eine Welle oder eine Riemenscheibe 45, 47 mechanisch an die Kraftmaschine 10 gekoppelt sein oder können über eine gemeinsame Welle oder eine gemeinsame Riemenscheibe mechanisch an die Kraftmaschine 10 gekoppelt sein. Zusätzlich kann der Drehstromgenerator 111 der Batterie 106 Elektrizität bereitstellen und/oder von der Batterie 106 Elektrizität empfangen. Das AC-System kann in Reaktion auf eine Anforderung der Bedienungsperson für die Kühlung der Fahrzeugkabine, die Entfeuchtung der Kabinenluft und/oder für das Entfrosten eingeschaltet oder betrieben werden. Zusätzliche Einzelheiten hinsichtlich des AC-Systems werden im Folgenden bezüglich 3 bereitgestellt. Die Batterie 106 und der Drehstromgenerator 111 können verschiedenen Zubehörkomponenten der Kraftmaschine, die in 1 nicht gezeigt sind, elektrische Leistung bereitstellen. Der Controller 12 enthält Anweisungen zum Steuern des Drehstromgenerators 111, des A/C-Systems 108, der Kraftmaschine 10 und des Getriebes 104 und zum Empfangen von Eingaben von dem Drehstromgenerator 111, dem A/C-System 108, der Kraftmaschine 10 und dem Getriebe 104.
2 zeigt schematisch die Aspekte eines beispielhaften Kraftmaschinensystems 100, das die Kraftmaschine 10 enthält. In der dargestellten Ausführungsform ist die Kraftmaschine 10 eine aufgeladene Kraftmaschine, die an einen Turbolader 13 gekoppelt ist, der einen Verdichter 114 enthält, der durch eine Turbine 116 angetrieben ist. Spezifisch wird die Frischluft entlang dem Einlasskanal 42 über einen Luftfilter 112 in die Kraftmaschine 10 eingeleitet, wobei sie zum Verdichter 114 strömt. Der Verdichter kann irgendein geeigneter Einlassluftverdichter sein, wie z. B. ein motorbetriebener oder antriebswellenbetriebener Kompressor. Im Kraftmaschinensystem 100 ist der Verdichter jedoch ein Turboladerverdichter, der über eine Welle 19 mechanisch an die Turbine 116 gekoppelt ist, wobei die Turbine 116 durch das sich ausdehnende Kraftmaschinenabgas angetrieben ist. In einer Ausführungsform können der Verdichter und die Turbine innerhalb eines zweiflutigen Turboladers gekoppelt sein. In einer weiteren Ausführungsform kann der Turbolader ein Turbolader mit variabler Geometrie (VGT) sein, wobei die Turbinengeometrie als eine Funktion der Kraftmaschinendrehzahl aktiv variiert wird.
Wie in 2 gezeigt ist, ist der Verdichter 114 durch einen Ladeluftkühler (CAC) 18 (der hier außerdem als ein Zwischenkühler bezeichnet wird) an eine Drosselklappe 20 gekoppelt. Die Drosselklappe 20 ist an einen Einlasskrümmer 22 der Kraftmaschine gekoppelt. Von dem Verdichter strömt die komprimierte Luftladung durch den Ladeluftkühler 18 und die Drosselklappe zum Einlasskrümmer. Der Ladeluftkühler kann z. B. ein Luft-zu-Flüssigkeit-Wärmetauscher sein oder kann ein Luft-zu-Luft-Wärmetauscher sein. Weil die Strömung durch den Verdichter die komprimierte Luft erwärmen kann, ist stromabwärts ein CAC 18 bereitgestellt, so dass die aufgeladene Einlassluftladung vor der Zufuhr zum Kraftmaschineneinlass gekühlt werden kann.
An einen Einlass des Verdichters 114 können ein oder mehrere Sensoren gekoppelt sein. Es kann z. B. ein Temperatursensor 55 zum Schätzen einer Verdichtereinlasstemperatur an den Einlass gekoppelt sein und es kann ein Drucksensor 56 zum Schätzen eines Verdichtereinlassdrucks an den Einlass gekoppelt sein. Als ein weiteres Beispiel kann ein Feuchtigkeitssensor 57 zum Schätzen einer Feuchtigkeit der in den Verdichter eintretenden Luftladung an den Einlass gekoppelt sein. Noch andere Sensoren können z. B. einen Abgassensor zum Detektieren einer Abgassauerstoffkonzentration, NOx-Sensoren usw. enthalten. In anderen Beispielen können eine oder mehrere Verdichtereinlassbedingungen (wie z. B. die Feuchtigkeit, die Temperatur, der Druck usw.) basierend auf den Betriebsbedingungen der Kraftmaschine gefolgert werden. Wenn die AGR freigegeben ist, können die Sensoren zusätzlich eine Temperatur, einen Druck, eine Feuchtigkeit und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luftladungsgemischs, das Frischluft, zurückgeführte komprimierte Luft und Abgasreste enthält und das am Verdichtereinlass empfangen wird, schätzen.
Während ausgewählter Bedingungen, wie z. B. einer Pedalfreigabe, wenn von dem Kraftmaschinenbetrieb mit Aufladung zu dem Kraftmaschinenbetrieb ohne Aufladung gegangen wird, kann ein Verdichterstoß auftreten. Dies ist auf eine erhöhte Druckdifferenz zurückzuführen, die über dem Verdichter erzeugt wird, wenn sich die Drosselklappe bei der Pedalfreigabe schließt. Die erhöhte Druckdifferenz verringert die Vorwärtsströmung durch den Verdichter, was den Stoß und eine verminderte Turboladerleistung verursacht. Zusätzlich kann der Stoß zu NVH-Problemen, wie z. B. einem unerwünschten Geräusch vom Einlasssystem der Kraftmaschine, führen. Um den Ladedruck abzubauen und den Verdichterstoß zu verringern, kann wenigstens ein Anteil der durch den Verdichter 114 komprimierten Luftladung zum Verdichtereinlass zurückgeführt werden. Dies ermöglicht, dass der überschüssige Ladedruck im Wesentlichen sofort abgebaut wird. Das Verdichterrückführungssystem kann einen Verdichterrückführungskanal 70 zum Zurückführen der gekühlten komprimierten Luft vom Verdichterauslass stromabwärts des Ladeluftkühlers 18 zum Verdichtereinlass enthalten. In einigen Ausführungsformen kann ein (nicht gezeigter) zusätzlicher Verdichterrückführungskanal zum Zurückführen nicht gekühlter (oder warmer) komprimierter Luft vom Verdichterauslass stromaufwärts des Ladeluftkühlers 18 zum Verdichtereinlass bereitgestellt sein.
Ein Verdichterrückführungsventil (CRV) 72 kann an den Verdichterrückführungskanal 70 (der außerdem als Verdichter-Bypass bezeichnet wird) gekoppelt sein, um eine zum Verdichtereinlass zurückgeführte Menge der gekühlten Verdichterströmung zu steuern. In dem dargestellten Beispiel kann das CRV 72 als ein kontinuierlich variables Ventil konfiguriert sein, wobei eine Position des Ventils von einer völlig geschlossenen Position bis zu einer völlig offenen Position und irgendeiner Position dazwischen kontinuierlich variabel ist. Das CRV 72 kann im Kanal 70 stromabwärts des CAC 18 und stromaufwärts eines Einlasses des Verdichters 114 positioniert sein. Eine Position des CRV 72 kann während des aufgeladenen Kraftmaschinenbetriebs eingestellt werden, um die Spitzenleistung zu erhöhen und um einen Spielraum für den Stoß bereitzustellen. In einem Beispiel kann das CRV während des aufgeladenen Kraftmaschinenbetriebs geschlossen aufrechterhalten werden, um die Ladedruckreaktion zu verbessern und die Spitzenleistung zu erhöhen. In einem weiteren Beispiel kann das CRV während des aufgeladenen Kraftmaschinenbetriebs teilweise offen aufrechterhalten werden, um etwas Stoßspielraum, insbesondere einen erhöhten Spielraum für einen weichen Stoß, bereitzustellen. In beiden Fällen kann in Reaktion auf eine Angabe des Stoßes (z. B. ein harter Stoß) die Öffnung des Ventils vergrößert werden. Ein Grad der Öffnung des CRV kann auf der Angabe des Stoßes (z. B. des Verdichterverhältnisses, der Verdichter-Durchflussmenge, einer Druckdifferenz über dem Verdichter usw.) basieren. Als ein Beispiel kann eine Öffnung des CRV in Reaktion auf eine Angabe des Stoßes vergrößert werden (das Ventil kann z. B. von der völlig geschlossenen Position oder einer teilweise offenen Position zu einer völlig offenen Position verstellt werden).
Der Stoß kann außerdem durch das Verringern des Auslassdrucks an der Turbine 116 abgebaut werden. Es kann z. B. ein Ladedrucksteuerventil-Aktuator 92 offen gestellt werden, um wenigstens etwas Abgasdruck von einem Ort stromaufwärts der Turbine über das Ladedrucksteuerventil 90 zu einem Ort stromabwärts der Turbine zu entladen. Durch das Verringern des Abgasdrucks stromaufwärts der Turbine kann die Turbinendrehzahl verringert werden, was es wiederum unterstützt, den Verdichterstoß zu verringern. Aufgrund der Ladedruckdynamik des Ladedrucksteuerventils können jedoch die Wirkungen der Einstellungen des Verdichterrückführungsventils auf das Verringern des Stoßes schneller als die Wirkungen der Einstellungen des Ladedrucksteuerventils sein.
Der Einlasskrümmer 22 ist durch eine Folge (nicht gezeigter) Einlassventile an eine Folge von Brennkammern 30 gekoppelt. Die Brennkammern sind ferner durch eine Folge (nicht gezeigter) Auslassventile an einen Auslasskrümmer 36 gekoppelt. In der dargestellten Ausführungsform ist ein einziger Auslasskrümmer 36 gezeigt. In anderen Ausführungsformen kann der Auslasskrümmer jedoch mehrere Auslasskrümmerabschnitte enthalten. Die Konfigurationen, die mehrere Auslasskrümmerabschnitte aufweisen, können es ermöglichen, dass der Ausfluss von verschiedenen Brennkammern zu verschiedenen Orten in dem Kraftmaschinensystem geleitet wird.
In einer Ausführungsform kann jedes der Auslass- und Einlassventile elektronisch betätigt oder gesteuert sein. In einer weiteren Ausführungsform kann jedes der Auslass- und Einlassventile nockenbetätigt oder -gesteuert sein. Ob elektronisch betätigt oder nockenbetätigt, die Zeitsteuerung des Öffnens und des Schließens der Auslass- und Einlassventile kann eingestellt werden, wie es für die Verbrennungs- und Abgasreinigungs-Sollleistung erforderlich ist.
Den Brennkammern 30 können ein oder mehrere Kraftstoffe, wie z. B. Benzin, Alkohol-Kraftstoff-Mischungen, Diesel, Biodiesel, komprimiertes Erdgas usw. über eine Einspritzdüse 66 zugeführt werden. Der Kraftstoff kann den Brennkammern über Direkteinspritzung, Kanaleinspritzung, Drosselklappenventilkörpereinspritzung oder irgendeine Kombination daraus zugeführt werden. In den Brennkammern kann die Verbrennung über Funkenzündung und/oder Kompressionszündung eingeleitet werden.
Wie in 2 gezeigt ist, wird das Abgas von dem einen oder den mehreren Auslasskrümmerabschnitten zu der Turbine 116 geleitet, um die Turbine anzutreiben. Wenn ein verringertes Turbinendrehmoment erwünscht ist, kann stattdessen etwas Abgas durch den Ladedrucksteuerventilkanal 90 geleitet werden und die Turbine umgehen. Die kombinierte Strömung von der Turbine und dem Ladedrucksteuerventil strömt dann durch eine Abgasreinigungsvorrichtung 170. Im Allgemeinen können eine oder mehrere Abgasreinigungsvorrichtungen 170 einen oder mehrere Abgasnachbehandlungskatalysatoren enthalten, die konfiguriert sind, die Abgasströmung katalytisch zu behandeln und dadurch eine Menge einer oder mehrerer Substanzen in der Abgasströmung zu verringern. Ein Abgasnachbehandlungskatalysator kann z. B. konfiguriert sein, das NOx aus der Abgasströmung aufzufangen, wenn die Abgasströmung mager ist, und das aufgefangene NOx zu verringern, wenn die Abgasströmung fett ist. In anderen Beispielen kann ein Abgasnachbehandlungskatalysator konfiguriert sein, mit der Hilfe eines Reduktionsmittels das NOx zu disproportionieren oder das NOx selektiv zu verringern. In noch anderen Beispielen kann ein Abgasnachbehandlungskatalysator konfiguriert sein, die restlichen Kohlenwasserstoffe und/oder das Kohlenmonoxid in der Abgasströmung zu oxidieren. Verschiedene Abgasnachbehandlungskatalysatoren, die eine derartige Funktionalität aufweisen, können in Washcoats oder anderswo in den Abgasnachbehandlungsstufen entweder separat oder zusammen angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen können die Abgasnachbehandlungsstufen einen regenerierbaren Rußfilter enthalten, der konfiguriert ist, die Rußpartikel in der Abgasströmung aufzufangen und zu oxidieren.
Alles oder ein Teil des von der Abgasreinigungsvorrichtung 170 behandelten Abgases kann über eine Auslassleitung 35 in die Atmosphäre abgelassen werden. In Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen kann jedoch ein Anteil der Abgasreste stattdessen zu einem AGR-Kanal 50 durch einen AGR-Kühler 51 und ein AGR-Ventil 52 zum Einlass des Verdichters 114 umgeleitet werden. Der AGR-Kanal 50 als solcher koppelt den Auslasskrümmer der Kraftmaschine stromabwärts der Turbine 116 mit dem Einlasskrümmer der Kraftmaschine stromaufwärts des Verdichters 114. In dem dargestellten Beispiel ist gezeigt, dass der AGR-Kanal 50 stromaufwärts des Verdichtereinlasses mit dem Verdichterrückführungskanal 70 verschmilzt. Es wird erkannt, dass in alternativen Beispielen die Kanäle nicht verschmelzen können und der AGR-Kanal unabhängig von dem Verdichterrückführungskanal an den Verdichtereinlass gekoppelt sein kann.
Das AGR-Ventil 52 kann geöffnet sein, um eine gesteuerte Menge des gekühlten Abgases zum Verdichtereinlass für eine Verbrennungs- und Abgasreinigungs-Sollleistung zuzulassen. In dieser Weise ist das Kraftmaschinensystem 100 dafür ausgelegt, eine externe Niederdruck-AGR (LP-AGR) durch das Anzapfen von Abgas von einem Ort stromabwärts der Turbine 116 bereitzustellen. Das AGR-Ventil 52 kann außerdem als ein kontinuierlich variables Ventil konfiguriert sein. In einem alternativen Beispiel kann jedoch das AGR-Ventil 52 als ein Ein-/Aus-Ventil konfiguriert sein. Die Drehung des Verdichters stellt zusätzlich zu dem relativ langen LP-AGR-Strömungspfad in dem Kraftmaschinensystem 10 eine hervorragende Homogenisierung des Abgases in der Einlassluftladung bereit. Ferner stellt die Anordnung der AGR-Abnahme- und Mischpunkte eine sehr effektive Kühlung des Abgases für eine vergrößerte verfügbarer AGR-Masse und eine erhöhte Leistung bereit. In weiteren Ausführungsformen kann das Kraftmaschinensystem ferner einen Hochdruck-AGR-Strömungspfad enthalten, wobei das Abgas von einem Ort stromaufwärts der Turbine 116 gesaugt und zum Einlasskrümmer der Kraftmaschine stromabwärts des Verdichters 114 zurückgeführt wird.
Der AGR-Kühler 51 kann an den AGR-Kanal 50 zum Kühlen der dem Verdichter zugeführten AGR gekoppelt sein. Zusätzlich können ein oder mehrere Sensoren an den AGR-Kanal 50 zum Bereitstellen der Einzelheiten hinsichtlich der Zusammensetzung und des Zustands der AGR gekoppelt sein. Es kann z. B. ein Temperatursensor zum Bestimmen einer Temperatur der AGR bereitgestellt sein, es kann ein Drucksensor zum Bestimmen eines Drucks bereitgestellt sein, es kann ein Feuchtigkeitssensor zum Bestimmen einer Feuchtigkeit oder eines Wassergehalts der AGR bereitgestellt sein und es kann ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 54 zum Schätzen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der AGR bereitgestellt sein. Alternativ können die AGR-Bedingungen durch einen oder mehrere Temperatur-, Druck-, Feuchtigkeits- und Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren 55–57 gefolgert werden, die an den Verdichtereinlass gekoppelt sind. Eine Öffnung des AGR-Ventils kann basierend auf den Betriebsbedingungen der Kraftmaschine und den AGR-Bedingungen eingestellt werden, um einen Sollbetrag der Kraftmaschinenverdünnung bereitzustellen.
Das Kraftmaschinensystem 100 kann ferner ein Steuersystem 14 enthalten. Es ist gezeigt, dass das Steuersystem 14 Informationen von mehreren Sensoren 16 (von denen verschiedene Beispiele hier beschrieben sind) empfängt und Steuersignale an mehrere Aktuatoren 81 (von denen verschiedene Beispiele hier beschrieben sind) sendet. Als ein Beispiel können die Sensoren 16 einen Abgassensor 126, der sich stromaufwärts der Abgasreinigungsvorrichtung befindet, einen MAP-Sensor 124, einen Abgastemperatursensor 128, einen Abgasdrucksensor 129, einen Verdichtereinlasstemperatursensor 55, einen Verdichtereinlassdrucksensor 56, einen Verdichtereinlassfeuchtigkeitssensor 57 und einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 54 enthalten. Andere Sensoren, wie z. B. zusätzliche Druck-, Temperatur-, Luft/Kraftstoff-Verhältnis- und Zusammensetzungssensoren, können an verschiedene Orte in dem Kraftmaschinensystem 100 gekoppelt sein. Die Aktuatoren 81 können z. B. die Drosselklappe 20, das AGR-Ventil 52, das Verdichterrückführungsventil 72, das Ladedrucksteuerventil 92 und die Kraftstoffeinspritzdüse 66 enthalten. Das Steuersystem 14 kann einen Controller 12 enthalten. Der Controller kann die Eingangsdaten von den verschiedenen Sensoren empfangen, die Eingangsdaten verarbeiten und die verschiedenen Aktuatoren in Reaktion auf die verarbeiteten Eingangsdaten basierend auf einer Anweisung oder einem Code, die darin entsprechend einer oder mehreren Routinen programmiert sind, auslösen. Eine beispielhafte Steuerroutine ist hier bezüglich 2 beschrieben.
Der Controller 12 empfängt Signale von den verschiedenen Sensoren nach 2 und verwendet die verschiedenen Aktuatoren nach 2, um den Kraftmaschinenbetrieb basierend auf den empfangenen Signalen und den in einem Speicher des Controllers gespeicherten Anweisungen einzustellen. Das Einstellen der Luftströmung durch den Ladeluftkühler 18 kann z. B. das Einstellen eines Aktuators der Drosselklappe 20 enthalten, um die Luftströmung einzustellen.
Wie oben beschrieben worden ist, kann der Ladeluftkühler (CAC) 18 die heiße komprimierte Luft kühlen, bevor sie zu der Kraftmaschine zugelassen wird. Die heiße Ladungsluft vom Verdichter 114 tritt in den Einlass des CAC 18 ein, kühlt sich ab, wenn sie sich durch den CAC 18 bewegt, und tritt dann aus, um durch die Drosselklappe 20 und in den Einlasskrümmer 22 der Kraftmaschine zu gehen. Die Umgebungsluftströmung von außerhalb des Fahrzeugs kann durch einen Fahrzeugvorbau in die Kraftmaschine 10 eintreten und kann über den CAC 18 gehen, um die Kühlung der Ladungsluft zu unterstützen. Wenn die Temperatur der Umgebungsluft abnimmt oder während feuchter oder regnerischer Wetterbedingungen, kann sich in dem CAC 18 Kondensat bilden und ansammeln, wenn die Ladungsluft unter den Taupunkt des Wassers abgekühlt wird. Wenn die Ladungsluft zurückgeführte Abgase (z. B. von dem in 2 gezeigten Abgasrückführungssystem) enthält, kann das Kondensat sauer werden und das CAC-Gehäuse korrodieren. Die Korrosion kann zu Undichtigkeiten zwischen der Luftladung, der Atmosphäre und möglicherweise dem Kühlmittel im Fall von Wasser-zu-Luft-Kühlern führen. Um die Ansammlung von Kondensat und das Risiko der Korrosion zu verringern, kann das Kondensat am Boden des CAC 18 gesammelt und dann während ausgewählter Betriebsbedingungen der Kraftmaschine, wie z. B. während Beschleunigungsereignissen, in die Kraftmaschine entleert werden. In anderen Beispielen kann das Kondensat zusätzlich oder alternativ in das Auslasssystem stromaufwärts oder stromabwärts des Katalysators entleert werden. Falls jedoch das Kondensat auf einmal während eines Beschleunigungsereignisses in den Einlassluftpfad der Kraftmaschine eingeleitet wird, kann es eine Zunahme der Möglichkeit einer Kraftmaschinenfehlzündung oder einer Verbrennungsinstabilität (in der Form später/langsamer Verbrennungen) aufgrund der Aufnahme von Wasser geben. Wie hier bezüglich 9 ausgearbeitet wird, kann folglich das Kondensat von dem CAC 18 oder dem Einlasskrümmer 22 unter gesteuerten Bedingungen zur Kraftmaschine entleert werden. Diese gesteuerte Entleerung kann es unterstützen, die Wahrscheinlichkeit von Kraftmaschinen-Fehlzündungsereignissen zu verringern.
Während der CAC 18 unter den meisten Betriebsbedingungen die Einlassluft angemessen kühlen kann, kann ferner während der Bedingungen einer hohen Umgebungstemperatur und/oder während der Bedingungen einer hohen Kraftmaschinenlast die Wärmeabweisung von der Kraftmaschine und/oder den anderen Komponenten zu einer erneuten Erwärmung der Einlassluft vor dem Einlassen in die Zylinder führen. Folglich können während wenigstens einiger Bedingungen die Vorteile der gekühlten Einlassluft (die erhöhte Leistung und/oder die verringerten Emissionen) verloren werden. Gemäß den hier offenbarten Ausführungsformen kann die Einlassluft stromabwärts des CAC 18 über einen oder mehrere Kältemittelkanäle erneut gekühlt werden, die um die Einlassöffnungen der Zylinder und/oder die Einlasskrümmer-Ansaugkanäle gegossen sind. Das Kältemittel kann von dem AC-System oder von einem bordinternen Behälter bezogen werden und kann als solches separat von dem Kraftmaschinen-Kühlmittelsystem aufrechterhalten werden. In dieser Weise kann die Einlassluft zu einer Temperatur abgekühlt werden, die niedriger als die ist, die möglich ist, wenn z. B. mit dem Kraftmaschinenkühlmittel oder mit der Umgebungsluft gekühlt wird. Zusätzliche Einzelheiten hinsichtlich der Kältemittelkanäle und der Kältemittelquelle werden im Folgenden bezüglich der 3–8 bereitgestellt. Zusätzlich kann ähnlich zu dem oben erklärten CAC 18 die erneute Kühlung der Einlassluft an dem Einlasskrümmer/den Einlassöffnungen z. B. verursachen, dass sich eine zusätzliche Kondensation im Einlasskrümmer ansammelt. Folglich können in Reaktion auf eine Angabe, dass sich im Einlasskrümmer Kondensat ansammelt, verschiedene Maßnahmen ergriffen werden, wie im Folgenden bezüglich 9 erklärt wird.
In den 3–5 ist ein Kältemittel-Kühlsystem 300 veranschaulicht, das konfiguriert ist, die Komponenten des Kraftmaschinensystems 100 zu kühlen. Das Kältemittel-Kühlsystem 300 kann wirken, um die in eine Kraftmaschine, wie z. B. die Kraftmaschine 10 nach den 1 und 2, eintretende Einlassluft zu kühlen. Entsprechend sind den in den 1 und 2 veranschaulichten Komponenten in den 3–5 die gleichen Bezugszeichen gegeben, wobei deren ausführliche Beschreibung weggelassen wird. 3 zeigt eine perspektivische Seitenansicht des Kältemittel-Kühlsystems 300, während 5 die gleiche Ansicht zeigt, wobei der Einlasskrümmer für die Klarheit entfernt ist. 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Einlassöffnungen und des Kältemittelkanals nach 5.
Das Kältemittel-Kühlsystem 300 enthält einen Kältemittelkanal 302, der um mehrere Einlassöffnungen (die in den 4 und 5 veranschaulicht sind) des Zylinderkopfs 309 gekoppelt ist. Der Kältemittelkanal 302 empfängt das Kältemittel von einer Kältemittelzufuhrleitung 304 und führt das Kältemittel zu einer Kältemittelrückleitung 306 zurück. Die Kältemittelzufuhrleitung 304 ist an einen Verdichter 308 des AC-Systems 108 gekoppelt. Die Kältemittelrückleitung 306 ist an einen (nicht gezeigten) Kondensator des AC-Systems 108 gekoppelt. Es wird erkannt, dass das AC-System 108 zusätzliche verschiedene Komponenten enthält, einschließlich eines Verdampfers, eines Gebläses, eines Klima-Controllers, eines Temperatursensors usw., aber nicht darauf eingeschränkt, während in den 3–5 nicht alle gezeigt sind. In einem Beispiel wird das Kältemittel über ein Verdampferventil dem Verdampfer zugeführt, nachdem es in den Kondensator gepumpt worden ist. Der Verdichter 308 empfängt das Kältemittelgas von dem Verdampfer und setzt das Kältemittel unter Druck. Von dem unter Druck gesetzten Kältemittel wird Wärme extrahiert, so dass das Kältemittel in dem Kondensator verflüssigt wird. Das verflüssigte Kältemittel dehnt sich nach dem Hindurchgehen durch das Verdampferventil aus, was verursacht, dass die Temperatur des Verdampfers verringert wird.
Der Verdichter 308 kann eine Kupplung, ein Steuerventil mit variabler Verschiebung, einen Kolben und eine Taumelscheibe enthalten. Der Kolben kann das Kältemittel in dem AC-System unter Druck setzen, das von dem Luftverdichter 308 zu dem Kondensator strömt. Die Kupplung kann selektiv eingerückt und ausgerückt werden, um dem Verdichter 308 Rotationsenergie von der Kraftmaschine 10 zuzuführen. Es können eine oder mehrere Hilfskältemittelleitungen enthalten sein, um das Kältemittel zu anderen Systemkomponenten umzuleiten, die ausgebildet sind, um das zirkulierende Kältemittel zu empfangen, (z. B. die Kältemittelzufuhrleitung 304). Ein Ventil kann konfiguriert sein, die Kältemittelströmung durch die Kältemittelzufuhrleitung 304 über Befehle vom Controller 12 zu steuern. Das Ventil kann als ein Dreiwegeventil konfiguriert sein, so dass das Kältemittel die Kältemittelzufuhrleitung 304 umgehen kann, wenn sich das Ventil an einer ersten Position befindet, und durch die Kältemittelzufuhrleitung 304 zirkulieren kann, wenn sich das Ventil an einer zweiten Position befindet. In anderen Beispielen kann das Ventil in die Kältemittelzufuhrleitung 304 gekoppelt sein, wobei es in dem Bereich zwischen dem AC-Verdichter und den Zylinderkopf-Kältemittelkanälen positioniert ist, und konfiguriert sein, sich basierend auf den Befehlen vom Controller 12 zu öffnen oder zu schließen. Das Kältemittel kann ein für die Verwendung in einem AC-System geeignetes Kältemittel sein, wie z. B. Freon. In einigen Beispielen kann anstelle des Freons flüssiger Stickstoff verwendet werden; in derartigen Fällen kann in der Kältemittelrückleitung ein Überdruckventil vorhanden sein.
Wie oben erklärt worden ist, ist der Kältemittelkanal 302 konfiguriert, das Kältemittel um die mehreren Einlassöffnungen des Zylinderkopfs strömen zu lassen. Wie in den 3–5 veranschaulicht ist, ist die Kraftmaschine 10 eine Vierzylinder-Kraftmaschine, wobei sie folglich vier Einlassöffnungen aufweist, eine erste Einlassöffnung 312, eine zweite Einlassöffnung 313, eine dritte Einlassöffnung 315 und eine vierte Einlassöffnung 317. Jede Einlassöffnung ist an einen jeweiligen Einlasskrümmer-Ansaugkanal 310 gekoppelt. Die Einlassluft vom Einlasskrümmer teilt sich nach dem Hindurchgehen durch den CAC 18 und den stromaufwärts gelegenen Verdichter auf und strömt durch die Einlasskrümmer-Ansaugkanäle 310. Die Einlassluft von einem jeweiligen Ansaugkanal 310 wird durch eine entsprechende Einlassöffnung zu einem entsprechenden Zylinder geleitet, um an der Verbrennung teilzunehmen.
Jede Einlassöffnung weist eine äußere maschinell bearbeitete Dichtungsfläche 314 auf, die konfiguriert ist, an einen jeweiligen Einlasskrümmer-Ansaugkanal 310 gekoppelt zu sein. Wie in 4 gezeigt ist, ist die äußere Dichtungsfläche jeder Einlassöffnung kontinuierlich, wobei sie folglich eine einzige, kontinuierliche äußere Dichtungsfläche für alle Einlassöffnungen erzeugt. In einigen Beispielen kann jedoch jede Einlassöffnung eine diskrete äußere Dichtungsfläche aufweisen. Die Einlassöffnungen sind in einer Linie entlang einer zentralen Längsachse 401 der Einlassöffnungen/der äußeren Seitenfläche angeordnet. In 4 ist außerdem ein Koordinatensystem 402 gezeigt, das eine vertikale Achse 404, eine horizontale Achse 406 und eine seitliche Achse 408 enthält. Die zentrale Längsachse 401 ist zu der horizontalen Achse 406 parallel.
Jede Einlassöffnung weist ein äußeres Profil auf, das als der Abschnitt der Einlassöffnung definiert ist, der sich außerhalb des Zylinderkopfs befindet. Bezüglich der ersten Einlassöffnung 312 kann das äußere Profil z. B. durch die äußere Dichtungsfläche, eine Oberseite 316 der Einlassöffnung und eine Unterseite 318 der Einlassöffnung, die der Oberseite gegenüberliegt, definiert sein. Die Oberseite 316 befindet sich vertikal über der Unterseite 318, so dass, wenn die Kraftmaschine 10 in einem Fahrzeug installiert ist, sich die Oberseite 316 höher über dem Boden, auf dem sich das Fahrzeug befindet, als die Unterseite 318 befindet. Die Oberseite jeder Einlassöffnung kann mit einer jeweiligen Unterseite kontinuierlich sein, wobei folglich ein kreisförmiger, rechteckiger oder länglicher Durchgang erzeugt wird. Die Mitte jeder Einlassöffnung kann hohl sein, um eine Strömung der Einlassluft in einen jeweiligen Zylinder zu ermöglichen.
Der Kältemittelkanal 302 erstreckt sich um die Oberseite und die Unterseite jeder Einlassöffnung. Wie veranschaulicht ist, ist der Kältemittelkanal 302 ein einziger, kontinuierlicher Kanal, der parallel zur horizontalen Achse 406 über der Oberseite jeder der Einlassöffnungen verläuft, sich um die äußerste, vierte Einlassöffnung biegt (z. B. parallel zur vertikalen Achse 404 verläuft) und parallel zur horizontalen Achse 406 entlang der Unterseite jeder der Einlassöffnungen verläuft. Folglich verläuft der Kältemittelkanal 302 entlang der Oberseite der ersten Einlassöffnung 312, zu der und entlang der Oberseite der zweiten Einlassöffnung 313, zu der und entlang der Oberseite der dritten Einlassöffnung 315 und zu der und entlang der Oberseite der vierten Einlassöffnung 317. Der Kältemittelkanal 302 verläuft dann um die Seite der vierten Einlassöffnung (z. B. da herum, wo die Oberseite der vierten Einlassöffnung mit der Unterseite verschmilzt) und verläuft entlang der Unterseite der vierten Einlassöffnung 317, zu der und entlang der Unterseite der dritten Einlassöffnung 315, zu der und entlang der Unterseite der zweiten Einlassöffnung 313 und zu der und entlang der Unterseite der ersten Einlassöffnung 312.
Der Kältemittelkanal 302 verläuft entlang der Ober- und der Unterseiten der Einlassöffnungen und ist so geformt, dass er einem äußeren Profil jeder Einlassöffnung entspricht. Der Kältemittelkanal 302 weist eine Breite auf, die sich von dem Zylinderkopf nach außen (z. B. parallel zu der seitlichen Achse 408) erstreckt. Die Breite des Kältemittelkanals kann eine geeignete Breite sein, die Breite kann sich z. B. von der äußeren Dichtungsfläche 314 bis zu dem Punkt erstrecken, an dem die Einlassöffnungen die Seitenfläche des Zylinderkopfs 309 erreichen. Der Zylinderkopf 309 kann z. B. eine obere maschinell bearbeitete Oberfläche enthalten, die konfiguriert ist, z. B. an eine Nockenwellenabdeckung gekoppelt zu sein, wobei sich der Kältemittelkanal bis zu einer Seitenfläche 320 des Zylinderkopfs 309, die an die obere maschinell bearbeitete Oberfläche angrenzend ist, erstrecken kann. Der Kältemittelkanal 302 kann in einem Beispiel mit der äußeren Dichtungsfläche 314 bündig sein. In anderen Beispielen kann der Kältemittelkanal 302 nicht mit der äußeren Dichtungsfläche 314 bündig sein, der Kältemittelkanal 302 kann z. B. vor der äußeren Dichtungsfläche 314 enden. Der Kältemittelkanal 302 kann eine geeignete Höhe oder Dicke aufweisen, die z. B. basierend auf den Kältemittelströmungsanforderungen der Kraftmaschine gewählt ist. In einem Beispiel kann die Höhe des Kältemittelkanals 302 kleiner als ein halb der Dicke der Wand einer Einlassöffnung sein. Der Kältemittelkanal 302 kann entlang einer Gesamtheit des Kältemittelkanals 302 eine konstante Dicke aufweisen.
Wie oben erklärt worden ist, verläuft der Kältemittelkanal 302 entlang einer Oberseite jeder Einlassöffnung. Während jede Einlassöffnung einen kreisförmigen oder rechteckigen hohlen Kanal umfasst, ist die äußere Dichtungsfläche 314 entlang allen Einlassöffnungen kontinuierlich. Der Kältemittelkanal 302 folgt der Form der äußeren Seitenfläche entlang den Oberseiten der Einlassöffnungen. Das heißt, der Kältemittelkanal 302 biegt sich nach oben und entlang der Oberseite der ersten Einlassöffnung 312 und biegt sich zusammen mit der Oberseite der ersten Einlassöffnung 312 nach unten, aber nur für einen Abschnitt der Krümmung der Oberseite. Der Kältemittelkanal 302 flacht sich dann ab und folgt der Form der äußeren Dichtungsfläche 314, bis er die zweite Einlassöffnung erreicht, wobei sich der Kältemittelkanal an diesem Punkt nach oben biegt, entlang dem flachen Abschnitt der Oberseite der zweiten Einlassöffnung 313 verläuft und sich dann für einen Abschnitt der Krümmung der Oberseite der zweiten Einlassöffnung 313 nach unten biegt. Wie in 4 veranschaulicht ist, kann der Kältemittelkanal 302 der Krümmung der Oberseite einer gegebenen Einlassöffnung für einen längeren Abschnitt als für die anderen Einlassöffnungen folgen. Der Kältemittelkanal 302 folgt z. B. nur der Abwärtskrümmung der Oberseite der ersten Einlassöffnung 312 für einen relativ kleinen Abschnitt der Krümmung (z. B. 20 %), während der Kältemittelkanal 302 der Abwärtskrümmung der Oberseite der zweiten Einlassöffnung 313 für einen größeren Abschnitt der Krümmung (z. B. 50 %) folgt.
Der Kältemittelkanal 302 verläuft ähnlich entlang einer Unterseite jeder Einlassöffnung. Der Kältemittelkanal 302 folgt der Form der äußeren Dichtungsfläche 314 entlang den Unterseiten der Einlassöffnungen. Das heißt, der Kältemittelkanal 302 biegt sich nach unten und entlang der Oberseite der vierten Einlassöffnung 317 und biegt sich zusammen mit der Unterseite der vierten Einlassöffnung 317 nach oben, aber nur für einen Abschnitt der Krümmung der Unterseite. Der Kältemittelkanal 302 flacht sich dann ab und folgt der Form der äußeren Dichtungsfläche 314, bis er die dritte Einlassöffnung 315 erreicht, wobei sich der Kältemittelkanal an diesem Punkt nach unten biegt, entlang dem flachen Abschnitt der Unterseite der dritten Einlassöffnung 315 verläuft und sich für einen Abschnitt der Krümmung der Unterseite der dritten Einlassöffnung 315 nach oben biegt. Wie in 5 veranschaulicht ist, kann der Kältemittelkanal 302 der Krümmung der Unterseite einer gegebenen Einlassöffnung für einen längeren Abschnitt als für die anderen Einlassöffnungen folgen. Der Kältemittelkanal 302 folgt z. B. nur der Aufwärtskrümmung der Unterseite der dritten Einlassöffnung 315 für einen relativ kleinen Abschnitt der Krümmung (z. B. 20 %), während der Kältemittelkanal 302 der Aufwärtskrümmung der Unterseite der vierten Einlassöffnung 317 für einen größeren Abschnitt der Krümmung (z. B. 50 %) folgt. In einigen Beispielen kann der Kältemittelkanal bis zu dem größtmöglichen Ausmaß um die Einlassöffnungen gewickelt sein, der Kältemittelkanal kann z. B. die Gesamtheit jeder Einlassöffnung vollständig umgeben, ausgenommen da, wo sich die Vorsprünge der Befestigungselemente und/oder angrenzende Merkmale befinden.
Der Kältemittelkanal 302 empfängt das Kältemittel von der Zufuhrleitung 304 an einem Kältemitteleinlass 322 und leitet das Kältemittel an einem Kältemittelauslass 324 zu der Rückleitung 306 zurück. Wie in 5 gezeigt ist, befinden sich der Einlass 322 und der Auslass 324 an im Wesentlichen ähnlichen Orten des Kältemittelkanals. Spezifisch befinden sich sowohl der Einlass 322 als auch der Auslass 324 auf derselben Seite der ersten Einlassöffnung 312, wenn auch relativ zueinander verschoben.
Die 6 und 7 veranschaulichen eine alternative Ausführungsform eines Kältemittel-Kühlsystems 600. Das Kältemittel-Kühlsystem 600 ist konfiguriert, die Komponenten des Kraftmaschinensystems 100 zu kühlen. Das Kältemittel-Kühlsystem 600 kann wirken, um die in eine Kraftmaschine, wie z. B. die Kraftmaschine 10 nach den 1 und 2, eintretende Einlassluft zu kühlen. Entsprechend sind den in den 1 und 2 veranschaulichten Komponenten in den 6 und 7 gleiche Bezugszeichen gegeben und wird deren ausführliche Beschreibung weggelassen. 6 zeigt eine perspektivische Seitenansicht des Kältemittel-Kühlsystems 600, während 7 eine vergrößerte perspektivische Draufsicht des Kältemittel-Kühlsystems 600 zeigt.
Das Kältemittel-Kühlsystem 600 enthält alles die gleichen Komponenten wie das Kältemittel-Kühlsystem 300 und enthält einen zusätzlichen Kältemittelkanal um die Einlasskrümmer-Ansaugkanäle 310. Das Kältemittel-Kühlsystem 600 als solches enthält einen Kältemittelkanal 602, der um mehrere Einlassöffnungen des Zylinderkopfs 309 gekoppelt ist. Der Kältemittelkanal 602 empfängt das Kältemittel von einer Kältemittelzufuhrleitung 604 und leitet das Kältemittel zu einer (nicht gezeigten) Kältemittelzufuhrleitung zurück. Die Kältemittelzufuhrleitung 604 ist an einen Verdichter 308 des AC-Systems 108 gekoppelt. Die Kältemittelrückleitung kann an einen (nicht gezeigten) Kondensator des AC-Systems 108 gekoppelt sein.
Der zusätzliche, zweite Kältemittelkanal 608 ist um die Einlass-Ansaugkanäle 310 des Einlasskrümmers 22 gekoppelt und enthält einen jeweiligen Verbindungskanal 612 zwischen jedem Segment des zweiten Kältemittelkanals, der jeden Ansaugkanal umgibt. Der Einlasskrümmer 22 enthält einen Kopplungsflansch 610, der einen äußeren Rand jedes Ansaugkanals 310 definiert. Der Kopplungsflansch 610 ist konfiguriert, sich mit der äußeren Seitenfläche jeder Einlassöffnung in Flächenkontakt zu befinden, wenn der Einlasskrümmer an die Kraftmaschine gekoppelt ist. Der zweite Kältemittelkanal 608 ist zu dem Kältemittelkanal 602 und 302 insofern ähnlich, als er eine Form aufweist, die einem Profil der Einlass-Ansaugkanäle entspricht (z. B. entlang einer Oberseite jedes Ansaugkanals verläuft, sich herumbiegt und entlang einer Unterseite jedes Ansaugkanals verläuft). Der zweite Kältemittelkanal 608 weist eine obere Breite auf, die sich über mehr als die Hälfte der Länge jedes Ansaugkanals erstreckt. Der zweite Kältemittelkanal kann z. B. eine Breite entlang einer Oberseite jedes Ansaugkanals aufweisen, die sich von einem inneren Rand des Kopplungsflanschs bis über einen Mittelpunkt jedes Ansaugkanals hinaus erstreckt. Ferner weist jeder Ansaugkanal eine Unterseite auf, die der Oberseite gegenüberliegt, wobei der zweite Kältemittelkanal 608 eine untere Breite entlang der Unterseite jedes Ansaugkanals aufweist, die sich von einem inneren Rand des Kopplungsflanschs bis zu einem Punkt erstreckt, an dem jede Unterseite in einem Körper des Einlasskrümmers aufgeht. Der zweite Kältemittelkanal kann eine Dicke aufweisen, die gleich dem Kältemittelkanal 302 oder 602 ist.
Der zweite Kältemittelkanal 608 kann fluidtechnisch an den Kältemittelkanal 602 gekoppelt sein oder er kann ein separater Kanal sein, der kein Kältemittel an den Kältemittelkanal 602 liefert oder von dem Kältemittelkanal 602 empfängt. In einem in den 8–10 veranschaulichten Beispiel kann das Kältemittel durch den Kältemittelkanal 602 empfangen werden, um jede und entlang jeder Einlassöffnung geleitet werden, über einen Verbindungskanal 614 zu dem zweiten Kältemittelkanal 608 geleitet werden, um jeden und entlang jedem Ansaugkanal 310 geleitet werden und über eine Rückleitung 606 von dem zweiten Kältemittelkanal 608 zurückgeleitet werden.
Die 11 und 12 veranschaulichen eine zusätzliche alternative Ausführungsform eines Kältemittel-Kühlsystems 800. Das Kältemittel-Kühlsystem 800 ist konfiguriert, die Komponenten des Kraftmaschinensystems 100 zu kühlen. Das Kältemittel-Kühlsystem 800 kann wirken, die in eine Kraftmaschine, wie z. B. die Kraftmaschine 10 nach den 1 und 2, eintretende Einlassluft zu kühlen. Entsprechend sind den in den 1 und 2 veranschaulichten Komponenten in den 11 und 12 die gleichen Bezugszeichen gegeben, wobei deren ausführliche Beschreibung weggelassen wird.
Das Kältemittel-Kühlsystem 800 enthält viele der gleichen Komponenten wie die Kältemittel-Kühlsysteme 600, einschließlich eines Kältemittelkanals 802 um die Einlassöffnungen des Zylinderkopfs 309, eines zweiten Kältemittelkanals 808 um die Einlass-Ansaugkanäle, einer Kältemittelzufuhrleitung 804 und einer Kältemittelrückleitung 806. 12 zeigt ein Kältemittel-Kühlsystem 1200, das zu dem Kältemittel-Kühlsystem 800 ähnlich ist. In dem System 1200 ist die Rückleitung 806 an den zweiten Kältemittelkanal 808 gekoppelt.
Anstelle des Empfangens des Kältemittels von dem AC-System enthält jedes Kältemittel-Kühlsystem 800 und 1200 einen Kältemittelbehälter 810, um das Kältemittel zu lagern. Der Kältemittelbehälter kann ein Vakuumgefäß oder ein anderer geeigneter Tank sein, das bzw. der konfiguriert ist, ein Auslaufen des Kältemittels zu verhindern. In der Kältemittelzufuhrleitung 804 sind eine Pumpe 812 und ein Steuerventil 814 positioniert. In der Rückleitung 806 kann ein Überdruckventil 816 positioniert sein. Das Steuerventil 814 kann einen geeigneten Aktuator (z. B. elektrisch, hydraulisch, Solenoid usw.) enthalten, der konfiguriert ist, aktiviert zu werden, um die Position des Steuerventils in Reaktion auf einen Befehl von einem Controller zu steuern. Das Überdruckventil 816 kann ein druckempfindliches Ventil sein, ein manuelles Ventil sein oder kann einen durch den Controller gesteuerten Aktuator enthalten. Der Kältemittelbehälter 810 kann ein geeignetes Kältemittel lagern, wie z. B. flüssigen Stickstoff. In einigen Beispielen kann das in dem Behälter 810 gelagerte Kältemittel von dem in dem AC-System verwendeten Kältemittel verschieden sein. Durch das Stützen auf eine von dem AC-System getrennte Kältemittelquelle kann durch das Verringern des Zeitraums, den der AC-Verdichter durch die Kraftmaschine angetrieben ist, der Kraftstoffverbrauch verringert werden.
Wenn der flüssige Stickstoff oder das andere Kältemittel mit den umgebenden erwärmten Komponenten (z. B. den Einlassöffnungen und/oder den Ansaugkanälen) in Kontakt gelangt, siedet das Kältemittel, wenn die Wärme absorbiert wird. Da die Phasenänderung von einer Flüssigkeit zu einem Gas stattfindet, ist das Ergebnis ein Druckdampf, der in einer gesteuerten Weise über das Überdruckventil abgelassen werden kann, um den Innendruck zu steuern und das Entlüften großer Mengen des Gasdampfs innerhalb begrenzter Räume zu vermeiden. Eine Bedienungsperson kann den Lagerbehälter periodisch manuell nachfüllen.
In 13 ist ein Verfahren 900 zum erneuten Kühlen der Einlassluft vor dem Einlassen in mehrere Zylinder einer Kraftmaschine veranschaulicht. Das Verfahren 900 kühlt die Einlassluft über einen oder mehrere Kältemittelkanäle, die die Einlassöffnungen und/oder die Einlass-Ansaugkanäle der Kraftmaschine umgeben, wie z. B. den Kältemittelkanal 302, 602 oder 802 nach den 3–5, 6–10 bzw. 11–12 und/oder den zweiten Kältemittelkanal 608 oder 808 nach den 6–10 bzw. 11–12, erneut. Um die Einlassluft erneut zu kühlen, kann das Kältemittel durch die Kältemittelkanäle geleitet werden, wobei es von einem geeigneten Ort, wie z. B. dem AC-System 108 (das in den 3–10 gezeigt ist) oder einem separaten Behälter 810 (der in den 11–12 gezeigt ist), bezogen werden kann. Die Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 900 können durch einen Controller (wie z. B. den Controller 12 nach den 1 und 2) basierend auf den in einem Speicher des Controllers gespeicherten Anweisungen und im Zusammenhang mit den von den Sensoren der Kraftmaschine und/oder des Kältemittel-Kühlsystems, wie z. B. den Sensoren, die oben bezüglich der 1 und 2 beschrieben worden sind, empfangenen Signalen ausgeführt werden. Der Controller kann die Kraftmaschinen-Aktuatoren des Kraftmaschinensystems verwenden, um den Betrieb der Kraftmaschine und/oder des Kältemittel-Kühlsystems gemäß dem im Folgenden beschriebenen Verfahren einzustellen.
Bei 902 enthält das Verfahren 900 das Bestimmen der Betriebsparameter. Die bestimmten Betriebsparameter können die Kraftmaschinenlast, die Kraftmaschinen- und/oder die Umgebungstemperatur, den Ladedruck und andere geeignete Parameter enthalten, sind aber nicht darauf eingeschränkt. Bei 904 enthält das Verfahren 900 das Kühlen der Kraftmaschine (wie z. B. der Kraftmaschine 10) über ein Kraftmaschinen-Kühlmittelsystem. Das Kraftmaschinen-Kühlmittelsystem kann eine Pumpe enthalten, um das Kühlmittel durch mehrere Kühlmittelkanäle, durch die Kraftmaschine (z. B. durch einen oder mehrere Kühlmittelmäntel des Zylinderkopfs und/oder -blocks), durch einen Kühler, falls sich die Kraftmaschinentemperatur über einem Schwellenwert befindet, und/oder durch andere geeignete Komponenten zu pumpen.
Bei 906 enthält das Verfahren 900 das Kühlen der Einlassluft über einen Ladeluftkühler, wie z. B. den CAC 18. Wie oben erklärt worden ist, kann der Ladeluftkühler die Einlassluft stromabwärts des Verdichters kühlen und folglich die Dichte der Einlassluft erhöhen. Der Ladeluftkühler kann ein Luft-zu-Luft-Kühler sein, wobei folglich die durch den Ladeluftkühler strömende Einlassluft luftgekühlt sein kann, wie bei 908 angegeben ist. In anderen Beispielen kann der Ladeluftkühler ein Flüssigkeit-zu-Flüssigkeit-Kühler sein. Die durch den CAC strömende Einlassluft kann über das Kühlmittel vom Kraftmaschinen-Kühlmittelsystem gekühlt werden, wie bei 910 angegeben ist. In noch weiteren Beispielen kann die durch den CAC strömende Einlassluft durch das Kältemittel von dem Kältemittel-Kühlsystem gekühlt werden, wie bei 912 angegeben ist. Der CAC kann als eine kontinuierliche Schleife innerhalb der Kältemittelkanäle enthalten sein oder er kann als ein Teil einer separaten Kältemittelschleife enthalten sein. Die Strömung des Kältemittels durch den CAC kann gesteuert sein, so dass sie während der Kaltstarts inaktiv ist, während einer maximalen Leistungsausgabe aktiv ist usw. Bei 914 bestimmt das Verfahren 900, ob die Bedingungen für das erneute Kühlen der Einlassluft erfüllt sind. Wie oben bei 906 beschrieben worden ist, kühlt der Ladeluftkühler die Einlassluft, nachdem die Einlassluft im Verdichter des Turboladers komprimiert worden ist. In einigen Kraftmaschinenkonfigurationen kann jedoch die Einlassluft aufgrund der Wärmeabweisung von der Kraftmaschine, hoher Umgebungstemperaturen oder anderer Wärmequellen erneut erwärmt werden, während sie vom Ladeluftkühler zur Kraftmaschine strömt. Die erneute Erwärmung der Einlassluft kann die Vorteile des Kühlens der Einlassluft über den Ladeluftkühler verringern, es kann z. B. die Dichte der Einlassluft abnehmen, wobei die Leistungsausgabe der Kraftmaschine verringert wird. Ferner kann die Einlassluft mit höherer Temperatur zu erhöhten Emissionen führen.
Folglich kann die Einlassluft über die Kältemittelkanäle um die Einlassöffnungen und/oder die Einlass-Ansaugkanäle der Kraftmaschine erneut gekühlt werden. Weil es nicht erwünscht sein kann, die Einlassluft unter allen Bedingungen erneut zu kühlen, (die übermäßige Kühlung der Einlassluft kann z. B. die Verbrennungsstabilität verringern, den Kraftstoffverbrauch erhöhen und/oder die Emissionen erhöhen), kann das erneute Kühlen nur während der Bedingungen einer hohen Last und/oder einer hohen Umgebungstemperatur ausgeführt werden. Die Bedingungen zum erneuten Kühlen der Einlassluft können eine Umgebungstemperatur über einem Schwellenwert (z. B. 78 °F) enthalten. Die Bedingungen zum erneuten Kühlen der Einlassluft können alternativ oder zusätzlich eine Kraftmaschinenlast über einem Schwellenwert, wie z. B. einen Betrieb bei größer als 60 % der maximalen Nennlast, enthalten. In einigen Beispielen kann das erneute Kühlen nur ausgeführt werden, wenn sich die Umgebungstemperatur ungeachtet der Kraftmaschinenlast über dem Schwellenwert befindet. In einigen Beispielen kann das erneute Kühlen ausgeführt werden, sobald die Kraftmaschinenlast die Schwellenlast übersteigt, sobald sich die Umgebungstemperatur über dem Schwellenwert befindet.
Falls bei 914 bestimmt wird, dass die Bedingungen zum erneuten Kühlen der Kraftmaschine nicht erfüllt sind (sich die Umgebungstemperatur z. B. nicht über dem Schwellenwert befindet), geht das Verfahren 900 zu 916 weiter, um den Kondensatpegel im Ladeluftkühler zu schätzen, was im Folgenden ausführlicher erklärt wird. Falls die Bedingungen zum erneuten Kühlen der Einlassluft erfüllt worden sind, geht das Verfahren 900 zu 918 weiter, um die Einlassluft am Einlasskrümmer und/oder den Einlassöffnungen mit dem Kältemittel erneut zu kühlen. Um das erneute Kühlen einzuleiten, kann das Kältemittel durch das Öffnen eines Kältemittelsteuerventils (wie z. B. des Steuerventils 814 nach 11), das Aktivieren einer Kältemittelpumpe (wie z. B. der Pumpe 812), das Einschalten eines Verdichters eines AC-Systems (wie z. B. des AC-Systems 108) oder eine andere geeignete Maßnahme zu den Kältemittelkanälen, die die Einlassöffnungen und/oder die Einlass-Ansaugkanäle umgeben, geleitet werden. Das Kältemittel kann durch die Kältemittelkanäle strömen, die Wärme von dem Einlasskrümmer und/oder den Einlassöffnungen absorbieren und folglich die Einlassluft erneut kühlen, bevor die Einlassluft zu den Zylindern für die Verbrennung zugelassen wird.
Bei 920 enthält das Verfahren 900 das Schätzen des Kondensats in dem Ladeluftkühler, den Einlassöffnungen und dem Einlasskrümmer. Wie oben bezüglich 1 erklärt worden ist, kann sich während bestimmter Bedingungen (z. B. wenn die Umgebungsfeuchtigkeit hoch ist und wenn die CAC-Temperatur niedrig ist) in dem CAC Kondensat ansammeln. Ferner kann sich aufgrund der niedrigen Temperatur des durch die Kältemittelkanäle um die Einlassöffnungen und/oder die Ansaugkanäle zirkulierenden Kältemittels außerdem Kondensat im Einlasskrümmer ansammeln. Das angesammelte Kondensat kann den CAC und/oder den Einlasskrümmer verschlechtern, da das Kondensat einfrieren kann und/oder saure Verbindungen (wie z. B. Schwefel von der AGR) enthalten kann. Um die Ansammlung von Kondensat und das Risiko der Korrosion zu verringern, kann das Kondensat am Boden des CAC gesammelt und dann während ausgewählter Betriebsbedingungen der Kraftmaschine, wie z. B. während Beschleunigungsereignissen, in die Kraftmaschine entleert werden. Falls jedoch das Kondensat während eines Beschleunigungsereignisses auf einmal in die Kraftmaschine eingeleitet wird, kann es aufgrund der Aufnahme von Wasser eine Zunahme der Möglichkeit einer Kraftmaschinenfehlzündung oder einer Verbrennungsstabilität (in der Form später/langsamer Verbrennungen) geben. Die Zündzeitsteuerung der Kraftmaschine kann außerdem nach früh verstellt werden, um die langsamere Verbrennungsgeschwindigkeit aufgrund der verdünnten Kraftstoff-Luft-Ladung zu kompensieren.
Folglich kann in einigen Beispielen das Kondensat von dem CAC und/oder dem Einlasskrümmer unter gesteuerten Bedingungen zur Kraftmaschine entleert werden. Diese gesteuerte Entleerung kann es unterstützen, die Wahrscheinlichkeit von Kraftmaschinen-Fehlzündungsereignissen zu verringern. Um zu bestimmen, ob eine gesteuerte Entleerung erforderlich ist, kann die Menge des Kondensats in dem CAC, dem Einlasskrümmer und/oder den Einlassöffnungen geschätzt werden. Es können verschiedene Mechanismen verwendet werden, um die Menge des Kondensats zu schätzen. In einem Beispiel kann ein Kondensatmodell sowohl für den CAC als auch für den Einlasskrümmer verwendet werden. Für das CAC-Modell kann das Modell eine Rate der Kondensatansammlung schätzen und kann die Eingaben der Umgebungstemperatur, der Auslasstemperatur des Ladeluftkühlers, der Luftmassenströmung, der Abgasrückführungsströmung (AGR-Strömung) (falls die Kraftmaschine ein AGR-System enthält), des Drucks des Ladeluftkühlers und der Feuchtigkeit enthalten. Falls die Feuchtigkeit nicht bekannt ist (falls die Kraftmaschine z. B. keinen Feuchtigkeitssensor enthält), kann die Feuchtigkeit auf 100 % gesetzt werden. Die Umgebungstemperatur und die Umgebungsfeuchtigkeit können eine Angabe des Taupunkts der Einlassluft bereitstellen, der durch die Menge der AGR in der Einlassluft weiter beeinflusst werden kann (die AGR kann z. B. eine andere Feuchtigkeit und eine andere Temperatur als die Luft von der Atmosphäre aufweisen). Der Unterschied zwischen dem Taupunkt und der Auslasstemperatur des Ladeluftkühlers gibt an, ob sich innerhalb des Kühlers eine Kondensation bildet, wobei der Luftmassendurchfluss beeinflussen kann, wie viel Kondensation sich tatsächlich innerhalb des Kühlers ansammelt.
Das Modell des Einlasskrümmers kann außerdem die Rate der Kondensatansammlung im Einlasskrümmer schätzen und kann die Eingaben der Auslasstemperatur des Ladeluftkühlers, der Luftmassenströmung durch den Krümmer, der AGR-Strömung, des Krümmerdrucks, der Feuchtigkeit, der Rate der Kondensatansammlung des CAC und der Temperatur der Einlass-/Ladungsluft stromabwärts der Einlassöffnungen enthalten. Weil es nicht möglich sein kann, die Temperatur der Einlassluft stromabwärts der Einlassöffnungen (und vor dem Eintreten in die Zylinder) zu messen, kann diese Temperatur basierend auf der Auslasstemperatur des Ladeluftkühlers, der Kältemitteltemperatur und/oder -durchflussmenge, der Kraftmaschinentemperatur und/oder anderen Parametern geschätzt werden. Die Auslasstemperatur des Ladeluftkühlers, die Feuchtigkeit und die CAC-Kondensationsrate können eine Angabe des Taupunkts der Einlassluft am Krümmer bereitstellen, der ferner durch die Menge der AGR in der Einlassluft beeinflusst werden kann (die AGR kann z. B. eine andere Feuchtigkeit und eine andere Temperatur als die Luft von der Atmosphäre aufweisen). Der Unterschied zwischen dem Taupunkt und der Temperatur stromabwärts der Einlassöffnungen gibt an, ob sich innerhalb der Öffnungen und/oder des Krümmers eine Kondensation bildet, wobei die Luftmassenströmung beeinflussen kann, wie viel Kondensation sich tatsächlich innerhalb des Krümmers ansammelt.
Ferner enthält das Verfahren 900 bei 916 außerdem das Schätzen des Kondensats im CAC. Das Kondensat kann geschätzt werden, wie oben beschrieben worden ist. Sowohl 916 als auch 920 gehen zu 922 weiter, wo bestimmt wird, ob in irgendeinem von dem CAC, dem Einlasskrümmer und den Einlassöffnungen der Kondensatpegel größer als ein Schwellenwert ist. In einigen Beispielen kann der Schwellenwert ein Schwellenwert sein, über dem sich eine Kondensation bildet und unter dem sich keine Kondensation bildet. In dieser Weise kann sich irgendeine Angabe der Kondensation über dem Schwellenwert befinden. In anderen Beispielen kann der Schwellenwert jedoch festgelegt sein, so dass es erlaubt es, dass sich eine kleine Menge des Kondensats ansammelt. Falls der Kondensatpegel nicht größer als der Schwellenwert ist, kehrt das Verfahren 900 zurück, um die Kraftmaschine, den CAC und/oder den Einlasskrümmer und die Einlassöffnungen weiterhin zu kühlen, wie oben beschrieben worden ist.
Falls sich der Kondensatpegel über dem Schwellenwert befindet, geht das Verfahren 900 zu 924 weiter, um das Kondensat zu entleeren. Das Kondensat kann gemäß einem geeigneten Mechanismus, wie z. B. durch das Vergrößern der Kraftmaschinen-Luftströmung, entleert werden, was bei 926 angegeben ist. Dies kann das Schließen eines Ladedrucksteuerventils, um den Ladedruck zu erhöhen, das Schließen eines Verdichterrückführungsventils, das Einstellen der Einlass- und/oder Auslassventil-Zeitsteuerung, das Vergrößern der AGR-Strömung oder anderer geeigneter Mechanismen zum Vergrößern der Kraftmaschinen-Luftströmung enthalten. Ferner kann bei 928 ein Kraftmaschinen-Aktuator eingestellt werden, um das Drehmoment während der Zunahme der Kraftmaschinen-Luftströmung aufrechtzuerhalten. Der Aktuator kann in Abhängigkeit davon eingestellt werden, wo sich das Kondensat angesammelt hat. Falls sich das Kondensat im CAC, aber nicht im Einlasskrümmer angesammelt hat, kann z. B. die Drosselklappe eingestellt werden, um die Luftströmung durch den CAC, aber nicht durch die Kraftmaschine selbst zu vergrößern. Falls das Kraftmaschinensystem ein Rückführungsventil stromabwärts des CAC enthält, kann ferner das Rückführungsventil geöffnet werden. Falls im Einlasskrümmer Kondensat vorhanden ist, kann die Funkenzeitsteuerung eingestellt werden, um das Drehmoment aufrechtzuerhalten. Falls sich das Kondensat im Einlasskrümmer ansammelt, kann in einigen Beispielen ferner die Strömung des Kältemittels zu den Kältemittelkanälen abgestellt werden, um die Ansammlung von Kondensat im Einlasskrümmer zu verhindern, die schwieriger als das Kondensat im CAC zu steuern sein kann. Dann kehrt das Verfahren 900 zurück.
Folglich kühlt das oben beschriebene Verfahren die Einlassluft vor dem Einlassen in die Zylinder erneut, um die Luftdichte und folglich die Kraftmaschinenleistung weiter zu vergrößern. Die Einlassluft kann anstatt über das Kraftmaschinenkühlmittel über ein Kältemittel erneut gekühlt werden. Das erneute Kühlen der Einlassluft als solches kann eine beträchtliche Kühlung der Einlassluft, eine Kühlung der Einlassluft bis zu einem höheren Grad, als in dem Ladeluftkühler möglich ist, bereitstellen. Die Einlass-Ansaugkanäle und/oder die Einlassöffnungen können als solche eine relativ niedrige Temperatur aufweisen, die die Menge der Kondensation vergrößern kann, die sich in den Ansaugkanälen und den Einlassöffnungen bildet. Während die Kondensation meistens zur Kraftmaschine mitgerissen werden kann (z. B. kann irgendwelches Kondensat in den Einlassöffnungen sofort zu den Zylindern geleitet werden), kann sich unter einigen Bedingungen etwas Kondensat zum Einlasskrümmer bewegen, wo es sich ansammeln kann. Folglich kann ein proaktives Entleeren ausgeführt werden, um das angesammelte Kondensat zu entfernen, bevor es einen Pegel erreicht, der hoch genug ist, um Verbrennungsstabilitätsprobleme zu verursachen. In einigen Beispielen kann das Kondensat als solches häufiger aus dem Einlasskrümmer als aus dem Ladeluftkühler entleert werden. Ferner können sich die Mechanismen zum Entleeren des Kondensats zwischen dem Ladeluftkühler und dem Einlasskrümmer unterscheiden.
Das Ausmaß, in dem die Einlassluft erneut gekühlt wird, kann durch mehrere Variable beeinflusst sein, einschließlich einer Kraftmaschinen-Zyklusstrategie (z. B. einem Otto-Kreisprozess oder einem Miller-Kreisprozess), der CAC-Größe und/oder -Anordnung, der Kraftmaschinenlast, der Temperatur der Umgebungsluft usw. In einem Beispiel kann in einer Miller-Kreisprozess-Kraftmaschine (bei einem spät schließenden Einlass) bei einer mäßigen Kraftmaschinenlast bei durch einen eng gekoppelten CAC (der sich z. B. 110 mm vom Einlass der Einlassöffnung des Zylinderkopfs befindet) zurückgeschobenen Umkehrungsereignissen die Temperatur vor dem CAC 75 °C betragen und kann die Einlassluft an den Einlassöffnungen auf weniger als 36 °C gekühlt werden. In weiteren Beispielen kann ein Dreiwegeventil bereitgestellt sein, um es zu ermöglichen, dass variable Mengen des Kältemittels zu den Kältemittelkanälen strömen, was variable Beträge der erneuten Kühlung der Einlassluft ermöglicht (z. B. weniger Kühlung, wenn die Umgebungstemperaturen niedriger sind, und mehr Kühlung, wenn die Umgebungstemperaturen höher sind).
Es kann die technische Wirkung des Strömens von Kältemittel zu Kältemittelkanälen, die die Einlassöffnungen und/oder die Einlass-Ansaugkanäle umgeben, sein, die Einlassluft vor dem Einlassen in die Zylinder selektiv erneut zu kühlen und folglich die Leistungsausgabe der Kraftmaschine zu erhöhen und den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen zu verringern.
Ein System enthält einen Zylinderkopf, der mehrere Zylinder definiert, wobei der Zylinderkopf mehrere Einlassöffnungen enthält, wobei jede fluidtechnisch an einen jeweiligen Zylinder gekoppelt ist; eine Kältemittelzufuhr; und einen Kältemittelkanal, der jede Einlassöffnung umgibt und fluidtechnisch an die Kältemittelversorgung gekoppelt ist, wobei der Kältemittelkanal so geformt ist, dass er einem äußeren Profil jeder Einlassöffnung entspricht. In einem ersten Beispiel des Systems umfasst die Kältemittelversorgung ein Vakuumgefäß, das ein Kältemittel unterbringt, und eine Kältemittelpumpe. Ein zweites Beispiel des Systems enthält optional das erste Beispiel und enthält ferner, dass der Kältemittelkanal einen Kältemitteleinlass und einen Kältemittelauslass auf einer ersten Seite des Kältemittelkanals aufweist, wobei der Kältemittelkanal von dem Einlass über und um eine Oberseite jeder Einlassöffnung und über und um eine Unterseite jeder Einlassöffnung zu dem Kältemittelauslass verläuft. Ein drittes Beispiel des Systems enthält optional eines oder mehrere oder beide des ersten und des zweiten Beispiels und enthält ferner, dass entlang der Oberseite jeder Einlassöffnung der Kältemittelkanal eine Breite aufweist, die sich von einer äußeren Dichtungsfläche jeder Einlassöffnung zu einem Seitenrand einer oberen maschinell bearbeiteten Oberfläche des Zylinderkopfs erstreckt. Ein viertes Beispiel des Systems enthält optional eines oder mehrere oder jedes der ersten bis dritten Beispiele und enthält ferner, dass die äußere Dichtungsfläche jeder Einlassöffnung konfiguriert ist, an einen jeweiligen Ansaugkanal eines Einlasskrümmers gekoppelt zu sein. Ein fünftes Beispiel des Systems enthält optional eines oder mehrere oder jedes der ersten bis vierten Beispiele und enthält ferner, dass der Einlasskrümmer einen zweiten Kältemittelkanal umfasst, der jeden Ansaugkanal umgibt. Ein sechstes Beispiel des Systems enthält optional eines oder mehrere oder jedes der ersten bis fünften Beispiele und enthält ferner, dass der Kältemittelkanal des Zylinderkopfs und der zweite Kältemittelkanal des Einlasskrümmers konfiguriert sind, so dass sie sich in Fluidverbindung befinden. Ein siebentes Beispiel des Systems enthält optional eines oder mehrere oder jedes der ersten bis sechsten Beispiele und enthält ferner, dass der Einlasskrümmer einen Kopplungsflansch enthält, der einen äußeren Rand jedes Ansaugkanals definiert, wobei der Kopplungsflansch konfiguriert ist, sich mit der äußeren Dichtungsfläche jeder Einlassöffnung in Flächenkontakt zu befinden, und wobei der zweite Kältemittelkanal eine Breite entlang einer Oberseite jedes Ansaugkanals aufweist, die sich von einem inneren Rand des Kopplungsflanschs bis über einen Mittelpunkt jedes Ansaugkanals hinaus erstreckt. Ein achtes Beispiel des Systems enthält optional eines oder mehrere oder jedes der ersten bis siebenten Beispiele und enthält ferner, dass jeder Ansaugkanal eine Unterseite aufweist, wobei der zweite Kältemittelkanal eine Breite entlang der Unterseite jedes Ansaugkanals aufweist, die sich von dem inneren Rand des Kopplungsflanschs bis zu einem Punkt erstreckt, an dem jede Unterseite in einem Körper des Einlasskrümmers aufgeht. Ein neuntes Beispiel des Systems enthält optional eines oder mehrere oder jedes der ersten bis achten Beispiele und enthält ferner, dass die Kältemittelversorgung einen Verdichter einer Klimaanlage umfasst. Ein zehntes Beispiel des Systems enthält optional eines oder mehrere oder jedes der ersten bis neunten Beispiele und enthält ferner, dass der Einlass des Kältemittelkanals über eine Kältemittelzufuhrleitung fluidtechnisch an den Verdichter gekoppelt ist, wobei der Auslass des Kältemittelkanals über eine Kältemittelrückleitung fluidtechnisch an einen Kondensator der Klimaanlage gekoppelt ist. Ein elftes Beispiel des Systems enthält optional eines oder mehrere oder jedes der ersten bis zehnten Beispiele und enthält ferner einen Controller, der Anweisungen enthält, um das Kältemittel in Reaktion auf eine oder mehrere von einer Umgebungstemperatur, einer Kraftmaschinentemperatur und einer Kraftmaschinenlast von dem Verdichter zum Einlass des Kältemittelkanals zu leiten.
Ein Verfahren umfasst das Kühlen einer Kraftmaschine durch das Leiten eines Kühlmittels von einem Kühlsystem durch die Kraftmaschine, das Kühlen der Einlassluft stromaufwärts der Kraftmaschine über einen Ladeluftkühler und das selektive erneute Kühlen der Einlassluft an einem Einlasskrümmer und/oder mehreren Einlassöffnungen der Kraftmaschine über ein Kältemittel von einer Kältemittelversorgung, die von dem Kühlsystem getrennt ist. In einem ersten Beispiel des Verfahrens umfasst das Kühlen der Einlassluft stromaufwärts der Kraftmaschine über den Ladeluftkühler das Kühlen der Einlassluft stromaufwärts der Kraftmaschine durch das Leiten des Kühlmittels von dem Kühlsystem durch den Ladeluftkühler. Ein zweites Beispiel des Verfahrens enthält optional das erste Beispiel und enthält ferner, dass das Kühlen der Einlassluft stromaufwärts der Kraftmaschine über den Ladeluftkühler das Kühlen der Einlassluft stromaufwärts der Kraftmaschine durch das Leiten eines Kältemittels von der Kältemittelversorgung durch den Ladeluftkühler umfasst. Ein drittes Beispiel des Verfahrens enthält optional eines oder mehrere oder beide des ersten und des zweiten Beispiels und enthält ferner, dass das selektive erneute Kühlen der Einlassluft das erneute Kühlen der Einlassluft in Reaktion auf eine Umgebungstemperatur, die größer als eine Schwellentemperatur ist, und/oder eine Kraftmaschinenlast, die größer als eine Schwellenlast ist, umfasst. Ein viertes Beispiel des Verfahrens enthält optional eines oder mehrere oder jedes der ersten bis dritten Beispiele und enthält ferner das Schätzen einer Menge des Kondensats in dem Einlasskrümmer und/oder in mehreren Einlassöffnungen und in Reaktion auf die Menge des Kondensats, die einen Schwellenwert übersteigt, das Vergrößern der Luftströmung zur Kraftmaschine bis zu einem Pegel, der größer als der ist, der durch eine Bedienungsperson eines Fahrzeugs, in dem die Kraftmaschine installiert ist, angefordert ist, ohne das Kraftmaschinendrehmoment durch das Einstellen eines Aktuators der Kraftmaschine, um das Drehmoment aufrechtzuerhalten, zu vergrößern.
Ein System umfasst einen Zylinderkopf, der mehrere Zylinder definiert, wobei der Zylinderkopf mehrere Einlassöffnungen enthält, wobei jede fluidtechnisch an einen jeweiligen Zylinder gekoppelt ist; einen Einlasskrümmer, der mehrere Ansaugkanäle umfasst, wobei jeder konfiguriert ist, an eine jeweilige der mehreren Einlassöffnungen gekoppelt zu sein; eine Kältemittelzufuhr; einen ersten Kältemittelkanal, der jede Einlassöffnung umgibt und fluidtechnisch an die Kältemittelversorgung gekoppelt ist; und einen zweiten Kältemittelkanal, der jeden Ansaugkanal umgibt und fluidtechnisch an die Kältemittelversorgung gekoppelt ist. In einem ersten Beispiel des Systems umfasst das System ferner einen Controller, der konfiguriert ist, ein Kältemittel in Reaktion auf eine Umgebungstemperatur über einer Schwellentemperatur von der Kältemittelversorgung zu dem ersten Kältemittelkanal und dem zweiten Kältemittelkanal zu leiten. Ein zweites Beispiel des Systems enthält optional das erste Beispiel und enthält ferner, dass die Kältemittelversorgung einen Verdichter einer Klimaanlage umfasst.
Es sei angegeben, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Konfigurationen des Kraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystems verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sein und können durch das Steuersystem einschließlich des Controllers in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktuatoren und der anderen Kraftmaschinen-Hardware ausgeführt werden. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere aus irgendeiner Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie z. B. ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, repräsentieren. Als solche können die veranschaulichten verschiedenen Handlungen, Operationen und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge ausgeführt werden, parallel ausgeführt werden oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, sondern sie ist für die Leichtigkeit der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Operationen und/oder Funktionen können in Abhängigkeit von der verwendeten besonderen Strategie wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Operationen und/oder Funktionen Code graphisch darstellen, der in den nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Kraftmaschinen-Steuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Handlungen durch das Ausführen der Anweisungen in einem System ausgeführt werden, das die verschiedenen Komponenten der Kraftmaschinen-Hardware in Kombination mit dem elektronischen Controller enthält.
Es ist klar, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Art sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinn zu betrachten sind, weil zahlreiche Variationen möglich sind. Die obige Technik kann z. B. auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, Boxer-4- und andere Kraftmaschinentypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthält alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderen Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart sind.
Die folgenden Ansprüche legen bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen besonders dar, die als neuartig und nicht offensichtlich betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf "ein" Element oder "ein erstes" Element oder dessen Äquivalent beziehen. Derartige Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente enthalten und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Weitere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Darstellung neuer Ansprüche in dieser oder einer in Beziehung stehenden Anmeldung beansprucht werden. Derartige Ansprüche, ob ihr Schutzumfang umfassender als der, enger als der oder gleich dem Schutzumfang der ursprünglichen Ansprüche ist oder vom Schutzumfang der ursprünglichen Ansprüche verschieden ist, werden außerdem als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7658183 [0003]

Claims

System, das Folgendes umfasst: einen Zylinderkopf, der mehrere Zylinder definiert, wobei der Zylinderkopf mehrere Einlassöffnungen enthält, wobei jede fluidtechnisch an einen jeweiligen Zylinder gekoppelt ist; eine Kältemittelzufuhr; und einen Kältemittelkanal, der jede Einlassöffnung umgibt und fluidtechnisch an die Kältemittelversorgung gekoppelt ist, wobei der Kältemittelkanal so geformt ist, dass er einem äußeren Profil jeder Einlassöffnung entspricht.
System nach Anspruch 1, wobei die Kältemittelversorgung ein Vakuumgefäß, das ein Kältemittel unterbringt, und eine Kältemittelpumpe umfasst.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kältemittelkanal einen Kältemitteleinlass und einen Kältemittelauslass auf einer ersten Seite des Kältemittelkanals aufweist, und wobei der Kältemittelkanal von dem Einlass über und um eine Oberseite jeder Einlassöffnung und über und um eine Unterseite jeder Einlassöffnung zu dem Kältemittelauslass verläuft.
System nach Anspruch 3, wobei entlang der Oberseite jeder Einlassöffnung der Kältemittelkanal eine Breite aufweist, die sich von einer äußeren Dichtungsfläche jeder Einlassöffnung zu einem Seitenrand einer oberen maschinell bearbeiteten Oberfläche des Zylinderkopfs erstreckt.
System nach Anspruch 4, wobei die äußere Dichtungsfläche jeder Einlassöffnung konfiguriert ist, an einen jeweiligen Ansaugkanal eines Einlasskrümmers gekoppelt zu sein.
System nach Anspruch 5, wobei der Einlasskrümmer einen zweiten Kältemittelkanal umfasst, der jeden Ansaugkanal umgibt.
System nach Anspruch 6, wobei der Kältemittelkanal des Zylinderkopfs und der zweite Kältemittelkanal des Einlasskrümmers konfiguriert sind, so dass sie sich in Fluidverbindung befinden.
System nach Anspruch 6, wobei der Einlasskrümmer einen Kopplungsflansch enthält, der einen äußeren Rand jedes Ansaugkanals definiert, wobei der Kopplungsflansch konfiguriert ist, sich mit der äußeren Dichtungsfläche jeder Einlassöffnung in Flächenkontakt zu befinden, und wobei der zweite Kältemittelkanal eine Breite entlang einer Oberseite jedes Ansaugkanals aufweist, die sich von einem inneren Rand des Kopplungsflanschs bis über einen Mittelpunkt jedes Ansaugkanals hinaus erstreckt.
System nach Anspruch 8, wobei jeder Ansaugkanal eine Unterseite aufweist, und wobei der zweite Kältemittelkanal eine Breite entlang der Unterseite jedes Ansaugkanals aufweist, die sich von dem inneren Rand des Kopplungsflanschs bis zu einem Punkt erstreckt, an dem jede Unterseite in einem Körper des Einlasskrümmers aufgeht.
System nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei die Kältemittelversorgung einen Verdichter einer Klimaanlage umfasst.
System nach Anspruch 10, wobei der Einlass des Kältemittelkanals über eine Kältemittelzufuhrleitung fluidtechnisch an den Verdichter gekoppelt ist und wobei der Auslass des Kältemittelkanals über eine Kältemittelrückleitung fluidtechnisch an einen Kondensator der Klimaanlage gekoppelt ist.
System nach Anspruch 11, das ferner einen Controller umfasst, der Anweisungen enthält, um das Kältemittel in Reaktion auf eine oder mehrere von einer Umgebungstemperatur, einer Kraftmaschinentemperatur und einer Kraftmaschinenlast von dem Verdichter zum Einlass des Kältemittelkanals zu leiten.
Verfahren, das Folgendes umfasst: Kühlen einer Kraftmaschine durch das Leiten eines Kühlmittels von einem Kühlsystem durch die Kraftmaschine; Kühlen der Einlassluft stromaufwärts der Kraftmaschine über einen Ladeluftkühler; und selektives erneutes Kühlen der Einlassluft an einem Einlasskrümmer und/oder mehreren Einlassöffnungen der Kraftmaschine über ein Kältemittel von einer Kältemittelversorgung, die von dem Kühlsystem getrennt ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Kühlen der Einlassluft stromaufwärts der Kraftmaschine über den Ladeluftkühler das Kühlen der Einlassluft stromaufwärts der Kraftmaschine durch das Leiten des Kühlmittels von dem Kühlsystem durch den Ladeluftkühler umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Kühlen der Einlassluft stromaufwärts der Kraftmaschine über den Ladeluftkühler das Kühlen der Einlassluft stromaufwärts der Kraftmaschine durch das Leiten eines Kältemittels von der Kältemittelversorgung durch den Ladeluftkühler umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei das selektive erneute Kühlen der Einlassluft das erneute Kühlen der Einlassluft in Reaktion auf eine Umgebungstemperatur, die größer als eine Schwellentemperatur ist, und/oder eine Kraftmaschinenlast, die größer als eine Schwellenlast ist, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, das ferner das Schätzen einer Menge des Kondensats in dem Einlasskrümmer und/oder in mehreren Einlassöffnungen und in Reaktion auf die Menge des Kondensats, die einen Schwellenwert übersteigt, das Vergrößern der Luftströmung zur Kraftmaschine bis zu einem Pegel, der größer als der ist, der durch eine Bedienungsperson eines Fahrzeugs, in dem die Kraftmaschine installiert ist, angefordert ist, ohne das Kraftmaschinendrehmoment durch das Einstellen eines Aktuators der Kraftmaschine, um das Drehmoment aufrechtzuerhalten, zu vergrößern, umfasst.
System, das Folgendes umfasst einen Zylinderkopf, der mehrere Zylinder definiert, wobei der Zylinderkopf mehrere Einlassöffnungen enthält, wobei jede fluidtechnisch an einen jeweiligen Zylinder gekoppelt ist; einen Einlasskrümmer, der mehrere Ansaugkanäle umfasst, wobei jeder konfiguriert ist, an eine jeweilige der mehreren Einlassöffnungen gekoppelt zu sein; eine Kältemittelzufuhr; einen ersten Kältemittelkanal, der jede Einlassöffnung umgibt und fluidtechnisch an die Kältemittelversorgung gekoppelt ist; und einen zweiten Kältemittelkanal, der jeden Ansaugkanal umgibt und fluidtechnisch an die Kältemittelversorgung gekoppelt ist.
System nach Anspruch 18, das ferner einen Controller umfasst, der konfiguriert ist, ein Kältemittel in Reaktion auf eine Umgebungstemperatur über einer Schwellentemperatur von der Kältemittelversorgung zu dem ersten Kältemittelkanal und dem zweiten Kältemittelkanal zu leiten.
System nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Kältemittelversorgung einen Verdichter einer Klimaanlage umfasst.